Jeśli po raz pierwszy projektujesz układ z diodami LED, wybór między połączeniem równoległym a szeregowym może budzić wątpliwości. W tym poradniku wyjaśniamy oba rozwiązania, pokazujemy sposób doboru rezystora i omawiamy zasady bezpiecznego zasilania kilku diod. Dzięki temu łatwiej dopasujesz topologię obwodu do sterownika i unikniesz nierównomiernego podziału prądu.
1. Dioda LED Równolegle: Czy możesz drutować diody LED równolegle?
Obwód równoległy z 3 diodami LED podłączonymi do baterii.
Połączenie równoległe stosuje się zwykle ze źródłem stałego napięcia. Jest popularne, ponieważ pozwala zasilać wiele gałęzi przy stosunkowo niskim napięciu. Każda gałąź powinna jednak mieć własny element ograniczający prąd. Różnice napięcia przewodzenia między diodami mogą bowiem powodować nierówny podział prądu, przegrzewanie i ucieczkę cieplną.
W połączeniu równoległym napięcia przewodzenia diod LED nie sumują się tak jak w szeregu. Jeżeli sterownik podaje 36 V, takie samo napięcie 36V występuje na każdej równoległej gałęzi. Między gałęzie dzieli się natomiast prąd. Jednakową jasność diod LED można uzyskać tylko wtedy, gdy ich prądy są prawidłowo ograniczone i wyrównane.
2. Diody LED Okablowania w serii
Obwód szeregowy z 3 diodami LED podłączonymi do baterii.
Połączenie szeregowe dobrze współpracuje ze sterownikiem stałoprądowym. Napięcia przewodzenia diod sumują się, natomiast przez każdy element płynie ten sam prąd. Przykładowo trzy urządzenia 36V dają łączny spadek napięcia 108V. Jeżeli sterownik dostarcza prąd 1400 mA, taki sam prąd przepływa przez wszystkie trzy diody.
W szeregu elementy tworzą jeden ciąg od dodatniego do ujemnego zacisku zasilania. Dodatni zacisk sterownika łączy się z anodą pierwszej diody, jej katodę z anodą następnej, a katodę ostatniej diody z ujemnym zaciskiem sterownika. Przed włączeniem zasilania warto sprawdzić polaryzację każdego elementu.
3. Diody LED w serii vs. Diody LED równolegle: Zalety połączenia równoległego
Niezależne elementy
Poszczególne gałęzie obwodu równoległego mogą mieć niezależne przełączniki. Jedną gałąź można więc włączać i wyłączać bez przerywania pracy pozostałych. W obwodzie szeregowym istnieje tylko jedna droga przepływu prądu, dlatego przerwa w jednym elemencie wyłącza cały łańcuch.
Spójne napięcie
Wszystkie gałęzie równoległe są zasilane tym samym napięciem. Sama równość napięć nie gwarantuje jednak identycznej jasności — decydują o niej również charakterystyki diod oraz prąd każdej gałęzi.
Daje miejsce na dodatkowe komponenty
Do obwodu równoległego można dodawać kolejne gałęzie bez zmiany ich napięcia. Jeśli potrzebujesz więcej światła, możesz dołączyć następną lampę, o ile zasilacz ma wystarczającą wydajność prądową. W szeregu dodanie kolejnej diody zwiększa wymagane napięcie całego łańcucha.
Proste, bezpieczne i niezawodne
Połączenie równoległe jest łatwe do zaprojektowania i serwisowania. Przy właściwym ograniczeniu prądu, prawidłowo dobranych przewodach i zasilaczu zgodnym z wymaganiami obciążenia zapewnia bezpieczną, niezawodną pracę.
4. Wiele diod LED równolegle z jednym rezystorem
Wiele diod LED można podłączyć równolegle przez jeden wspólny rezystor, lecz rozwiązanie to nie zapewnia pewnego podziału prądu. Przy obliczeniach trzeba uwzględnić sumę prądów przewodzenia oraz spadek napięcia na diodach. W praktyce bezpieczniej jest zastosować osobny rezystor w każdej gałęzi, zwłaszcza gdy diody nie są idealnie dopasowane.
