Светодиоды - это современные, экономичные, надежные радиоэлементы, применяемые для световой индикации. Мы думаем об этом знает каждый и все! Именно исходя из этого опыта, столь высоко желание применить именно светодиоды, для конструирования самых различных электрических схем, как в бытовой электронике, так и для автомобиля. Но здесь возникают определенный трудности. Ведь самые распространенные светодиоды имеют напряжение питания 3…3,3 вольта, а бортовое напряжение автомобиля в номинале 12 вольт, при этом порой поднимается и до 14 вольт. Само собой здесь всплывает закономерное предположение, что для подключения светодиодов к 12 вольтовой сети машины, необходимо будет понизить напряжение. Именно этой теме, подключению светодиода к бортовой сети автомобиля и понижению напряжения, будет посвящена статья.
Прежде, чем перейти к конкретным схемам и их описаниям, хотелось бы сказать о двух принципиально разных, но возможных вариантах подключения светодиода к 12 вольтовой сети.
Первый, это когда напряжение падает за счет того, что последовательно светодиоду подключается дополнительное сопротивление потребителя, в качестве которого выступает микросхема-стабилизатор напряжения. В этом случае определенная часть напряжения теряется в микросхеме, превращаясь в тепло. А значит вторая, оставшаяся, достается непосредственно нашему потребителю - светодиоду. Из-за этого он и не сгорает, так как не все суммарное напряжение проходит через него, а только часть. Плюсом применения микросхемы является тот факт, что она способна в автоматическом режиме поддерживать заданное напряжение. Однако есть и минусы. У вас не получиться снизить напряжение ниже уровня, на которое она рассчитана. Второе. Так как микросхема обладает определенным КПД, то падение относительно входа и выхода будет отличаться на 1-1,5 вольта в меньшую сторону. Также для применения микросхемы вам необходимо будет применить хороший рассеивающий радиатор, установленный на ней. Ведь по сути тепло выделяемое от микросхемы, это и есть невостребованные нами потери. То есть то, что мы отсекли от большего потенциала, чтобы получить меньший.
Второй вариант питания светодиода, когда напряжение ограничивается за счет резистора. Это сродни тому, если бы большую водопроводную трубы взяли бы и сузили. При этом поток (расход и давление) снизились бы в разы. В этом случае до светодиода доходит лишь часть напряжения. А значит, он также может работать без опасности быть сожженным. Минусом применения резистора будет то, что он также имеет свой КПД, то есть также тратит невостребованное напряжение в тепло. В этом случае бывает трудно установить резистор на радиатор. В итоге, он не всегда подойдет для включения в цепь. Также минусом будет являться и то обстоятельство, что резистор не поддерживает автоматического удержания напряжение в заданном пределе. При падении напряжения в общей цепи, он подаст настолько же меньшее напряжение и на светодиод. Соответственно обратная ситуация произойдет при повышении напряжения в общей цепи.
Конечно, тот и другой вариант не идеальны, так при работе от портативных источников энергии каждый из них будет тратить часть полезной энергии на тепло. А это актуально! Но что сделать, таков уж принцип их работы. В этом случае источник питания будет тратить часть своей энергии не на полезное действие, а на тепло. Здесь панацеей является использование широтно-импульсной модуляции, но это значительно усложняет схему… Поэтому мы все же остановимся на первых двух вариантах, которые и рассмотрим на практике.
Начнем, как и в абзаце выше, с варианта подключения светодиода к напряжению в 12 вольт через резистор. Для того чтобы вам лучше было понять как же происходит падение напряжение, мы приведем несколько вариантов. Когда к 12 вольтам подключено 3 светодиода, 2 и 1.
Подключение 1 светодиода через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)
Итак, у нас есть светодиод. Его напряжение питания 3,3 вольта. То есть если бы мы взяли источник питания в 3,3 вольта и подключили к нему светодиод, то все было бы замечательно. Но в нашем случае наблюдается повышенное напряжение, которое не трудно посчитать по формуле. 14,5-3,3= 11,2 вольта. То есть нам необходимо первоначально снизить напряжение на 11,2 вольта, а затем лишь подать напряжение на светодиод. Для того чтобы нам рассчитать сопротивление, необходимо знать какой ток протекает в цепи, то есть ток потребляемый светодиодом. В среднем это около 0,02 А. При желании можете посмотреть номинальный ток в даташите к светодиоду. В итоге, по закону Ома получается. R=11,2/0,02=560 Ом. Сопротивление резистора рассчитано. Ну, а уж схему нарисовать и того проще.
Мощность резистора рассчитывается по формуле P=UI=11.2*0,02=0,224 Вт. Берем ближайший согласно стандартного типоряда.
Подключение 2 светодиодов через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)
По аналогии с предыдущим примером все высчитывается также, но с одним условием. Так как светодиода уже два, то падение напряжения на них будет 6,6 вольта, а оставшиеся 14,5-6,6=7,9 вольта останутся резистору. Исходя из этого, схема будет следующей.
Так как ток в цепи не изменился, то мощность резистора остается без изменений.
Подключение 3 светодиодов через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)
И еще один вариант, когда практически все напряжение гасится светодиодами. А значит, резистор по своему номиналу будет еще меньше. Всего 240 Ом. Схема подключения 3 светодиодов к бортовой сети машины прилагается.
Напоследок нам лишь осталось сказать, что при расчетах было использовано напряжение не 12, а 14,5 вольт. Именно такое повышенное напряжение обычно возникает в электросети машины, когда она заведена.
Также не трудно прикинуть, что при подключении 4 светодиодов, вам и вовсе не потребуется применение какого либо резистора, ведь на каждый из светодиодов придется по 3,6 вольта, что вполне допустимо.
