ПРАВОСЛАВНАЯ ЦЕРКОВЬ.Православная Церковь не является каким-то чисто земным...
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.
Немного теории
Светодиод характеризуется двумя основными параметрами: номинальным прямым током и прямым падением напряжения, измеренным при этом токе. Оба значения являются паспортными и на их основании можно сделать вывод о мощности потребления светодиода. Плавно увеличивая один из параметров (например, напряжение), мультиметром можно фиксировать второй параметр (ток).
В результате получится ещё один важнейший параметр, присущий любому диоду – вольт-амперная характеристика (ВАХ). Она является нелинейной и наглядно доказывает то, что даже незначительное превышение номинального прямого напряжения ведёт к резкому росту тока и, следовательно, к деградации кристалла полупроводника. 
Кроме этого, все светоизлучающие диоды имеют низкое обратное напряжение (около 5 В). Поэтому перед первым включением светодиода нужно повторно убедиться в соблюдении полярности. Для защиты светодиода от переполюсовки встречно параллельно ему можно установить обычный диод с большим обратным напряжением.
Виды источников питания на 12 В
Светодиод любого типа должен подключаться к источнику питания (ИП) со стабилизированным током на выходе. Однако производители светодиодных светильников часто экономят на качестве и устанавливают в них недорогие блоки питания с отсутствие стабилизации.
Наиболее распространены бестрансформаторные блоки питания (БП) на 12 В с гасящим конденсатором и токозадающим резистором на выходе. В таких схемах отсутствует какая-либо стабилизация и защита. В результате скачки сетевого напряжения ничем не нивелируются и негативно отражаются на работе светильника. Тем не менее, схема настолько дешевая, что часто встречается в светодиодных лампах и прочих устройствах. 
При подключении маломощных светодиодов от аккумулятора с напряжением питания 12 В можно ограничиться резистором, правильно подобранным по сопротивлению и мощности. Исключение составляет бортовая сеть автомобиля, в которой напряжение может колебаться в широких пределах. Так что при конструировании светодиодной схемы, например для автомобиля, без стабилизатора тока (драйвера) не обойтись.
В самом простом случае драйвер можно сконструировать своими руками на линейной ИМС LM317T, стоимость которой составляет около 0,2$. В этом случае для получения стабильного напряжения на 12 В достаточно минимального набора элементов в обвязке. При суммарном токе через светодиоды до 300 мА она отлично работает без дополнительного охлаждения. Типовая схема включения LM317T в качестве стабилизатора тока приведена ниже. 
Существуют также нестабилизированные блоки питания, в которых последовательно включены: понижающий трансформатор, выпрямитель и емкостной фильтр (конденсатор). Их использование оправдано лишь в жилых районах со стабильным напряжением сети, так как любое проявление скачков и импульсных помех будет отрицательно влиять на работу светодиодов. 
Для светодиодов гораздо надёжнее импульсные источники питания на 12 В. Они гарантируют высокий КПД, стабильный выходной ток и напряжение при перепадах сети питания. 
Разновидностью импульсного ИП на 12 В можно считать компьютерный блок питания. В старых моделях на 250 Вт нагрузочная способность по выходу +12 В составляет 10 А, что более чем достаточно для включения нескольких мощных светодиодов даже с падением напряжения 12 вольт. Если габариты и шум вентилятора – не помеха, то бывшему в употреблении блоку питания от компьютера можно подарить вторую жизнь.
Если же форм-фактор и эстетические показатели имеют значения, то для светодиода или светодиодной сборки лучше купить готовый БП на 12 В. Его стоимость сильно зависит от мощности и варианта исполнения (в корпусе или без него).
Для тех, кто плохо разбирается в электричестве, напомним, что существуют источники переменного напряжения на 12 В. Внутри такого блока расположен понижающий трансформатор с предохранителем, а на корпусе присутствует надпись: «Output AC 12 V», что означает: «выходное переменное напряжение 12 В». К нему запрещается напрямую подключать светодиоды. Чтобы использовать его в светодиодном освещении, нужно как минимум, дополнить схему диодным мостом, конденсатором и .
Способы подключения светодиодов к ИП на 12 вольт
Чтобы подключить к 12 вольтам стабилизированного источника питания один светодиод на 3 В, придётся компенсировать излишек (примерно 9 В) на резисторе или стабилитроне. Это крайне неэффективно, так как основная часть энергии будет рассеиваться на вспомогательных элементах цепи.
