Рассмотрим более подробно особенности питания белых светодиодов. Как известно, светодиод имеет нелинейную вольтамперную характеристику с характерной "пяткой" на начальном участке (рис. 4.21).

Как мы видим, светодиод начинает светиться, если на него подано напряжение больше 2,7 В.

Внимание! При превышении порогового напряжения (выше 3 В) ток через светодиод начинает быстро расти и здесь требуется ограничить ток, стабилизировать его на определенном уровне.

Рис. 4.21. Вольт-амперная характеристика светодиода белого свечения

Простейшим ограничителем тока через светодиод является резистор. Существует несколько вариантов схемотехнического включения светодиодов. Они делятся на схемы с параллельным, последовательным и смешанным включением. При последовательном включении светодиодов (как показано рис. 4.22) протекающий через светодиоды ток I будет равен

Последовательное включение преследует цель либо повысить мощность излучения, либо увеличить излучаемую поверхность.

Рис. 4.22. Схема последовательного включения светодиодов

Недостатками последовательного включения является:

• во-первых, с увеличением числа светодиодов увеличивается и напряжение питания, потому что для прохождения тока через последовательно включенные светодиоды необходимо соблюдение условия Uпит > Uvd1 + Uvd4 + Uvd3;
• во-вторых, увеличение числа светодиодов понижает надежность системы, при выходе из строя одного из светодиодов перестают работать все последовательно включенные светодиоды.

При параллельном включении светодиодов через каждый излучатель протекает отдельный ток, задаваемый отдельным токозадающим резистором.

На рис. 4.23 показана схема параллельного включения излучающих диодов. Суммарный ток, потребляемый из источника питания, в этом случае равен

Рис. 4.23. Схема параллельного включения светодиодов

Преимуществом параллельного включения является высокая надежность, так как при выходе из строя одного из излучателей остальные продолжают работать.

Недостатки:

• каждый светодиод потребляет отдельный ток и повышается энергопотребление;
• увеличиваются потери на токозадающих резисторах.

Наиболее эффективным является смешанное (комбинированное) последовательно-параллельное включение, показанное на рис. 4.24. В этом случае число последовательно включенных излучателей ограничено напряжением питания, а число параллельных ветвей выбирается в зависимости от требуемой мощности.

Рис. 4.24. Схема последовательно- параллельного включения светодиодов

Если считать, что каждая ветвь потребляет один и тот же ток и, следовательно, все элементы схемы идентичны, то суммарный ток, потребляемый из источника питания при смешанном соединении

где n - число последовательно включенных светодиодов в одной ветви; N - число параллельных ветвей.

Смешанное соединение включает в себя положительные свойства вариантов параллельного и последовательного включения.

В связи с тем, что зрительный аппарат человека является инерционным, довольно часто при питании светодиодов используют импульсный ток. Величина среднего импульсного тока, протекающего через светодиод, определяется из выражения

На рис. 4.25 показаны временные диаграммы импульсного тока.

Рис. 4.25. Временные диаграммы импульсного тока

Если заданы длительность импульса и длительность паузы, то можно определить значение максимально допустимого значения импульсного тока:

где Iном - номинальный ток светодиода.

Как уже упоминалось, резистор является элементом, ограничивающий ток, протекающий через светодиод. Но резистор удобно применять, если питающее напряжение постоянно. На практике часто случается, что напряжение не стабильно, например, напряжение аккумуляторной батареи уменьшается при ее разряде довольно в широких приделах. В этом случае широко применяют линейные стабилизаторы тока.

Простейший линейный стабилизатор тока можно собрать на широко распространенных микросхемах типа КР142ЕН12(А), LM317 (и их многочисленных аналогах), как показано на рис. 4.26.

Рис. 4.26. Схема простейшего линейного стабилизатора тока

Резистор R выбирается в пределах 0,25-125 Ом, при этом ток через светодиод определяется выражением

Схема построения таких стабилизаторов тока отличается простотой (микросхема и один резистор), компактностью и надежностью. Надежность дополнительно обусловлена развитой системой защиты от перегрузок и перегрева, встроенной в микросхему стабилизатора.

Для стабилизации токов от 350 мА и выше можно использовать и более мощные микросхемы линейных регуляторов с малым падением напряжения серий 1083, 1084,1085 различных производителей либо отечественные аналоги КР142EH22А/24А/26А.

Но у линейных стабилизаторов тока есть существенные недостатки:

• низкий КПД;
• большие потери сильный нагрев при регулировки больших токов.

Поэтому в данный момент все чаще применяются импульсные преобразователи и стабилизаторы для питания светодиодов и светодиодных модулей. На рис. 4.27 представлены внешний вид светодиодного модуля и вторичной оптики.

Рис. 4.27. Внешний вид светодиодного модуля и вторичной оптики

Следует отметить, что светодиоды и преобразователь питания конструктивно выполнены на единой плате.

Автор: Корякин-Черняк С.Л.