Теперь перейдем к стабилизированной схеме питания светодиодов от 12 вольт. Здесь, как мы уже и говорили, существует схема, которая регулирует собственное внутреннее сопротивление. Таким образом, питание светодиода будет осуществляться устойчиво, независимо от скачков напряжения бортовой сети. К сожалению минусом применения микросхемы является тот факт, что минимальное стабилизированное напряжение, которое возможно добиться будет 5 вольт. Именно с таким напряжением можно встретить наиболее широко известные микросхемы – стабилизаторы КР142 ЕН 5Б или иностранный аналог L7805 или L7805CV. Здесь разница лишь в производителе и номинальном рабочем токе от 1 до 1,5 А.
Так вот, оставшееся напряжение с 5 до 3,3 вольт придется гасить все по тому же примеру что и в предыдущих случаях, то есть с помощью применения резистора. Однако снизить напряжение резистором на 1,7 вольта это уже не столь критично как на 8-9 вольт. Стабилизация напряжения в этом случае все же будет наблюдаться! Приводим схему подключения микросхемы стабилизатора.
Как видите, она очень простая. Реализовать ее может каждый. Не сложнее чем припаять тот же резистор. Единственное условие это установка радиатора, который будет отводить тепло от микросхемы. Его установить нужно обязательно. На схеме написано что микросхема может питать 10 цепочек со светодиодом, на самом деле этот параметр занижен. По факту, если через светодиод проходит около 0,02 А, то она может обеспечивать питанием до 50 светодиодов. Если вам необходимо обеспечить питание большего количества, то используйте вторую такую же независимую схему. Использование двух микросхем подключенных параллельно не правильно. Так как их характеристики немного, да будут отличаться друг от друга, из-за индивидуальных особенностей. В итоге, у одной из микросхем будет шанс перегореть намного быстрее, так как режимы работы у нее будут иные - завышенные.
О применение аналогичных микросхем мы уже рассказывали в статье "Зарядное устройство на 5 вольт в машине ". Кстати, если вы все же решитесь выполнить питание для светодиода на ШИМ, хотя это вряд ли того стоит, то эта статья также раскроет вам все секреты реализации такого проекта.
Подводя итог о подключении светодиода к 12 вольтовой сети можно сказать о простоте выполнения схемотехники. Как со случаем где применяется резистор, так и с микросхемой – стабилизатором. Все это легко и просто. По крайней мере, это самое простое, что может вам встретиться в электронике. Так что осилить подключение светодиода к бортовой сети машины в 12 вольт должен каждый и наверняка. Если уж и это не «по зубам», то за более сложное и вовсе браться не следует.
А теперь чтобы вам было легче прикинуть какой номинал сопротивления нужен и какой мощностью для вашего конкретного случая, можете воспользоваться калькулятором подбора резистора
Светодиод — это диод способный светится при протекании через него тока. По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.
Цвет свечения светодиода зависит от добавок добавленных в полупроводник. Так, например, примеси алюминия, гелия, индия, фосфора вызывают свечение от красного до желтого цвета. Индий, галлий, азот заставляет светодиод светится от голубого до зеленного цвета. При добавке люминофора в кристалл голубого свечения, светодиод будет светиться белым светом. В настоящее время промышленность выпускает светодиоды свечения всех цветов радуги, однако цвет зависит не от цвета корпуса светодиода, а именно от химических добавок в его кристалле. Светодиод любого цвета может иметь прозрачный корпус.
Первый светодиод был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса. В начале 1990-ых годов на свет появились яркие светодиоды, а чуть позже сверх яркие.
Преимущество светодиодов перед лампочками накаливания не оспоримы, а именно:
* Низкое электропотребления – в 10 раз экономичней лампочек
* Долгий срок службы – до 11 лет непрерывной работы
* Высокий ресурс прочности – не боятся вибраций и ударов
* Большое разнообразие цветов
* Способность работать при низких напряжениях
* Экологическая и противопожарная безопасность – отсутствие в светодиодах ядовитых веществ. светодиоды не греются, от чего пожары исключаются.
Рис. 1. Конструкция индикаторных 5 мм светодиодов
В рефлектор помещается кристалл светодиода. Этот рефлектор задает первоначальный угол рассеивания.
Затем свет проходит через корпус из эпоксидной смолы. Доходит до линзы — и тут начинает рассеиваться по сторонам на угол, зависящий от конструкции линзы, на практике — от 5 до 160 градусов.
Излучающие светодиоды можно разделить на две большие группы: светодиоды видимого излучения и светодиоды инфракрасного (ИК) диапазона. Первые применяются в качестве индикаторов и источников подсветки, последние - в устройствах дистанционного управления, приемо-передающих устройствах ИК диапазона, датчиках.
Светоизлучающие диоды маркируются цветовым кодом (табл. 1). Сначала необходимо определить тип светодиода по конструкции его корпуса (рис. 1), а затем уточнить его по цветной маркировке по таблице.
Рис. 2. Виды корпусов светодиодов
Цвета светодиодов
Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…
Таблица 1. Маркировка светодиодов
Многоцветные светодиоды
Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.
Светодиоды подключаются к источнику тока, анодом к плюсу, катодом к минусу. Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом, но бывают и исключения, поэтому лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.
При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор. Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без токоограничивающего резистора. Для быстрого тестирования резистор с номинальным сопротивлением 1кОм подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее.
Сразу следует предупредить: не следует направлять луч светодиода непосредственно в свой глаз (а также в глаз товарища) на близком расстоянии, что может повредить зрение.
