LED를 효율적으로 구동하려면 어떻게해야합니까?
답변:
LED가 켜지려면 최소 전압이 필요합니다. 이 전압은 LED 유형에 따라 다르지만 일반적으로 1.5V-4.4V 부근에 있습니다. 이 전압에 도달하면 LED의 작은 저항에 의해서만 제한되는 전압으로 전류가 매우 빠르게 증가합니다. 결과적으로 이보다 훨씬 높은 전압은 전원 공급 장치가 충분한 전류를 공급할 수없고 전압이 저하되거나 LED가 파괴 될 때까지 LED를 통해 매우 큰 전류를 발생시킵니다.
위는 LED에 대한 전류-전압 관계의 예입니다. 전압에 따라 전류가 너무 빠르게 상승하기 때문에 일반적으로 LED에 걸리는 전압이 전류에 관계없이 일정한 값이라고 가정하면 분석을 단순화 할 수 있습니다. 이 경우 2V가 올바르게 보입니다.
배터리에 똑바로
배터리는 완벽한 전압원이 아닙니다. 단자 사이의 저항이 감소하고 전류 소모가 증가함에 따라 배터리 단자의 전압이 감소합니다. 결과적으로 배터리가 제공 할 수있는 전류에는 제한이 있습니다. 배터리가 너무 많은 전류를 공급하여 LED를 파괴 할 수없고이 많은 전류를 공급하여 배터리 자체가 파손되지 않는 경우 배터리를 가로 질러 LED를 똑바로 세우는 것이 가장 쉽고 효율적인 방법입니다.
대부분의 배터리는 이러한 요구 사항을 충족하지 않지만 일부 코인 셀은 그렇지 않습니다. 당신은 LED 던지기 에서 그들을 알 수 있습니다 .
직렬 저항
LED 전류를 제한하는 가장 간단한 방법은 저항을 직렬로 배치하는 것입니다. 옴의 법칙에 따르면 저항을 통한 전류는 저항을 통한 전압을 저항으로 나눈 것과 같습니다. 따라서 저항의 전압과 전류 사이에는 선형 관계가 있습니다. 저항을 LED와 직렬로 배치하면 공급 전압의 작은 변화로 인해 전류가 급격히 상승하지 않도록 전압-전류 곡선이 평평 해집니다. 전류는 여전히 급격히 증가하지 않습니다.
저항기의 값은 계산하기 간단합니다. 공급 전압에서 LED의 순방향 전압을 빼면 이것이 저항기 양단의 전압입니다. 그런 다음 옴의 법칙 을 사용 하여 LED에서 원하는 전류를 얻는 데 필요한 저항 을 찾으십시오 .
여기서 가장 큰 단점은 저항이 전기 에너지를 열로 변환하여 전압을 감소 시킨다는 것입니다. 다음 중 하나를 사용하여 저항의 전력을 계산할 수 있습니다.
저항기의 모든 전원은 조명을 만드는 데 사용되지 않습니다. 그렇다면 공급 전압을 LED 전압에 매우 가깝게 만들어서 매우 큰 저항이 필요하지 않아 전력 손실이 줄어드는 이유는 무엇입니까? 저항이 너무 작 으면 전류를 잘 조절하지 못하기 때문에 저항이 전혀없는 것처럼 회로의 온도, 제조 변동 및 공급 전압에 따라 전류가 크게 변하게됩니다. 일반적으로 전압의 25 % 이상을 저항 위로 떨어 뜨려야합니다. 따라서 직렬 저항으로 75 % 이상의 효율을 달성 할 수는 없습니다.
단일 전류 제한 저항을 공유하여 여러 개의 LED를 병렬로 배치 할 수 있는지 궁금 할 것입니다. 가능하지만 결과는 안정적이지 않으며 하나의 LED가 모든 전류를 소모하여 손상 될 수 있습니다. 많은 병렬 LED에 단일 저항을 정확히 사용할 수없는 이유는 무엇입니까?를 참조하십시오 . .
선형 전류 소스
LED에 일정한 전류를 공급하는 것이 목표라면 전류를 LED로 능동적으로 조절하는 회로를 만들어 보시겠습니까? 이것을 현재 소스 라고 하며 여기에서 일반적인 부분으로 만들 수있는 예제가 있습니다.
작동 방식은 다음과 같습니다. Q2는 R1을 통해 기본 전류를 얻습니다. Q2가 켜지면 D1, Q2 및 R2를 통해 큰 전류가 흐릅니다. 이 전류가 R2를 통해 흐르면 R2의 전압이 높아져야합니다 (옴의 법칙). R2 양단의 전압이 0.6V로 증가하면 Q1이 켜지 기 시작하여 Q2에서 기본 전류를 훔쳐 D1, Q2 및 R2의 전류를 제한합니다.
따라서 R2는 전류를 제어합니다. 이 회로는 R2의 전압을 0.6V 이하로 제한함으로써 작동합니다. 따라서 R2에 필요한 값을 계산하려면 옴의 법칙을 사용하여 0.6V에서 원하는 전류를 제공하는 저항을 찾을 수 있습니다.
