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.
Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:
Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.9 до 3.3 Вольта.
Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.
Источник тока (или генератор тока) — источник электрической энергии, который поддерживает постоянное значение силы тока через нагрузку с помощью изменения напряжения на своем выходе. Если сопротивление нагрузки, например, возрастает, источник тока автоматически повышает напряжение таким образом, чтобы ток через нагрузку остался неизменным и наоборот. Источники тока, которыми запитывают светодиоды, еще называют драйверами.
Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.
Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).
Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т.к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожгете его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).
К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.
Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:
Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.
Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи — почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.
Параллельное подключение
При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).
Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.
Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:
Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.
Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.
В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:
Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.
Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.
Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):
| 340 Ом | 170 Ом | 85 Ом | 57 Ом | 34 Ом | 24 Ом | 17 Ом | 8.5 Ом | 5.7 Ом |
| 1.74 кОм | 870 Ом | 435 Ом | 290 Ом | 174 Ом | 124 Ом | 87 Ом | 43 Ом | 29 Ом |
| 4.14 кОм | 2.07 кОм | 1.06 кОм | 690 Ом | 414 Ом | 296 Ом | 207 Ом | 103 Ом | 69 Ом |
При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.
Последовательное и параллельное соединения диодов.
Если для выпрямительной схемы нельзя выбрать нужный тип диода в соответствии с заданным значением обратного напряжения или прямого тока, то используют два или более однотипных диодов с меньшими значениями параметров, включая эти диоды последовательно или параллельно.
Параллельное соединение диодов
Параллельное соединение диодов
При параллельном соединении диодов
из-за возможного разброса параметров их токи будут неодинаковыми. Один из этих токов может превысить максимально допустимое значение, что приведёт к выходу из строя сначала одного, а затем и другого диода. Более равномерное распределения тока между параллельно соединёнными диодами достигается включением последовательно с каждым из них одинаковых по номиналу резисторов Rд. Сопротивление резисторов Rд должно быть в 5…10 раз больше, чем сопротивление диода в прямом направлении. В мощных выпрямительных устройствах для этой же цели используются индуктивные выравниватели токов.
Расчёт параллельного соединения диодов
Для начала расчёта необходимо определить требуемое количество параллельно соединённых диодов
, исходя из того, что ток, проходящий через один диод не должен превышать значения максимально допустимого значения тока для данного типа диода, тогда количество параллельно соединённых диодов будет равно
, где
I
m
— максимальное значение тока проходящее через диоды,
k
T
– коэффициент нагрузки по току (может принимать значения от 0,5 до 0,8),
I
np
— средний прямой ток для данного типа диода.
При дробных значениях расчётного количества диодов округление ведётся в большую сторону.
Значение сопротивления добавочных резисторов
определяется по формуле
, где
n — количество выпрямительных диодов,
U
np.cp
— постоянное прямое напряжение для данного типа диодов
Расчитаное сопротивление добавочных резисторов округляют до ближайшего стандартного сопротивления.
Пример расчёта параллельного соединения диодов
Рассчитать выпрямительную цепь, позволяющую получить выпрямленный ток Iвыпр = 550 мА, если используются диоды Д226Б.
Так как средний прямой ток диода Д226Б Iпр. ср = 300 мА, то необходимо применить несколько параллельно соединённых диодов с добавочными резисторами. Рассчитаем количество параллельно соединённых диодов, примем kT = 0,8
Возьмём n = 3.
Найдём значение сопротивлений добавочных резисторов
Выберем резистор из стандартного ряда сопротивлений Е24 (± 5%) Rдоб = 6,2 Ом
Последовательное соединение диодов
Последовательное соединение диодов
Для обеспечения возможности работы выбранного типа диода в схеме выпрямителя с обратным напряжением, превышающим его максимально допустимое значение, следует соединять однотипные диоды последовательно
. Если параметры не совпадают, то один из диодов оказывается под значительно большим напряжением, чем другой. Это может привести к пробою одного, а затем и другого диода. Выравнивание обратного напряжения на последовательно соединенных диодах достигается шунтированием каждого из диодов резистором Rш. Ток, протекающий через эти резисторы, должен быть в 5…10 раз больше максимально возможного обратного тока диодов. В мощных высоковольтных выпрямительных устройствах для этой же цели диоды шунтируют конденсаторами Сш или RC-цепью.
