مقدمة لمبدأ تشغيل طاقة LED
2018-11-20 18:24:04
يوضح الرسم البياني أدناه العلاقة بين انخفاض الجهد الأمامي (VF) والتيار الأمامي (IF). من المنحنى، يمكن ملاحظة أنه عندما يتجاوز الجهد الأمامي عتبة معينة (حوالي 2 فولت)، أي جهد التشغيل، يمكن تقريب أن IF يتناسب مع VF. يوضح الجدول الخصائص الكهربائية لمصباح LED فائق السطوع الحالي. وفقًا للجدول، يمكن أن يصل أعلى IF لمصباح LED فائق السطوع إلى 1A في الوقت الحالي، ويكون VF عادةً من 2 إلى 4 فولت.
نظرًا لأن خصائص إضاءة LED توصف عادةً بأنها دالة للتيار وليس الجهد، ومنحنى العلاقة بين التدفق الضوئي (V) وIF، يمكن لمشغل مصدر التيار المستمر التحكم بشكل أفضل في السطوع. بالإضافة إلى ذلك، فإن نطاق انخفاض الجهد الأمامي لـ LED كبير نسبيًا (حتى 1 فولت)، ويُظهر منحنى VF-IF في الشكل أعلاه أن التغييرات الصغيرة في VF ستؤدي إلى تغييرات كبيرة في IF، مما سيؤدي إلى تغييرات أكبر في السطوع. لذلك، لا يمكن أن يضمن استخدام مشغل مصدر الجهد المستمر اتساق سطوع LED، ويؤثر على موثوقية LED وعمرها وتدهورها البصري. لذلك، عادةً ما يتم تشغيل LED فائق السطوع بواسطة مصدر تيار مستمر.
فيما يلي العلاقة بين درجة الحرارة والتدفق الضوئي (فولت) لمصباح LED. من الشكل أدناه، يمكن ملاحظة أن التدفق الضوئي يتناسب عكسياً مع درجة الحرارة. التدفق الضوئي عند 85 درجة مئوية هو نصف التدفق الضوئي عند 25 درجة مئوية، والإخراج عند 140 درجة مئوية هو 1.8 مرة التدفق الضوئي عند 25 درجة مئوية. كما أن تغيرات درجة الحرارة لها تأثير معين على الطول الموجي لمصباح LED. لذلك، فإن تبديد الحرارة الجيد هو ضمان الحفاظ على سطوع ثابت لمصباح LED.
فيما يلي صورة للعلاقة بين درجة الحرارة والتدفق الضوئي للصمام الثنائي الباعث للضوء (LED).
مقدمة لدائرة محرك LED العامة
نظرًا للحدود المفروضة على مستوى طاقة LED، فمن الضروري عادةً تشغيل مصابيح LED متعددة في نفس الوقت لتلبية متطلبات السطوع. لذلك، هناك حاجة إلى دائرة قيادة خاصة لإضاءة LED. فيما يلي مقدمة موجزة لدائرة قيادة مفهوم LED.
تظهر دائرة تحديد تيار المقاومة في الشكل التالي. تعد دائرة قيادة تحديد تيار المقاومة أبسط دائرة قيادة. يتم حساب مقاومة تحديد التيار بالصيغة أدناه.
Vin هو جهد الدخل للدائرة: VF هو التيار الأمامي لـ IED؛ VF هو انخفاض الجهد في LED عندما يكون التيار الأمامي IF؛ VD هو انخفاض الجهد في الصمام الثنائي المضاد للعكس (اختياري)؛ y هو عدد LED في كل سلسلة؛ x هو الرقم التسلسلي لـ LED الموازي.
يمكن الحصول على النموذج الرياضي الخطي للصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) من الشكل أعلاه.
الصيغة: Vo هو انخفاض الجهد الافتتاحي لمصباح LED واحد؛ Rs هي مقاومة متسلسلة مكافئة خطية لمصباح LED واحد. يمكن كتابة حساب مقاومة التيار الحد الأعلى على النحو التالي
عند اختيار المقاوم، تكون العلاقة بين IF لدائرة تحديد تيار المقاومة وVF هي
من الصيغة أعلاه، يمكن ملاحظة أن دائرة تحديد تيار المقاومة بسيطة، ولكن عندما يتقلب جهد الدخل، فإن التيار المار عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء سيتغير أيضًا، وبالتالي يكون أداء التنظيم ضعيفًا. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن فقدان الطاقة للمقاومة R هو xRIF، فإن الكفاءة منخفضة.
مقدمة للمنظم الخطي
إن جوهر المنظم الخطي هو استخدام ثلاثي القطب أو MOSFFET يعمل في المنطقة الخطية كمقاومة ديناميكية قابلة للتعديل للتحكم في الحمل. هناك نوعان من المنظمات الخطية: موازية وتسلسلية.
يُطلق على منظم الجهد الخطي الموازي الموضح في الشكل (أ) أدناه أيضًا اسم منظم الجهد المتوازي (يظهر LED واحد فقط في الشكل، في الواقع يمكن أن يكون الحمل عبارة عن عدة مصابيح LED متصلة على التوالي، كما هو الحال أدناه). وهو موازٍ لمصباح LED. عندما يزيد جهد الدخل أو ينخفض مصباح LED، سيزداد التيار المار عبر منظم الجهد المتوازي، مما سيزيد من انخفاض الجهد على مقاومة الحد الحالي. يظل التيار المار عبر مصباح LED ثابتًا.
نظرًا لأن منظمات التحويل تحتاج إلى الاتصال على التوالي بمقاوم، فإن الكفاءة ليست عالية، ومن الصعب تحقيق تنظيم ثابت في حالة وجود مجموعة واسعة من تغييرات جهد الدخل.
يوضح الشكل B التالي منظمًا متسلسلًا. عندما يزداد جهد الدخل، تزداد المقاومة الديناميكية للمنظم للحفاظ على ثبات الجهد (التيار) على الصمام الثنائي الباعث للضوء.
نظرًا لأن الترانزستور الكهربائي أو MOSFET له جهد تشغيل مشبع، فيجب أن يكون الحد الأدنى لجهد الدخل أكبر من مجموع الجهد المشبع وجهد الحمل، حتى تتمكن الدائرة من العمل بشكل صحيح.
مقدمة لمنظم التبديل
لا تقتصر تقنية القيادة على نطاق جهد الإدخال فحسب، بل إنها أيضًا منخفضة الكفاءة. عند استخدامها في محرك LED العادي منخفض الطاقة، يكون التيار بضعة مللي أمبير فقط، وبالتالي فإن الخسارة ليست واضحة. عند استخدامها لتشغيل LED عالي السطوع بتيار يبلغ عدة مئات من مللي أمبير أو حتى أعلى، يصبح فقدان دائرة الطاقة مشكلة خطيرة. يعد مصدر الطاقة التبديلي جهاز تحويل الطاقة الأكثر كفاءة في الوقت الحاضر، ويمكنه تحقيق