그러나 우리는 무엇을 얻었습니까? 이제 직렬 저항 대신 Q2 및 R2에서 초과 전압이 떨어지고 있습니다. 훨씬 더 효율적이고 훨씬 더 복잡합니다. 왜 우리는 귀찮게할까요?
직렬 저항을 사용하는 경우 적절한 전류 조정을 위해서는 총 전압의 25 % 이상이 저항을 가로 질러 있어야합니다. 그럼에도 불구하고 전류는 여전히 공급 전압에 따라 조금씩 다릅니다. 이 회로를 사용하면 모든 조건 에서 공급 전압에 따라 전류가 거의 변하지 않습니다 . 많은 LED를 D1과 직렬로 연결하여 총 전압 강하가 20V가되도록 할 수 있습니다. 그렇다면 우리는 R2를 위해 또 다른 0.6V 만 필요하며 Q2가 작동 할 공간이 조금 더 필요합니다. 공급 전압은 21.5V가 될 수 있으며 LED가 아닌 것에서는 1.5V 만 낭비하고 있습니다. 이는 우리의 효율이 도달 할 수 있음을 의미합니다 . 직렬 저항으로 소집 할 수있는 75 %보다 훨씬 낫다.
스위치 모드 전류 소스
궁극적 인 솔루션을 위해서는 이론적으로 100 % 효율로 LED를 구동하는 방법이 있습니다. 스위치 모드 전원 공급 장치 라고하며 인덕터를 사용하여 모든 전압을 LED를 구동하는 데 필요한 전압으로 정확하게 변환합니다. 단순한 회로가 아니며 실제 구성 요소가 이상적이지 않기 때문에 실제로 100 % 효율적으로 만들 수는 없습니다. 그러나 올바르게 설계하면 위의 선형 전류원보다 더 효율적일 수 있으며 더 넓은 범위의 입력 전압에서 원하는 전류를 유지할 수 있습니다.
다음은 일반적인 부분으로 만들 수있는 간단한 예입니다.
이 디자인이 매우 효율적이라고 주장하지는 않지만 작동 원리를 보여줍니다. 작동 방식은 다음과 같습니다.
U1, R1 및 C1은 구형파를 생성합니다. R1을 조정하면 듀티 사이클과 주파수 및 결과적으로 LED의 밝기가 제어됩니다.
출력 (핀 3)이 낮 으면 Q1이 켜집니다. 인덕터 L1을 통해 전류가 흐른다. 이 전류는 에너지가 인덕터에 저장 될 때 커집니다.
그런 다음 출력이 높아집니다. Q1이 꺼집니다. 그러나 인덕터는 전류의 플라이휠 역할을합니다. L1에 흐르는 전류는 계속 흘러야하며 그렇게하는 유일한 방법은 D1을 통하는 것입니다. L1에 저장된 에너지는 D1으로 전송됩니다.
출력이 다시 낮아 지므로 회로는 L1에 에너지를 저장하고 D1에 덤프하는 것 사이를 교대로 전환합니다. 실제로 LED는 빠르게 깜박이지만 약 25kHz에서 보이지 않습니다.
이것에 대한 깔끔한 점은 우리의 공급 전압이 무엇인지 또는 D1의 순방향 전압이 중요하지 않다는 것입니다. 실제로 많은 LED를 D1과 직렬로 연결할 수 있으며 LED의 총 순방향 전압이 공급 전압을 초과하더라도 여전히 켜집니다.
일부 추가 회로를 사용하면 D1의 전류를 모니터링하고 R1을 효과적으로 조정하는 피드백 루프를 만들 수 있으므로 LED는 광범위한 공급 전압에서 동일한 밝기를 유지합니다. 배터리가 부족할 때 LED를 밝게 유지하려면 편리합니다. U1을 마이크로 컨트롤러로 바꾸고 여기저기서 좀 더 효율적으로 조정하면 실제로 무언가를 얻을 수 있습니다.
덜 일반적으로 보이는 다른 방법이 있습니다. 하나의 LED에 적합하며 매우 간단하며 약 4v에서 20v까지 무엇이든 던질 수 있으며 LED에 상당히 일정한 전류를줍니다.
청색은 입력 전압, 20v ~ 4v입니다. 녹색은 LED의 전류이며 약 12mA입니다. 레드는 JFET, 데이터 시트에 의해 소산 힘을 여기에 .
그것은 많은 요소에 의존하기 때문에 사실이 아닙니다.
LED의 문제는 1) 일단 작동하기 시작하면 약간의 전압 증가로 인해 전류가 엄청나게 증가한다는 것입니다. 올바른 조합을 사용하면 손상을 의미 할 수 있습니다. 2) LED가 가열되면 순방향 전압 강하가 감소하여 LED를 통한 전류가 상승합니다. 그러면 LED의 전력 소비가 증가하고 LED가 가열됩니다. 그것은 악순환으로 이어진다.
이를 피하는 한 가지 방법은 LED의 전류가 올라갈 때 LED의 전압이 내려가도록 네거티브 피드백을 도입하는 것입니다.
여러 가지 방법이 있습니다. 저항기, 센서, 능동 제어 등