Напряжение питания
Две главных характеристики светодиодов это падение напряжения и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например, четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА, так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА. Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется “рабочей” зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.
Напряжение питания - параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, поэтому нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую. Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).
Напряжение, указанное на упаковке светодиодов - это не напряжение питания. Это величина падения напряжения на светодиоде. Эта величина необходима, чтобы вычислить оставшееся напряжение, «не упавшее» на светодиоде, которое принимает участие в формуле вычисления сопротивления резистора, ограничивающего ток, поскольку регулировать нужно именно его.
Изменение напряжение питания всего на одну десятую вольта у условного светодиода (с 1,9 до 2 вольт) вызовет пятидесятипроцентное увеличение тока, протекающего через светодиод (с 20 до 30 милиампер).
Для каждого экземпляра светодиода одного и того же номинала подходящее для него напряжение может быть разным. Включив несколько светодиодов одного и того же номинала параллельно, и подключив их к напряжению, например, 2 вольта, мы рискуем из-за разброса характеристик быстро спалить одни экземпляры и недосветить другие. Поэтому при подключении светодиода надо отслеживать не напряжение, а ток.
Величина тока для светодиода является основным параметром, и как правило, составляет 10 или 20 миллиампер. Неважно, какое будет напряжение. Главное, чтобы ток, текущей в цепи светодиода, соответствовал номинальному для светодиода. А ток регулируется включённым последовательно резистором, номинал которого вычисляется по формуле:
R
Uпит
— напряжение источника питания в вольтах.
Uпад
— прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
I
— максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т.е. 0,01 или 0,02 ампера). При последовательном соединении нескольких светодиодов прямой ток не увеличивается.
0,75
— коэффициент надёжности для светодиода.
Не следует также забывать и о мощности резистора. Вычислить мощность можно по формуле:
P
— мощность резистора в ваттах.
Uпит
— действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
Uпад
— прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
R
— сопротивление резистора в омах.
Расчет токогораничивающего резистора и его мощности для одного светодиода
Типичные характеристики светодиодов
Типовые параметры белого индикаторного светодиода: ток 20 мА, напряжение 3,2 В. Таким образом, его мощность составляет 0,06 Вт.
Также к маломощным относят светодиоды поверхностного монтажа — SMD. Он подсвечивают кнопки в вашем сотовом, экран вашего монитора, если он с LED-подсветкой, из них изготовлены декоративные светодиодные ленты на самоклеющейся основе и многое другое. Есть два наиболее распостраненных типа: SMD 3528 и SMD 5050. Первые содержат такой же кристалл, как и индикаторные светодиоды с выводами, то есть его мощность 0,06 Вт. А вот второй — три таких кристалла, поэтому его нельзя уже называть светодиодом — это светодиодная сборка. Принято называть SMD 5050 светодиодами, однако это не совсем правильно. Это — сборки. Их общая мощность, соответственно, 0,2 Вт.
Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения светодиода и его рабочим напряжением.
Таблица падения напряжений светодиодов в зависимости от цвета
По величине падения напряжения при тестировании светодиодов мультиметром можно определить примерный цвет свечения светодиода согласно таблице.
Последовательное и параллельное включение светодиодов
При последовательном подключении светодиодов сопротивление ограничивающего резистора рассчитывается также, как и с одним светодиодом, просто падения напряжений всех светодиодов складываются между собой по формуле:
При последовательном включении светодиодов важно знать о том, что все светодиоды, используемые в гирлянде, должны быть одной и той же марки. Данное высказывание следует взять не за правило, а за закон.
Что б узнать какое максимальное количество светодиодов, возможно, использовать в гирлянде, следует воспользоваться формулой
* Nmax – максимально допустимое количество светодиодов в гирлянде
* Uпит – Напряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора. В вольтах.
* Uпр — Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
* При изменении температуры и старения светодиода Uпр может возрасти. Коэфф. 1,5 дает запас на такой случай.
При таком подсчете “N” может иметь дробный вид, например 5,8. Естественно вы не сможете использовать 5,8 светодиодов, посему следует дробную часть числа отбросить, оставив только целое число, то есть 5.
Ограничительный резистор, для последовательного включения светодиодов рассчитывается точно также как и для одиночного включения. Но в формулах добавляется еще одна переменная “N” – количество светодиодов в гирлянде. Очень важно чтобы количество светодиодов в гирлянде было меньше или равно “Nmax”- максимально допустимому количеству светодиодов. В общем, должно выполнятся условие: N =
Все остальные действия по расчетам производятся в аналогии расчета резистора при одиночном включении светодиода.
Если напряжения источника питания не хватает даже для двух последовательно соединённых светодиодов, тогда на каждый светодиод нужно ставить свой ограничительный резистор.
Параллельное включение светодиодов с общим резистором - плохое решение. Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый, что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.
Последовательное соединение светодиодов предпочтительнее ещё и с точки зрения экономного расходования источника питания: вся последовательная цепочка потребляет тока ровно столько, сколько и один светодиод. А при параллельном их соединении ток во столько раз больше, сколько параллельных светодиодов у нас стоит.
Рассчитать ограничительный резистор для последовательно соединённых светодиодов так же просто, как и для одиночного. Просто суммируем напряжение всех светодиодов, отнимаем от напряжения источника питания получившуюся сумму (это будет падение напряжения на резисторе) и делим на ток светодиодов (обычно 15 — 20 мА).
