LED devresi - LED circuit

Basit LED (Işık Yayan Diyot) devre şeması

Olarak elektronik bir bağlanmış LED devresi ya da LED sürücü bir bir elektrik devresi gücü için bir kullanılan ışık yayan diyot (LED). Devre, LED'i gerekli parlaklıkta yakmak için yeterli akımı sağlamalı, ancak LED'e zarar vermemek için akımı sınırlamalıdır. Gerilim düşümü bir LED üzerinde akım işletim geniş bir aralıkta yaklaşık olarak sabittir; bu nedenle uygulanan voltajdaki küçük bir artış akımı büyük ölçüde artırır. Düşük güçlü gösterge LED'leri için çok basit devreler kullanılmaktadır. Doğru akım düzenlemesini elde etmek için aydınlatma için yüksek güçlü LED'leri sürerken daha karmaşık, akım kaynağı devreleri gerekir.

Temel devre

Bir LED'i sürmek için en basit devre, bir seri dirençten geçer. Birçok tüketici cihazında göstergeler ve dijital ekranlar için yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, bu devre enerji verimli değildir, çünkü enerji rezistörde ısı olarak dağılır.

Bir LED, amaçlanan çalışma akımında belirtilen bir voltaj düşüşüne sahiptir. Ohm yasası ve Kirchhoff'un devre yasaları , LED voltaj düşüşünü besleme voltajından çıkararak ve istenen çalışma akımına bölerek uygun direnç değerini hesaplamak için kullanılır. Yeterince yüksek bir besleme gerilimi ile, seri olarak birden fazla LED'e tek bir dirençle güç verilebilir.

Besleme voltajı LED ileri voltajına yakın veya eşitse, direnç için makul bir değer hesaplanamaz, bu nedenle başka bir akım sınırlama yöntemi kullanılır.

Güç kaynağı konuları

Bir LED'in gerilime karşı akım özellikleri, herhangi bir diyot ile aynıdır . Akım, Shockley diyot denklemine göre voltajın yaklaşık olarak üstel bir fonksiyonudur ve küçük bir voltaj değişikliği, akımda büyük bir değişikliğe neden olabilir. Voltaj eşiğin altında veya buna eşitse, akım akmaz ve sonuç yanmayan bir LED'dir. Voltaj çok yüksekse, akım maksimum değeri aşacak, aşırı ısınacak ve potansiyel olarak LED'i tahrip edecektir.

Bir LED ısındıkça voltaj düşüşü azalır (bant aralığı azalır). Bu, akımın artmasını teşvik edebilir.

MOSFET sürücüleri

Dahili LED elemanları ve sürücü devresi açıkta olan ev tipi LED ampul .

Aktif bir sabit akım regülatörü , yüksek güçlü LED'ler için yaygın olarak kullanılır ve pillerin kullanım ömrünü artırabilecek geniş bir giriş voltajı aralığında ışık çıkışını stabilize eder. Aktif sabit akım, tipik olarak , en basit akım sınırlayıcı olan bir tükenme modlu MOSFET (metal oksit-yarı iletken alan etkili transistör) kullanılarak düzenlenir. Düşük düşüşlü (LDO) sabit akım regülatörleri ayrıca toplam LED voltajının güç kaynağı voltajının daha yüksek bir kısmı olmasına izin verir.

Anahtarlamalı güç kaynakları , LED el fenerlerinde ve ev tipi LED lambalarda kullanılır . Güç MOSFET'leri tipik olarak, yüksek parlaklıktaki LED'leri sürmek için verimli bir çözüm olan LED sürücülerini değiştirmek için kullanılır. Supertex HV9910B gibi güç entegre devre (IC) yongaları, ek devreye gerek kalmadan MOSFET'leri doğrudan sürmek için yaygın olarak kullanılır. Bu MOSFET tabanlı Supertex IC yongaları, LED lambalı katı hal aydınlatması için en yaygın LED sürücüleridir . 2008 yılında , 2008 Yaz Olimpiyatları sırasında Pekin Ulusal Su Sporları Merkezi'ndeki katı hal aydınlatmasını kontrol etmek için kullanıldılar .

Seri direnç

Seri dirençler , LED akımını stabilize etmenin basit bir yoludur, ancak dirençte enerji boşa harcanır.

Minyatür gösterge LED'leri normalde bir akım sınırlayıcı direnç aracılığıyla düşük voltajlı DC'den sürülür. 2 mA, 10 mA ve 20 mA akımları yaygındır. Sub-mA göstergeleri, ultra parlak LED'ler çok düşük akımda sürülerek yapılabilir. Düşük akımlarda verim düşme eğilimindedir, ancak 100 μA üzerinde çalışan göstergeler hala pratiktir.