Для повышения КПД схемы светодиоды соединяют последовательно по три штуки. Если учесть, что падение напряжения на наиболее распространенных белых светодиодах примерно 3,3 В, то для погашения оставшихся 2 В (12-3,3*3=2) достаточно одного маломощного резистора. Светодиоды желтого и красного цвета свечения можно объединять последовательно по 5 штук, так как их падение напряжения не превышает 2,2 В.
В идеале, перед расчетом резистора нужно точно знать рабочее напряжение каждого светодиода. Его можно взять из паспорта либо измерить самостоятельно. Замер производят на включенном светодиоде, через который протекает номинальный ток. Затем по закону Ома определяют номинал и мощность токоограничивающего резистора:
R=U пит -(U LED1 + U LED2 +…+ U LEDn)/I LED .
P=(U пит -(U LED1 + U LED2 +…+ U LEDn))*I LED .
Более подробно о расчёте и выборе резистора написано в .
Количество подключаемых светодиодов к источнику питания зависит не только от наличия нужного напряжения, но и от нагрузочной способности блока питания. Это означает, что суммарный ток в нагрузке не должен превышать максимальный выходной ток блока питания.
Сегодня некоторые производители выпускают светодиоды с высоким падением напряжения. К ним можно отнести и светодиоды 12 вольт, подключение которых необходимо выполнять строго через источник стабилизированного тока.
Также отдельным случаем является к источнику питания 12 В. Здесь схема подключения гораздо проще, так как не нужно стабилизировать ток, а ограничительный резистор есть в каждой группе из нескольких светодиодов. Самым простым и недорогим вариантом включения светодиодной ленты является использование блока питания от компьютера. Для этого достаточно соединить плюс ленты с жёлтым (+12 В), а минус ленты – с чёрным (общим) проводом.
Свои нюансы имеют и COB-матрицы. Наравне с другими светодиодами они должны работать от драйвера и, в зависимости от условий, их яркость можно регулировать путём изменения тока. В паспорте к COB-матрице обязательно указывается рабочий ток и примерное падение напряжения при этом токе.
Конструировать светодиодный светильник на базе с питанием от блока 12 В не корректно по нескольким причинам. Даже если падение напряжения на матрице близко к 12 В, то её можно подключить к такому же стабилизированному блоку питания только через ограничительный резистор. В результате ток будет ниже номинала, при этом снижается яркость и эффективность всего устройства.
Разрешить ситуацию можно путём добавления в цепь питания преобразователя напряжения в ток. Для этого к выходу ИП на 12 В подключают плату низковольтного драйвера, выходной ток которого равен току потребления COB-матрицы. Такие преобразователи выпускаются серийно и имеют низкую цену, широкий диапазон рабочих токов и напряжений, компактные размеры. Для высоковольтных светодиодов и сборок (с прямым напряжением более 12 В) подбирать следует драйвер повышающего типа. При желании преобразователь с нужными параметрами можно собрать своими руками.
Подробный алгоритм по включению светодиода к 12 В
Опираясь на вышеизложенную информацию, составим пошаговый алгоритм подключения светодиодов к источнику питания на 12 В.
1) Определить тип блока питания:
- если БП внешне напоминает сетевой адаптер, то узнать его тип можно по массе. Устройство импульсного типа будет весить 100-200 г, что в 2-3 раза меньше массы линейного аналога;
- из надписи на корпусе узнать вид напряжения на выходе (постоянное, переменное);
- из надписи узнать мощность и максимальный ток, который он способен выдать в нагрузку, то есть светодиодам;
- включить БП в сеть и измерить напряжение на выходе мультиметром, чтобы убедиться в его исправности.
2) По типу светодиода узнать его номинальный ток, напряжение и потребляемую мощность.
3) Сделать вывод о возможности подключения светодиода к имеющемуся БП. К примеру, есть импульсный адаптер с параметрами:
- напряжение на входе – AC: 230 V ~50 Hz;
- напряжение на выходе – DC: 12 V = 1 А;
- мощность – 12 W.
К нему можно последовательно подключить 3 однотипных синих, зелёных или белых светодиода через резистор, рассчитав его номинал по приведенной выше формуле. Их номинальный ток не должен превышать 700 мА. Тогда мощность в нагрузке не превысит:
P=P LED1 + P LED1 +P LED1 +PR=3,3*0,7+3,3*0,7+3,3*0,7+2*0,7=8,3 Вт.
Оставшийся запас мощности позволит адаптеру длительно и стабильно работать без перегрузок.
4) Соединять светодиоды следует с соблюдением полярности, а резистор можно разместить в любой части электрической цепи.
5) Все контакты готового устройства должны быть надежно запаяны и после успешного запуска заизолированы.