Расчёт последовательного соединения диодов
Для начала расчёта необходимо определить количество последовательно соединенных диодов
, исходя из того что падение напряжения на каждом отдельно взятом диоде не должно превышать амплитудного значения напряжения, тогда количество последовательно включённых диодов будет равно
, где
Um — амплитудное значение напряжения проходящее через диод, kH – коэффициент нагрузки по напряжению (может принимать значения от 0,5 до 0,8), Uobp max — максимально допустимое обратное напряжение диода.
При дробных значениях расчётного количества диодов округление ведётся в большую сторону.
Значение сопротивлений шунтирующих резисторов
определяется по формуле
, где
Iобp max — максимально допустимый обратный ток диода при максимальной температуре.
Пример расчёта последовательного соединения диодов
Рассчитать выпрямительную цепь для напряжения с амплитудным значением 700В, используя диоды Д226Б.
Так как максимально допустимое обратное напряжение диода Uобр.max = 300В, то для выпрямления необходимо применить цепочку из последовательно соединённых диодов с шунтирующими резисторами. Рассчитаем количество последовательных диодов, примем kH = 0,7
Возьмём n = 4
Найдём значение сопротивлений шунтирующих резисторов
Выберем резистор из стандартного ряда сопротивлений Е24 (± 5%) Rш = 1 MОм
Включение дополнительных и шунтирующих резисторов неизбежно связано с увеличением потерь мощности и уменьшением КПД выпрямительной схемы.
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.
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 фитолампы:
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.
Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).
Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.
Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:
Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.
Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.
Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.
В светильниках и фонариках применяется две схемы – последовательное и параллельное соединение светодиодов. У этих схем есть масса вариаций и комбинированных вариантов, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Чтобы понять какая схема соединений лучше – нужно узнать, что такое вольт-амперная характеристика и какая она у LED.
На фото LED матрица для подключения к сети 220В
Основные теоретические вопросы
Вольт-амперная характеристика (сокр. ВАХ) – это график отображающий зависимость величины тока протекающего через любой прибор от напряжения, приложенного к нему. Простая и очень ёмкая характеристика для анализа нелинейных компонентов. С её помощью можно выбрать режимы работы, и определить характеристики источника питания для прибора.
Взгляните на пример линейной и нелинейной ВАХ.
График под номером 1 на рисунке отображает линейную зависимость тока от напряжения, такую имеют все приборы резистивного характера, например:
- Лампа накаливания;
- обогреватель;
- резистор (сопротивление);
График номер 2 – это ВАХ характерная для p-n переходов диодов, транзисторов и диодов.
Часто допускаемые ошибки при создании параллельного соединения
От этого никто не застрахован, однако следует стараться, чтобы подобного не происходило. Основными ошибками, которые допускают не только новички, а иногда и профессионалы, можно назвать:
- Игнорирование необходимости подключения светодиода с ограничительным резистором.
- Коммутация нескольких LED-компонентов через одно сопротивление. В подобном случае если будет пробит один из элементов, ток на остальных значительно повысится. Чем это чревато, говорить не стоит.
- Последовательное подключение светодиодов с различными характеристиками.
- Недостаточное сопротивление. Ток, проходящий через излучатель, будет слишком большим, что приведет к повышению температуры и выходу элемента из строя.
- Подключение светодиодов к бытовой сети без устройства ограничения обратного напряжения. Ток сети 220 В переменный, а значит в момент, когда синусоида пересечет ось, произойдет пробой p-n перехода элемента, что приведет к его выходу из строя.
- Малая мощность сопротивления. Даже при правильном параллельном соединении светодиодов подобная ошибка приведет к сильному нагреву резистора, плавлению изоляции и короткому замыканию.
Остается посоветовать домашним мастерам, внимательнее относиться к подобной работе и не допускать перечисленных ошибок.
Подробнее о работе диодов
Какое выбрать подключение светодиодов: последовательно или параллельно? Это сильно зависит от условий работы и источника питания, а также системы стабилизации напряжения и тока. Для правильного выбора нужно рассмотреть оба варианта.
Изначально шла речь о вольт-амперной характеристике не просто так, рассмотрим подробно её форму для Led приборов.
Обратите внимание, что в области напряжений ниже чем 2,5В, ток через светодиод протекает крайне малый или вообще не протекает. Преодолев уровень в 2,5 вольта через диод начинает протекать ток и он зажигается на участке от 2,5 до 3 вольт. После этого уровня ток начинает стремительно нарастать.