İçinde madeni para hücre enerjili anahtarlık tipi LED lambaları, hücrenin kendisinin direnç genellikle sadece akım sınırlama cihazı.

Dahili seri dirençli LED'ler mevcuttur. Bunlar, baskılı devre kartı alanından tasarruf sağlayabilir ve özellikle prototipler oluştururken veya bir PCB'yi tasarımcılarının amaçladığından farklı bir şekilde yerleştirirken kullanışlıdır . Bununla birlikte, direnç değeri üretim sırasında belirlenir ve LED'in yoğunluğunu ayarlamanın temel yöntemlerinden biri ortadan kalkar.

Seri direncin değeri , besleme geriliminin, yararlı akımlar aralığında çok az değişen diyot boyunca gerilim düşüşü ile dengelendiği göz önüne alındığında, Ohm yasasından elde edilebilir :

nerede:

ohm cinsinden dirençtir ve tipik olarak bir sonraki daha yüksek direnç değerine yuvarlanır .
volt cinsinden güç kaynağı voltajıdır , örneğin 9 voltluk pil.
LED veri sayfalarında gösterildiği gibi , LED boyunca volt cinsinden LED ileri voltaj düşüşüdür. Tipik olarak, bir LED'in ileri voltajı 1,8 ile 3,3 volt arasındadır. LED'in rengine göre değişir. Kırmızı bir LED tipik olarak 1,7 ila 2,0 volt civarında düşer, ancak bant aralığı ile hem voltaj düşüşü hem de ışık frekansı arttığından , mavi bir LED 3 ila 3,3 volt civarında düşebilir.
anahtardaki voltaj düşüşü volt cinsindendir: (A) anahtarsız, 0 volt kullanın, (B) mekanik anahtar için, 0 volt kullanın, (C) BJT transistörü için , transistör veri sayfasından toplayıcı-verici doyma voltajını kullanın .
LED'in amper cinsinden istenen akımıdır . Maksimum akım LED veri sayfalarında gösterilir, örneğin 20 mA (0.020A) birçok küçük LED için ortaktır. Birçok devre, güç tasarrufu yapmak, standart bir direnç değerinin kullanılmasına izin vermek veya parlaklığı azaltmak için LED'leri önerilen maksimum akımın altında çalıştırır.

LED dizileri

Serideki LED'lerin şeması
LED'lerin paralel şeması

Çoklu LED dizileri normalde seri olarak bağlanır . Bir konfigürasyonda, kaynak voltajı, ayrı LED voltajlarının toplamından büyük veya ona eşit olmalıdır; tipik olarak LED voltajları, besleme voltajının yaklaşık üçte ikisine kadar ekler. Her dizi için tek bir akım sınırlayıcı direnç kullanılabilir.

Paralel işlem de mümkündür ancak daha sorunlu olabilir. Paralel LED'ler , benzer dal akımlarına ve dolayısıyla benzer ışık çıkışına sahip olmak için yakından uyumlu ileri voltajlara ( V f ) sahip olmalıdır. Üretim sürecindeki değişiklikler, bazı LED türlerini paralel olarak bağlarken tatmin edici bir çalışma elde etmeyi zorlaştırabilir.

LED ekran

LED'ler genellikle her bir LED'in (veya her bir LED dizisinin) ayrı ayrı açılıp kapatılabileceği şekilde düzenlenir.

Doğrudan tahrik, anlaşılması en basit yaklaşımdır; birçok bağımsız tek LED (veya tek dizi) devresi kullanır. Örneğin, bir kişi dijital bir saat tasarlayabilir, öyle ki saat yedi parçalı bir ekranda "12:34" gösterdiğinde , saat doğrudan uygun bölümleri açar ve başka bir şey görüntülenmesi gerekene kadar onları açık bırakır.

Bununla birlikte, çoğullanmış görüntüleme teknikleri, daha düşük net donanım maliyetlerine sahip oldukları için doğrudan sürücüden daha sık kullanılır. Örneğin, dijital saatler tasarlayan çoğu insan onları öyle tasarlar ki, saat yedi parçalı bir ekranda "12:34" gösterdiğinde , herhangi bir anda saat, rakamlardan birinin - diğer tüm rakamların uygun bölümlerini açar. karanlık. Saat, rakamları yeterince hızlı bir şekilde tarar ve bir dakika boyunca "sürekli" "12:34" gösterdiği yanılsamasını verir. Bununla birlikte, her "açık" segment aslında saniyede birçok kez hızla açılıp kapatılır.