5. Czy można podłączyć kilka diod LED do stałego sterownika równoległego?
Należy unikać bezpośredniego podłączania kilku równoległych diod do jednego sterownika stałoprądowego. Taki sterownik reguluje prąd całkowity, ale nie kontroluje jego podziału między gałęzie. Nierównomierne obciążenie może skrócić żywotność diod. Dlaczego tak się dzieje?
Każda dioda ma tolerancje produkcyjne. Nawet elementy o tym samym numerze katalogowym mogą różnić się napięciem przewodzenia, dlatego jedna gałąź zacznie pobierać większy prąd niż pozostałe.
Jeżeli kilka diod ma współpracować z jednym sterownikiem stałoprądowym, najlepiej połączyć je szeregowo. Awaria powodująca przerwę zatrzyma wtedy przepływ prądu w całym łańcuchu, zamiast przeciążyć pozostałe równoległe gałęzie.
6. Kalkulator równoległy
Do obliczenia rezystora dla diod LED wykorzystuje się dwa podstawowe równania:
Prawo Ohma
V = i * r
Równanie mocy
P = i * v
Prawo Ohma pozwala obliczyć rezystancję na podstawie napięcia odkładającego się na rezystorze i płynącego przez niego prądu. Równanie mocy służy następnie do wyznaczenia wymaganej mocy znamionowej rezystora.
7. Niezbędne punkty do zapamiętania podczas równolegle podłączenia diod LED
Po pierwsze, dodawanie kolejnych gałęzi równoległych nie zmienia wymaganego napięcia zasilania.
Po drugie, wymagana wydajność prądowa zasilacza rośnie o prąd pobierany przez każdą nową gałąź.
Po trzecie, jeśli stosujesz jeden rezystor dla całego obwodu, wszystkie diody LED powinny być tego samego typu i możliwie dobrze dopasowane. Bezpieczniejszym rozwiązaniem pozostaje jednak osobny rezystor dla każdej gałęzi.
8. FAQ
P1. Czy diody są jaśniejsze w serii lub równolegle?
Nie decyduje o tym sam sposób połączenia, lecz prąd płynący przez każdą diodę. Przy takim samym prawidłowym prądzie diody mogą świecić równie jasno zarówno w szeregu, jak i równolegle.
P2. Czy obwód może być zarówno równoległy, jak i serii?
Tak. Taki układ nazywa się obwodem szeregowo-równoległym. Przykładowo cztery diody LED można rozdzielić na odpowiednio zaprojektowane gałęzie, łącząc elementy zarówno szeregowo, jak i równolegle.
P3. Ile diod LED możesz łańcuchowy z serią rezystor 12V?
Przy typowym napięciu przewodzenia około 3 V można połączyć szeregowo trzy diody i zastosować rezystor ograniczający. Dokładna liczba zależy jednak od napięcia przewodzenia diod oraz wymaganego zapasu napięcia.
P4. Co się stanie, gdy umieścisz dużo napięcia przez diody LED?
Zbyt wysokie napięcie bez właściwego ograniczenia prądu powoduje przepływ nadmiernego prądu, przegrzanie i trwałe uszkodzenie diody LED.
P5. Jak połączyć paski LED z złączami?
Wsuń pasek LED równo do złącza, zachowując oznaczoną polaryzację. Styki miedziane powinny znaleźć się pod blaszkami kontaktowymi, a pasek musi być osadzony prosto i pewnie zablokowany.
Wniosek
Diody LED łączy się przede wszystkim szeregowo lub równolegle. Ze sterownikiem stałoprądowym zwykle najlepiej współpracuje łańcuch szeregowy, natomiast przy zasilaniu stałym napięciem można stosować gałęzie równoległe z osobnymi rezystorami ograniczającymi. Obie topologie można również łączyć, aby dopasować układ do napięcia zasilania, wymaganej jasności i dostępnej wydajności prądowej.