Многие автолюбители хотели бы заменить штатные лампочки накаливания в авто на светодиоды. Преимущество последних несомненно — низкий ток потребления, долговечность, более высокая светоотдача, отсутствие нагрева. Приятно оставить включенными габариты и поутру обнаружить, что аккумулятор и не думал разряжаться. Эта статья поможет самостоятельно произвести замену автомобильных лампочек на светодиоды своими руками и избежать типичных ошибок.
Основные позиции, которые нам нужно усвоить:
1. Напряжение в бортовой сети авто. Обычно это 12 — 13 В при заглушенном двигателе и 13 — 14,5 В при заведенном.
2. Напряжение питания типичного светодиода – 3,5 в. В зависимости от цвета это может быть : для желтых и красных светодиодов — 2 — 2,5 в.; для синих, зеленых, белых — 3-3,8 в. Типовой ток маломощного светодиода – 20 мА, мощного – 350 мА. 3. Не все светодиоды, в отличие от лампочек, освещают пространство вокруг себя. Это нужно учесть при замене индикаторных ламп, например, в приборной панели. При покупке следует обратить внимание на тип линзы или, если есть возможность, спросить у продавца. Узконаправленные светодиоды имеют на конце маленькую линзу. Вообще, постарайтесь проверить это при покупке, а еще лучше, купите и попробуйте несколько разных. 4. У светодиода, как и у аккумулятора, есть плюс и минус. Минус называется катодом, плюс — анодом, на схемах они изображаются так :
Вам должно быть понятно, что просто взять и включить
светодиод в бортовую сеть авто – это значит гарантированно его сжечь .
Расчет резистора для светодиода
Чтобы компенсировать сопротивление светодиода, нужно прежде всего подобрать резистор с более высоким сопротивлением. Такой расчет не составит труда для тех, кто знает, что такое закон Ома.
Математический расчет
Исходя из закона Ома, рассчитываем по такой формуле:
где Un – напряжение сети; Uvd – напряжение, на которое рассчитана работа светодиода; Ivd – ток.
Допустим, у нас светодиод с характеристиками:
2,1 -3, 4 вольт – рабочее напряжение (Uvd). Возьмем среднее значение 2, 8 вольт.
20 ампер – рабочий ток (Ivd)
220 вольт – напряжение сети (Un)
В таком случае мы получаем величину сопротивления R = 10, 86. Однако этих расчетов недостаточно. Резистор может перегреваться. Для предотвращения перегрева нужно учитывать при выборе его мощность, которая рассчитывается по следующей формуле:
Обратите внимание, что резистор подведен на плюсовой контакт диода. Определить полярность диода достаточно просто: плюсовой контакт в колбе по размеру больше минусового.. Для наглядности рекомендуем посмотреть видео:
Для наглядности рекомендуем посмотреть видео:
Графический расчет
Графический способ – менее популярный для расчета резистора на светодиод, но может быть даже более удобный. Зная напряжение и ток диода (их называют еще вольтамперными характеристиками – ВАХ), вы можете узнать сопротивление нужного резистора по графику, представленному ниже:
Тут изображен расчет для диода с номинальным током 20мА и напряжением источника питания 5 вольт. Проводя пунктирную линию от 20 мА до пересечения с «кривой led» (синий цвет), чертим пересекающую линию от прямой Uled до прямой и получаем максимальное значение тока около 50 мА. Далее рассчитываем сопротивление по формуле:
Получаем значение 100 Ом для резистора. Находим для него мощность рассеивания (Силу тока берем из Imax):
Теория
Для того, чтобы светодиоды не перегорели, важно правильно рассчитать ограничивающий резистор.
Математический расчёт
Необходимые вычисления можно сделать самостоятельно, при низких значениях вам не потребуется калькулятор. Либо при помощи специальной программы, проводящей подсчёты за вас. При расчёте сопротивления гасящего резистора нужно знать закон Ома. R = U-ULED /ILED U — напряжение сети;
ULED — значение напряжения, оптимального для работы диода I LED —ток, на который рассчитана работа элемента Чтобы не произошёл перегрев резистора во время работы, необходимо дополнительно рассчитывать оптимальную мощность для такого напряжения. P = (U-ULED)*ILED
В этой схеме резистор подключается к катоду светящегося элемента.
Подключение сверхярких и мощных LED к 12В
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.
