OPRACOWANIA WDRO呕ENIA EKSPLOATACJA
yr贸d艂o pr膮dowe do zasilania diod LED o du偶ej mocy
Krzysztof Bonis艂awski, Krzysztof Zaremba
Zasilanie diod LED
Diody elektroluminescencyjne (LED light emitting
diode), ze wzgl臋du na ma艂膮 rezystancj臋 dynamiczn膮,
Diody LED s膮 zasilane pr膮dem sta艂ym. Ze wzgl臋du na ma艂膮 re-
ujemny wsp贸艂czynnik temperaturowy i du偶y rozrzut
zystancj臋 dynamiczn膮, ujemny wsp贸艂czynnik temperaturowy z艂膮-
parametr贸w elektrycznych, wymagaj膮 stabilizacji
cza p-n i du偶y rozrzut parametr贸w elektrycznych poszczeg贸lnych
pr膮du pracy.
egzemplarzy, diody wymagaj膮 stabilizacji pr膮du pracy [1, 2]. Naj-
W artykule zostanie om贸wione tanie zr贸d艂o pr膮dowe,
prostszym sposobem zasilania diod LED jest w艂膮czenie w szereg
kt贸re przy zasilaniu wi臋kszej liczby szeregowo
rezystora, kt贸rego parametry powinny uwzgl臋dnia膰 warto艣膰 pr膮du,
po艂膮czonych diod mo偶e osi膮ga膰 bardzo du偶膮 sprawno艣膰.
jaki ma p艂yn膮膰 w obwodzie. Uk艂ad taki nie zapewnia bezpiecze艅-
stwa diody w przypadku waha艅 napi臋cia zasilaj膮cego.
Budowa i zasada dzia艂ania diody LED
Dzia艂anie diod LED opiera si臋 na zja-
wisku rekombinacji promienistej. W spo-
laryzowanym w kierunku przewodzenia
z艂膮czu p-n wzbudzone elektrony przecho-
dz膮 z wy偶szego (pasmo przewodnictwa)
na ni偶szy poziom energetyczny (pasmo
walencyjne), gdzie rekombinuj膮 z dziura-
mi. Temu przej艣ciu towarzyszy wypromie-
niowywanie nadmiaru energii w postaci
艣wiat艂a, czyli elektroluminescencja.
Diody LED mog膮 emitowa膰 r贸偶ne d艂u-
go艣ci fali promieniowania (barwy 艣wiat艂a)
[1, 2]. Zale偶y to od szeroko艣ci przerwy
energetycznej, kt贸ra z kolei zale偶y od ma-
teria艂u p贸艂przewodnikowego wykorzysta-
nego do budowy diody LED. Im mniejsza
Rys. 1.
przerwa energetyczna, tym mniejsze na-
Charakterystyki pr膮dowo-napi臋ciowe z zaznaczonymi liniami zmienno艣ci pr膮du przy zmianie napi臋cia
pi臋cie pracy diody i tym wi臋ksza d艂ugo艣膰
o 膮3%: a) 1譒ED bez rezystora, b) 1譒ED z rezystorem R = 2 , c) 1譒ED z rezystorem R = 5 ,
fali wytwarzanego promieniowania. d) 3譒ED z rezystorem R = 2 , e) 3譒ED z rezystorem R = 5
Diody elektroluminescencyjne emituj膮ce promieniowanie o bar- TABELA I. Zestawienie przyrostu pr膮du przy zmianie napi臋cia
zasilaj膮cego o 膮3%, w zale偶no艣ci od warto艣ci rezystora ograniczaj膮cego
wie ciep艂ej (czerwona, pomara艅czowa czy 偶贸艂ta) mo偶na otrzyma膰
oraz liczby diod w艂膮czonych do obwodu
z czterosk艂adnikowych zwi膮zk贸w: aluminium, galu, indu i fosforu
(AlGaInP). Diody LED emituj膮ce promieniowanie o barwie zimnej
Przyrost pr膮du przy zmianie Rezystancja
(niebieska, zielono-niebieska czy zielona), a tak偶e promieniowanie
Rodzaj uk艂adu napi臋cia zasilaj膮cego dynamiczna
UV mo偶na uzyska膰 z azotku galu (GaN), tr贸jsk艂adnikowego zwi膮z- o 膮3% [mA] []
ku zawieraj膮cego dodatkowo aluminium (AlGaN) lub czterosk艂ad-
1 LED
膮285 0,39
nikowego zwi膮zku z dodatkiem indu (AlGaInN). (rys. 1, krzywa a)
1 LED, R = 2
膮70 2,45
(rys. 1, krzywa b)
Diody LED emituj膮 promieniowanie prawie monochromatyczne
i dlatego przedmioty o innej barwie ni偶 emitowana przez dan膮 diod臋 1 LED, R = 5
膮50 5,24
(rys. 1, krzywa c)
zmieni膮 sw贸j wygl膮d w jej 艣wietle.
