Innehåll
08/02-02 | Illuwatar | illuwatar@techie.com
Seriekoppla lysdioder - julgranskedjan
Denna krets är inte svårare att beräkna än den förra - skillnaden är att man måste räkna bort två diodspänningar från matningsspänningen:
Denna formel kan nu ökas upp till valfritt antal dioder:
där N är antalet dioder.
Den ni kan se är att jag har antagit att alla lysdioder är identiska. Det gör det hela enklare att alltid använda identiska lysdioder i en serie-kedja. Om man nu vill blanda bör man se till att strömvärdet är samma för alla dioder (även om spänningen skiljer). Genom detta garanteras att alla lysdioder lyser med rätt styrka. För att räkna på blandade lysdioder (olika spänningar) måste man använda den längre formeln (exempel med 1 st 1.8V + 1 st 2.1V LED, båda 20mA):
Under alla beräkningar kommer man till ett visst läge där motståndet blir överflödigt. Detta uppstår när man väljer ett antal lysdioder som tillsammans motsvarar matningsspänningen. Bygger man sina LED-kedjor med detta i åtanke så kan man slippa motstånden helt. Ett par exempel: 6 st LED á 2V kan köras direkt på 12V (2 * 6 = 12), 7 st LED á 1.7V kan också köras på 12V (7 * 1.7 = 11.9). Kör man blått kan man ha turen att hitta lysdioder som körs direkt på 5V.
Sedan finns latmaskvarianten - lysdiod med inbyggt motstånd. Dessa LED ser ut som vanliga, men har motståndet inbyggt i kapseln. Dessa finns för 5V och 12V och kan därmed användas direkt.
Det finns fler sätt att få flera lysdioder att fungera från en och samma ljuskälla. Tidigare beskrev jag seriekoppling, men nu skall jag visa hur man parallellkopplar lysdioder. Jag kommer visa två varianter på detta tema.
1. Parallella lysdioder med var sitt motstånd:
I detta fall har varje lysdiod fått sitt egna motstånd, vilket gör kretsen enkel att räkna på - det är bara att utföra samma beräkning som för en enkel lysdiod med motstånd. Man upprepar bara beräkningen för varje enskild gren - ser man varje LED + motstånd som oberoende av varandra blir det mycket enklare. En stor fördel med denna krets är att man kan blanda lysdioder av olika sort (med olika ström/spänningskrav) eftersom varje lysdiod har sitt egna motstånd.
För att få det hela lite konkret så kan vi ge lite värden på lysdioderna ovan och beräkna motstånden. Vi säger att LED1 har Uled1 = 1.8V, Iled1 = 20mA och LED2 har Uled2 = 2.1V, Iled2 = 30mA. Denna situation motsvarar att man har en röd lysdiod (LED1) och en grön/gul lysdiod (LED2).
Lysdiod 1: Rled1 = (U - Uled1) / Iled1 = (12 - 1.8) / 0.02 = 510 ohm
Lysdiod 2: Rled2 = (U - Uled2) / Iled2 = (12 - 2.1) / 0.03 = 330 ohm
Man ser direkt att man kan fortsätta i all oändlighet - det är inget problem att parallellkoppla fler än två lysdioder på detta sätt. Lägg bara till valfritt antal lysdioder + motstånd som önskas. Tänk bara på att spänningskällan skall kunna leverera ström till alla lysdioder - den totala strömmen är summan av alla enskilda strömmar i varje gren.
2. Parallella lysdioder med gemensamt motstånd:
Den första kretsen har en stor nackdel - den behöver lika många motstånd som lysdioder. Handlar det bara om några enstaka lysdioder är det nog inget problem, men om man vill ha ett större antal kan det bli lite bökigt med alla dessa motstånd som måste lödas ihop med lysdioderna. Detta kan man lösa genom att ha ett gemensamt motstånd för alla lysdioder. Detta ändrar sättet att räkna på, så vi kan inte längre använda samma metod som i föregående exempel.
Den stora skillnaden ligger i att motståndet måste ta hand om strömmen för alla lysdioder och därmed bestäms spänningen för dioderna kollektivt. Detta kräver att alla lysdioder är identiska - man kan inte blanda lysdioder med olika spänningar (och därmed färger). För att göra det enkelt bör man även se till att strömkraven är lika för alla dioder. Med dessa förutsättningar kan vi nu skapa en formel:
Där N är antalet parallellkopplade lysdioder.