Чтобы рассчитать номинал токоограничивающего резистора пользуются формулой:
Вооружившись калькулятором легко подсчитать, что сопротивление будет составлять около 25 Ом. На нем будет рассеиваться мощность, которую рассчитывают по формуле:
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.
Как подключить к 12 вольтам автомобиля
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.
Расчет резистора светодиода (по формулам)
При расчете вычисляют две величины:
- Сопротивление (номинал) резистора;
- рассеиваемую им мощность P.
Источники напряжения, питающие LED, имеют разное выходное напряжение. Для того чтобы выполнить подбор резистора для светодиода нужно знать напряжение источника (Uист), рабочее падение напряжения на диоде и его номинальный ток. Формула для расчета выглядит следующим образом:
R = (Uист — Uн) / Iн
При вычитании из напряжения источника номинальное падение напряжения на светодиоде – мы получаем падение напряжения на резисторе. Разделив получившееся значение на ток мы, по закону Ома, получаем номинал токоограничивающего резистора. Подставляем напряжение, выраженное в вольтах, ток – в амперах и получаем номинал, выраженный в омах.
Электрическую мощность, рассеиваемую на гасящем сопротивлении, вычисляют по следующей формуле:
P = (Iн)2 ⋅ R
Исходя из полученного значения, выбирается мощность балластного резистора. Для надежной работы устройства она должна быть выше расчетного значения. Разберем пример расчета.
Пример расчета резистора для светодиода 12 В
Рассчитаем сопротивление для LED, питающегося от источника постоянного напряжения 12В.
Допустим в нашем распоряжении имеется популярный сверхяркий SMD 2835 (2.8мм x 3.5мм) с рабочим током 150мА и падением напряжения 3,2В. SMD 2835 имеет электрическую мощность 0,5 ватта. Подставим исходные значения в формулу.
R = (12 — 3,2) / 0,15 ≈ 60
Получаем, что подойдет гасящий резистор сопротивлением 60 Ом. Ближайшее значение из стандартного ряда Е24 – 62 ома. Таким образом, для выбранного нами светодиода можно применить балласт сопротивлением 62Ом.
Теперь вычислим рассеиваемую мощность на сопротивлении.
P = (0,15)2 ⋅ 62 ≈ 1,4
На выбранном нами сопротивлении будет рассеиваться почти полтора ватта электрической мощности. Значит, для наших целей можно применить резистор с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 2Вт.
Осталось купить резистор с подходящим номиналом. Если же у вас есть старые платы, с которх можно выпаять детали, то по цветовой маркировке можно выполнить подбор резистора. Воспользуйтесь формой ниже.
На заметку! В приведенном выше примере на токоограничительном сопротивлении рассеивается почти в три раза больше энергии, чем на светодиоде. Это означает, что с учетом световой отдачи LED, КПД нашей конструкции меньше 25%.
Чтобы снизить потери энергии лучше применить источник с более низким напряжением. Например, для питания можно применить преобразователь постоянного напряжения AC/AC 12/5 вольт. Даже с учетом КПД преобразователя потери будут значительно меньше.
Итоги
В заключении можно сказать, что при подключении сверхъярких светодиодах нужно принимать во внимание следующие соображения:
- важнейшим параметром светодиода является его рабочий ток;
- на гасящих резисторах бесполезно рассеивается энергия;
- применяя последовательное подключение можно уменьшить потери, одновременно уменьшив количество и мощность применяемых резисторов;
- в бортовой сети автомобиля не 12 Вольт, а несколько больше, и для надежной работы подключаемых светоизлучающих диодов нужно обязательно учитывать этот фактор.
Запомнив все вышеперечисленные аспекты подключения, Вы с легкостью запитаете любой светодиод, в любом количестве, от любого источника питания постоянного тока 12 Вольт.
Параллельное соединение
Довольно часто требуется подключить несколько диодов к одному источнику. Теоретически, для питания нескольких параллельно соединенных LED, можно применить один токоограничивающий резистор. При этом формулы будут иметь следующий вид:
R = (Uист — Uн) / (n ⋅ Iн)
P = (n ⋅ Iн)2 ⋅ R
Где n – количество параллельно включенных ЛЕДов.
Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов
Даже в «китайских» изделиях производители для каждого светодиода устанавливают отдельный токоограничивающий резистор. Дело в том, что в случае общего балласта для нескольких LED многократно возрастает вероятность выхода из строя светоизлучающих диодов.
В случае обрыва одного из полупроводников, его ток перераспределится через оставшиеся LED. Рассеиваемая на них мощность увеличится и они начнут интенсивно нагреваться. Вследствие перегрева следующий диод выйдет из строя и дальше процесс примет лавинообразный характер.
Пример правильного подключения резистора
Онлайн-калькулятор
Представленный ниже онлайн калькулятор для светодиодов – это удобное дополнение, которое произведет все расчеты самостоятельно. С его помощью не придётся ничего рисовать и вычислять вручную. Всё что нужно – это ввести два главных параметра светодиода, указать их количество и напряжение источника питания. Одним кликом мышки программа самостоятельно произведёт расчет сопротивления резистора, подберёт его номинал из стандартного ряда и укажет цветовую маркировку. Кроме этого, программа предложит уже готовую схему включения.
Светодиоды в наши дни нашли применение практически во всех областях деятельности человека. Но, несмотря на это, для большинства обычных потребителей совершенно неясно, благодаря чему и какие законы действуют при работе светодиодов. Если такой человек захочет устроить освещение посредством таких устройств, то множества вопросов и поиска решения проблем не избежать. И главным вопросом будет — «Что это за штука такая – резисторы, и для чего они требуются светодиодам?»
Резистор — это одна из составляющих электрической сети
, характеризующаяся своей пассивностью и в лучшем случае, отличающаяся показателем сопротивления электротоку. То есть, в любое время для такого устройства должен быть справедлив закон Ома.
Главное предназначение устройств — способность энергично сопротивляться электрическому току. Благодаря этому качеству, резисторы нашли широкое применение
при необходимости устройства искусственного освещения, в том числе и с использованием светодиодов.
Для чего необходимо использование резисторов в случае устройства светодиодного освещения?
Большинству потребителей известно, что обыкновенная лампочка накаливания даёт свет при её прямом подключении к какому-либо источнику питания. Лампочка может работать на протяжении длительного времени и перегорает лишь тогда, когда по причине подачи слишком высокого напряжения чрезмерно нагревается накаливающая нить. В таком случае лампочка, некоторым образом, реализует функцию резистора, потому как прохождение электротока через неё затруднительно, но чем выше подаваемое напряжение, тем легче току удаётся преодолеть сопротивление лампочки. Конечно же, ставить в один ряд такую сложную полупроводниковую деталь, как светодиод и обыкновенную лампочку накаливания нельзя.
Важно знать, что светодиод – это такой электрический прибор
, для функционирования которого предпочтительнее не сама сила тока, а напряжение, имеющееся в сети. Например, если таким устройством выбрано напряжение 1,8 В, а к нему приходит 2 В, то, вероятнее всего, он перегорит – если вовремя не снизить напряжение до требующегося приспособлению уровня. Вот именно с этой целью и требуется резистор, посредством которого осуществляется стабилизация использующегося источника питания, чтобы подаваемое им напряжение не вывело устройство из строя.
В связи с этим крайне важно:
- определиться, какого типа резистор требуется;
- определить необходимость использования для конкретного прибора индивидуального резистора, для чего требуется расчёт;
- учесть вид соединения источников света;
- планируемое число светодиодов в осветительной системе.
Можно ли обойтись без резисторов?
Действительно, в некоторых случаях можно не использовать токоограничивающий резистор. Рассмотренный нами светодиод можно напрямую запитать от двух батареек 1,5В. Так как его рабочее напряжение составляет 3,2В, то протекающий через него ток будет меньше номинального и балласт ему не потребуется. Конечно, при таком питании светодиод не будет выдавать полный световой поток.
Иногда в цепях переменного тока в качестве токоограничивающих элементов вместо резисторов применяют конденсаторы (подробнее про расчет конденсатора). В качестве примера можно привести выключатели с подсветкой, в которых конденсаторы являются «безваттными» сопротивлениями.
Видео «Особенности подключения диодных ламп в авто»
Что нужно учесть и каких ошибок нельзя допустить — рекомендации от специалиста по подключению диодных источников освещения приведены на видео ниже (автор — канал Радиолюбитель).