Читайте так же
Первое,
что вы
должны усвоить, прежде чем приступить к процедуре замены: светодиод
–
это не лампочка. Будьте аккуратны и внимательны, ремонт
электрооборудования авто
в результате ваших неправильных действий – штука малоприятная. Это,
впрочем, касается не только светодиодов
,
но и любых действий с электропроводкой, будь то установка усилителя или
доп-сигналов. Но, тем не менее, не боги горшки обжигают, ничего
сложного в подобной замене нет, любой человек с прямыми руками способен
произвести ее самостоятельно.
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 .
Хотите убедиться? Возьмите и подключите любой дешевый светодиод напрямую к бортовой сети. Из зажигалки, например. Он у вас красиво засияет и задымится:) Зато будете представлять как выглядит процесс. Дорогие светодиоды перегорают точно так же, поэтому тренироваться лучше на дешевых.Подключаем светодиоды
1.
В продаже продаются светодиодные
панельки, так
называемые кластеры
, они
рассчитаны на питание 12в
. Их можно
просто подключить
к бортовой сети и
радоваться красивым огонькам. Но есть неприятная особенность – при
изменении оборотов двигателя будет меняться яркость свечения светодиодов
в кластерах
.
Незначительно, но заметно глазу. К тому же, по факту,
нормально они светят при напряжении около 12,5в, поэтому если у вас
низкое напряжение в бортовой сети, светить кластеры
будут тускло. Конструктивно кластер
состоит из цепочки светодиодов
и резистора
.
На каждые три светодиода - резистор, который гасит лишнее напряжение.
Светодиодная лента устроена точно также, поэтому если вам
надо
отрезать кусок - посмотрите на ленту, на ней есть места, где ее можно
резать. Обычно это те же три светодиода и резистор... Где попало резать
нельзя:)
2. Включить светодиоды последовательно, цепочкой, то есть сделать самодельный кластер. То есть сцепить нужное количество между собой, а оставшиеся два вывода – к бортовой сети. Оговоримся, что речь идет о белых светодиодах. У светодиодов разного цвета напряжение разное. Нетрудно подсчитать, что для 12-14 в понадобится 3 светодиода . В сумме они дадут 3,5х3=10,5 в. Как говорилось выше, у светодиода есть плюс и минус. Соединение последовательно – это когда плюс одного соединяется с минусом следующего и так далее до конца цепочки.
Но напрямую их подключать все еще нельзя, нужно последовательно с вашей цепочкой включить гасящий лишнее напряжение резистор (сопротивление) - номиналом примерно 100-150 Ом, мощностью 0,5 Вт. Резисторы продаются в любом магазине для радиолюбителей.
Этот способ страдает тем же недостатком, что и предыдущий – изменением интенсивности свечения светодиодов при изменении оборотов. Небольшим, но неприятным. Тем не менее, пользуясь этой схемой вы можете подключить любое количество светодиодов , собирая их цепочками по 3 шт. с резистором и включая параллельно. Параллельно - это значит собрать несколько одинаковых цепочек, плюс каждой цепочки соединить с плюсом другой цепочки, минус - с минусом. Вообще, номинал резистора вычисляется по закону Ома. Но если вы не в ладах с формулами, применяйте простое правило: если включаете 1 светодиод - резистор нужен 500 Ом, если два - 300 Ом, три светодиода - 150 Ом. При этом дальше можете не читать. :) Но потратив полчаса на изучение простой формулы, вы научитесь правильно подбирать значения резисторов , а значит ваши светодиоды будут светить долго и правильно. Могу заверить, что не нужно быть академиком, постараюсь разьяснить подробно и понятно. Вам понадобятся:
2. Закон
Ома
для участка
электрической цепи, то есть для вашего светодиода
и резистора
.
R=U/I .
Где R - сопротивление резистора, U - напряжение, которое нужно
погасить, I - ток в цепи. То есть, чтобы получить сопротивление
гасящего резистора
, нужно разделить напряжение
,
которое нужно погасить, на ток, который нужно получить.
Рассмотрим пример. У нас есть простой белый светодиод , который нам нужно подключить к бортовой сети автомобиля . Напряжение питания такого светодиода приблизительно 3,5 в, ток - 20 мА.
1.
Замеряем напряжение
в той
точке, к которой мы собираемся подключить светодиод. Дело в том, что
напряжение в бортовой сети разное. На аккумуляторе может быть 13 вольт,
а на прикуривателе - 13,5 и т.д. Поэтому определитесь заранее, куда
будете подключать. Включите прибор в режим измерения напряжения и
произведите замер. Допустим, это 13 в. Запишите на бумажке.
