Vor- und Nachteile verschiedener Möglichkeiten zur Konfiguration von LED-Beleuchtung

Wir sind ständig auf der Suche nach immer effizienteren Lösungen im Bereich der Beleuchtung. LEDs sind sehr beliebt. Seine Helligkeit ist wirklich zufriedenstellend und die Preise sind nicht mehr beängstigend. Es lohnt sich zu wissen, wie man sie so konfiguriert, dass sie Ihren Erwartungen am besten entsprechen.
Straßenlaternen, Autoscheinwerfer, LCD-Panel-Hintergrundbeleuchtung oder Architekturbeleuchtung sind nur einige der Anwendungen für LEDs mit hoher Helligkeit. Das Hauptkriterium ist seine lange Lebensdauer. Es besteht kein Zweifel, dass die Steigerung der Effizienz und Helligkeit von LEDs und der Rückgang ihrer Preise zu einer zunehmenden Zahl von Verbraucher- und Industrieanwendungen führt.
Helligkeits- und Farbsteuerung
Zur präzisen Steuerung der Helligkeit und Farbe der LED-Beleuchtung wird am häufigsten das Konstantstromnetzteil verwendet. Regelt die Stromzufuhr zu den LEDs, unabhängig von äußeren Faktoren wie Unterschiede in der Durchlassspannung (Uf) der einzelnen LEDs, Schwankungen der Versorgungsspannung etc. Die LEDs werden unabhängig von Betriebsbedingungen mit dem eingestellten Strom versorgt.
Wie funktioniert die Gleichstromversorgung?
Das DC-Netzteil bietet eine vielseitige Stromquelle für eine Reihe von Beleuchtungsprodukten mit LEDs. Der eingebaute Rückführkreis überwacht den Stromfluss in einem Diodo oder Reihe bestimmter Dioden und passt den Ausgangsstrom ständig an, um den Pegel von
Einstellmöglichkeiten
Es gibt zwei Möglichkeiten, mehrere LEDs anzuschließen, in Reihe oder parallel. Beide Architekturen haben ihre Vorteile im Hinblick auf Effizienz, Helligkeitsanpassung und Störfestigkeit. Die dritte Option ist eine Hybridlösung, Mischverbindung genannt, die eine Reihen- und Parallelkonfiguration kombiniert.
Wie ist die serielle Verbindung?
Bei der Reihenschaltung von LED-Dioden ist die Kathode der ersten Diode mit der Anode der zweiten verbunden usw. Dieses Diagramm ist in Abb. 1 dargestellt. Der Hauptvorteil der seriellen Verbindung ist die maximale Helligkeitseinstellung, wodurch Helligkeitsunterschiede einzelner LEDs nicht sichtbar sind. Die Helligkeitsanpassung ergibt sich aus dem gleichen Wert des durch jede Diode fließenden Stroms und ist voneinander unabhängig. Der Ausgang akzeptiert einzelne LEDs oder Reihen von LED-Modulen, die parallel oder in Reihe geschaltet sind, und liefert den gewünschten Strom an jede Leitung. Mit dem gleichen DC-Netzteil können Sie für superhelle LEDs die Durchlassspannung zwischen 3 und 3,5 V einstellen. Der angezeigte Stromwert wird unabhängig von der Durchlassspannung der Diode beibehalten. LED-Beleuchtungsanwendungen verwenden normalerweise viele LEDs von 1 W bis 3 W, die zusammenarbeiten. Es gibt drei Möglichkeiten seiner Versorgung, deren Hauptvor- und -nachteile zusammen mit der Betriebsbeschreibung in den folgenden Abschnitten erörtert werden. Unabhängig vom verwendeten Schema liegt bei einem Fehler meistens ein Kurzschluss zwischen der Anode und der Kathode vor. Es ist auch möglich zu "unterbrechen", wenn zwischen Anode und Kathode ein offener Stromkreis entsteht. Sie können jedoch mit diesen Problemen umgehen.
Einstellmöglichkeiten
Es gibt zwei Möglichkeiten, mehrere LEDs anzuschließen, in Reihe oder parallel. Beide Architekturen haben ihre Vorteile im Hinblick auf Effizienz, Helligkeitsanpassung und Störfestigkeit. Die dritte Option ist eine Hybridlösung, Mischverbindung genannt, die eine Reihen- und Parallelkonfiguration kombiniert.
Wie ist die serielle Verbindung?
Bei der Reihenschaltung von LED-Dioden ist die Kathode der ersten Diode mit der Anode der zweiten verbunden usw. Dieses Diagramm ist in Abb. 1 dargestellt. Der Hauptvorteil der seriellen Verbindung ist die maximale Helligkeitseinstellung, wodurch Helligkeitsunterschiede einzelner LEDs nicht sichtbar sind. Die Helligkeitsanpassung ergibt sich aus dem gleichen Wert des durch jede Diode fließenden Stroms und ist unabhängig von Schwankungen der Flussspannung der einzelnen Dioden. Die Gesamtspannung im String ist eine Funktion der Anzahl der LEDs in der Reihe und der typischen Durchlassspannung (Uf) jeder LED. Beispiel: Wenn die Linie 20 LED-Dioden mit einer Durchlassspannung Uf = 3.5 V DC enthält, beträgt die Gesamtspannung 70 V DC. Eine einzelne Gleichstromversorgung versorgt jede der LEDs mit Strom. In dieser Konfiguration erhalten alle LEDs einen Strom mit dem gleichen Wert.
Vorteile der seriellen Verbindung