3 LED, R = 2
膮125 3,19
(rys. 1, krzywa d)
3 LED, R = 5
Mgr in偶. Krzysztof Bonis艂awski, dr in偶. Krzysztof Zaremba Politechnika
膮80 6,10
(rys. 1, krzywa e)
Bia艂ostocka, Wydzia艂 Elektryczny
Rok LXXVII 2009 nr 7 33
OPRACOWANIA WDRO呕ENIA EKSPLOATACJA
Jak wynika z charakterystyki pr膮dowo-napi臋ciowej badanej dio- Badania zr贸d艂a pr膮dowego
dy LED du偶ej mocy, typu L2K2-MW14-11-BV00 (rys. 1, krzywa zbudowanego na bazie uk艂adu scalonego LM317
a), niewielkim zmianom napi臋cia zasilaj膮cego odpowiada znaczna
Uk艂ad LM317, w zale偶no艣ci od wersji, pozwala na zasilanie diod
zmiana pr膮du. Zmiana napi臋cia zasilaj膮cego o 膮3% powoduje zmia-
LED pr膮dem od pojedynczych mA do 1,5 A [3]. Na warto艣膰 wyma-
n臋 pr膮du o ok. 膮280 mA. Wynika z tego, 偶e zmiana napi臋cia zasila-
ganego napi臋cia wej艣ciowego sk艂ada si臋 spadek napi臋cia na uk艂a-
j膮cego o ok. 5% spowoduje zniszczenie diody.
dzie LM317 (min. 3 V), rezystorze R i zasilanych diodach. Schemat
Dodanie rezystora do uk艂adu zasilaj膮cego (rys. 1, krzywe b-e)
zr贸d艂a pr膮dowego do zasilania diod LED o du偶ej mocy zosta艂 przed-
powoduje zmniejszenie si臋 warto艣ci tego pr膮du, co jest po偶膮danym
stawiony na rysunku 2.
zjawiskiem. Stopie艅 stabilizacji pr膮du zale偶y jednak w tym uk艂a-
Wynikiem bezpo艣rednich bada艅 s膮 charakterystyki pr膮dowo-na-
dzie zar贸wno od warto艣ci rezystancji u偶ytego rezystora, jak i ilo艣ci
pi臋ciowe obwodu przedstawiaj膮ce zale偶no艣膰 pr膮du wyj艣ciowego
zasilanych diod (tab. I). Rezystancja dynamiczna, definiowana jako
od napi臋cia zadanego (rys. 3). Badanie przeprowadzono, tak jak
iloraz przyrostu napi臋cia do przyrostu pr膮du w obwodzie, stanowi
w przypadku rezystora, przy zasilaniu jednej i trzech diod po艂膮czo-
parametr okre艣laj膮cy czu艂o艣膰 obwodu na zmian臋 parametr贸w zasi-
nych szeregowo. Pomiar贸w dokonano przy typowych warto艣ciach
lania.
pr膮du znamionowego, tj. 0,35, 0,7, 1 oraz 1,4 A. Zmiana napi臋cia
W typowym obwodzie z rezystorem wzrost stopnia stabilizacji
wej艣ciowego odbywa艂a si臋 co 0,5 V.
pr膮du dokonuje si臋 kosztem sprawno艣ci zasilania, definiowanej jako
Aby uzyska膰 zak艂adane warto艣ci pr膮du znamionowego IZ , dobra-
iloraz warto艣ci napi臋cia pobieranego przez diod臋/diody do warto艣ci
no rezystor R o odpowiedniej mocy, na podstawie zale偶no艣ci [1]
napi臋cia zasilacza. Sprawno艣膰 takiego uk艂adu jest niska, niezale偶nie
1,2
od liczby zasilanych diod (tab. II). 1,2
(1)
R =
R =
W przypadku uk艂adu zasilaj膮cego w postaci rezystora w艂膮czonego
IZ
IZ
szeregowo z diod膮 LED, wraz ze zmian膮 napi臋cia zasilaj膮cego zmie-
Warto艣膰 1,2 wyst臋puj膮ca w tym wzorze jest r贸偶nie podawana
nia si臋 warto艣膰 pr膮du p艂yn膮cego w obwodzie, co mo偶e doprowadzi膰
przez producent贸w uk艂adu scalonego LM317 i mo偶e zmienia膰 si臋
do uszkodzenia diody. Wynika z tego, 偶e diody LED o du偶ych mo-
w zakresie od 1,2 do 1,3.
