6个串联的白光LED灯珠如何用直流36V电源点亮?

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题目想把六个发光二极管串联后接在36V的电源电路中,发光二极管是电流型驱动的元器件,接在电源中需要串联限流电阻。下面来介绍这个电路参数的确定情况。所设计的电路如下图所示。

1 电路设计方案

发光二极管具有正向导通压降和工作电流。普通发光二极管的正向导通压降为(0.8-2.4)V,工作电流一般不超过25mA。题目中给出了发光二极管的正向导通压降为3V,但是没有给出所需要的工作电流,假设发光二极管所需要的工作电流为10mA。那么限流电阻的阻值就可以计算了,计算方法如下:

R=(36-3×6)/10=1.8k。

2 驱动二极管的注意事项

需要特别注意两个问题,第一个式电压降。发光二极管在工作时,会产生电压降。题目中的电压降为3V,那么6个发光二极管的电压降就是18V,所以计算限流电阻时需要把这个电压降去掉。如果忽略了电压降,就会导致计算出来的限流电阻过大,发光二极管亮度太低。

第二个是限流电阻的功率。电阻都是具有功率的,流过电阻的电流越大,电阻发热也就越严重。如果功率太小的话,电阻工作时间长了就会被烧掉。所以,在确定了工作电流后,需要注意电阻的功率。

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看提问者给的图片,这种白光LED灯珠为LED球泡灯里常用的那种2835LED灯珠,这种灯珠工作时的正向压降一般在3.0~3.3V,其功率有0.1W、0.2W及0.5W三种。一般0.1W和0.2W的用的多一些。这里以0.1W的2835灯珠为例,来介绍一下在DC36V电压下,如何选择限流电阻。
▲ 直流36V驱动6个串联的LED灯珠。

如上图所示,6个串联的灯珠为2835白光LED灯珠,这里假定单个LED灯珠的正向压降为3V,灯珠功率为0.1W的,则该灯珠的最大工作电流约为30mA,若是作为照明使用,工作电流取20mA左右即可,这里取20mA,则限流电阻R=(36V-18V)/20mA=0.9KΩ,实际中可选用910Ω的电阻作为限流电阻。上述公式中的18V为6个串联LED灯珠的正向压降之和,20mA为LED灯珠的工作电流。
▲ 1206封装的贴片电阻。

下面计算一下限流电阻的功率,由于限流电阻两端的电压为18V,流过其的电流为20mA,故限流电阻的功率为360mW。提问者想用1206封装的贴片电阻作为限流电阻,由于这种封装的电阻的功率为¼W,建议用两个1.8KΩ的贴片电阻并联起来。焊接时可以将两个电阻摞在一起,焊接在电路板上。


▲ 2835白光LED灯珠。


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根据提问者的描述,这6个白光LED灯珠应该是用来照明的,白光灯珠的正向压降3V左右,使用36V电源点亮6个LED灯珠,为了提高电源的利用率,一般是将6个灯珠串联,6个LED灯珠串联后其总压降为:3V*6=18V。

其原理如下图所示,电源负极为最低电位0,根据串联LED的压降可得限流电阻R1右端的电压为18V,而R1左端的电压为正电源36V,所以限流电阻两端的电压U=36V-18V=18V,再根据欧姆定律R=U/I,可知只要知道LED灯珠的工作电流即可求出限流电阻R1的大小,所以必须知道所选LED灯珠的功率。

▲电压驱动LED灯珠原理

白光照明LED灯珠的功率有许多中规格,有0.2W、0.3W、0.5W、1W、2W、3W等,由提问者提供的LED灯珠封装可知该LED灯珠的功率一般0.2W、0.3W左右,若为0.3W的LED灯珠,那么其最大工作电流为100mA,一般5mA~100mA范围内LED都能正常工作,只是亮度不同而已,电流越大其亮度越大。

若以LED灯珠的工作电流为50mA计算,那么限流电阻R1=18V/50mA=900Ω,该电阻的功率为P=U^2/R=18*18/900=0.36W,若选择贴片电阻,必须选择1210封装以上的,因为1206封装的电阻功率只有1/4W,0805封装只有1/8W,1210封装的电阻1/2,功率更大的有1812、2010、2512等。

▲LED灯珠

总结:电压驱动LED灯珠的原理比较简单,串联限流电阻即可,通过灯珠串/并关系计算限流电阻的大小。特别注意需要考虑电阻的功率,否则很有可能误选择过小功率的电阻而导致电阻过热烧毁。

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技术闲聊


36V电压点亮6个串联的白光LED需要根据工作电流要求设计限流电阻

我们在设计LED控制电路之前需要先知道电路的要求,比如:LED的工作电流设置、LED的工作压降,才可以计算出限流电阻的大小。

36V驱动6个串联的白色LED计算

在计算之前,我们假计白色LED的工作压降为3V,设置工作电流为80mA

计算如下:

  • 6个串联白色LED的压降=3V*6=18V
  • 限流电阻阻值=(36V-18V)/0.08A=225R
  • 限流电阻运行功率=0.08*0.08*225=1.44W,选择的限流电阻功率最好是运行功率的两倍或以上,所以需要选择3W的限流电阻

如果设计白色LED的工作电流为20mA,那么:

  • 6个串联白色LED的压降=3V*6=18V
  • 限流电阻阻值=(36V-18V)/0.02A=900R
  • 限流电阻运行功率=0.02*0.02*900=0.36W,选择的限流电阻功率最好是运行功率的两倍或以上,所以需要选择1W的限流电阻

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6个3V的LED灯串联起来总电压为18V,连在一个36V的电源上,实际上剩下的电压需要由电阻来分担,也就是电阻两端的压降应该是18V,要想算出来电流实际上还得需要知道LED灯珠的电流,这个每个LED灯珠会略有差别,这个可以自己实际测量一下,把LED灯串联一个几百欧姆的电阻,把表笔串联在这个电路中,正常情况下是能够测出这个LED灯珠的电流。

我这以高亮绿色的LED为例,测出来的电流在67毫安左右,一般像这种LED灯珠的电流都是毫安级的,知道这个电流,再算电阻就很容易了,计算出来大概在268Ω左右,选一个270Ω的电阻就可以了。


像我举的这个例子中这个电阻的功率大概在
1.21W因此还得考虑到电阻功率的问题,常见的电阻一般都是1/4W的,所以还得选用专门的大功率电阻,否则连在电路中的电阻会发热的,电阻功率越大价格就越高。


技能两分钟


应该先查看规格书知道LED的规格书中推荐的电流和电压,比如3V.10ma的LED,6个LED串联的电压是18V,那么剩余的电压18V除以LED的推荐电流10ma就是应该串进去的电阻值。最安全的做法是给LED再并上稳压管,因为电阻存在偏差,而且每个LED在通电后的内阻会发生变化。电流会存在一定的波动会导致每个LED上的电压存在差别。如果波动大突破了LED的极限或者接近,那么长期以往将会损坏LED,然后又是串联就会导致所有LED不发亮


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