2. Вычитаем из 13в напряжение питания светодиода (3,5в). Получаем 9,5 в. Ток в формулу подставляется в амперах, в одном ампере 1000 миллиампер, то есть в нашем случае 20 мА - 0,02 А. Пользуясь формулой вычисляем сопротивление:
9,5/0,02=475 Ом.
Чтобы резистор при работе не грелся, вычисляем его мощность. Для этого надо умножить напряжение, которое гасит резистор - 9,5 вольт, на ток, который через него проходит - 0,02 ампера. 9,5х0,02= 0,19 ватт. Лучше брать резистор с запасом - 0,5-1 ватт.
То есть нам нужно сказать продавцу в магазине радиотоваров "Мне нужен резистор 475 Ом 0,5 или один ватт.". Можно использовать номинал и побольше, только светить светодиоды будут тусклее. Поменьше - будет ярче, но ему это может не понравиться.
Купив искомое, подключаем и радуемся:) Чтобы уж окончательно убедиться в правильности расчетов, можете померять ток в цепи. Для этого нужно включить мультиметр в режиме измерения тока (см. инструкцию к прибору) в разрыв между резистором и светодиодом . Если инструкция потеряна - не беда. Установите диск на метку "10А", и переключите красный щуп в гнездо с подписью "10А".
Он должен показать 20 миллиампер или меньше. У резисторов и светодиодов есть разброс параметров, поэтому ток может отличаться в обе стороны, но незначительно. Если значение от 15 до 23 мА - нормально. Чем больше ток, тем ярче светит светодиод, но тем меньше срок его службы. Поэтому для обычных светодиодов не рекомендуют устанавливать ток выше 20 мА, оптимально - 18мА. Самый лучший способ подбора нужного сопротивления - использовать переменный резистор . Но это уже сложнее:)
Вышеприведенная информация
позволит произвести подключение любого количества маломощных
и
мощных
светодиодов
, достаточно знать их рабочие
напряжение и
ток
и подставлять
их в формулу.
Очень полезно бывает подключить параллельно светодиоду
обычный диод любого типа в обратной полярности, то есть катодом диода к
аноду светодиода
. Это защитит ваш светодиод
от напряжения обратной полярности
.
Особенно это
актуально для отечественных автомобилей почтенного возраста.
Для самых пытливых:) - первый светодиодный драйвер для авто
Дальнейшая информация служит для продвинутых любителей, которые закон Ома уже освоили. Нет предела совершенству, и вам уже мало просто зажечь светодиоды - хочется, чтобы они светили равномерно, не завися от оборотов двигателя.
Самое правильное включение светодиодов
– через
стабилизатор тока. Светодиод
- это
полупроводниковый
прибор, который
питается током, а не напряжением. Поэтому, если вы стабилизируете и
ограничите ток, протекающий через него, то можете подключить хоть
киловольт, светодиод
будет светить
нормально. А от
режима работы
зависит как долго светодиод
будет светить
не теряя
яркости. Для
стабилизации тока используются приборы, называемые драйверами
.
Простейший драйвер - схема на микросхеме-стабилизаторе
LM317
.
Главное достоинство этой микросхемы для начинающих - ее очень трудно
спалить:)
Испугались? Ничего:) В сущности, требуются две детали - сама микросхема - трехвыводной стабилизатор напряжения , который мы включим в режим стабилизации тока, и резистор . Чтобы не вдаваться в теорию, действия следующие - приобретаем переменный резистор сопротивлением 0,5 кОм. Это такая штуковина с тремя выводами и крутилкой. Как и микросхема, он продается все в том же "Радиолюбителе" за смешные деньги. Можно и вовсе выковырять из ненужного бытового прибора. Припаиваем провода к среднему выводу и одному из крайних, неважно какому. Включаем мультиметр в режим измерения сопротивления. Подключаем к проводам прибор и замеряем сопротивление резистора. Вращением стержня добиваемся максимального показания, то есть 500 Ом (или около того). Это чтобы не сжечь светодиод при слишком низком сопротивлении резистора.
Собираем цепь. Внимание! Внимательно проверьте правильность соединений перед подключением? Проверили? Точно?
Прибор включаем в режим
измерения тока. Вращением
движка переменного резистора добиваемся показаний прибора 20 мА.
Отключаем цепь, замеряем
сопротивление резистора и впаиваем вместо него обычный резистор с таким
же сопротивлением. Вуаля! Вы только что собрали свой
первый светодиодный драйвер
:) Он имеет
ограничение
по максимальному
току в пределах 1-1,5 А, поэтому при подключении большого количества
светодиодов: во первых, используйте резистор большей мощности.