А если светодиодов у нас много, несколько десятков, а источник питания не позволяет соединить их все последовательно (не хватит напряжения)? Тогда определяем исходя из напряжения источника питания, сколько максимально светодиодов мы можем соединить последовательно. Например для 12 вольт — это 5 двухвольтовых светодиодов. Почему не 6? Но ведь на ограничительном резисторе тоже должно что-то падать. Вот оставшиеся 2 вольты (12 — 5х2) и берём для расчёта. Для тока 15 мА сопротивление будет 2/0.015 = 133 Ома. Ближайшее стандартное — 150 Ом. А вот таких цепочек из пяти светодиодов и резистора каждая, мы уже можем подключить сколько угодною Такой способ называется параллельно-последовательным соединением.
Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом что бы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление.
Далее рассмотрим стабилизированную схему включения светодиодов. Коснёмся изготовления стабилизатора тока. Существует микросхема КР142ЕН12 (зарубежный аналог LM317), которая позволяет построить очень простой стабилизатор тока. Для подключения светодиода (см. рисунок) рассчитывается величина сопротивления R = 1.2 / I (1.2 — падение напряжения не стабилизаторе) Т.е., при токе 20 мА, R = 1,2 / 0.02 = 60 Ом. Стабилизаторы рассчитаны на максимальное напряжение в 35 вольт. Лучше не напягать их так и подавать максимум 20 вольт. При таком включении, например, белого светодиода в 3,3 вольта возможна подача напряжения на стабилизатор от 4,5 до 20 вольт, при этом ток на светодиоде будет соответствовать неизменному значению в 20 мА. При напряжении 20В получаем, что к такому стабилизатору можно подключить последовательно 5 белых светодиодов, не заботясь о напряжении на каждом из них, ток в цепи будет протекать 20мА (лишнее напряжение погасится на стабилизаторе).
Важно! В устройстве с большим количеством светодиодов протекает большой ток. Категорически воспрещается подключать такое устройство к включенному источнику питания. В этом случае, в месте подключения, возникает искра, которая ведет к появлению в цепи большого импульса тока. Этот импульс выводит из строя светодиоды (особенно синие и белые). Если светодиоды работают в динамическом режиме (постоянно включаются, выключаются и подмаргивают) и такой режим основан на использовании реле, то следует исключить возникновение искры на контактах реле.
Каждую цепочку следует собирать из светодиодов одинаковых параметров и одного производителя.
Тоже важно! Изменение температуры окружающей среды влияет на протекающий ток через кристалл. Поэтому желательно изготавливать устройство так, чтобы протекающий ток через светодиод был равен не 20мА, а 17-18 мА. Потеря яркости будет незначительная, зато долгий срок службы обеспечен.
Казалось бы все просто: ставим последовательно резистор, и всё. Но нужно помнить об одной важной характеристике светодиода: максимально допустимом обратном напряжении. У большинства светодиодов оно около 20 вольт. А при подключении его в сеть при обратной полярности (ток-то переменный, полпериода в одну сторону идёт, а вторую половину — в обратную) к нему приложится полное амплитудное напряжение сети — 315 вольт! Откуда такая цифра? 220 В — это действующее напряжение, амплитудное же в {корень из 2} = 1,41 раз больше.
Поэтому, чтобы спасти светодиод нужно поставить последовательно с ним диод, который не пропустит к нему обратное напряжение.
Еще один вариант подключения светодиода к электросети 220в:
Или же поставить два светодиода встречно-параллельно.
Вариант питания от сети с гасящим резистором не самый оптимальный: на резисторе будет выделяться значительная мощность. Действительно, если применим резистор 24 кОм (максимальный ток 13 мА), то рассеиваемая на нём мощность будет около 3 Вт. Можно снизить её в два раза, включив последовательно диод (тогда тепло будет выделяться только в течение одного полупериода). Диод должен быть на обратное напряжение не менее 400 В. При включении двух встречных светодиодов (существуют даже такие с двумя кристаллами в одном корпусе, обычно разных цветов, один кристалл красного свечения, другой зелёного) можно поставить два двухваттных резистора, каждый сопотивлением в два раза меньше.
Оговорюсь, что применив резистор большого сопротивления (например 200 кОм) можно включить светодиод и без защитного диода. Ток обратного пробоя будет слишком мал, чтобы вызвать разрушение кристалла. Конечно, яркость при этом весьма мала, но например для подсветки в темноте выключателя в спальне её будет вполне достаточно.
Благодаря тому, что ток в сети переменный, можно избежать ненужных трат электричества на нагрев воздуха ограничительным резистором. Его роль может выполнять конденсатор, который пропускает переменный ток, не нагреваясь. Почему так — вопрос отдельный, рассмотрим его позже. Сейчас же нам нужно знать, что для того, чтобы конденсатор пропускал переменный ток, через него должны обязательно проходить оба полупериода сети. Но ведь светодиод проводит ток только в одну сторону. Значит, ставим встречно-параллельно светодиоду обычный диод (или второй светодиод), он и будет пропускать второй полупериод.
Но вот мы отключили нашу схему от сети. На конденсаторе осталось какое-то напряжение (вплоть до полного амплитудного, если помним, равного 315 В). Чтобы избежать случайного удара током, предусмотрим параллельно конденсатору разрядный резистор большого номинала (чтобы при нормальной работе через него тёк незначительный ток, не вызывающий его нагрева), который при отключении от сети за доли секунды разрядит конденсатор. И для защиты от импульсного зарядного тока тоже поставим низкоомный резистор. Он также будет играть роль предохранителя, мгновенно сгорая при случайном пробое конденсатора (ничто не вечно, и такое тоже случается).
Конденсатор должен быть на напряжение не менее 400 вольт, или специальный для цепей переменного тока напряжением не менее 250 вольт.
