Diody (LED) stały się w ostatnich latach bardzo popularnym źródłem światła. Niemal wszystkie wymagają jednak specjalnego zasilania. Jaki zasilacz zastosować?

W pierwszej kolejności opowiem w bardzo dużym skrócie o właściwościach LED, które mają bezpośredni wpływ na wymagania, co do ich zasilania. Zaznaczam, że rozważania w tym artykule dotyczą głównie PowerLED (diod LED mocy), którymi się zajmujemy i które jako jedyne (spośród LED) nadają się do zastosowań w nowoczesnym oświetleniu.

Czy dioda reaguje na temperaturę?

Otóż dioda świecąca (LED) jest niczym innym, jak tzw. półprzewodnikowym złączem p-n. Dla potrzeb niniejszego artykułu - wystarczy, jeśli powiemy po prostu, że jest zbudowana z półprzewodnika. Nie wnikając w szczegóły - jest to materiał, którego przewodność elektryczna rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Innymi słowy - im większa temperatura tym lepiej dioda przewodzi prąd. Gdy przez diodę płynie prąd elektryczny, jest on nieodłącznie związany z mocą cieplną, jaka wydziela się w jej wnętrzu. Moc z kolei bezpośrednio wpływa na wzrost temperatury półprzewodnika, z którego zbudowana jest dioda. W tym momencie mamy pierwsze wnioski, które mówią, że jeśli nie znajdziemy sposobu na ograniczenie (kontrolę) wartości prądu płynącego przez diodę - jej temperatura będzie się sukcesywnie podnosiła i wywoływała jeszcze większy prąd. I tak w kółko. Technicznie zjawisko to nazwiemy dodatnim sprzężeniem zwrotnym (przyczyna zwiększa skutek, a skutek przyczynę). Jeśli któreś ze zjawisk (temperatura lub wartość prądu) nie zostanie w porę powstrzymane przed przekroczeniem wartości krytycznej - dioda ulegnie uszkodzeniu. Potocznie mówiąc - spali się.

Zależność prądu od napięcia w diodzie

Na lekcjach fizyki mówiono nam, iż aby wywołać przepływ prądu - potrzebne jest napięcie. Święta prawda! I sprawa jest prosta dopóki mamy do czynienia z odbiornikiem rezystancyjnym, gdzie dwukrotny wzrost napięcia wywołuje również dwukrotny wzrost prądu. Czy tak samo jest z diodą? NIE. Dioda, niestety, nie jest rezystorem. Tutaj dwukrotny wzrost prądu może zostać wywołany już nawet przez 10-procentowy wzrost napięcia zasilania. Jeśli dodać aspekty opisane wyżej - żywot diody niewątpliwie uległby nagłemu przerwaniu. Czasami nawet przy udziale efektów "specjalnych". Od dymu począwszy, a na "fajerwerkach" skończywszy.

Konkluzja - w diodzie (LED) należy pilnować prądu

(i temperatury, ale to już inny artykuł)

 Powtórzę jeszcze raz - pilnować prądu (nie napięcia, bo gdy dopilnujemy prądu - napięcie "samo" się upilnuje. Na odwrót - niekoniecznie!). W każdym więc przypadku zasilanie diody należy dobierać tak, aby nominalny prąd diody LED, podany w dokumentacji producenta, nie został przekroczony.

Tak więc - JAKI ZASILACZ???

 Po pierwsze - zasilacz stosujemy taki, jak nakazuje nam instrukcja obsługi danego urządzenia/lampy.

Z reguły, jeśli mamy do czynienia z diodami mocy (Power LED) - stosujemy zasilanie z tzw. STABILIZACJĄ PRĄDU. Zasilacz zawsze powinniśmy dobrać tak, aby jego prąd wyjściowy nie przekraczał prądu nominalnego zasilanej diody. Wiele diod PowerLED można zasilać różnymi wartościami prądu, a producent określa wartość maksymalną (jeśli jest to porządny producent - podaje również przy jakim prądzie określono parametry diody oraz jakiej wartości nie zaleca przekraczać, by uzyskać daną trwałość). Pamiętajmy, że im niższym prądem zasilimy diodę, tym większą uzyska ona trwałość oraz wydajność i tym mniejsze problemy napotkamy z opanowaniem temperatury diody (która jest głównym zabójcą LED). Należy więc wybrać zawsze kompromis, biorąc pod uwagę: koszt sytemu, warunki pracy (czyt. temperaturę), zakładany czas "życia" systemu.