Для 5 мм диодов белого свечения рабочий ток – 20мА при 3В, а при 3.5 вольта ток будет равняться 80 мА, что в четверо превышает номинал.
Яркость диода хоть и зависит от протекающего через него тока, но при чрезмерно больших значениях LED светится не намного ярче, чем при номинале. Поэтому не стоит экспериментировать с высоким показателями – ваши диоды просто перегорят.
Значения напряжений могут различаться в зависимости от типов и конструкции LED, на это влияет их количество в одном корпусе, цвет, и даже материал который был выбран в качестве основы чипа.
Как правильно подключать?
При параллельном соединении светодиодов нужно пользоваться ограничительным резистором для каждого из диодов, как изображено на рисунке ниже. Это даёт возможность установить ток для каждого из элементов электрический схемы.
Схема параллельного соединения светодиодов
Ниже схема НЕ правильного подключения резистора в цепь.
Так подключать не правильно
При параллельном подключении светодиодов и любых других потребителей, напряжение на их выводах будет равным. С одной стороны это хорошо, но не для диодов. Каждый светодиод, даже набор взятый из одной партии, имеет небольшой технологический разброс параметров. Напряжение, необходимое для достижения номинального тока, может незначительно отличаться в пределах десятых долей вольта.
Выше вы видели вольт-амперную характеристику прибора и легко сделаете вывод, что незначительное превышение номинального напряжения ведет к лавинообразному росту тока и перегреву. Некоторые предлагают исключить и резистор из этой схемы, такое соединение светодиодов самое неудачное!
Общий ток в цепи равен сумме токов в каждой из ветвей параллельной цепи. Если выбирать, как соединять светодиоды для работы в цепи с повышенным напряжением (6 и более вольт), лучше использовать последовательное соединение.
Для чего диоды соединяются параллельно
Основной целью параллельного соединения диода является увеличение их прямого тока. Это основной параметр каждого диода. Однако, существует большое количество диодов, рассчитанных на различные значения токов в самом широком диапазоне. Поэтому, обычное параллельное соединение полностью не решает вопроса по увеличению общего прямого тока.
Если каждый из диодов, включенных параллельно, будет обладать прямым током в 1 ампер и максимальным обратным напряжением 100 вольт, то вся цепочка будет иметь параметры в 3 ампера и 100 вольт. То есть, параллельное включение предполагает возрастание прямого тока, пропорционально количеству включенных диодов. При этом, максимальное значение обратного напряжения остается неизменным.
Когда производится параллельное соединение диодов с разными характеристиками, то и распределение прямого тока будет неравномерным. Диод, имеющий наименьшее сопротивление, будет брать на себя в прямом направлении большее количество тока. При наступлении определенных обстоятельств, такое превышение может стать критическим и привести к пробою диода. Для того, чтобы избежать подобной ситуации, с каждым светодиодом последовательно подключается резистор. Их сопротивление выбирается из расчета, что напряжение будет падать не более чем на 1 вольт.
Онлайн калькулятор для расчета резистора
| Тип соединения: | Один светодиод Последовательное соединение Параллельное соединение |
| Напряжение питания: | Вольт |
| Прямое напряжение светодиода: | Вольт |
| Ток через светодиод: | Милиампер |
| Количество светодиодов: | шт. |
| Результаты: | |
| Точное значение резистора: | Ом |
| Стандартное значение резистора: | Ом |
| Минимальная мощность резистора: | Ватт |
| Общая потребляемая мощность: | Ватт |
Последовательное соединение
В электротехнике используется не только параллельное соединение диодов. Для высоковольтных цепей нередко применяется их последовательное соединение. При таком варианте соединения происходит равномерное распределение напряжения между всеми подключенными диодами.
Тем не менее, здесь также необходимо учитывать различные значения обратных токов. Таким образом, в случае последовательного включения, будет наблюдаться падение большей части приложенного напряжения на диоде, имеющем минимальный обратный ток. В случае превышения допустимого значения обратного напряжения, может произойти пробой диода. Поэтому, здесь также падение напряжения искусственно выравнивается, для чего используются специальные шунтирующие сопротивления.
Варианты соединений
Чтобы выполнить последовательное соединение светодиодов на 220В, воспользуйтесь схемой ниже.