• einfacher Aufbau, deckt nur einen Stromkreis ab;
• es gibt keine Stromfehlanpassungen – alle LEDs in der Sequenz erhalten Strom mit dem gleichen Wert; • hohe Systemeffizienz – die Verwendung von Strombegrenzungswiderständen ist nicht erforderlich;
• Normalbetrieb anderer Dioden in einer Situation, in der eine von ihnen aufgrund eines Kurzschlusses ausfällt und die Spannung im Bereich um Uf der nicht funktionsfähigen LED abfällt, wodurch der Stromverbrauch reduziert wird. Die Gesamthelligkeit der Lampe wird nur durch diese LED reduziert.

Nachteile der seriellen Verbindung

• es kann eine sehr hohe Ausgangsspannung vorliegen, die bei einer großen Anzahl von LEDs die Sicherheit gefährdet;
• Die gesamte Leitung hört auf zu leuchten, wenn die LED aufgrund eines unterbrochenen Stromkreises ausfällt. In diesem Fall kann ein einfacher Stromkreis parallel geschaltet werden, um diese Diode im Fehlerfall zu umgehen und die Auswirkungen einer Stromkreisunterbrechung zu minimieren.

Wie berechnet man die notwendigen Parameter für den LED-Treiber?
Um die maximale Anzahl von LEDs zu berechnen, die sicher in Reihe mit dem DC-Netzteil geschaltet werden können, dividieren Sie die maximale Ausgangsspannung des Netzteils durch die Durchlassspannung jeder der LEDs. Zum Beispiel: wenn die Ausgangsspannung. max = 30 V DC und Glühkerzen = 3.0 V, die maximale Anzahl der LEDs 30/3 = 10. An ein solches DC-Netzteil können insgesamt 10 LEDs in Reihe geschaltet werden. Um den gewünschten Ausgangsstrom des Netzteils einzustellen, sollten Sie sich mit den technischen Daten der verwendeten LEDs vertraut machen und den empfohlenen Stromwert überprüfen. Wählen Sie dann das LED-Netzteil mit dem gleichen optimalen Stromwert.
Wie sieht die Parallelschaltung aus?
Ein Beispiel kann hier eine Lampe mit zehn LED-Dioden sein, bei der zwei parallel geschaltete Reihen von fünf Dioden verwendet werden können. Eine solche Konfiguration ist in Abb. 2 dargestellt. Die Parallelschaltung von LED-Dioden ermöglicht es, die maximale Spannung in der Sequenz zu reduzieren und die Widerstandsfähigkeit gegen Durchschläge zu erhöhen. Die Gesamtspannung in der Leitung ist um einen Faktor kleiner als in der Reihenschaltung gleich der Anzahl paralleler Leitungen. Schwankungen von einzelnen LEDs können zu erheblichen Ungleichgewichten der Stromwerte auf jeder der Leitungen führen, daher verwendet jede der Leitungen Widerstände, um die Stromwerte auszugleichen. Je nachdem, wie gut der Strombegrenzungswiderstand gewählt wurde, wird der Stromwert auf die einzelnen Zeilen aufgeteilt.
Vorteile einer Parallelschaltung

• für die Einrichtung wird nur ein Netzteil benötigt;
• relativ niedrige Gesamtausgangsspannung;
• die Fähigkeit, den Strom mit der richtigen Auswahl des Widerstandswerts gleichmäßig zwischen den LED-Zeilen zu verteilen.

