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).
Как выбрать светодиод для подключения к 12 вольтам
Необходимый вид диодов подбирают исходя из конкретных задач. На рынке существует множество вариантов, от индикаторных до сверхмощных. Для подсветки кнопок и индикаторов на панели приборов в авто можно использовать маломощные диоды. Для подсветки интерьера квартиры или машины применяют простые сверхъяркие. Для установки в головную оптику, дневные головные огни автомобилей или в фонарики устанавливают мощные светодиоды.
С технической точки зрения нет каких-либо ограничений по мощности и потребляемому току. Главное, чтобы напряжение диода не превышало напряжение источника питания.
Важным фактором является размер и форма корпуса. В зависимости от предназначения могут использоваться диоды в круглом корпусе или детали поверхностного монтажа (SMD). Все зависит от потребности и задач.
Варианты подключения
Самое время ознакомиться с основными вариантами подключения.
К одному резистору
Типичная схема подключения.
Как мы уже выяснили выше, светодиод имеет полярность. Поэтому он подключаетсяк источнику питания постоянного напряжения. Самые распространенные виды потребляют около 10-20 мА. По сути – это главная характеристика детали. Вторым параметром указывают падение напряжения. Для обычных светодиодов оно находится в пределах 2-4 В.
Единственная правильная схема подключенияосуществляется с токоограничивающим резистором. Он подбирается по закону Ома. Сопротивление рассчитывается как разница напряжения источника и падения напряжения, деленная на произведение максимального тока диода и коэффициента надежности (обычно равен 0,75).
Закон Ома: «величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению».
Также необходимо вычислить мощность резистора. Она рассчитывается по простой формуле: разница напряжения источника и падения напряжения в квадрате, деленная на сопротивлениев омах.
Последовательное подключение нескольких LED
Принципиальная схема последовательного подключения.
Последовательное подключение – это установка двух и более светодиодов в один ряд. В данной схеме также используется один токоограничивающий резистор. Формула расчета аналогична для единичного диода, но падение напряжения суммируется.
Для примера возьмем наш теоретический светодиод белого цвета на 3 вольта и 20 mA. Мы последовательно подключаем три единицы. Таким образом, сумма нашего падения напряжения составит 9 вольт. Остаток в три вольта делим на силу тока в 0.02 ампера с коэффициентом надежности 0,75. В результате мы узнаем что нам потребуется один резистор на 200 Ом.
Каждый диод к отдельному резистору
Принципиальная схема параллельного подключения.
В данной схеме каждый светодиод подключается к плюсу и минусу источника питания. Несмотря на то, что в Сети можно найти схемы с одним общим резистором, на практике такое решение нецелесообразно. Даже в одной партии диоды различаются по параметрам потребляемого тока и падения напряжения. В итоге мы получим разную интенсивность свечения диодов. Сопротивление рассчитывается для каждого диода отдельно.
Особенности подключения светодиодов
В большинстве случаев для подключаемых светодиодов требуется ограничение тока с помощью резисторов. Но, иногда вполне возможно обойтись и без них. Например, фонарики, брелоки и другие сувениры со светодиодными лампочками питаются от батареек, подключенных напрямую. В этих случаях ограничение тока происходит за счет внутреннего сопротивления батареи. Ее мощность настолько мала, что ее попросту не хватит, чтобы сжечь осветительные элементы.
Однако при некорректном подключении эти источники света очень быстро перегорают. Наблюдается стремительное падение яркости свечения, когда на них начинает действовать нормальный ток. Светодиод продолжает светиться, но в полном объеме выполнять свои функции он уже не может. Такие ситуации возникают, когда отсутствует ограничивающий резистор. При подаче питания светильник выходит из строя буквально за несколько минут.
Одним из вариантов некорректного подключения в сеть на 12 вольт является увеличение количества светодиодов в схемах более мощных и сложных устройств. В этом случае они соединяются последовательно, в расчете на сопротивление батарейки. Однако при перегорании одной или нескольких лампочек, все устройство выходит из строя.
Существует несколько способов, как подключить светодиоды на 12 вольт схема которых позволяет избежать поломок. Можно подключить один резистор, хотя это и не гарантирует стабильную работу устройства. Это связано с существенными различиями полупроводниковых приборов, несмотря на то, что они могут быть из одной партии. Они обладают собственными техническими характеристиками, отличаются по току и напряжению. При превышении током номинального значения один из светодиодов может перегореть, после этого остальные лампочки также очень быстро выйдут из строя.
Как подключить к 12 вольтам
Наглядная схема подключения.
Схема подключения светодиода к источнику питания 12 В не отличается от стандартной, но необходимо рассчитать сопротивление и мощность резистора. Для проверки или предварительного тестирования сборки достаточно одного резисторана 1 кОм.
Для примера возьмем самый распространенный тип светодиода– белый с максимальной силой тока 20 мА. По сути, вольтаж не играет особой роли. Главное, чтобы ток не превышал максимально разрешенные параметры. Падение напряжения в зависимости от модели составляет от 1,8 до 3,6 В. Для удобства расчетов возьмем 3 вольта.
Сопротивление для светодиодов
Формула расчета сопротивления.
Вычисляем параметры:
- Разница напряжение источника питания и падения напряжения – 12-3=9.
- Произведение максимальной силы тока (ампер) и коэффициента надежности – 0.02*0,75=0,015.