В данном случае в большей степени ограничивает ток конденсатор С1, он играет роль реактивного сопротивления. Подробнее о расчете конденсатора мы писали в статье. Для получения необходимого значения емкости конденсатора воспользуйтесь онлайн калькулятором:
Так вы можете подключить даже один светодиод.
Если вы хотите собрать схему последовательного соединения светодиодов на 100 вольт постоянного напряжения, в цепь нужно включить порядка 30 светодиодов. Тогда необходимое напряжение будет порядка 90 вольт. Расчёт резистора выполнить по формуле в предыдущих разделах статьи.
Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций тока, резистор стоящий параллельно – для разряда конденсатора после отключения прибора, в целях безопасности. Если источник питания достаточно стабилизирован их можно исключить.
Альтернативный тип подключения
Последовательно-параллельное соединение светодиодов – встречается в прожекторах и других мощных светильниках, работающих как от постоянного, так и от переменного напряжения.
Как видите, матрица поделена на ветки, каждая из которых имеет токоограничивающий резистор. Конкретный экземпляр предназначен для замены штатной лампы плафона в салоне автомобиля. Если один диод выйдет из строя – одна цепь перестанет гореть, а остальные цепочки продолжат свечение.
Если вы не можете определиться, как подключить светодиоды последовательно или параллельно, есть альтернативный вариант — гибридное соединение. С первого взгляда непонятно в чем смысл.
Гибридный вариант принял достоинства от последовательного и параллельного соединения светодиодов. Схема будет работать полностью, даже если один из элементов в цепи перегорит, в тоже время остальные элементы не испытают перегрузки. Напряжение на каждом сегменте будет ограничено светодиодом с наименьшим падением.
Чтобы собрать светильник правильно, а LED работали долго и не перегревались, нужно определиться как подключать светодиоды — последовательно или параллельно. Вы ознакомились с сильными и слабыми сторонами каждого из вариантов. Благодаря полученным знаниям можно выполнить ремонт LED лампы или прожектора.
Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)
( оценок, среднее: из 5)
Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)
Подключение одного светодиода никогда не создаст больших проблем. Что делать, если необходимо запитать два, три, четыре и более светодиодов? Верно. Нужно собрать LEDs в строку ( цепочку ). Соединения могут быть нескольких типов: параллельное соединение светодиодов, последовательное и параллельно-последовательное. Напишу несколько слов об этих соединениях. Авось кому-нибудь пригодится.
Для тех, кто еще не знает — самым оптимальным является последовательное соединение светодиодов. В этом случае ток на каждом LED, соединенном последовательно, будет одинаковым. Такое соединение нам позволяет легко контролировать токи.
Однако, не смотря на это, существуют источники питания, мощность которого не позволит запитать последовательные светодиоды. В этом случае нам и поможет параллельное соединение светодиодных источников.
Нюансы подключения светодиодов
Как известно, существует последовательное и параллельное соединение светодиодов. В таком случае возникает вопрос, почему для гирлянд с лампами накаливания и неоном выбирается одно, а для LED-элементов другое? Здесь дело в характеристиках излучателей. Каждый из светодиодов имеет свой показатель падения напряжения. При условии, что стабилизирующий блок питания не слишком мощный, большое количество LED-элементов последовательно к нему подключить не удастся. Именно по этой причине в гирляндах используется параллельная коммутация.
Кто-то может сказать, что достаточно взять БП помощнее, ведь при этом контролировать напряжение на светодиодах будет проще (оно будет равным на каждом из них). Но здесь встает вот какая проблема. Даже если брать обычную гирлянду из светодиодов на 50 LED-элементов, адаптер будет таких размеров, что под небольшой елкой его спрятать не удастся.
Полезная информация! Если падение напряжения на чипах выше, нежели номинал блока питания, долговременную работу такой адаптер может не выдержать.
Параллельное соединение светодиодов не правильное
Повторюсь еще раз — параллельное соединение светодиодов используют только тогда, когда источник питания низковольтный.
Не смотря на то, что такой тип соединения не очень приветствуется, его частенько используют. В таких типах соединений есть одно правило — параллельное соединение светодиодов никогда не происходит с использованием ТОЛЬКО ОДНОГО резистора!!!
