Napięcia diod LED, czyli jakie napięcia ustawiać na ledach o różnych kolorach, żeby prąd nie był za duży?

Prawdą jest, że diody o różnych kolorach mają różne napięcie przewodzenia. Dla niektórych starych diod czerwonych może wynosić 1,6V, niemniej większość diod czerwonych, żółtych i zielonych ma napięcie ponad 2V, a diody niebieskie i białe mają napięcie przewodzenia 3V i więcej.

W przypadku diod LED napięcie jest niejako parametrem ubocznym. A najważniejszym jest prąd. Najmniej doświadczeni są przekonani, że prąd i napięcie są wzajemnie nierozłącznie związane, i że ustawienie właściwego napięcia, automatycznie ustawi także właściwy prąd. Owszem, w przypadku rezystora i żarówki tak właśnie jest. Ale nie w przypadku diod LED.

Obszerne informacje na temat diod LED znajdziesz w artykule – Parametry diod LED.

Napięcie przewodzenia w diodach LED

Każda dioda ma jakieś napięcie przewodzenia, napięcie progowe. Dla napięć zasilania poniżej tego napięcia progowego, prąd praktycznie nie płynie. Natomiast powyżej napięcia progowego, bardzo małe zmiany napięcia zasilania powodują duże zmiany prądu diody. W grę wchodzi tu tak zwana rezystancja dynamiczna i inne kwestie. Ale nie to jest najgorsze.

Problem w tym, że zmiana temperatury diody powoduje obniżenie napięcia przewodzenia, napięcia progowego. A struktura diody podczas pracy nagrzewa się do temperatury nawet ponad 100 stopni. W przypadku diody LED, można byłoby ustawić „na zimno” napięcie zasilania, przy którym prąd będzie miał potrzebną wartość. Jednak podczas pracy, struktura diody będzie się grzać pod wpływem płynącego prądu.

Spowoduje to obniżenie napięcia przewodzenia, a to przy niezmiennym napięciu zasilania, wywoła duży wzrost prądu. To zwiększy straty mocy i podwyższy temperaturę, czyli spowoduje dalsze obniżenie napięcia przewodzenia i dalszy wzrost prądu. Takie niekorzystne sprzężenie zwrotne może łatwo doprowadzić do przegrzania i spalenia diody. Właśnie dlatego do sterowania diod LED trzeba stosować rozwiązania, gdzie ustalane jest nie napięcie przewodzenia, tylko prąd. Podczas pracy napięcie na diodzie będzie się zmieniać, głównie pod wpływem temperatury. A prąd nie może przekroczyć prądu nominalnego, podanego w katalogu.

Wykorzystanie sterownika elektronicznego

Najprostszym sposobem jest włączenie w szereg z diodą dobranego rezystora i zasilania takiego zestawu (LED+R) napięciem co najmniej dwa razy większym od napięcia przewodzenia diody. Lepszym sposobem jest wykorzystanie sterownika elektronicznego, czy to w postaci źródła prądowego na jednym tranzystorze, czy specjalizowanego układu scalonego (LED driver). Kluczowym zadaniem jest więc ograniczenie prądu do dopuszczalnej w katalogu wartości. Drugą kluczową kwestią jest skuteczne chłodzenie, by nie dopuścić do nadmiernego wzrostu temperatury świecącej struktury. W przypadku małych, klasycznych diod LED, prąd maksymalny często wynosi 20…30mA.

Radiator do chłodzenia

Przy prądzie 30mA w niebieskiej czy białej diodzie wydzieli się co najwyżej około l00mW mocy strat. Ale na przykład „jednowatowa” dioda LED ma prąd nominalny około 350mA, co przy napięciu przewodzenia ponad 3V daje ponad 1W mocy, i to nie mocy promienistej w postaci światła, tylko około 1W mocy strat. Aby nie przegrzać struktury, niezbędny jest radiator. W przypadku diod o mocy 1W i większej, bez odpowiednio chłodzonego radiatora łatwo przegrzać strukturę i to przy prądach mniejszych od katalogowego prądu nominalnego. To właśnie jest główna przyczyna uszkodzeń diod LED mocy przez niedoświadczonych użytkowników.

Nie sposób podać uniwersalnych wskazówek, bo wiele zależy od typu diody, od prądu, od zastosowanego radiatora i warunków jego chłodzenia. Na pewno diody mocy muszą być chłodzone z pomocą odpowiednich radiatorów. Szczegółowych wskazówek trzeba szukać w katalogach.

Żarówki LED – porównywarka cen

Porównywarka cen sprzętu RTV