لماذا لا يمكن دمج الصمام الثنائي الباعث للضوء مباشرة مع المقاومة المحددة للتيار
2022-02-11 08:55:56
مقدمة موجزة: في عملية استخدام LED، من الضروري تصميم دائرة تيار محدودة في الدائرة (يمكن أن تكون مقاومة تحديد التيار، أو دائرة تيار ثابت) لضمان عدم تجاوز تيار LED للحد الأقصى لتيار التشغيل لـ LED. يعد استخدام المقاومات المحددة للتيار الدائرة الأكثر ملاءمة في تطبيقات LED الشائعة. هناك شرائح LED أكثر تطوراً ومتكاملة يمكن استخدامها. تناقش هذه الورقة سبب عدم دمج LED الفردي المبكر بشكل مباشر مع المقاوم المحدد للتيار.
01 مقاومة تحديد التيار LED
1.1 مقاومة الحد الحالي
كما نعلم، في عملية الاستخدام
الصمام إمدادات الطاقةلا تقم بتوصيل الصمام الثنائي الباعث للضوء مباشرة من كلا طرفي مصدر الطاقة [1]، لأن هناك خطرًا يتمثل في احتراق الصمام الثنائي الباعث للضوء بسبب التيار الزائد. عادةً، يتم توصيل مقاوم تحديد التيار بدبوس الصمام الثنائي الباعث للضوء للتحكم في التيار المتدفق عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء ضمن نطاق التشغيل المناسب.
يجب أن يعتمد حجم مقاومة التيار هذه على:
الجهد الكهربائي:
انخفاض ضغط أنبوب LED، والذي يتم تحديده من خلال لون LED؛
نطاق التيار الدافع:؛
هناك ثلاثة عوامل تحدد حجم المقاومة الحالية المحددة.
1.2 جهد تشغيل LED
تعطي خصائص الفولت أمبير لعدة مصابيح LED بألوان مختلفة [2] خصائص الفولت أمبير لعدة مصابيح LED بألوان مختلفة تم قياسها بالفعل. يمكن ملاحظة أن خصائص الفولت أمبير لمصابيح LED تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في الثنائيات العادية، باستثناء أن جهد التبديل يختلف مع اختلاف ألوان مصابيح LED.
▲ الشكل 1.2 خصائص VA لمصابيح LED بألوان مختلفة
في بعض الحالات الخاصة، إذا كان جهد الصمام الثنائي الباعث للضوء هو نفسه بشكل أساسي الجهد المطبق، وكانت المقاومة الداخلية للبطارية كبيرة نسبيًا، فيمكن للبطارية أيضًا تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء بشكل مباشر.
لوحة بيضاء رقمية تفاعلية مع جهاز تحكم عن بعد لجهاز Nintendo Wii وقلم LED بالأشعة تحت الحمراء. بالنسبة للمدارس، يوضح HOWTO[3] تطبيق اتصال مباشر بين LED بالأشعة تحت الحمراء والبطارية رقم 5.
الشكل 1.2.2 قم بتوصيل الصمام الثنائي الباعث للضوء مباشرة عند كلا طرفي البطارية
نظرًا لأن استخدام مصابيح LED في معظم الحالات يتطلب توصيل المقاومات المحددة للتيار، فلماذا لا يوجد مصباح LED مدمج داخليًا بشكل مباشر لمقاومة التيار المحدودة للبيع؟
02 لماذا؟
لماذا لا تحتوي مصابيح LED على مقاومات مدمجة؟ [4] والإجابة غنية جدًا.
لقد جعلتني ليلة من النضال من أجل تركيب 16 مقاومة حدية للتيار في لوحة توصيل صغيرة لمشروع جامعي أتساءل لماذا لا تحتوي مصابيح LED على أي نوع من المقاومة الداخلية؟ لا أستطيع التفكير في أي سلبيات. لم أقم مطلقًا بتوصيل مصباح LED بدون مقاومة على التوالي، لذا فإن الأمر منطقي للغاية بالنسبة لي.
اشتكى هذا السائل بعد أن قام بلحام 16 مقاومة تحديد التيار، متسائلاً لماذا يتم دمج منتصف الصمام الثنائي الباعث للضوء مباشرة مع مقاومة تحديد التيار؟
2.1 LED مع مقاومة الحد من التيار المتكاملة
أولاً وقبل كل شيء، لا تزال مصابيح LED ذات المقاومات المحددة للتيار المدمجة موجودة في السوق. على سبيل المثال، في مصباح LED أحمر 6.5 فولت بفتحة 3 مم، يقدم Kingbright-934SRD-5V مصباح LED بمقاومة تيار محدودة مدمجة داخلية تحت جهد 5 فولت [5]. يبلغ قطر مصباح LED 3 مم، ويعمل عند 5 فولت مع تيار يبلغ حوالي 14 مللي أمبير.