Ну или для тех, кто понимает только визуальные картинки, то не правильное параллельное соединение будет выглядеть так:
Естественно, возникает вопрос — ПОЧЕМУ нельзя соединять так? А дело тут простое…
Правильное параллельное соединение светодиодов
На картинке показано правильное параллельное соединение светодиодов. От варианта с одним резистором, данный способ отличается тем, что каждый диод соединяют в параллель через свой резистор. Такое соединение не позволит появиться перекосу. Даже, если по каким-то причинам светодиод перегорит, второй не получит увеличенного напряжения.
Расчет сопротивления при параллельном соединении светодиодов
Рассмотрим параллельное соединение светодиодов на примере двух источников питания. Данные будут получены из расчета удвоенного значения потребляемого тока. Т.е. ограничивающий резистор имеет в двое меньшее сопротивление, нежели. если бы мы запитывали один светодиод. В любом случае стоит помнить, что двух одинаковых LED не бывает, не смотря даже на то, если они выпущены одним заводом и из одной партии. Все диоды имеют разброс по потребляемому току, внутреннему сопротивлению. Кристалл с меньшим сопротивлением возьмет больше тока. Таким образом возникнет некий перекос. Это можно определить визуально. С большим потреблением диод буде светиться сильнее, с меньшим слабее. Если диоды из одной партии, то перекос не будет сильно заметен, а если LEDs еще и от разных производителей, то вполне возможна ситуация когда диод перегорит.
Вернемся «к нашим баранам»… Резистор рассчитывается на двойное потребление тока, а следовательно при перегорании одного — второй получает удвоенное напряжение и удвоенный ток. Это тоже критично. Данное правило справедливо не только для параллельного соединения двух светодиодов, но также и для большего количества с одним резистором. При перегорании одного, остальные выйдут из строя в самые короткие сроки, из-за пропорционально растущего напряжения и тока.
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.
Как и в первом варианте, китайцы не стесняются конструировать светильники на базе «полурабочих» схем. Схему с одним резистором часто можно встретить в дешёвых фонариках и маломощных светильниках на пальчиковых батарейках. А чтобы светодиоды проработали хотя бы год, сопротивление резистора умышленно завышают, как бы, исключая возможные перегрузки.
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.
Подключать светодиоды через резистор рекомендуется только от стабилизированного источника постоянного напряжения.
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.
Плюсы и минусы параллельного соединения светодиодов
Большим плюсом параллельного соединения стоит отметить, что в случае правильного соединения светодиодов при перегорании одного из них, остальные будут работать. При последовательном соединении светодиодов выход из строя одного из них приведет к тому, что строка из последовательно соединенных чипов перестанет светиться.
Минусом параллельного соединения светодиодов отметим — удорожание конструкции, за счет того, что в цепи появляются новые элементы. В результате конечный продукт может оказаться достаточно громоздким.
Стоит представить себе елочную гирлянду с таким соединением диодов… Для ее работоспособности придется соединять еще один проводник к паре светодиод-резистор. Поэтому 99,9 % всех гирлянд собраны из последовательно соединенных светодиодов.
Параллельное включение
Светодиод (СД, LED ) — микроэлемент, работа которого зависит от многих параметров. Погрешности в микротехнологиях приводят к тому, что вольт-амперная характеристика каждого отдельного СД отличается. Поэтому порог срабатывания («включения») всех диодов одновременно различен. Это допускается стандартами качества и это необходимо учитывать при построении электросхем. Параллельное соединение светодиодов требует именно такой настройки для их одновременного срабатывания.
Схема параллельного подключения
На электросхеме видно, что для каждого СД выбирается свой резистор. При настройке резисторы R1-R6 регулируют работу всей системы. Порог срабатывания каждого диода лежит в пределах 2,5-3,0 Вольт, поэтому резисторы необходимо подбирать под каждый диод.
Положительным показателем является низковольтная характеристика. Уровень срабатывания одного LED составляет до 3,0 В, поэтому можно рассчитать весь световой узел на низкое напряжение.
Существенным достоинством параллельного подсоединения является «живучесть» такого варианта. При выходе из строя одного светодиодного элемента система продолжает работать и давать освещение.
Это качество используется в мини-приборах, когда важна миниатюризация и они собраны на аккумуляторных «таблетках». Подобные поделки широко выпускаются промышленностью и предназначены для небольших задач — местной подсветки, в рекламных целях и т.д.