А если мы хотим сделать светодиодную лампочку из нескольких светодиодов? Включаем их все последовательно, встречного диода достаточно одного на всех.
Диод должен быть рассчитан на ток, не меньший чем ток через светодиоды, обратное напряжение — не менее суммы напряжения на светодиодах. А ещё лучше взять чётное число светодиодов и включить их встречно-параллельно.
На рисунке в каждой цепочке нарисовано по три светодиода, на самом деле их может быть и больше десятка.
Как расчитать конденсатор? От амплитудного напряжения сети 315В отнимаем сумму падения напряжения на светодиодах (например для трёх белых это примерно 12 вольт). Получим падение напряжения на конденсаторе Uп=303 В. Ёмкость в микрофарадах будет равна (4,45*I)/Uп, где I — необходимый ток через светодиоды в миллиамперах. В нашем случае для 20 мА ёмкость будет (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 мкФ. Можно поставить два конденсатора 0,15 мкф (150 нФ) параллельно.
Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов
1. Подключение светодиода напрямую к источнику питания без ограничителя тока (резистора или специальной микросхемы-драйвера). Обсуждалось выше. Светодиод быстро выходит из строя из-за плохо контролируемой величины тока.
2. Подключение параллельно включенных светодиодов к общему резистору. Во-первых, из-за возможного разброса параметров, светодиоды будут гореть с разной яркостью. Во-вторых, что более существенно, при выходе из строя одного из светодиодов, ток второго возрастёт вдвое, и он может тоже сгореть. В случае использования одного резистора целесообразнее подключать светодиоды последовательно. Тогда при расчёте резистора ток оставляем прежним (напр. 10 мА), а прямое падение напряжения светодиодов складываем (напр. 1,8 В + 2,1 В = 3,9 В).
3. Включение последовательно светодиодов, рассчитанных на разный ток. В этом случае один из светодиодов будет либо работать на износ, либо тускло светиться - в зависимости от настройки тока ограничивающим резистором.
4. Установка резистора недостаточного сопротивления. В результате текущий через светодиод ток оказывается слишком большим. Поскольку часть энергии из-за дефектов кристаллической решётки превращается в тепло, то при завышенных токах его становится слишком много. Кристалл перегревается, в результате чего значительно снижается срок его службы. При ещё большем завышении тока из-за разогрева области p-n-перехода снижается внутренний квантовый выход, яркость светодиода падает (это особенно заметно у красных светодиодов) и кристалл начинает катастрофически разрушаться.
5. Подключение светодиода к сети переменного тока (напр. 220 В) без принятия мер по ограничению обратного напряжения. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет около 2 вольт, тогда как напряжение обратного полупериода при запертом светодиоде создаёт на нём падение напряжения, равное напряжению питания. Существует много различных схем, исключающих разрушающее воздействие обратного напряжение. Простейшая рассмотрена выше.
6. Установка резистора недостаточной мощности. В результате резистор сильно нагревается и начинает плавить изоляцию касающихся его проводов. Потом на нём обгорает краска, и в конце концов он разрушается под воздействием высокой температуры. Резистор может безболезненно рассеять не более той мощности, на которую он рассчитан.
Мигающие светодиоды
Мигающий сеетодиод (МСД) представляет собой светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 -3 Гц.
Несмотря на компактность в мигающий светодиод входит полупроводниковый чип генератора и некоторые дополнительные элементы. Также стоит отметить то, что мигающий светодиод довольно универсален — напряжение питания такого светодиода может лежать в пределах от З до 14 вольт — для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных экземпляров.
Отличительные качества мигающих сеетодиодое:
В некоторых вариантах мигающих светодиодов могут быть встроены несколько (обычно — 3) разноцветных светодиода с разной периодичностью вспышек.
Применение мигающих светодиодов оправдано в компактных устройствах, где предьявляются высокие требования к габаритам радиоэлементов и электропитанию — мигающие светодиоды очень экономичны, т..к электронная схема МСД выполнена на МОП структурах. Мигающий светодиод может с лёгкостью заменить целый функциональный узел.
Условное графическое обозначение мигающего светодиода на принципиальных схемах ничем не отличается от обозначения обычного светодиода за исключением того, что линии стрелок- пунктирные и символизируют мигающие свойства светодиода.
Если взглянуть сквозь прозрачный корпус мигающего светодиода, то можно заметить, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании катодного (отрицательного вывода) размещён кристалл светоизлучающего диода.
Чип генератора размещён на основании анодного вывода.
Посредством трёх золотых проволочных перемычек соединяются все части данного комбинированного устройства.
Отличить МСД от обычного светодиода легко по внешнему виду, разглядывая его корпус на просвет. Внутри МСД находятся две подложки примерно одинакового размера. На первой из них располагается кристаллический кубик светоизлучателя из редкоземельного сплава.
Для увеличения светового потока, фокусировки и формирования диаграммы направленности применяется параболический алюминиевый отражатель (2). В МСД он немного меньше по диаметру, чем в обычном светодиоде, так как вторую часть корпуса занимает подложка с интегральной микросхемой (3).
Электрически обе подложки связаны друг с другом двумя золотыми проволочными перемычками (4). Корпус МСД (5) выполняется из матовой светорассеивающей пластмассы или из прозрачного пластика.
Излучатель в МСД расположен не на оси симметрии корпуса, поэтому для обеспечения равномерной засветки чаще всего применяют монолитный цветной диффузный световод. Прозрачный корпус встречается только у МСД больших диаметров, обладающих узкой диаграммой направленности.