Во-вторых, потрогайте микросхему. Если горячая - имеет смысл прикрепить
ее к радиатору. Не забывайте, что корпус авто имеет электрический
контакт с "минусом" аккумулятора, а подложка микросхемы (корпус) - со
своей
второй
ножкой. Поэтому крепить ее на кузов без изолирующей прокладки - плохая
идея. Еще один нюанс - сама микросхема снижает максимальное напряжение,
которое можно подать на светодиод, на два-три вольта. Поэтому больше
11-12 вольт
вы при таком драйвере не получите. Но зато он простой и первое
представление о правильном подключении светодиодов в авто вам даст:)
К слову сказать, на этой же микросхеме + пара деталей можно собрать
регулируемый блок питания 1,5-30 в., что бывает очень полезно в
автомобиле. Схем включения в интернете множество.
В общем, если у вас все получилось - добро пожаловать в увлекательный
мир
радиоэлектроники, ведь вряд ли вы теперь остановитесь...
Может, теперь даже соберете
(с) Юрий Рубан, led22.ru. Вопросы и критика приветствуются в разделе
Самое правильное подключение нескольких светодиодов - последовательное. Сейчас объясню почему.
Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя - быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).
Ток - это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.
Последовательное подключение
При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.
Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).
Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:
Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ - конечно, последовательным!
Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.
Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.
Вот пример готового устройства:
Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64...106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток - это от него уже не зависит.
И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В. И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.
Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.
Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного
напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:
Вот и все. Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) - либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.
Как выбрать нужный драйвер?
Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:
- выходной ток;
- максимальное выходное напряжение;
- минимальное выходное напряжение.
Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов - это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.
Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для :
Номинальный ток этих диодов - 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.
Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3...4 вольта. Берем по-максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер должен быть в состоянии выдать не менее 40 вольт.
В предыдущих статьях были описаны различные вопросы подключения светодиодов. Но в одной статье всего не написать, поэтому придется эту тему продолжить. Здесь речь пойдет о различных способах включения светодиодов.
Как было сказано в упомянутых статьях, т.е. ток через него должен быть ограничен с помощью резистора. Как рассчитать этот резистор, было уже рассказано, повторяться здесь не будем, но формулу, на всякий случай, приведем еще раз.
Рисунок 1.
Здесь Uпит. - напряжение питания, Uпад. - падение напряжение на светодиоде, R - сопротивление ограничивающего резистора, I - ток через светодиод.
Однако, несмотря на всю теорию, китайская промышленность выпускает всевозможные сувениры, брелоки, зажигалки, в которых светодиод включен без ограничительного резистора: просто две-три дисковых батарейки и один светодиод. В этом случае ток ограничивается внутренним сопротивлением батареи, мощности которой просто не хватает, чтобы спалить светодиод.
Но тут, кроме перегорания, есть и еще одно неприятное свойство - деградация светодиодов, более всего присущее светодиодам белого и синего цветов: через некоторое время яркость свечения становится совсем незначительной, хотя ток через светодиод протекает вполне достаточный, на уровне номинального.
Нельзя сказать, что не светит вовсе, свечение еле заметно, но это уже не фонарик. Если при номинальном токе деградация происходит не ранее, чем через год непрерывного свечения, то при завышенном токе дождаться этого явления можно через полчаса. Такое включение светодиода следует назвать плохим.
Подобную схему можно объяснить лишь стремлением сэкономить на одном резисторе, припое, и трудозатратах, что при массовых масштабах производства, видимо, оправдано. Кроме того, зажигалка или брелок вещь одноразовая, копеечная: кончился газ или села батарейка - сувенир просто выкинули.
Рисунок 2. Схема плохая, но применяется достаточно часто.
Очень интересные вещи получаются (конечно, случайно), если по такой схеме подключить светодиод к блоку питания с выходным напряжением 12В и током не менее 3А: происходит ослепительная вспышка, раздается достаточно громкий хлопок, дымок, и остается удушливый запах. Так и вспоминается вот такая притча: «Можно ли посмотреть на Солнце в телескоп? Да, но только два раза. Один раз левым глазом, другой правым». Кстати, подключение светодиода без ограничительного резистора наиболее распространенная ошибка у начинающих, и о ней хотелось бы предупредить.
Чтобы исправить это положение, продлить срок службы светодиода, схему следовало бы чуточку изменить.
Рисунок 3. Хорошая схема, правильная.
Именно такую схему следует считать хорошей или правильной. Чтобы проверить, правильно ли указан номинал резистора R1, можно воспользоваться формулой, показанной на рисунке 1. Будем считать, что падение напряжения на светодиоде 2В, ток 20мА, напряжение питания 3В обусловлено применением двух пальчиковых батареек.