Источники питания на 12 В находят повсеместное применение ввиду своей универсальности и практичности. Данное напряжение одновременно является безопасным для человека и достаточным для работы многих электрических приборов. Не стали исключением и светодиоды. Сегодня ассортимент светодиодов расширился настолько, что подключить их к 12 вольтам не совсем просто. Даже имеющие аналогичное падение напряжения светодиоды на 12 вольт требуют знаний определенных нюансов. В данной статье постараемся максимально подробно разобраться со всеми источниками питания на 12 В и дать практические рекомендации по подключению к ним любых светодиодов.
Параллельное соединение
Необходимость в параллельном включении возникает в случае, когда напряжения источника питания недостаточно для запитки нескольких последовательно соединённых светодиодов. Теоретически, в самом простом варианте можно было бы отдельно объединить все аноды и все катоды излучающих диодов. После чего подключить их к источнику напряжения с соблюдением полярности. Но такая схема не работоспособна, так как дифференциальное сопротивление открытого светодиода чрезмерно мало, что провоцирует режим короткого замыкания. В результате все светодиоды в цепи единожды вспыхнут и навсегда погаснут.
Но как говорят: «Правило без исключений не бывает». В китайских игрушках и зажигалках с подсветкой можно увидеть, что светодиоды запитаны прямо от батареек без каких-либо промежуточных элементов. Почему они не перегорают? Дело в том, что ток в цепи ограничен внутренним сопротивлением круглых батареек типа AG1. Их мощности недостаточно, чтобы нанести вред светодиоду.
Ограничить резкое нарастание тока в нагрузке можно с помощью резистора. О том, как это грамотно сделать с одним светодиодом, подробно написано в данной статье. Для цепи из нескольких параллельно подключенных LED с одним резистором схема примет следующий вид. Но и этот вариант не пригоден для конструирования осветительных устройств с высокой надёжностью. Почему? Ответ на этот вопрос кроется в особенностях строения полупроводников. В процессе производства полупроводниковых элементов невозможно получить два абсолютно одинаковых прибора. Даже у светодиодов из одной партии будет разное дифференциальное (внутреннее) сопротивление, от которого зависит величина прямого напряжения. Это касается не только светодиодов, но и других полупроводников. Среди диодов, транзисторов и тиристоров тоже не найти двух приборов с равными электрическими параметрами.
Из второй схемы видно, что резистор R1 ограничивает только суммарный ток цепи, который затем распределяется по ветвям со светодиодами в зависимости от их сопротивления. По закону Ома светодиод с наименьшим сопротивлением p-n-перехода получит наибольшую порцию тока. И скорее всего он будет больше номинального значения, что ускорит деградацию кристалла. Работа светодиода в режиме перегрузки по току рано или поздно приведёт к выходу из строя на обрыв. Оставшиеся в работе светодиоды распределят между собой ток сгоревшего элемента, что также приведёт к резкой потере яркости.
Ниже приведен единственно верный вариант параллельного включения светодиодов. Здесь последовательно с каждым светодиодом подключен ограничительный резистор. Такое схемотехническое решение позволяет выровнять токи в каждой отдельной ветви, не позволяя им превышать рабочее значение.
Пример расчета
Для закрепления теоретических знаний параллельное соединение светодиодов рассмотрим на конкретном примере. В схеме включены два светодиода: слаботочный красный и мощный одноваттный белый, которые для удобства можно запитать от разных выключателей.
Дано:
- источник напряжения U = +5 В;
- LED1 – красного свечения с ULED1 = 1,8 В и ILED1 = 0,02 А;
- LED2 – белого свечения с ULED2 = 3,2 В и ILED2 = 0,35 А.
Требуется рассчитать параметры и выбрать резисторы R1 и R2.
При параллельном включении к обеим ветвям (R1-LED1 и R2- LED2) прикладывается одинаковое напряжение, равное 5 В. Сопротивление каждого резистора определим по формуле: Округляем полученное значение R2 до ближайшего большего значения из стандартного ряда E24 – 5,1 Ом. Подставив его обратно в формулу, находим реальный ток во второй ветви: С учетом возможного отклонения сопротивления выбранного резистора, которое для ряда Е24 может достигать 5%, ток 0,33 А является оптимальным. Снижение рабочего тока примерно на 4% сильно не повлияет на яркость, но позволит светодиоду работать без перегрузок.