Чип генератора состоит из высокочастотного задающего генератора — он работает постоянно -частота его по разным оценкам колеблется около 100 кГц. Совместно с ВЧ-генератором работает делитель на логических элементах, который делит высокую частоту до значения 1,5- 3 Гц. Применение высокочастотного генератора совместно с делителем частоты связано с тем, что для реализации низкочастотного генератора требуется использование конденсатора с большой ёмкостью для времязадающей цепи.
Для приведения высокой частоты до значения 1-3 Гц используются делители на логических элементах, которые легко разместить на небольшой площади полупроводникового кристалла.
Кроме задающего ВЧ-генератора и делителя на полупроводниковой подложке выполнен электронный ключ и защитный диод. У мигающих светодиодов, рассчитанных на напряжение питания 3-12 вольт, также встраивается ограничительный резистор. У низковольтных МСД ограничительный резистор отсутствует Защитный диод необходим для предотвращения выхода из строя микросхемы при переполюсовке питания.
Для надёжной и долговременной работы высоковольтных МСД, напряжение питания желательно ограничить на уровне 9 вольт. При увеличении напряжения возрастает рассеиваемая мощность МСД, а, следовательно, и нагрев полупроводникового кристалла. Со временем чрезмерный нагрев может привести к быстрой деградации мигающего светодиода.
Безопасно проверить исправность мигающего светодиода можно с помощью батарейки на 4,5 вольта и последовательно включенного совместно со светодиодом резистора сопротивлением 51 Ом, мощностью не менее 0,25 Вт.
Исправность ИК-диода можно проверить при помощи фотокамеры сотового телефона.
Включаем фотоаппарат в режим съемки, ловим в кадр диод на устройстве (например, пульт ДУ), нажимаем на кнопки пульта, рабочий ИК диод должен в этом случае вспыхивать.
В заключении следует обратить внимание на такие вопросы как пайка и монтаж светодиодов. Это тоже очень важные вопросы, которые влияют на их жизнеспособность.
светодиоды и микросхемы боятся статики, неправильного подключения и перегрева, пайка этих деталей должна быть максимально быстрая. Следует использовать маломощный паяльник с температурой жала не более 260 градусов и пайку производить не более 3-5 секунд (рекомендации производителя). Не лишним будет использование медицинского пинцета при пайке. Светодиод берется пинцетом выше к корпусу, что обеспечивает дополнительный теплоотвод от кристалла при пайке.
Ножки светодиода следует гнуть с небольшим радиусом (чтобы они не ломались). В результате замысловатых изгибов, ноги у основания корпуса должны остаться в заводском положении и должны быть параллельны и не напряжены (а то устанет и кристалл отвалится от ножек).
С тех пор, как сверхъяркие светодиоды (LED) стали доступны широкому кругу потребителей, к ним сразу проявился большой интерес. На основе LED можно создавать множество интересных светотехнических конструкций. Однако, подключение светодиода к 12 вольтам, принципиально отличается от подключения к 12 вольтам той же лампы накаливания. В этом материале будет подробно рассказано о подключении светоизлучающих диодов к источникам питания, имеющим различное напряжение.
Если коротко ответить на вопрос, вынесенный в качестве подзаголовка, то ответ будет звучать так: никакие! Неспециалисту такой ответ покажется парадоксальным, ведь в продаже имеются светодиоды, которые, как заявляют продавцы, рассчитаны на питание от источника 12 вольт.
Возьмемся утверждать, что на конкретное напряжение могут быть рассчитаны только изделия на основе светодиодов. Говорить о конкретном рабочем напряжении LED не корректно. Это связанно с физическими процессами, протекающими в нем при испускании света.
Главными характеристиками этих процессов являются рабочий ток и максимально допустимый ток прибора. В справочниках и даташитах указывают напряжения на светодиодах при протекании рабочего тока. Эти величины используют для расчетов LED конструкций, а не для выбора источника питания.
Кстати, напряжение в рабочем режиме лежит всего лишь в пределах от 1.5 В до 3.5 В. Величина зависит, в основном, от цвета испускаемого LED. Меньшие напряжения падают на красных светодиодах, большие значения относятся к сверхъярким. Имеющиеся в продаже светоизлучающие диоды на 12 вольт не являются единичными приборами.
Двенадцативольтовые LED это матрицы, состоящие из нескольких светоизлучающих диодов. Матрицы представляют собой светодиодные сборки, собранные из цепочек последовательно подключенных приборов.
В каждой матрице имеется несколько цепочек, которые подключены параллельно между собой. Когда говорят, что светодиод рассчитан на двенадцать вольт, то подразумевают, что падение напряжения на последовательной цепочке из них при протекании рабочего тока составляет примерно 12 В.
Сначала рассмотрим способ подключения одного мощного сверхъяркого светодиода к 12 Вольтам. Допустим, в нашем распоряжении имеется прибор, рабочий ток которого 350 мА. При этом падение напряжения на нем в рабочем режиме составляет примерно 3.4 Вольта. Нетрудно подсчитать, что потребляемая мощность такого прибора составляет 1 W.
Понятно, что подключать его напрямую к 12 Вольтам нельзя. Нам придется, каким-то образом, «погасить» часть напряжения. В простейших случаях для этих целей применяются гасящие (токоограничивающие) резисторы. Его соединяют со светодиодом последовательно. Схема питания одного LED показана на фото.
R=(U пит – U раб)/I раб.
В нашем примере мощность составит около 3 ватт. Найти сопротивление такой мощности довольно трудно, поэтому в качестве гасящего резистора можно применить два резистора по 100 Ом мощностью 2 Вт, соединенные параллельно.
В принципе на основе этих расчетов уже можно создавать практическую конструкцию. Выполнив подключение светодиода к 12В через выключатель, можно организовать дополнительную подсветку подкапотного пространства автомобиля, багажника или перчаточного бокса.