cach wymagaj膮 stosowania bardziej zaawansowanych zr贸de艂 pr膮do-
Jak wida膰 na zamieszczonych charakterystykach pr膮dowo-napi臋-
wych. Wa偶ne jest, aby zastosowane zr贸d艂o pr膮dowe charakteryzo-
ciowych (rys. 3), do momentu, gdy napi臋cie wej艣ciowe nie osi膮gnie
wa艂o si臋 stabilno艣ci膮 termiczn膮 i brakiem wp艂ywu zmian warto艣ci
warto艣ci 6,58 V dla obwodu z jedn膮 diod膮 i 13,515,5 V dla ob-
napi臋cia zasilaj膮cego na warto艣膰 pr膮du.
wodu z trzema szeregowo po艂膮czonymi diodami, pr膮d wyj艣ciowy
Zasilacze przeznaczone do zasilania diod LED o du偶ych mocach,
uk艂adu jest mniejszy ni偶 wymagana warto艣膰 pr膮du znamionowego
zapewniaj膮ce sta艂y pr膮d na wyj艣ciu, s膮 drogie i cz臋sto ich zakup jest
IZ. Napi臋cia te s膮 minimalnymi UZmin, przy kt贸rych p艂ynie za艂o偶ony
nieop艂acalny. Proste i niezawodne zr贸d艂o pr膮dowe mo偶na zbudo-
pr膮d znamionowy. Powy偶ej tych napi臋膰 uk艂ad stabilizuje warto艣膰
wa膰, wykorzystuj膮c stabilizator napi臋cia LM317.
p艂yn膮cego pr膮du, a偶 do maksymalnej warto艣ci napi臋cia wej艣ciowe-
go UZmax, r贸偶nej w zale偶no艣ci od za艂o偶onego pr膮du znamionowego
IZ oraz od liczby diod w obwodzie.
Rys. 2. Schemat zr贸d艂a pr膮dowego do zasilania diod LED o du偶ej mocy
TABELA II. Sprawno艣膰 uk艂adu zasilaj膮cego
z rezystorem, w zale偶no艣ci od warto艣ci napi臋cia
zasilaj膮cego, rezystora ograniczaj膮cego oraz
liczby diod w艂膮czonych do obwodu
Rodzaj uk艂adu Sprawno艣膰 [%]
1 LED, U = 6 V, R = 2
64
(rys. 1, krzywa b)
1 LED, U = 9 V, R = 5
42
(rys. 1, krzywa c)
3 LED, U = 6 V, R = 2
83
(rys. 1, krzywa d)
3 LED, U = 9 V, R = 5
Rys. 3. Charakterystyki pr膮dowo-napi臋ciowe
68
(rys. 1, krzywa e)
zr贸d艂a pr膮dowego z jedn膮 i z trzema szeregowo po艂膮czonymi diodami LED
34 Rok LXXVII 2009 nr 7
OPRACOWANIA WDRO呕ENIA EKSPLOATACJA
Podsumowanie
Przy zasilaniu diod LED o du偶ej mocy bardzo wa偶ne jest zacho-
wanie sta艂ej warto艣ci pr膮du. Jak pokazano w artykule, proste i tanie
zr贸d艂o pr膮dowe zbudowane na bazie uk艂adu scalonego LM317 mo偶e
z powodzeniem zasila膰 diody LED r贸wnie dobrze, jak drogie uk艂ady
dost臋pne w handlu. Zapewnia ono sta艂膮 warto艣膰 pr膮du w szerokim
zakresie napi臋cia wej艣ciowego.
Nawet w przypadku zastosowania zbyt wysokiego napi臋cia zasila-
j膮cego, gdy uk艂ad LM317 przegrzeje si臋, warto艣膰 pr膮du w obwodzie
spada, co chroni diody LED przed uszkodzeniem.