Vi petar in lite värden - som exempel tar vi att alla lysdioder har Uled = 1.8V och Iled = 20mA (som i tidigare exempel) och vi börjar med två dioder (som bilden visar):
Rled = (U - Uled) / (2 * Iled) = (12 - 1.8) / (2 * 0.02) = 255 ohm
Vi kan nu lätt öka upp antalet dioder (som måste vara identiska):
10 st: (U - Uled) / (10 * Iled) = (12 - 1.8) / (10 * 0.02) = 51 ohm
100 st: (U - Uled) / (100 * Iled) = (12 - 1.8) / (100 * 0.02) = 5.1 ohm
Med detta ser man lätt en trend - fler dioder = lägre värde på motståndet. Och detta leder nu in oss på ett område som vi inte har brytt oss om eftersom det saknat betydelse: motståndets effekttålighet.
Alla motstånd är byggda för att tåla en viss effekt som utvecklas som värme. Denna effekt bestäms av två parametrar: strömmen genom motståndet och spänningen över densamma. För att beräkna denna effekt används en annan formel:
där P är effekten, U är spänningen över motståndet och I är strömmen som går genom det samma.
För att få lite verklighet i det hela tar vi nu och applicerar ovanstående formel på de tidigare exemplena (samma värden används - 1.8V/20mA, körs på 12V) och tar fram effektbehovet hos motstånden:
I alla exempel är spänningen över motståndet konstant och fås genom: Ur = 12 - 1.8 = 10.2V. Detta måste vi veta för att kunna få fram effekten.
1 lysdiod: Iled = 20mA = 0.02A -> effekt, P = 10.2 * 0.02 = 0.204W
2 lysdioder: Iled = 20mA * 2 = 0.04A -> P = 10.2 * 0.04 = 0.408W
10 lysdioder: Iled = 20mA * 10 = 0.2A -> P = 10.2 * 0.2 = 2.04W
100 lysdioder: Iled = 20mA * 100 = 2.0A -> P = 10.2 * 2.0 = 20.4W
Använder man vanliga metallfilmsmotstånd som tål 0.6W så ser man att det inte behövs många lysdioder innan de brinner upp! Dessutom de angivna effekterna avges som värme, vilket är något man inte vill ha i sin PC.
För att lösa detta problem kan vi ändra lite på kretsen och utnyttja det vi har lärt oss tidigare...
Kombinera serie- och parallellkoppling
Jag tänker visa två varianter: en 12V-version som garanterat lyser upp tillvaron utan att man behöver några motstånd och en 5V-version för er som har slut på 12V :-).
Den stora lampan - alternativ till neon?
Som ni kan se här så utnyttjar jag att tillräckligt många dioder i serie gör motstånden överflödiga. Sex styck 2V-LED i serie är som gjort för att köras på 12V (även dioder på 2.1V fungerar - dagens LED lyser så pass bra att den lilla spänningsskillnaden inte gör så mycket). I och med att varje LED är av 2V-typ blir ljuset gult eller grönt (varför inte blanda?). Letar man lite kan man även hitta 2V-LED som är röda, även om de inte är så vanliga. Schemat ovan visar 4 x 6 LED (24 st), men man kan lätt öka på med fler - lägg bara till nya slingor. Varje slinga kan dessutom vara olik de andra. Använder man andra diodtyper får man räkna om och antingen öka/minska antalet LED samt lägga till eventuellt motstånd om det inte går jämt ut. Vid det här laget borde ni klara av dessa beräkningar.
5V-lyset - mer ström, mindre volt. Sa någon neon?
Här kan vi inte koppla så många lysdioder i serie som i 12V-varianten, och på grund av diodernas spänningsvärden kommer inte någon kombination gå jämt ut (förutom om man hittar 5V blåa LED eller använder fusk-LED med inbyggda motstånd) - man blir tvungen att använda motstånd. Beroende på antalet LED så kan man välja med att köra med gemensamt motstånd eller med individuella motstånd. Här vill vi koppla många lysdioder till en riktig neon-dödare, så gemensamt motstånd är uteslutet - strömmen genom detta blir så pass hög att man måste använda ett effektmotstånd. Dessutom kan man då inte blanda lysdioder av olika sort. Det blir individuella motstånd i stället - effektutvecklingen i varje motstånd blir då obefintlig samt man kan anpassa varje enskild kedja till valda lysdioder. Även här kan man lätt öka upp antalet LED till valfritt - lägg bara till fler kedjor tills det är till belåtenhet.
| « Föregående | Nästa sida » |
Diskutera denna artikeln i vårt forum!