Мы показали, что создание такой схемы возможно, но применение ее нерационально. Нетрудно заметить, что две трети мощности потребляемой конструкцией приходится на гасящий резистор и, следовательно, тратится впустую. Ниже мы расскажем, как избежать ненужных потерь.
Очевидно, что по простейшей схеме к источнику 12 Вольт можно подключить сколько угодно. Главное, чтобы у подключаемого источника питания хватало мощности. Однако мы видели, что при такой схеме подключения много энергии расходуется бесполезно.
Простейшим выходом из этой ситуации является снижение мощности рассеиваемой на токоограничивающем резисторе. Для снижения бесполезно рассеиваемой мощности, несколько светодиодов подключают последовательно и питают через один гасящий резистор. В этом случае падение напряжения на сопротивлении оказывается значительно меньше. Следовательно, существенно снижаются потери энергии. Расчет сопротивления для последовательного подключения светоизлучающих диодов выполняют по формуле:
R=(U пит – nU раб)/I раб.
Где n – количество последовательно подключенных LED.
В случае источника 12 Вольт разумно подключать последовательно три светодиода и один гасящий резистор. Падение напряжения на светодиодах не превысит 10.5 Вольта и на долю резистора останется всего 1,5 Вольт.
Такое техническое решение широко применяют, когда количество подключаемых к 12 Вольтам светодиодов кратно трем. Т. е. так можно подключить 6, 9, 12, …, 3N LED. Например, так поступают производители светодиодных лент. В них светодиоды сгруппированы по три и питаются через одно общее сопротивление.
Если нужно подключить 4 светодиода к 12 Вольтам, то целесообразно сгруппировать их по 2, и каждую пару питать через токоограничивающий резистор.
Последовательно следует подключать светодиоды с одинаковым рабочим током. Иначе разные приборы будут светить с различной яркостью или будет превышен ток какого-либо LED, и он выйдет из строя.
Что касается подключения светодиодов «рассчитанных на 12 В» то лучше установить их «рабочее напряжение» опытным путем. Для этого их надо подключить к лабораторному блоку питания и, постепенно поднимая напряжение, контролировать потребляемый ток. Напряжение, при котором рабочий ток будет достигнут, можно использовать для расчета токоограничивающего резистора.
Большинство маломощных светодиодов нормально работают и от 3 и тем более от 5 вольт. Выполнить для них расчет токоограничивающих сопротивлений можно по приведенной выше формуле.
При изготовлении конструкций с автономными источниками питания, особенно если в них используются сверхъяркие «мощные» LED, такой подход не приемлем. Мощность, рассеиваемая на гасящем резисторе, значительно сокращает время работы устройства.
Поэтому в современных ручных фонарях, работающих от низковольтных батарей применяют электронные преобразователи напряжения – драйверы. Потери в драйверах намного ниже, чем на токоограничивающих резисторах. Сейчас драйверы доступны и их можно легко найти в магазинах.
Имея некоторые познания в электронике и навыки работы с паяльником, простой драйвер можно изготовить самостоятельно. Одна из простых схем преобразователя для мощного светодиода приведена ниже.
Подключение светодиодов к бортовой сети автомобиля не имеет существенных отличий от подключения к другим источникам питания. Просто не нужно забывать, что аккумуляторная батарея автомобиля в нормальном состоянии выдает не 12 Вольт, а примерно 14 Вольт.
Еще при подключении надо помнить, что не в каждом автомобиле надежно работает система стабилизации напряжения бортовой сети. Поэтому при расчетах гасящих резисторов лучше принимать напряжение питания равным 15 – 17 вольт. Это несколько снизит яркость свечения, но зато значительно продлит срок службы, так как светодиод будут работать в «щадящем» режиме.
Перед подключением советуем посмотреть хорошее видео для закрепления полученных знаний. Автор подробно и доступным языком рассказывает, как подключить светодиод к 12 вольтам от блока питания компьютера, как рассчитать резистор и другие нюансы.
В заключении можно сказать, что при подключении сверхъярких светодиодах нужно принимать во внимание следующие соображения:
Запомнив все вышеперечисленные аспекты подключения, Вы с легкостью запитаете любой светодиод, в любом количестве, от любого источника питания постоянного тока 12 Вольт.
На российских дорогах часто можно встретить автомобили, владельцы которых заменили стандартные лампы на светодиодные. В отличие от традиционных ламп, светодиоды для автомобиля 12 вольт характеризуются более высокой светоотдачей и долговечностью. Эта инструкция призвана обучить автомобилистов правильно подключать светодиодные лампы, вся полезная информация, а также схема, представлены ниже.
[ Скрыть ]
Перед тем, как вы решите подобрать и включить мощные и сверхъяркие светодиодные автомобильные лампы 12в вместо обычных, необходимо ознакомиться с основными данными. В первую очередь, поймите, что светодиод — это не лампа. Любые неправильные действия в процессе замены могут вызвать серьезные проблемы, и это касается не только диодных дамп, но и любых действий с проводкой в целом. В общем в этом процессе ничего сложного нет, но все-таки некоторые моменты следует учитывать.
Если вы решили подключить мощные и сверхъяркие автомобильные светодиодные лампочки, то учтите несколько нюансов:
Помните о том, что вы не сможете просто извлечь из фары и включить мигающую диодную в бортовую сеть машины. Так вы его только сожжете, но результата не будет никакого. Также учитывайте, что автомобильные диодные элементы для фар и других целей разделяются по размерам, мощности, числу кристалликов, расположенных внутри. Кроме того, они обладают разной яркостью и цветом. В любом случае, в корпусе диодного компонента будет находиться полупроводниковый кристаллик, излучающий свет при прохождении напряжения через него.