- Рассчитываем сопротивление(кОм) – 9/0.015 = 600 (кОм).
Формула расчета мощности.
Расчет мощности резистора:
- Разница напряжения источника питания и падения напряжения – 12-3=9.
- Согласно формуле, возводим в квадрат – 9*9=81.
- Делим на сопротивлениерезисторав омах – 81/600=0,135 Вт.
Таким образом, нам идеально подойдет резистор MRS25 (0,6 Вт, 600 Ом, ± 1%). На середину 2021 года его стоимость составляет около 8 рублей. Обычно нет необходимости высчитывать мощность резистора. Тем не менее, это важно делать для проверки будущей сборки.
Расчет подключения светодиодов в схемах на 12 и 220 вольт
Отдельный светодиод невозможно напрямую подключить к источнику питания на 12 В поскольку он сразу же сгорит. Необходимо использование ограничительного резистора, параметры которого рассчитываются по формуле: R= (Uпит-Uпад)/0,75I, в которой R является сопротивлением резистора, Uпит и Uпад – питающее и падающее напряжения, I – ток, проходящий по цепи, 0,75 – коэффициент надежности светодиода, являющийся постоянной величиной.
В качестве примера можно взять схему, используемую при подключение светодиодов на 12 вольт в авто к аккумулятору. Исходные данные будут выглядеть следующим образом:
- Uпит = 12В – напряжение в автомобильном аккумуляторе;
- Uпад = 2,2В – питающее напряжение светодиода;
- I = 10 мА или 0,01А – ток отдельного светодиода.
В соответствии с формулой, приведенной выше, значение сопротивления будет следующим: R = (12 – 2,2)/0,75 х 0,01 = 1306 Ом или 1,306 кОм. Таким образом, ближе всего будет стандартная величина резистора в 1,3 кОм. Кроме того, потребуется расчет минимальной мощности резистора. Данные расчеты используются и при решении вопроса, как подключить мощный светодиод к 12 вольтам. Предварительно определяется величина фактического тока, которая может не совпадать со значением, указанным выше. Для этого используется еще одна формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет), в которой Rсвет является сопротивлением светодиода и определяется как Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в цепи составит: I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А.
В результате, фактическое падение напряжения светодиода будет равно: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54 В. Окончательно значение мощности будет выглядеть так: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт). Для практического подключения значение мощности рекомендуется немного увеличить, например, до 0,125 Вт. Благодаря этим расчетам, удается легко подключить светодиод к аккумулятору 12 вольт. Таким образом, для правильного подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору на 12В, в цепи дополнительно понадобится резистор на 1,3 кОм, мощность которого составляет 0,125Вт, соединяющийся с любым контактом светодиода.
Подключение мощных LED диодов к 12В
При подключении современных мощных кристаллов или их сборок принцип не меняется. В цепи также должен присутствовать гасящий резистор. Для примера можно взять популярный на китайских торговых площадках светодиод. Это сборка из нескольких кристаллов, соединенных параллельно. Потребляемый ток составляет 350 mA, а напряжение по-прежнему 3,4 вольта.
Подставляя параметры в нашу формулы, мы легко узнаем, что нам потребуется установить резистор с сопротивлением 32 Ома и мощностью 2,2 Вт.
Эффективное подключение к одному ИП
Выше мы уже выяснили, что к одному источнику питания можно запитать неограниченное количество светодиодов. Главное, чтобы хватило мощности. Тем не менее, простое параллельное включение лампочек с резистором для каждой из них является неэффективным. Из предыдущего пункта мы увидели, что более 2/3 мощности рассеивается на токоограничивающем резисторе. Поэтому часто возникает вопрос, сколько всего светодиодов можно подключить к 12 в.
Наиболее эффективным подключением к 12 вольтам считается цепочки из трех последовательных светодиодов с одним резистором. По такой же схеме выпускаются все светодиодные ленты, работающие от блока питания на 12 В.
Как подключить LED к 3 или 5 вольтам
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.
Проблемы при подключении
Принципиальная схема подключения светодиодов.
Принципиальная схема подключения светодиодов:
- Не использовать токоограничивающий резистор. Поскольку через светодиод будет проходить слишком большой ток, он вскоре выйдет из строя.
- Последовательное включение без резистора. Даже если вам кажется, что запитать четыре 3-вольтовых резистора к 12-вольтовой сети – это хорошая идея, вы заблуждаетесь. Из-за слабого контроля силы тока элементы быстро разрушаются.
- Использование одного резистора при параллельном подключении диодов. Из-за отличий в характеристиках диоды будут светить с разной интенсивностью. Увеличивается скорость разрушения.
Советуем посмотреть видео на тему: Правильное подключение светодиодов.
Принципы подключения
Вольт-амперная характеристика светодиода
Для установки LED ламп существует несколько важных принципов, которых следует придерживаться:
- Важно соблюдать полярность при подсоединении светодиода. Иначе он быстрее выйдет из строя или не будет светиться вообще.
- Расположение анода и катода указано на цоколе лампочки в виде насечек, зеленых точек.
- Запрещено в одну линию и на один резистор последовательно монтировать лампы разного цвета. Это влияет на их производительность и в принципе свечение.
- Информацию о полярностях можно найти в технической документации к LED.
На каждые 12 В можно подключать не более 6 светодиодов.