Nie bez znaczenia pozostaje również sposób (polaryzacja) i kolejność podłączenia. W trakcie podłączania diod do zasilacza - zawsze musi on być odłączony od sieci! Jeśli podłączamy zasilacz do sieci i wtedy okazuje się, że gdzieś w obwodzie znajduje się przerwa - wówczas NIE USUWAJMY TEJ PRZERWY, GDY PRACUJE ZASILACZ!!!. Należy odłączyć zasilacz od sieci, zewrzeć jego styki wyjściowe ze sobą, aby rozładować napięcie, które się na nich nagromadziło (może "strzelić" iskra) i wtedy dopiero łączymy przerwę w obwodzie. W innym wypadku - napięcie to z dużym prawdopodobieństwem uszkodzi diody przebijając je lub, w najlepszym wypadku, zniszczy elementy zabezpieczające (jeśli istnieją). Wówczas czeka nas serwis. Wynika to tylko z zasady działania zasilaczy ze stabilizacją prądu. Otóż dążą one zawsze do osiągnięcia nominalnego prądu wyjściowego. Jeśli więc jest to np. zasilacz 350mA, będzie on zwiększał napięcie na swym wyjściu dopóty, dopóki nie osiągnie prądu 350mA lub maksymalnego napięcia na zaciskach wyjściowych. To napięcie często może okazać się niszczące dla diod. Możecie w tym momencie zadać pytanie: Dlaczego więc zasilacz zwiększa napięcie wyjściowe do poziomu niebezpiecznego dla diod? Nie jest to absolutnie żaden spisek. Wyobraźmy sobie np. zasilacz o mocy wyjściowej 10,5W i prądzie stabilizowanym na poziomie 350mA. Przy jego maksymalnej mocy na zaciskach wyjściowych wystąpi napięcie 30V (10,5W / 0,35A = 30V). To samo napięcie wystąpi przy braku obciążenia. Jeśli tymże zasilaczem, będącym w stanie nasycenia (czyli przy rozwartych zaciskach wyjściowych i zasileniu z sieci) zasilimy teraz np.3 diody PowerLED 1W połączone szeregowo (o prądzie 350mA i napięciu przewodzenia w okolicy 3 - 3,2V każda, co daje w sumie napięcie ok. 9 - 9,6V), to jak łatwo spostrzec - napięcie odłożone na diodach będzie ponad 3-krotnie większe od bezpiecznego. Zanim zasilacz zdąży obniżyć napięcie do bezpiecznego poziomu - chwilowy impuls prądu dostarczony do diod momentalnie zniszczy najpierw zabezpieczenie wewnętrzne diody (które jest z reguły skuteczne do ok. 5V), a zaraz potem samą diodę. Aby taka sytuacja nie występowała w ogóle - na każdą diodę musiałby przypadać oddzielny zasilacz, co z oczywistych względów (koszty) jest w większych systemach niewykonalne. Większość zasilaczy, jako zasilacze impulsowe, nie może pracować bez obciążenia, co zazwyczaj ujrzymy w ich instrukcji obsługi. Powyższe zasady są bardzo prostymi, podstawowymi zasadami elektroinstalatorstwa. Ich nieprzestrzeganie świadczy o braku profesjonalizmu instalatora. 

Jeśli producent podaje 12V, 24V lub inne napięcia (zasilacz LED ze stabilizacją napięcia), jako napięcie zasilania - stabilizacja prądu będzie na pewno realizowana wewnątrz urządzenia w mniej lub bardziej wyrafinowany sposób. Automatycznie możemy domniemać, że wydajność (czyli ilość światła uzyskiwana z 1W doprowadzonej mocy elektrycznej) będzie mniejsza, niż w systemach zasilanych bezpośrednio zasilaczem "stałoprądowym", jako, że mamy do czynienia z dwoma oddzielnymi systemami stabilizacji, spośród których każdy ma ograniczoną sprawność energetyczną (zazwyczaj ok. 80%).

Jeśli w instrukcji obsługi, jako napięcie zasilania podano 230V - oznacza to, że całe zasilanie jest zaimplementowane wewnątrz urządzenia i kompletnie nie mamy na nie wpływu. Po prostu podłączamy do sieci. Jest to sytuacja najwygodniejsza dla użytkownika końcowego, jednak wyraźnie widoczna w cenie urządzenia. Jeśli cena takiego urządzenia nie różni się znacząco od zasilanych ze stabilizacją prądu - możemy podejrzewać niską jakość zasilacza w nim zastosowanego. Będzie się to odbijać zarówno na trwałości diod, jak i na jakości światła generowanego przez diody (np. migotanie, które ogromnie szkodzi wzrokowi lub wysoka czułość na zmiany napięcia sieciowego).