Мощность, которую должны рассеивать резисторы, определим с учетом пересчёта тока LED2 по формуле: Резистор R1 подойдёт любой как планарный, так и с выводами сопротивлением 160 Ом и мощностью 0,125 Вт. Корпус резистора R2 должен эффективно отводить тепло в течение длительной работы светильника. Поэтому его выбираем с двойным запасом по мощности, а именно: 5,1 Ом – 1 Вт.
Основные выводы
Приведенные выше формулы на пpaктике необходимо корректировать. Даже в одной партии у светодиодов различные показатели. Чтобы получить точные результаты, в формулы желательно вставлять цифры, полученные при тестировании лед-лампочек.
Необходимо так же учесть температуру среды. Это значит, что для использования в помещениях расчеты проводятся не так, как для использования вне помещений. Если в схему включаются пpeдoxpaнители, учитывается так же их сопротивление. Ведь у любого электроприбора оно есть.
Формулы расчета резистора
Расчет сопротивления резистора для светодиодов базируется на законе Ома. Исходными параметрами для того, как рассчитать резистор для светодиода, являются:
- напряжение цепи;
- рабочий ток светодиода;
- падение напряжения на излучающем диоде (напряжение питания светодиода).
Величина сопротивления определяется из выражения:
R = U/I,
где U — падение напряжения на резисторе, а I — прямой ток через светодиод.
Падение напряжения светодиода определяют из выражения:
U = Uпит — Uсв,
где Uпит — напряжение цепи, а Uсв — паспортное падение напряжения на излучающем диоде.
Расчет светодиода для резистора дает значение сопротивления, которое не будет находиться в стандартном ряду значений. Брать нужно резистор с сопротивлением, ближайшим к вычисленному значению с большей стороны. Таким образом учитывается возможное увеличение напряжения. Лучше взять значение, следующее в ряду сопротивлений. Это несколько уменьшит ток через диод и снизит яркость свечения, но при этом нивелируется любое изменение величины питающего напряжения и сопротивления диода (например, при изменении температуры).
Перед тем как выбрать значение сопротивления, следует оценить возможное снижение тока и яркости по сравнению с заданным по формуле:
(R — Rст)R•100%
Если полученное значение составляет менее 5%, то нужно взять большее сопротивление, если от 5 до 10%, то можно ограничиться меньшим.
Не менее важный параметр, сказывающийся на надежности работы — рассеиваемая мощность токоограничительного элемента. Ток, проходящий через участок с сопротивлением, вызывает его нагрев. Для определения мощности, которая будет рассеиваться, используют формулу:
P = U•U/R
Используют ограничивающий резистор, чья допустимая мощность рассеивания будет превосходить расчетную величину.
Пример:
Имеется светодиод с падением напряжения на нем 1.7 В с номинальным током 20 мА. Необходимо включить его в цепь с напряжением 12 В.
Падение напряжения на ограничительном резисторе составляет:
U = 12 — 1.7 = 10.3 В
Сопротивление резистора:
R = 10.3/0.02 = 515 Ом.
Ближайшее большее значение в стандартном ряду составляет 560 Ом. При таком значении уменьшение тока по сравнению с заданным составляет чуть менее 10%, поэтому большее значение брать нет необходимости.
Рассеиваемая мощность в ваттах:
P = 10.3•10.3/560 = 0.19 Вт
Таким образом, для данной цепи можно использовать элемент с допустимой мощностью рассеивания 0.25 Вт.
Watch this video on YouTube
Что это такое
Светодиоды уже давно стали популярными осветительными приборами. Это связано с их отличной энергоэффективностью и большим сроком службы (в сравнении с обычными лампочками). Кроме того, цены продолжают падать по мере увеличения производства данных изделий.
Основные преимущества:
- долговечность – до 10 лет непрерывного свечения;
- прочность – не боятся ударов и вибраций;
- разнообразие – множество типоразмеров и цветов свечения;
- низкое энергопотребление – экономичнее обычной лампочки примерно в 10 раз при схожих характеристиках;
- пожаробезопасность – из-за малого энергопотребления не перегреваются, поэтому не способны привести к пожару.