А вообще не надо стремиться ограничить ток на уровне предельно допустимых 20мА, можно запитать светодиод меньшим током, ну, хотя бы, миллиампер 15…18. При этом произойдет совсем незначительное уменьшение яркости, который глаз человека, в силу особенностей устройства, не заметит совсем, а вот срок службы светодиода намного увеличится.
Еще один пример плохого включения светодиодов можно встретить в различных фонариках, уже более мощных, нежели брелоки и зажигалки. В этом случае некоторое количество светодиодов, иногда достаточно большое, просто включено параллельно, и тоже без ограничительного резистора, в роли которого опять же выступает внутреннее сопротивление батареи. Такие фонарики достаточно часто попадают в ремонт именно по причине выгорания светодиодов.
Рисунок 4. Совсем плохая схема включения.
Казалось бы, исправить положение может схема, показанная на рисунке 5. Всего один резистор, и дело, казалось бы, пошло на поправку.
Рисунок 5. Так уже немного лучше.
Но и такое включение поможет мало. Дело в том, что в природе просто не найти двух одинаковых полупроводниковых приборов. Именно поэтому, например, транзисторы одного типа имеют различный коэффициент усиления, даже если они из одной производственной партии. Тиристоры и симисторы тоже бывают разные. Некоторые открываются легко, а другие настолько тяжко, что от их применения приходится отказаться. То же можно сказать и о светодиодах - двух абсолютно одинаковых, тем более трех или целой кучи, найти просто невозможно.
Замечание на тему. В DataSheet на светодиодную сборку SMD-5050 (три независимых светодиода в одном корпусе) включение, показанное на рисунке 5, не рекомендуется. Мол, из-за разброса параметров отдельных светодиодов, может быть заметна разница в их свечении. А казалось бы, в одном корпусе!
Никакого коэффициента усиления у светодиодов, конечно же, нет, зато есть такой важный параметр, как прямое падение напряжения. И если даже светодиоды взяты из одной технологической партии, из одной упаковки, то двух одинаковых в ней просто не будет. Поэтому ток у всех светодиодов будет разный. Тот светодиод, у которого ток будет больше всех, и рано или поздно превысит номинальный, сгорит раньше всех.
В связи с этим прискорбным событием весь возможный ток пойдет через два оставшихся в живых светодиода, естественно, превышая номинальный. Ведь резистор-то рассчитывался «на троих», на три светодиода. Повышенный ток вызовет и повышенный нагрев кристаллов светодиодов, и тот, который окажется «слабее», тоже сгорает. Последнему светодиоду также не остается ничего иного, как последовать примеру своих товарищей. Такая вот цепная реакция получается.
В данном случае под словом «сгорит» подразумевается просто разрыв цепи. Но может произойти, что в одном из светодиодов получится элементарно короткое замыкание, шунтирующее остальные два светодиода. Естественно, что они обязательно погаснут, хотя и останутся в живых. Резистор при такой неисправности будет усиленно греться и в конце концов, может быть, сгорит.
Чтобы такого не произошло, схему надо немного изменить: для каждого светодиода установить свой резистор, что и показано на рисунке 6.
Рисунок 6. А вот так светодиоды прослужат очень долго.
Здесь все, как требуется, все по правилам схемотехники: ток каждого светодиода будет ограничен своим резистором. В такой схеме токи через светодиоды не зависят друг от друга.
Но и это включение не вызывает особого восторга, поскольку количество резисторов равно количеству светодиодов. А хотелось бы, чтобы светодиодов было побольше, а резисторов поменьше. Как же быть?
Выход из этого положения достаточно простой. Каждый светодиод надо заменить цепочкой последовательно включенных светодиодов, как показано на рисунке 7.
Рисунок 7. Параллельное включение гирлянд.
Платой за такое усовершенствование будет увеличение напряжения питания. Если для одного светодиода достаточно всего трех вольт, то даже два светодиода, включенных последовательно, от такого напряжения уже не зажечь. Так какое же напряжение понадобится для включения гирлянды из светодиодов? Или по-другому, сколько светодиодов можно подключить к источнику питания с напряжением, например, 12В?
Замечание. Под названием «гирлянда» здесь и далее следует понимать не только елочное украшение, но также любой осветительный светодиодный прибор, в котором светодиоды соединены последовательно или параллельно. Главное, что светодиод не один. Гирлянда, она и в Африке гирлянда!
Чтобы получить ответ на этот вопрос, достаточно напряжение питания просто разделить на падение напряжения на светодиоде. В большинстве случаев при расчетах это напряжение принимается 2В. Тогда получается 12/2=6. Но не надо забывать, что какая-то часть напряжения должна остаться для гасящего резистора, хотя бы вольта 2.
