Что почитать на Доморосте?

Ещё не с нами? Зарегистрируйтесь!
Email
Логин
Пароль
Повторить пароль

Эксперимент. Параллельное соединение светодиодов. Дисбаланс токов. Experiment. Parallel LEDs


    • Коллеги всех приветствую!

      Известно, что в некоторых светодиодных лампах, светодиоды могут соединяться не только последовательно, но и параллельно.

      На практике, широко распространены два способа параллельного включения светодиодов:
      1 Способ – Имеется цепочка из последовательно соединенных светодиодов и к этой же цепочке, параллельно подключается еще точно такая же одна и более светодиодная цепочка.
      2 Способ – Имеется цепочка из последовательно соединенных светодиодов и к каждому светодиоду подключается 1 и более параллельный диод.

      0_1589307955301_Рис 1.png
      При этом в обоих способах, питание используется от одного драйвера, то есть стабилизация тока, если она есть, обеспечивается на всю группу светодиодов.

      Известно, что полупроводники обладают следующими особенностями:
      1 Особенность – Нелинейная вольт-амперная характеристика (ВАХ), что требует в качестве источника питания использовать стабилизатор ТОКА. При незначительном изменении напряжения питания, ток через диод меняется значительно.
      2 Особенность – Увеличение проводимости с ростом температуры. То есть при увеличении температуры диода – его падение напряжения уменьшается, пусть и не значительно, но уменьшается. Поэтому, идеальный баланс токов в параллельно соединенных светодиодах может быть поставлен по сомнение (из-за разности температур).
      3 Особенность – Разброс параметров полупроводников. При одном и том же прямом токе (If) прямое падение напряжения (Vf) у диодов одного наименования довольно близки, но все-таки отличаются, на единицы или десятки милливольт (мВ). Это особенно критично при параллельном соединении, поскольку, диоды с меньшим падением напряжения – будут загружены сильнее, а диоды с большим падением напряжения, будут менее загружены. Поскольку напряжение на параллельной группе светодиодов, будет определяться диодом с наименьшим падением напряжения.

      Да, полупроводники, обладают своими особенностями, которые нужно учитывать при разработке светодиодных источников света.
      Тем не менее, считаю, необходимых сформулировать общих тезис, который заключается в следующем – для долговечной работы светодиодного источника света, в частности, его светодиоды, должны работать в равных, между собой, условиях, а также на параметрах, не превышающих номинальные значения, такие как температура и ток.

      Цели использования параллельного включения светодиодов:

      1. Увеличение надежности. Но тут нужно понимать, какой режим работы закладывается производителем.
      2. Наращивание мощности. Когда требуется мощная лампа, а максимальное напряжение последовательной цепочки ограничено – необходимо параллельное включение.
        Коллеги, если вам известны еще какие-то весомые цели и причины использования параллельного включения диодов – прошу указать.

      Вот собственно на базе вот этих двух целей мы и будем с вами сегодня производить исследования. Главная цель эксперимента – это понять, насколько на практике, реализуемы принципы наращивания мощности, а также увеличения надежности.

      Испытательный стенд.
      И так господа, в эксперименте используется следующее оборудование:

      • Блок питания HY1503 (регулируемый источник напряжения и тока),
      • Мультиметр Mastech MY63,
      • Мультиметр Mastech M266C,
      • Паяльник, ЛТИ-120, ПОС-61, Кусачки, Провода,
      • Алюминиевая плата от Navigator A60 10Вт E27 2700K,
      • Светодиоды от лампы Фотон А60 15Вт 3000К (9В, 100мА),
      • Резисторы цементные 5Вт, 150мОм.

      Структурная схема стенда представлена на рисунке. В схеме используются четыре светодиода (LED1-LED4), катоды которых соединены вместе и подключаются к (-) стабилизатора тока. К аноду каждого диода подключен низкоомный резистор (шунт). Другие выводы шунтов (R1-R4) соединены вместе и подключены к (+) стабилизатора тока.

      0_1589307982035_Рис 2.png

      Предварительное исследование параметров светодиодов.
      Известно, что диоды работали на токе в 100мА. Предположим, что этот ток является для них номинальным.
      При помощи блока питания, выставим стабилизацию тока на уровне 100мА и измерим падение напряжения (VF) на каждом диоде (LED1-LED4).
      VF1=8,73В, VF2=8,92В, VF3=8,83В, VF4=8,82В.
      Из результатов видно, что при неизменном значении тока через диоды, наибольшая разница между диодами составляет 8,92-8,73=0,19В или 190мВ. Посмотрим, насколько критична эта разница.

      Исследование сопротивления токовых шунтов.
      Как было указано ранее, в качестве токовых шунтов используются резисторы номиналом 0,15(Ом) или 150мОм. Известно, что пассивные компоненты тоже обладают некоторым допуском. Поэтому рассчитаем сопротивление каждого резистора, чтобы в дальнейшем минимизировать погрешность при исследовании.
      Аналогичным образом, при помощи стабилизатора тока, выставим ток на уровне 100мА и подключим к нему поочередно каждый резистор (R1-R4) и измерим падение напряжения.
      VR1=14.9мВ, VR2=14.8мВ, VR3=14.7мВ, VR4=14.6мВ.
      Зная падения напряжения и ток через резисторы, рассчитаем их сопротивления.
      R1=149.30 мОм, R2=148.74 мОм, R3=147.74 мОм, R4= 146,73 мОм.