LED (light emitting diode) – это аббревиатура, обозначающая светоизлучающий диод. Из школьного курса физики известно, что он полярен. Поэтому светодиод не будет работать, если не соблюдается полярность, а также есть вероятность его сгорания(случится пробой). Обратное напряжение пробоя полупроводниковой структуры составляет 4-5 вольт. При этом он все равно может заработать при правильном подключении, однако в нем начнутся деструктивные процессы, что значительно снизит срок службы.
LED элемент крупным планом
Проще говоря, светоизлучающий диод (LED) является полупроводниковым устройством, которое светится при прохождении через него электрического тока. Поскольку свет генерируется в твердом полупроводниковом материале, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин «твердотельное освещение» отличает эту технологию от других источников, которые используют подогреваемые нити (лампы накаливания и вольфрам-галогеновые), а также газоразрядные (флуоресцентные лампы).
Подключение LED по простой схеме с резистором и диодом — вариант 2
Другая простая схема показывает, как подключить светодиоды к 220 В переменного напряжения не намного сложнее и ее также можно отнести к простым схемам.
Рассмотрим принцип работы. При положительной полуволне ток идет сквозь резисторы 1 и 2, а также сам светодиод. В данном случае стоит помнить, что падение напряжения на светодиоде будет обратным для обычного диода — VD1. Как только в схему «попадает» отрицательная полуволна 220 В, ток пойдет через обычный диод и резисторы. В этом случае уже прямое падение напряжение на VD1 будет обратным по отношению к светодиоду. Все просто.
При положительной полуволне сетевого напряжения ток протекает через резисторы R1, R2 и светодиод HL1 (при этом прямое падение напряжения на светодиоде HL1 является обратным напряжением для диода VD1). При отрицательной полуволне сетевого напряжения ток протекает через диод VD1 и резисторы R1, R2 (при этом прямое падение напряжения на диоде VD1 является обратным напряжением для светодиода HL1).
Расчетная часть схемы
Номинальное напряжение сети:
UС.НОМ = 220 В
Принимается минимальное и максимальное напряжение сети (опытные данные):
UС.МИН = 170 В UС.МАКС = 250 В
Принимается к установке светодиод HL1, имеющий максимально допустимый ток:
IHL1.ДОП = 20 мА
Максимальный расчетный амплитудный ток светодиода HL1:
IHL1.АМПЛ.МАКС = 0,7*IHL1.ДОП = 0,7*20 = 14 мА
Падение напряжения на светодиоде HL1 (опытные данные):
UHL1 = 2 В
Минимальное и максимальное действующее напряжение на резисторах R1, R2:
UR.ДЕЙСТВ.МИН = UС.МИН = 170 В UR.ДЕЙСТВ.МАКС = UС.МАКС = 250 В
Расчетное эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:
RЭКВ.РАСЧ = UR.АМПЛ.МАКС/IHL1.АМПЛ.МАКС = 350/14 = 25 кОм
Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:
PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ.РАСЧ = 2502/25 = 2500 мВт = 2,5 Вт
Расчетная суммарная мощность резисторов R1, R2:
PR.РАСЧ = PR.МАКС/0,7 = 2,5/0,7 = 3,6 Вт
Принимается параллельное соединение двух резисторов типа МЛТ-2, имеющих суммарную максимально допустимую мощность:
PR.ДОП = 2·2 = 4 Вт
Расчетное сопротивление каждого резистора:
RРАСЧ = 2*RЭКВ.РАСЧ = 2*25 = 50 кОм
Принимается ближайшее большее стандартное сопротивление каждого резистора:
R1 = R2 = 51 кОм
Эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:
RЭКВ = R1/2 = 51/2 = 26 кОм
Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:
PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ = 2502/26 = 2400 мВт = 2,4 Вт
Минимальный и максимальный амплитудный ток светодиода HL1 и диода VD1:
IHL1.АМПЛ.МИН = IVD1.АМПЛ.МИН = UR.АМПЛ.МИН/RЭКВ = 240/26 = 9,2 мА IHL1.АМПЛ.МАКС = IVD1.АМПЛ.МАКС = UR.АМПЛ.МАКС/RЭКВ = 350/26 = 13 мА
Минимальный и максимальный средний ток светодиода HL1 и диода VD1:
IHL1.СР.МИН = IVD1.СР.МИН = IHL1.ДЕЙСТВ.МИН/КФ = 3,3/1,1 = 3,0 мА IHL1.СР.МАКС = IVD1.СР.МАКС = IHL1.ДЕЙСТВ.МАКС/КФ = 4,8/1,1 = 4,4 мА
Обратное напряжение диода VD1:
UVD1.ОБР = UHL1.ПР = 2 В
Расчетные параметры диода VD1:
UVD1.РАСЧ = UVD1.ОБР/0,7 = 2/0,7 = 2,9 В IVD1.РАСЧ = UVD1.АМПЛ.МАКС/0,7 = 13/0,7 = 19 мА
Принимается диод VD1 типа Д9В, имеющий следующие основные параметры:
UVD1.ДОП = 30 В IVD1.ДОП = 20 мА I0.МАКС = 250 мкА
Минусы использования схемы подключения светодиодов к 220 В по варианту 2
Главные недостатки подключения светодиодов по этой схеме — малая яркость светодиодов, за счет малого тока. IHL1.СР = (3,0-4,4) мА и большая мощность на резисторах: R1, R2: PR.МАКС = 2,4 Вт.