Получается, что на светодиоды остается только 10В, и количество светодиодов станет 10/2=5. При таком положении дел, чтобы получить ток 20мА, ограничительный резистор должен иметь номинал 2В/20мА=100Ом. Мощность резистора при этом составит P=U*I=2В*20мА=40мВт.
Такой расчет вполне справедлив, если прямое напряжение светодиодов в гирлянде, как было указано, 2В. Именно это значение часто принимается при расчетах, как некоторое среднее. Но на самом деле это напряжение зависит от типа светодиодов, от цвета свечения. Поэтому при расчетах гирлянд следует ориентироваться на тип светодиодов. Падения напряжения для светодиодов разных типов приведены в таблице, показанной на рисунке 8.
Рисунок 8. Падение напряжения на светодиодах разных цветов.
Таким образом, при напряжении источника питания 12В, за вычетом падения напряжения на токоограничивающем резисторе, всего можно подключить 10/3,7=2,7027 белых светодиодов. Но кусочек от светодиода не отрежешь, поэтому подключить возможно только два светодиода. Такой результат получается если из таблицы взять максимальное значение падения напряжения.
Если же в расчет подставить 3В, то совершенно очевидно, что подключить возможно три светодиода. При этом каждый раз придется кропотливо пересчитывать сопротивление ограничительного резистора. Если реальные светодиоды окажутся с падением напряжения 3,7В, а может выше, три светодиода могут и не зажечься. Так что лучше остановиться на двух.
Принципиально не важно, какого цвета будут светодиоды, просто при расчете придется учитывать разные падения напряжений в зависимости от цвета свечения светодиода. Главное, чтобы они были рассчитаны на один ток. Нельзя собрать последовательную гирлянду из светодиодов, часть которых с током 20мА, а другая часть из 10-ти миллиамперных.
Понятно, что при токе 20мА светодиоды с номинальным током 10мА попросту сгорят. Если же ограничить ток на уровне 10мА, то 20-ти миллиамперные засветятся недостаточно ярко, примерно как в выключателе со светодиодом: ночью видно, днем нет.
Чтобы облегчить себе жизнь, радиолюбители разрабатывают различные программы-калькуляторы, облегчающие всевозможные рутинные расчеты. Например, программы для расчета индуктивностей, фильтров различного типа, стабилизаторов тока. Есть такая программа и для расчета светодиодных гирлянд. Скриншот такой программы приведен на рисунке 9.
Рисунок 9. Скриншот программы «Расчет_сопротивления_резистора__Ledz_».
Программа работает без установки в системе, просто ее надо скачать и пользоваться. Все настолько просто и понятно, что никаких пояснений к скриншоту совсем не требуется. Естественно, что все светодиоды должны быть одного цвета и с одинаковым током.
Ограничительные резисторы это, конечно, хорошо. Но только тогда, когда известно, что вот эта гирлянда будет питаться от постоянного напряжения 12В, и ток через светодиоды не превысит расчетного значения. А как быть, если просто нет источника с напряжением 12В?
Такая ситуация может возникнуть, например, в грузовом автомобиле с напряжением бортовой сети 24В. Выйти из такой кризисной ситуации поможет стабилизатор тока, например, «SSC0018 - Регулируемый стабилизатор тока 20..600мА». Его внешний вид показан на рисунке 10. Такое устройство можно купить в интернет-магазинах. Цена вопроса 140…300 рублей: все зависит от фантазии и наглости продавца.
Рисунок 10. Регулируемый стабилизатор тока SSC0018
Технические характеристики стабилизатора показаны на рисунке 11.
Рисунок 11. Технические характеристики стабилизатора тока SSC0018
Изначально стабилизатор тока SSC0018 был разработан для применения в светодиодных светильниках, но может также применяться для зарядки малогабаритных аккумуляторов. Пользоваться устройством SSC0018 достаточно просто.
Сопротивление нагрузки на выходе стабилизатора тока может быть нулевым, попросту можно замкнуть накоротко выходные клеммы. Ведь стабилизаторы и источники тока не боятся коротких замыканий. При этом ток на выходе будет номинальным. Уж если установили 20мА, то столько и будет.
Из сказанного можно сделать вывод, что к выходу стабилизатора тока можно «напрямую» подключить миллиамперметр постоянного тока. Начинать такое подключение следует с самого большого предела измерений, ведь какой там отрегулирован ток никому не известно. Далее простым вращением подстроечного резистора установить требуемый ток. При этом, конечно, не забыть подключить стабилизатор тока SSC0018 к блоку питания. На рисунке 12 показана схема включения SSC0018 для питания светодиодов, соединенных параллельно.