في LP377GWH1-40G [6]، تم إعطاء مواصفات الصمام الثنائي الباعث للضوء الأخضر بقطر 5 مم الذي تنتجه شركة YunSun في شنتشن، الصين، والذي يعمل عند +5 فولت، ويبلغ تيار العمل 20 مللي أمبير عند +5 فولت.
في الواقع، توجد بالفعل مصابيح LED ذات دوائر داخلية أكثر تعقيدًا، ليس فقط دوائر التيار المحدود، ولكن ربما دوائر التحكم في الوميض ودوائر التعتيم وما إلى ذلك. على سبيل المثال، تم دمج مصباح LED الملون القابل للتحكم التسلسلي WS2812 [7] مع دائرة واجهة تسلسلية ودائرة تحكم PWM ثلاثية الألوان، مما يجعل من الممكن التحكم في لون وسطوع ما يصل إلى 1024 مصباح LED باستخدام منفذ IO واحد فقط.
2.2 مشكلة مقاومة الحد الحالي المتكاملة لمصباح LED
كما رأينا سابقًا، فإن منتجات LED المزودة بمقاومات تدفق محدودة مدمجة موجودة بالفعل منذ فترة طويلة، ولكنها كانت فاشلة من حيث رد فعل السوق (من حيث نسبة الاستخدام واختراق السوق). تتضمن القضايا الرئيسية ما يلي:
مشكلة الكفاءة الضوئية: في الواقع، تعمل معظم مصابيح LED المستخدمة في الإضاءة في حالة عدم وجود مقاومة تيار محدودة، من خلال دائرة تيار مستمر خاصة لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة الضوئية لمصابيح LED.
مشكلة سلسلة إمداد الطاقة LED: في العديد من التطبيقات، يلزم توصيل مصابيح LED متعددة على التوالي لتشكيل مساحة أكبر من مصباح العرض. إذا كانت مقاومة التيار محدودة، يلزم وجود جهد قيادة أكبر. غالبًا ما تُستخدم دوائر التيار المستمر لتشغيل مصابيح LED المتسلسلة هذه؛
جهد العمل والتيار المختلفان: نحن نعلم أن حجم مقاومة الحد الحالي للصمام الثنائي الباعث للضوء يتكون من عدد من العوامل، وبمجرد استيفائها لشروط معينة من تكامل مقاومة التيار المحدودة، فإنها ستحد من استخدام مناسبات الصمام الثنائي الباعث للضوء؛
مشكلة تبديد الحرارة: كيفية تبديد استهلاك الطاقة بشكل فعال على مقاومة الحد الحالي هي أيضًا عامل يؤثر على مقاومة الحد الحالي المتكاملة الداخلية لمصباح LED؛
جهد التشغيل المنخفض: يصبح جهد تشغيل الدائرة الحالية أقل وأقل، من 5 فولت الأصلي يتحول تدريجيًا إلى 3.3 فولت، أو حتى أقل، مما يجعل جهاز LED المتكامل غير قادر على التكيف مع مجموعة متنوعة من جهد التشغيل؛
إن استخدام مقاوم تحديد التيار على شكل عصا طاولة مريح للغاية: أو في الواقع، إضافة مقاوم تحديد التيار على شكل عصا طاولة في الدائرة أمر سهل نسبيًا، بحيث يمكن لمصباح LED التكيف مع مجموعة متنوعة من ظروف العمل. بالنسبة للجهد العالي (على سبيل المثال +12 فولت)، يمكن توصيل مصابيح LED متعددة على التوالي.
العقدة الكلية
في عملية استخدام LED، من الضروري تصميم دائرة تيار محدودة (مقاومة تحديد التيار، أو دائرة تيار ثابت) في الدائرة لضمان عدم تجاوز تيار LED للحد الأقصى لتيار التشغيل الخاص بـ LED. يعد استخدام المقاومات المحددة للتيار الدائرة الأكثر ملاءمة في تطبيقات LED الشائعة. هناك شرائح LED أكثر تطوراً ومتكاملة يمكن استخدامها. تناقش هذه الورقة سبب عدم دمج LED المفرد المبكر بشكل مباشر مع مقاومة تحديد التيار