Работа с сетью 220 В
Самый простой указатель напряжения электросети без источника питания делается из резистора, ограничителя тока (транзистора), выпрямителя (диода) и любого светодиода. Сопротивление резистора 100 – 150 кОм.
Характеристики диода:
- ток 10-100 мА;
- напряжение 1-1,1 В;
- обратное напряжение 30-75 В.
При 220 В частоте 3 Гц светодиод загорается. Корректировать частоту и повысить яркость можно изменением емкости конденсатора. Такой индикатор срабатывает при минимальном напряжении 4,5 В. Кроме тока сети он может определить исправность, включенное и выключенное состояние электроприбора.
Проверка постоянного напряжения
Для проверки сети на 12 вольт и целостности соединений можно сделать другой светодиодный индикатор (нужны 2 разноцветных светодиодных элемента). Для ограничения тока можно использовать резистор с сопротивлением 50-100 Ом или лампочку накаливания с небольшой мощностью. Один из светодиодов загорается при подключении напряжения соответствующей полярности.
Такой прибор подходит для работы с переменной и постоянной сетью с напряжением 5-600 В.
Индикатор для микросхем – логический пробник
Приборы для индикации микросхем называются логическими пробниками. Такой индикатор трехуровневый (в схему включаются 3 светодиода).
Логический пробник дает возможность:
- определить фазу, короткое замыкание, сопротивление электросети;
- установить наличие напряжения 12 – 400 В;
- определить полюса при постоянном токе;
- проверить состояние диодов, транзисторов и других деталей;
- определить целостность электросети прозвоном;
- диагностировать обрывы реле и катушек;
- прозвонить дроссели и моторы;
- определить выводы трансформаторов.
Источник питания батарейка на 9 В. При замкнутых щипах потребляется ток 110 мА. После размыкания ток не потребляется, устанавливать выключатель и переключатель режимов не нужно.
При проверке сети с сопротивлением 0 – 150 Ом горят 2 светодиода, при повышении показателя один. При 220-380 вольтах загорается третий, остальные мерцают. Если цепь порвана, светодиоды не загораются. При нуле на контакте 0,5 В, открывается один транзистор (КТ315Б), при 2,4 В – второй (КТ203Б).
Допускается замена транзисторов на другие, имеющие аналогичные параметры.
Индикатор напряжения на двухцветном светодиоде
Еще одна простая микросхема индикатора – с двухцветным светодиодом. Некоторые домашние мастера используют ее для определения режима работы лампы. Например, выключатель осветительного прибора в подвале, оснащенный индикатором, установлен на лестнице. Если она горит, свечение красное, после выключения – зеленое.
Вариант для автомобиля
Схема для индикации заряда аккумулятора и напряжения сети автомобиля состоит из:
- RGB-светодиода;
- 3-х стабилитронов;
- 3-х биполярных транзисторов (BC847C);
- 9-и резисторов;
Уровень определяется по цвету. Зеленое свечение при 12-14 В, синее – при 11,5 В, красное – при 14,4 В).
Если при сборке схемы не допущены ошибки, один из резисторов (на 2,2 кОм) и транзистор (на 8,2 В) определяют минимальный предел вольтажа. При снижении показателя транзистор, соответствующий синему свечению, подключает кристалл.