Рисунок 12. Подключение для питания светодиодов, соединенных параллельно
Здесь все понятно из схемы. Для четырех светодиодов с током потребления 20мА на каждый на выходе стабилизатора надо выставить ток 80мА. При этом на входе стабилизатора SSC0018 потребуется напряжение чуть большее, чем падение напряжения на одном светодиоде, о чем было сказано выше. Конечно, подойдет и большее напряжение, но это приведет только к дополнительному нагреву микросхемы стабилизатора.
Замечание. Если для ограничения тока с помощью резистора напряжение источника питания должно превышать общее напряжение на светодиодах незначительно, всего вольта на два, то для нормальной работы стабилизатора тока SSC0018 это превышение должно быть несколько выше. Никак не меньше, чем 3…4В, иначе попросту не откроется регулирующий элемент стабилизатора.
На рисунке 13 показано подключение стабилизатора SSC0018 при использовании гирлянды из нескольких последовательно соединенных светодиодов.
Рисунок 13. Питание последовательной гирлянды через стабилизатор SSC0018
Рисунок взят из технической документации, поэтому попробуем рассчитать количество светодиодов в гирлянде и постоянное напряжение, потребное от блока питания.
Указанный на схеме ток, 350мА, позволяет сделать вывод, что гирлянда собрана из мощных белых светодиодов, ведь как было сказано чуть выше, основное назначение стабилизатора SSC0018 это источники освещения. Падение напряжения на белом светодиоде находится в пределах 3…3,7В. Для расчета следует взять максимальное значение 3,7В.
Максимальное входное напряжение стабилизатора SSC0018 составляет 50В. Вычитаем из этого значения 5В, необходимых для работы самого стабилизатора, остается 45В. Этим напряжением можно «засветить» 45/3,7=12,1621621… светодиодов. Очевидно, что это надо округлить до 12.
Количество светодиодов может быть и меньше. Тогда входное напряжение придется уменьшить (при этом выходной ток не изменится, так и останется 350мА как был отрегулирован), зачем на 3 светодиода, пусть даже мощных, подавать 50В? Такое издевательство может закончиться плачевно, ведь мощные светодиоды отнюдь недешевы. Какое потребуется напряжение для подключения трех мощных светодиодов желающие, а они всегда найдутся, могут посчитать сами.
Регулируемый стабилизатор тока SSC0018 устройство достаточно хорошее. Но весь вопрос в том, всегда ли оно нужно? Да и цена девайса несколько смущает. Каков же может быть выход из создавшегося положения? Все очень просто. Прекрасный стабилизатор тока получается из интегральных стабилизаторов напряжения, например, серии 78XX или LM317.
Для создания такого стабилизатора тока на базе стабилизатора напряжения потребуется всего 2 детали. Собственно сам стабилизатор и один единственный резистор, сопротивление и мощность которого поможет рассчитать программа StabDesign, скриншот которой показан на рисунке 14.
Рисунок14. Расчет стабилизатора тока с помощью программы StabDesign.
Особых пояснений программа не требует. В выпадающем меню Type выбирается тип стабилизатора, в строке Iн задается требуемый ток и нажимается кнопочка Calculate. В результате получается сопротивление резистора R1 и его мощность. На рисунке расчет проведен для тока 20мА. Это для случая, когда светодиоды соединены последовательно. Для параллельного соединения ток подсчитывается так же, как показано на рисунке 12.
Светодиодная гирлянда подключается вместо резистора Rн, символизирующего нагрузку стабилизатора тока. Возможно даже подключение всего одного светодиода. При этом катод подключается к общему проводу, а анод к резистору R1.
Входное напряжение рассмотренного стабилизатора тока находится в пределах 15…39В, поскольку применен стабилизатор 7812 с напряжением стабилизации 12В.
Казалось бы, на этом рассказ о светодиодах можно закончить. Но есть еще светодиодные ленты, о которых будет рассказано в следующей статье.
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.
Два основных принципа о том как можно подключить светодиод к 12 вольтам или понизить напряжение на нагрузке
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.
Подключение светодиода через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)
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.
Подключение светодиода через стабилизатор напряжения к 12 вольтам в машине (через микросхему)
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 подключение светодиода к 12 вольтам в машине своими руками
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.
Видео по подключению светодиода к сети в автомобиле
А теперь чтобы вам было легче прикинуть какой номинал сопротивления нужен и какой мощностью для вашего конкретного случая, можете воспользоваться калькулятором подбора резистора
