6個串聯的白光LED燈珠如何用直流36V電源點亮?

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題目想把六個發光二極管串聯後接在36V的電源電路中,發光二極管是電流型驅動的元器件,接在電源中需要串聯限流電阻。下面來介紹這個電路參數的確定情況。所設計的電路如下圖所示。

1 電路設計方案

發光二極管具有正向導通壓降和工作電流。普通發光二極管的正向導通壓降為(0.8-2.4)V,工作電流一般不超過25mA。題目中給出了發光二極管的正向導通壓降為3V,但是沒有給出所需要的工作電流,假設發光二極管所需要的工作電流為10mA。那麼限流電阻的阻值就可以計算了,計算方法如下:

R=(36-3×6)/10=1.8k。

2 驅動二極管的注意事項

需要特別注意兩個問題,第一個式電壓降。發光二極管在工作時,會產生電壓降。題目中的電壓降為3V,那麼6個發光二極管的電壓降就是18V,所以計算限流電阻時需要把這個電壓降去掉。如果忽略了電壓降,就會導致計算出來的限流電阻過大,發光二極管亮度太低。

第二個是限流電阻的功率。電阻都是具有功率的,流過電阻的電流越大,電阻發熱也就越嚴重。如果功率太小的話,電阻工作時間長了就會被燒掉。所以,在確定了工作電流後,需要注意電阻的功率。

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看提問者給的圖片,這種白光LED燈珠為LED球泡燈裡常用的那種2835LED燈珠,這種燈珠工作時的正向壓降一般在3.0~3.3V,其功率有0.1W、0.2W及0.5W三種。一般0.1W和0.2W的用的多一些。這裡以0.1W的2835燈珠為例,來介紹一下在DC36V電壓下,如何選擇限流電阻。
▲ 直流36V驅動6個串聯的LED燈珠。

如上圖所示,6個串聯的燈珠為2835白光LED燈珠,這裡假定單個LED燈珠的正向壓降為3V,燈珠功率為0.1W的,則該燈珠的最大工作電流約為30mA,若是作為照明使用,工作電流取20mA左右即可,這裡取20mA,則限流電阻R=(36V-18V)/20mA=0.9KΩ,實際中可選用910Ω的電阻作為限流電阻。上述公式中的18V為6個串聯LED燈珠的正向壓降之和,20mA為LED燈珠的工作電流。
▲ 1206封裝的貼片電阻。

下面計算一下限流電阻的功率,由於限流電阻兩端的電壓為18V,流過其的電流為20mA,故限流電阻的功率為360mW。提問者想用1206封裝的貼片電阻作為限流電阻,由於這種封裝的電阻的功率為¼W,建議用兩個1.8KΩ的貼片電阻並聯起來。焊接時可以將兩個電阻摞在一起,焊接在電路板上。


▲ 2835白光LED燈珠。


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根據提問者的描述,這6個白光LED燈珠應該是用來照明的,白光燈珠的正向壓降3V左右,使用36V電源點亮6個LED燈珠,為了提高電源的利用率,一般是將6個燈珠串聯,6個LED燈珠串聯後其總壓降為:3V*6=18V。

其原理如下圖所示,電源負極為最低電位0,根據串聯LED的壓降可得限流電阻R1右端的電壓為18V,而R1左端的電壓為正電源36V,所以限流電阻兩端的電壓U=36V-18V=18V,再根據歐姆定律R=U/I,可知只要知道LED燈珠的工作電流即可求出限流電阻R1的大小,所以必須知道所選LED燈珠的功率。

▲電壓驅動LED燈珠原理

白光照明LED燈珠的功率有許多中規格,有0.2W、0.3W、0.5W、1W、2W、3W等,由提問者提供的LED燈珠封裝可知該LED燈珠的功率一般0.2W、0.3W左右,若為0.3W的LED燈珠,那麼其最大工作電流為100mA,一般5mA~100mA範圍內LED都能正常工作,只是亮度不同而已,電流越大其亮度越大。

若以LED燈珠的工作電流為50mA計算,那麼限流電阻R1=18V/50mA=900Ω,該電阻的功率為P=U^2/R=18*18/900=0.36W,若選擇貼片電阻,必須選擇1210封裝以上的,因為1206封裝的電阻功率只有1/4W,0805封裝只有1/8W,1210封裝的電阻1/2,功率更大的有1812、2010、2512等。

▲LED燈珠

總結:電壓驅動LED燈珠的原理比較簡單,串聯限流電阻即可,通過燈珠串/並關係計算限流電阻的大小。特別注意需要考慮電阻的功率,否則很有可能誤選擇過小功率的電阻而導致電阻過熱燒燬。

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技術閒聊


36V電壓點亮6個串聯的白光LED需要根據工作電流要求設計限流電阻

我們在設計LED控制電路之前需要先知道電路的要求,比如:LED的工作電流設置、LED的工作壓降,才可以計算出限流電阻的大小。

36V驅動6個串聯的白色LED計算

在計算之前,我們假計白色LED的工作壓降為3V,設置工作電流為80mA

計算如下:

  • 6個串聯白色LED的壓降=3V*6=18V
  • 限流電阻阻值=(36V-18V)/0.08A=225R
  • 限流電阻運行功率=0.08*0.08*225=1.44W,選擇的限流電阻功率最好是運行功率的兩倍或以上,所以需要選擇3W的限流電阻

如果設計白色LED的工作電流為20mA,那麼:

  • 6個串聯白色LED的壓降=3V*6=18V
  • 限流電阻阻值=(36V-18V)/0.02A=900R
  • 限流電阻運行功率=0.02*0.02*900=0.36W,選擇的限流電阻功率最好是運行功率的兩倍或以上,所以需要選擇1W的限流電阻

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6個3V的LED燈串聯起來總電壓為18V,連在一個36V的電源上,實際上剩下的電壓需要由電阻來分擔,也就是電阻兩端的壓降應該是18V,要想算出來電流實際上還得需要知道LED燈珠的電流,這個每個LED燈珠會略有差別,這個可以自己實際測量一下,把LED燈串聯一個幾百歐姆的電阻,把表筆串聯在這個電路中,正常情況下是能夠測出這個LED燈珠的電流。

我這以高亮綠色的LED為例,測出來的電流在67毫安左右,一般像這種LED燈珠的電流都是毫安級的,知道這個電流,再算電阻就很容易了,計算出來大概在268Ω左右,選一個270Ω的電阻就可以了。


像我舉的這個例子中這個電阻的功率大概在
1.21W因此還得考慮到電阻功率的問題,常見的電阻一般都是1/4W的,所以還得選用專門的大功率電阻,否則連在電路中的電阻會發熱的,電阻功率越大價格就越高。


技能兩分鐘


應該先查看規格書知道LED的規格書中推薦的電流和電壓,比如3V.10ma的LED,6個LED串聯的電壓是18V,那麼剩餘的電壓18V除以LED的推薦電流10ma就是應該串進去的電阻值。最安全的做法是給LED再並上穩壓管,因為電阻存在偏差,而且每個LED在通電後的內阻會發生變化。電流會存在一定的波動會導致每個LED上的電壓存在差別。如果波動大突破了LED的極限或者接近,那麼長期以往將會損壞LED,然後又是串聯就會導致所有LED不發亮


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