Если вольтаж не снижается и не повышается, ток проходит через 2 резистора, стабилитрон на 5,6 В и светодиод, появляется свечение зеленого цвета (транзисторы, соответствующие красному и синему цвету, закрываются). При повышении напряжения до 14,4 В загорается красный свет.
Графический расчёт
В большинстве случаев, пользуются математическими вычислениями, но графический способ более наглядный и в каких-то случаях его применять значительно удобнее.
Для построения графика нужно знать характеристики светящегося элемента: ток и напряжение. Теперь можно узнать сопротивление резистора по графику:
На нём пунктирной линией показано вычисление для элемента, на работу которого нужно 20мА тока. Далее соединяем точку пересечения пунктирной линии с “кривой ЛЕД”, отмеченной голубым цветом, со значением напряжения диода. Линия пересекает шкалу максимального тока, где указано нужное значение. После этого нужно провести расчёт сопротивления токоограничивающего резистора: R=ULED/Imax Его мощность: P=I2*R
Схемы подключений светодиодной ленты можно посмотреть здесь.
Светодиоды стали незаменимой частью нашей жизни, они стоят в качестве индикаторов на бытовой технике, в виде декоративных светодиодных лент и в составе оптопары в промышленности, а также в качестве более экологичного и экономного освещения. В использовании светодиодов нет ничего сложного, главное — не забывать использовать балластный резистор, благодаря которому ток будет ограниченно поступать на светящиеся элементы, и они не сломаются. Теперь вы знаете, как рассчитать нужное сопротивление резистора, разные способы соединения диодов и для чего их используют.
Этапы сборки
Примерная последовательность сборки и проверки в рабочем режиме.
- найдите в документации технические характеристики, сколько вольт падает на каждом LED;
- составьте схему подключения учитывая напряжение питания;
- вычислите потребляемую мощность всей электрической цепи;
- подберите блок питания или драйвер подходящий по мощности;
- рассчитайте резистор в случае использования питания стабилизированным напряжением;
- найдите правильную полярность на ножках LED;
- припаяйте провода диодным компонентам;
- подключите источник питания;
- плотно установите диоды на радиатор и закрепите их;
- включаем всю конструкцию в сеть 220V предварительно зажмурившись;
- если ничего не взорвалось, то измеряем потребление энергии, нагрев, потребляемый ток;
- корректируем ток, если он оказался выше или ниже расчётного;
- прогреваем в течение 30 минут
- для китайских диодов температура на электрическом контакте не должна превышать 60°, для фирменных это указано в спецификациях, может быть максимум до 130° — 150°.
Алюминиевая звезда
Установка на систему охлаждения чаще всего требует хорошего оборудования и навыков. Поэтому диоды невысокой мощности 1W, 3W, 5W лучше покупать сразу на подложке из алюминия или меди в виде звезды. Таким образов вы не перегреете ножки и не испортите диодный чип. Затем звезду ставят на радиатор с использованием теплопроводной пасты.
Расчет гасящего резистора для светодиода
Первым делом разберемся как выполнить расчет сопротивления гасящего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор для питания светодиода от источника питания. Ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL). Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.
Допустим что мы будем питать светодиод от батареи напряжением 5В, как правило такое питающее напряжение используется при питании микроконтроллерных схем и другой цифровой техники. Вычислим значение напряжения на гасящем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно выяснить по справочнику для конкретного светодиода.
Примерные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и другие маломощные в подобном корпусе):
- красный – 1,8…2В;
- зеленый и желтый – 2…2,4В;
- белые и синие – 3…3,5В.
Допустим что мы будем использовать синий светодиод, падение напряжения на нем – 3В. Производим расчет напряжения на гасящем резисторе – Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 3В = 2В. Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.
Допустим что для нашего светодиода номинальный ток для его достаточно яркого свечения составляет 20мА (0,02А). Получается что на резисторе будет гаситься напряжение 2В и проходить ток 20мА. Выполним расчет по формуле закона Ома:
R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.
P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.
Таким образом, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт). Произведем расчет для красного светодиода (напряжение 2В, ток 15мА).
- Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 2В = 3В.
- R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.
- P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.
При подключении светодиодов не нужно забывать что они имеют полярность. Для определения полярности светодиода можно использовать мультиметр в режиме прозвонки или же омметр. Использование гасящих резисторов оправдано для питания маломощных светодиодов, при питании мощных светодиодов нужно использовать специальные LED-драйверы и стабилизаторы.