      Теперь нам известны характеристики светодиодов (LED1-LED4), а также параметры токовых шунтов (R1-R4)
      Переходим к исследованию параллельно включенных светодиодов, согласно представленной структурной схеме.
      Таким вот образом выглядят токоизмерительные резисторы (шунты), а также плата светодиодов на радиаторе.

      0_1589308017953_Рис 3.png
      0_1589308025250_Рис 4.jpg
      И так, все подготовительные процессы завершены. Переходим к эксперименту. Расчеты указывать не буду. Только готовые результаты.

      Первый эксперимент.
      Соединяем все элементы, согласно структурной схеме. Диоды оказываются включенными параллельно, через токовые шунты и питаются от стабилизатора тока.
      На выходе стабилизатора выставляем 100мА. Горят все 4-е светодиода. Измеряем значение падения напряжения на всех токовых шунтах и рассчитываем ток, через каждый светодиод.

      Напряжение на резисторах:
      VR1=4.1мВ, VR2=3.2мВ, VR3=3.2мВ, VR4=3.6мВ.

      Расчетный ток через светодиоды (При суммарном токе 100мА):
      IFled1=27.46мА, IFled2=21.51мА, IFled3=21.66мА, IFled4=24.53мА.

      Суммарный расчетный ток: 27.46+21.51+21.66+24.53=95.2mA.
      Значение тока в каждом светодиоде в процентах (%) относительно суммарного расчетного тока.
      IFled1=28.9%, IFled2=22.6%, IFled3=22.8%, IFled4=25.8%.

      Из результатов первого эксперимента следует, что светодиод Led1, обладающий наименьшим падением напряжения – наиболее загружен при параллельном соединении светодиодов. Разница между наибольшим и наименьшим значениями тока светодиодов составляет 100*(27.46-21.51)/27.46=21.66%.
      Является ли данная разница существенной сказать трудно. Требуются дальнейшие исследования.
      Некоторое влияние на цепь, конечно, оказали токовые шунты, без них разница могла быть больше.

      Второй эксперимент.
      Первый эксперимент показал, что наиболее загруженным является светодиод LED1.
      Повторим все те же измерения по первому эксперименту. Но только, на этот раз, экспериментально выставим значение тока у стабилизатора тока таким, что бы в светодиоде LED1 протекал бы ток близкий к номинальному, то есть значением 100мА.

      Опытным путем замечено, что ток в LED1 равен 100мА, при суммарном токе стабилизатора тока на уровне, примерно, 340мА. Произведем расчет токов через остальные диоды.

      Напряжение на резисторах:
      VR1=14.6мВ, VR2=11.2мВ, VR3=12.6мВ, VR4=12.5мВ.

      Расчетный ток через светодиоды (При суммарном токе 340мА):
      IFled1=97.79мА, Ifled2=75.30мА, Ifled3=85.28мА, Ifled4=85.19мА.

      Суммарный расчетный ток: 97.79+75.30+85.28+85.19=343.6mA.
      Значение тока в каждом светодиоде в процентах (%) относительно суммарного расчетного тока.
      Ifled1=28.0%, Ifled2=21.9%, Ifled3=24.8%, Ifled4=24.8%.

      Из результатов второго эксперимента следует, что светодиод Led1, обладающий наименьшим падением напряжения – наиболее загружен при параллельном соединении светодиодов. Разница между наибольшим и наименьшим значениями тока светодиодов составляет 100*(97.79-75.30)/97.79=23.00%.

      Выводы.

      1. Дисбаланс токов в светодиодах сохраняется вне зависимости от значения прямого тока через диоды. Дисбаланс токов по первому эксперименту составляет 21.66% (разница между наибольшим и наименьшим значением токов). Дисбаланс токов по второму эксперименту составляет 23.00% (разница между наибольшим и наименьшим значением токов).
      2. Исследования показали, что никакого кратного увеличения тока через диоды, в зависимости от количества их штук – быть не может. Поскольку, согласно второму эксперименту, максимально допустимый ток для четырех светодиодов составляет 340мА.
      3. Параллельное включение светодиодов позволяет нарастить мощность, но не кратно количеству включенных параллельно светодиодов.
      4. Параллельное включение светодиодов позволяет повысить надежность при условии, что ток, подводимый к цепочке параллельно включенных светодиодов, находится на уровне близком к номинальному значению тока одного светодиода, или немного больше номинального значения одного светодиода.

      Господа, готов обсуждать. Все было сделано из того, что было под рукой. Диоды выбраны случайно из одной лампы.
      Думаю эти резисторы частично «сгладили» дисбаланс токов. Без них было бы хуже? Или нет?