Как делятся светодиоды для фар авто по мощности:
Учитывая все эти факторы, вы сможете определиться с тем, какой диод 12 вольт вам нужен. После этого можно приступать к подключению своими руками. Разумеется, если вы делаете это впервые, желательно использовать схему.
Как правильно подключить лампочку на 12 вольт в авто своими руками? Неважно, мигающую или нет, в фару или панель приборов, об этом мы расскажем далее.
Рассмотрим пример подключения своими руками на модуле, учитывая несколько нюансов (схемы вы найдете ниже):
Пока еще кластер нельзя подключать напрямую своими руками, последовательно необходимо включить также резистор, то есть сопротивление. Показатель сопротивления должен быть равен 100-150 Ом, а мощность резистора должна составлять 0,5 Вт. Что касается резистора, то найти его — не проблема.
При параллельном способе соединения своими руками вам потребуется подключить несколько цепей, каждая из которых будет состоять из трех лампочек и одного резистора сопротивления. В этом случае плюс подключается только к плюсу, соответственно, минус — только к минусу. Если подключается один автомобильный диод, то понадобится резистор с сопротивлением 550 Ом, для двух — сопротивление 300 Ом и т.д. Если информация вам непонятна, то изучите закон Ома.
Для сборки цепи своими руками вам потребуется только мультиметр.
Рассмотрим пример с диодом на 3.5 В и током 20 мА:
На примере автомобиля ВАЗ 2109 ознакомьтесь со всеми нюансами этого процесса (автор видео — Андрей Спас).
Извините, в настоящее время нет доступных опросов.В автомобиле очень популярное и верное решение. Чаще всего светодиоды используются в авто для подсветки фар, контрольных ламп, стоп сигналов, задних фонарей и внутри салона. Но всё большую популярность получают светодиоды в основных лампах ближнего и дальнего света, а также противотуманных фар. Наряду с многочисленными известными преимуществами, особенно радует в светодиодах возможность подключать их на 12 вольт аккумулятора авто.
Есть различные варианты включения светодиодов от 12 вольт. Для питания одного необходимо 3.5 - 3.7 В. Но светодиод, как и любой полупроводник, имеет технологический разброс значения прямого напряжения. Поэтому не стоит строго придерживаться данных значений напряжения падения - можно встретить белый светодиод с прямым напряжением от 3-х вольт до 3,8. Поэтому лучше сделать расчёт по максимуму. При подключении допустим 4-х светодиодов последовательно, получаем напряжение 3.7х4=14.8 В, а ведь напряжение питания авто 12 вольт и светодиодов могут вообще не работать. Даже если их питать без резистора ограничителя тока. При подключении 3-х мощных светодиодов на ток 0,35А рассчитываем номинал токоограничительного резитора по формуле (Uпит-Uпадled)/Iобщ, тогда (12В-3.7х3)/0.35=2.57 Ом, выбираем ближайший номинал резистора из стандартного ряда с запасом - 2.7 Ом. Мощность резистора расчитываем по формуле Pрез=IобщхUпад, тогда 0.35х0.9=0.315. Берём резистор мощностью 0.5Вт.
Аналогично проводим рассчёт количества светодиодов в группе при напряжении 24 В и любом другом. Наиболее распространенные напряжения питания светодиодов:
для белых, синих, зеленых, ультрафиолетовых – 3,5 В
для красных – 2-2,5 В
для инфракрасных – 1,2-1,9 В
Практически можно использовать несколько последовательно соединеных светодиодов с одним ограничивающим резистором при питании от 12 вольт, а можно каждый светодиод включать со своим резистором. Поэтому давайте рассмотрим два примера. Свой резистор для каждого светодиода, и общий резистор на последовательную цепочку из 3-х . Напряжение бортовой сети авто при заведенном двигателе 14,9 В, при выключенном - около 12,6 В. Светодиоды синие, прямое напряжение 3,3 В, номинальный ток 20мА (0,02А).
1. Отдельный резистор. R=(14,9-3,3)/0,02=580 Ом, принимаем 560 Ом. Максимальный ток Imax=(14,9-3,3)/560=20,7 мА, минимальный ток Imin=(12,6-3,3)/560=16,6 мА. Мощность резистора P=(14,9-3,3)х0,0207=0,24 Вт, принимаем 0,25 Вт.
2. Общий резистор. R=(14,9-3х3,3)/0,02=250 Ом, принимаем 240 Ом. Максимальный ток в цепи Imax=(14,9-3х3,3)/240=20,8 мА, минимальный ток Imin=(12,6-3х3,3)/240=11,3 мА. Мощность резистора P=(14,9-3х3,3)х0,0208=0,11 Вт, принимаем 0,125 Вт.
Изменение тока в цепи, а соответственно яркость светодиода, для режимов двигатель включен/выключен составляет:
1. Изменение в 20,7/16,6=1,257 раза или 25%, что будет почти незаметно,
2. Изменение в 20,8/11,3=1,841 раза или 45%, что конечно видно.
Округление номинала резистора в большую или меньшую сторону не существенно. При питании светодиода, за счет округления номинала резистора, фактический ток по сравнению с расчетным изменится всего на несколько процентов, что не принципиально. Изменение прямого напряжения выразится в нескольких миливольтах. В любом случае помните: никогда не подключайте светодиоды к источнику напряжения без ограничительного резистора.
Обсудить статью СВЕТОДИОДЫ НА 12 ВОЛЬТ