Nachteile der Parallelschaltung

• die Verbesserung der Energieverteilung geht zu Lasten ihres größeren Verbrauchs durch Widerstände und einer geringeren Effizienz des Systems;
• Wenn alle Dioden einem höheren Ladungsniveau ausgesetzt sind, in einer Situation, in der nur eine in der Reihe aufgrund eines Kurzschlusses ausfällt, müssen die Dioden einen höheren Strom führen, was wahrscheinlich zu einem der folgenden Fehler im System führen wird . Allerdings werden die Dioden der restlichen Zeilen deutlich dunkler, da der Gesamtstromwert durch die Stromausbeute des Netzteils begrenzt ist.
• Die gesamte Leitung hört auf zu leuchten, wenn die Diode aufgrund des unterbrochenen Stromkreises ausfällt, und der Strom in den verbleibenden Strings steigt abhängig von ihrer Anzahl an. In diesem Fall können Sie einen einfachen Stromkreis parallel schalten, um die ausgefallene Diode zu umgehen und so die Auswirkungen einer Stromkreisunterbrechung zu minimieren.

Wie berechnet man die maximale Spannung der LED-Ausgangsstromversorgung?
Um den Ausgangsstrom eines Konstantstrom-LED-Beleuchtungsnetzteils zu ermitteln, muss der optimale Stromwert für die verwendeten LEDs mit der Anzahl der Leitungen multipliziert werden. Beispiel: Wenn der optimale Stromwert für die LEDs 350 mA beträgt und wir zwei LED-Linien haben, sollte der Wert des LED-Versorgungsstroms 350 x 2 = 700 mA betragen. In einer parallelen Konfiguration wird die gesamte Durchlassspannung Uf mit der Anzahl der LEDs auf jeder der Linien multipliziert. Beispiel: Wenn wir 2 Zeilen mit 5 LEDs haben und Uf 3.5 V beträgt, beträgt die Gesamtdurchlassspannung 5 x 3.5 = 17.5 V DC.
Wie sieht eine Mischverbindung aus?
In dieser Konfiguration sind die LEDs in einem Zeilen-Spalten-Matrixschema wie in Abb. 3 angeordnet. Eine gemischte Verbindung ist ein Versuch, einige der typischen Probleme einer Reihenschaltung zu beseitigen, indem mehr Verbindungen zwischen den LEDs hinzugefügt werden. Das Schema dieser Verbindung ähnelt dem der parallelen Leitungsverbindung, mit dem Unterschied, dass es eine Verbindung zwischen den Leitungen gibt. Die erste LED in jeder Sequenz ist parallel zu den ersten LEDs in den verbleibenden Zeilen geschaltet. Jeder nachfolgende – ​​mit benachbarten LED-Dioden.
Vorteile einer gemischten Verbindung

• Die Konfiguration benötigt auch nur eine Stromversorgung, da die Ausgangsspannung im Vergleich zur Parallelkonfiguration relativ niedrig ist;
• in der Regel ist es widerstandsfähiger gegen Ausfälle;
• Höherer Wirkungsgrad: Es ist im Allgemeinen nicht notwendig, Widerstände zu verwenden, die Strom verteilen.

Nachteile einer gemischten Verbindung

• bei Strommissverhältnissen ist das Hinzufügen von Widerständen, die die Stromverteilung erleichtern, nicht so einfach wie bei einer Parallelschaltung;
• die ungleichmäßige Verteilung von Strömen verursacht eine ungleichmäßige Verteilung von Licht und Wärme;
• alle LEDs in dieser Reihe leuchten nicht mehr, wenn eine LED wegen Kurzschluss ausfällt, leuchten die restlichen Reihen normal, aber die Helligkeit der Lampe ist geringer;
• ein höheres Ausfallrisiko der nachfolgenden LEDs in einer bestimmten Reihe, wenn eine von ihnen aufgrund eines unterbrochenen Stromkreises ausfällt, was daraus resultiert, dass die anderen LEDs in dieser Reihe in dieser Situation einem höheren Strom ausgesetzt sind. Andere LED-Reihen leuchten normal. In diesem Fall kann ein einfacher Shunt-Schaltkreis parallel geschaltet werden, mit dem Sie die ausgefallene Diode überbrücken können, wodurch die Auswirkungen einer Stromkreisunterbrechung durch die LEDs minimiert werden.

Aimtec Konstantstrom-LED-Netzteile
Bei jeder der oben genannten Arten der Konfiguration von LED-Beleuchtung funktionieren Aimtec DC-Konstantstrom-Netzteile sehr gut. Sie sind in einer universellen Version für AC-Eingangsspannung sowie als Modelle für DC-Eingangsspannung erhältlich. Weitere Informationen finden Sie auf der Website von Transfer Multisort Elektronik (www.tme.eu), dem offiziellen Distributor von Aimtec.