Bu tekniğin bir uzantısı Charlieplexing'dir, burada bazı mikro denetleyicilerin çıkış pinlerini üç durumlu hale getirme yeteneği, mandal kullanmadan daha fazla sayıda LED'in sürülebileceği anlamına gelir. N pinler için n adet 2 -n LED sürmek mümkündür .

LED'leri sürmek için entegre devre teknolojisinin kullanımı 1960'ların sonlarına kadar uzanmaktadır. 1969'da Hewlett-Packard , erken bir LED ekran ve tümleşik devre teknolojisini kullanan ilk LED aygıtı olan HP Model 5082-7000 Sayısal Göstergeyi tanıttı . Geliştirilmesi, 1962 ve 1968 yılları arasında pratik LED'ler üzerinde araştırma ve geliştirme (Ar-Ge) yapan HP Associates ve HP Labs'de Howard C. Borden ve Gerald P. Pighini tarafından yönetildi. Nixie tüpünün yerini alan ve sonraki LED ekranların temeli haline gelen dijital ekran teknolojisinde devrim .

Polarite

Elektrik polaritesinden bağımsız olarak yanan akkor ampullerin aksine , LED'ler sadece doğru elektrik polaritesinde yanacaktır. Pn bağlantısı boyunca voltaj doğru yönde olduğunda, önemli bir akım akar ve cihazın ileri taraflı olduğu söylenir . Voltaj yanlış polaritedeyse, cihazın ters polariteli olduğu , çok az akım geçtiği ve ışık yaymadığı söylenir . LED'ler alternatif akım voltajıyla çalıştırılabilir, ancak yalnızca pozitif voltajla yanarak LED'in AC kaynağının frekansında açılıp kapanmasına neden olur.

Çoğu LED, düşük ters arıza voltajı derecesine sahiptir, bu nedenle, bu eşiğin üzerinde uygulanan bir ters voltajdan da zarar görürler. Hasarın nedeni, voltajın kendisinden değil, diyot arızasından kaynaklanan aşırı akımdır. Doğrudan ters arıza voltajından daha yüksek bir AC kaynağından sürülen LED'ler, bir diyot (veya başka bir LED) ters paralel yerleştirilerek korunabilir .

Üretici normalde ürün veri sayfasında LED'in polaritesinin nasıl belirleneceğini bildirecektir. Ancak, yüzeye monte cihazlar için polarite işaretlerinin standardizasyonu yoktur .

darbeli çalışma

Birçok sistem, periyodik veya aralıklı olarak güç uygulayarak LED'leri açar ve kapatır. Titreşim hızı, insan titreşim füzyon eşiğinden daha büyük olduğu ve LED göze göre sabit olduğu sürece, LED sürekli yanıyor gibi görünecektir. Darbelerin açma/kapama oranının değiştirilmesi darbe genişlik modülasyonu olarak bilinir . Bazı durumlarda PWM tabanlı sürücüler, sabit akım veya sabit voltaj sürücülerinden daha verimlidir.

Çoğu LED veri sayfası, sürekli çalışma için güvenli olan maksimum DC akımını belirtir. Genellikle, LED denetleyicisi darbeyi yeterince kısa tuttuğu ve ardından LED'in soğuması için LED'e giden gücü yeterince uzun süre kapattığı sürece, kısa darbeler için güvenli olan daha yüksek bir maksimum darbe akımı belirtirler.

Işık sensörü olarak LED

Cep telefonu IrDA

Emisyona ek olarak , ışık algılamada bir LED fotodiyot olarak kullanılabilir . Bu yetenek, ortam ışığı algılama ve çift yönlü iletişim dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılabilir .

Bir fotodiyot olarak, bir LED, yaydığı baskın dalga boyuna eşit veya ondan daha kısa dalga boylarına duyarlıdır. Örneğin, yeşil bir LED, mavi ışığa ve bir miktar yeşil ışığa duyarlıdır, ancak sarı veya kırmızı ışığa karşı hassas değildir.

LED'lerin bu uygulaması, devrelerde yalnızca küçük değişikliklerle tasarımlara eklenebilir. Bir LED olabilir çoklanmış her iki ışık yayılması için kullanılan ve farklı zamanlarda algılama olabilir, öyle ki bu tür bir devrenin.

Ayrıca bakınız

Referanslar