LITERATURA
[1] Fryc I.: Jako艣膰 promieniowania optycznego diody LED. Przegl膮d Elektrotechnicz-
ny 2003 nr 4
[2] Wi艣niewski A.: Diody elektroluminescencyjne (LED) du偶ej mocy. Przegl膮d Elek-
trotechniczny 2007 nr 5
[3] http://www.national.com/ds/LM/LM117.pdf
ELEKTROWNIE WIATROWE NA PEANYM MORZU
Energia elektryczna pobierana ze zr贸de艂 odnawialnych nabiera coraz
wi臋kszego znaczenia. Najbardziej rozpowszechnionymi zr贸d艂ami ener-
gii odnawialnej s膮 elektrownie wiatrowe. Na l膮dzie miejsca dost臋pne
dla elektrowni wiatrowych, np. w Niemczech, zosta艂y ju偶 praktycznie
wykorzystane. Budowie dalszych elektrowni wiatrowych sprzeciwia-
Rys. 4. Sprawno艣膰 uk艂adu zasilaj膮cego z LM317 w zale偶no艣ci od liczby n
j膮 si臋 zwykle mieszka艅cy okolicznych miejscowo艣ci, ze wzgl臋du na
diod LED i od za艂o偶onego pr膮du znamionowego p艂yn膮cego w uk艂adzie
uci膮偶liwy ha艂as oraz zeszpecenie naturalnego krajobrazu. Coraz cz臋艣-
ciej wi臋c elektrownie wiatrowe s膮 budowane na pe艂nym morzu, gdzie
wiej膮 silniejsze wiatry i turbiny wiatrowe nikomu nie przeszkadzaj膮.
Powy偶ej warto艣ci UZmax nast臋puje nag艂y spadek pr膮du widoczny na
(wb-716)
charakterystykach pr膮dowo-napi臋ciowych (rys. 3). Wynika to z fak-
ABB Review 2008 nr 3
tu, i偶 r贸偶nica mi臋dzy napi臋ciem wej艣ciowym a minimalnym napi臋-
ciem, przy kt贸rym p艂ynie pr膮d znamionowy, dodatkowo odk艂ada si臋
na nim. W momencie, gdy r贸偶nica ta jest zbyt du偶a, uk艂ad LM317
przegrzewa si臋 i powoduje zmniejszenie warto艣ci pr膮du w uk艂adzie.
Warto艣膰 napi臋cia UZmax zale偶y r贸wnie偶 od tego, czy dodatkowo uk艂ad
LM317 b臋dzie posiada艂 ch艂odzenie (radiator), czy te偶 nie.
Napi臋cie zasilaj膮ce uk艂adu powinno wynosi膰 nieznacznie wi臋cej
ni偶 warto艣膰 napi臋cia, przy kt贸rym zaczyna p艂yn膮膰 za艂o偶ony pr膮d
znamionowy. Tak wybrane napi臋cie spowoduje, i偶 wahania napi臋-
cia (np. w zakresie 膮3%) nie zmieni膮 warto艣ci pr膮du p艂yn膮cego
w obwodzie. Jest to najwi臋ksza zaleta zr贸d艂a pr膮dowego z uk艂adem
LM317, w por贸wnaniu z obwodem z rezystorem.
Sprawno艣膰 uk艂adu zasilaj膮cego zbudowanego na bazie uk艂adu
scalonego LM317 jest por贸wnywalna z uk艂adem z rezystorem przy
zasilaniu jednej diody. Wraz ze wzrostem liczby szeregowo po艂膮-
czonych diod sprawno艣膰 zr贸d艂a pr膮dowego ro艣nie (rys. 4), nato-
miast sprawno艣膰 obwodu z rezystorem pozostaje niezmienna, przy
za艂o偶eniu sta艂ego stopnia stabilizacji pr膮du.
Rok LXXVII 2009 nr 7 35
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Wielokana艂owy sta艂opr膮dowy uk艂ad zasilania zespo艂贸w LED du偶ej mocyWysokosprawne uk艂ady do zasilania SSL LED dla potrzeb autonomicznych instalacji PVWysokosprawne uk艂ady do zasilania SSL LED dla potrzeb autonomicznych instalacji PVZasilacz laboratoryjny du偶ej mocyzasilacz 138 duzej mocySterownik dwubarwnych diod LEDModu艂 wykonawczy du偶ej mocy na triakachavt 2270 Miliwoltomirz do zasilaczysterownik dwubarwnych di贸d LEDTRANZYSTORY DU呕EJ MOCY WYSOKONAPI臉CIOWE SPECJALNESterownik dwubarwnych diod LED2002 11 Wzmacniacz pr膮dowy do subwooferaWZMACNIACZ OPERACYJNY I 殴R脫D艁O PR膭DOWEwi臋cej podobnych podstron