    • Без резисторов думаю дисбаланс был бы больше. А вообще если бы было подключено не по одному светодиоду, а по группе из 10 -- 15 светодиодов, как это сделано в лампах, то дисбаланс был бы меньше. Так же можно уравнять падение напряжения на группах светодиодах путём подбора светодиодов, хотя на производстве вряд ли кто то это делает.



    • Дисбаланс токов по первому эксперименту составляет 6.3% (разница между наибольшим и наименьшим значением токов). Дисбаланс токов по второму эксперименту составляет 6.1% (разница между наибольшим и наименьшим значением токов).

      Не правильно посчитано. Проценты нужно не вычитать, а делить. Соответственно:

      28.9/22.6=1.28. То есть в 1.28 раза или на 28%. Во втором случае аналогично.



    • @ANPolter сказал Параллельное соединение светодиодов. Дисбаланс токов. Parallel LEDs:

      Не правильно посчитано. Проценты нужно не вычитать, а делить. Соответственно:
      28.9/22.6=1.28. То есть в 1.28 раза или на 28%. Во втором случае аналогично.

      Да, спасибо что поправили. С процентами я намудрил. Вы уверены что разница для первого случая составляет 28%?

      Предлагаю сделать расчет дисбаланса в % относительно токов. Расчет проводим на худший случай.

      Первый эксперимент: Imax=27.46mA, Imin=21.51mA
      100*(27.46-21.51)/27.46=21.66%

      Второй эксперимент: Imax=97.79mA, Imin=75.30mA
      100*(97.79-75.30)/97.79=23.00%

      Вот теперь похоже на правду. И разница существенная...



    • Такой интересный эксперимент! Намного выше по уровню и трудам чем мои ковыряния ламп....
      Параллельно подключать светодиоды удобно в светильниках, которые установлены в местах где сложно заменить светильник, например где высокие потолки.
      Последовательное подключение имеет ряд преимуществ для изготовителей, например блок питания рассчитаный на большой ток в таком случае не нужен, что упрощает и удешевляет его конструкцию.



    • @ALEXLED сказал Эксперимент. Параллельное соединение светодиодов. Дисбаланс токов. Experiment. Parallel LEDs:

      акой интересный эксперимент! Намного выше по уровню и трудам чем мои ковыряния ламп....

      Не сказал бы что намного... Самое сложное что здесь использовано - это Закон Ома (I=U/R) больше здесь ничего нет...

      Да, и еще если выбирать параллельное соединение при условии баланса токов, то для питания такой схемы подойдет низковольтный источник питания. Это может быть очень важно. И надежность выше.



    • @Схемотехник да, это и используется в светодиодных лентах 12v.
      Нет, Вы приложили намного больше усилий для этого эксперимента, это не просто расковырять и пофоткать лампу...



    Как выбрать батут с сеткой на дачу?

    Давно я тут не создавала тем, но судя по всему совет дельный можно теперь получить только в подобных, уютных уголках интернета). Теперь, когда я ко всем подлизалась, хочется у вас спросить - есть ли понимание, как выбрать батут на дачу? Да-да, батут...

    Пыльцевой мониторинг 2020 в москве

    Ребята, подскажите какие-нибудь ресурсы по мониторингу пыльцы в Москве и области. Аллергия, предположительно, на березу. Сейчас, сами понимаете, к врачу не пойти за рекомендациями по лечению. Потому есть единственный выход - избегать опасных зон...

    Доставка продуктов на дом москва

    Я решил поделиться своим опытом различных доставок в Москве, накидывайте тоже! Итак, доставка продуктов на дом дело непростое - надо ведь аж выбрать что купить в интернет магазине. Сначала я испытал доставку на дом от магазина метро: У самого...

    Можно ли выехать из Москвы на дачу

    Не понимаю ничего с этим заточением Московским. Собянин сказал дома сидеть. Я законопослушно сижу. А можно ли мне выехать из Москвы на дачу? Она у меня близко находится от Москвы, 60км. Готов поехать как на личном авто, так и на такси. Кто-то в курсе...

    Форум

    Светодиодные лампы.Каталог конструкций. Camelion C35 свечка LED 6,5W .

    Светодиодная лампа Camelion C35 свечка LED 6,5W прошла техосмотр, попала под разбор и пополнила видео каталог конструкций светодиодных ламп Доморост. Светодиодная лампа Бренд - Camelion Название...

    0
    Форум

    Исследование работы линейного драйвера лампы мощностью 10Вт

    Здравствуйте, уважаемые коллеги. Вашему вниманию предлагается анализ работы линейного драйвера типовой светодиодной лампочки на 10Вт от известного производителя. Полное наименование лампы – A60 10W E...

    3
    Форум

    Несколько фактов о led лампах в промышленности

    Нашел тут статью о led лампах в промышленности, делюсь с вами. Промышленность России потребляет в среднем до 13% электроэнергии от общего объема. Большая часть потребления приходится на предприятия...

    Форум

    Методика исследования светодиодных ламп. LED TEST.

    Дамы и господа, всех приветствую. Мне, как и всем остальным надо, чтобы светодиодные лампы работали долго, светили хорошо, и стоили дешево. Но таких чудес не бывает. На рынке большое количество...

    4