Расчет гибридного соединение светодиодов – Правильные схемы подключения светодиода

Содержание

Как подключить светодиод параллельно, последовательно: схемы, описания, нюансы

Светодиоды (они же led) на протяжении многих лет активно применяются как в производстве телевизоров, так и в качестве основного освещения дома или квартиры, однако вопрос о том, как правильно выполнить подключение светодиодов актуален и по сей день.

На сегодняшний день их существует огромное количество, различной мощности (сверхяркие Пиранья), работающих от постоянного напряжения, которые можно подключать тремя способами:

  1. Параллельно.
  2. Последовательно.
  3. Комбинированно.

Также существуют специально разработанные схемы, позволяющие подключить светодиод к стационарной бытовой сети 220В. Давайте рассмотрим более детально все варианты подключения led, их преимущества и недостатки, а также как это выполнить своими руками.

Основные принципы подключения

Как было сказано ранее, конструкция светоизлучающего диода подразумевает их подключение исключительно к источнику постоянного тока. Однако, поскольку рабочая часть светодиода – это полупроводниковый кристалл кремния, то очень важно соблюдать полярность, в противном случае светодиод не будет излучать световой поток.

Каждый светодиод имеет техническую документацию, в которой содержатся инструкции и указания по правильному подключению. Если документации нет, можно посмотреть маркировку светодиода. Маркировка поможет узнать производителя, а зная производителя, Вы сможете найти нужный даташит, в котором и содержится информация по подключению. Вот, такой не хитрый совет.

Как определить полярность?

Для решения вопроса существует всего 3 способа:

  1. Конструктивно. Согласно нормам, принятым во всем мире, на обычном светодиоде (не SMD типа), длинная ножка всегда является «+» или же анодом. Для работы светодиода на него должна подаваться положительная полуволна. А короткая – катодом. 
  2. С помощью мультиметра. Для проверки необходимо переключатель прибора поставить в режим «Прозвонка» и установить красный щуп мультиметра на анод, а черный – на катод. В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод). Если результат не меняется, тогда led вышел из строя (для установления более точного диагноза, читайте как проверить светодиод). 
  3. Визуально. Если присмотреться к светодиоду, то можно увидеть 2 кончика возле кристалла. Тот, который больше – катод, тот, что меньше – анод. 

С полярностью разобрались, теперь нам нужно определиться с тем, как подключить LED к сети. Для тех, кто не понял, читайте подробную и интересную статью определения полярности у светодиода. В ней мы собрали все возможные способы проверки, и даже при помощи батарейки.

Способы подключения

Условно, подключение происходит по 2 способам:

  1. К стационарной сети промышленной частоты (50Гц) напряжением 220В;
  2. К сети с безопасным напряжением величиной 12В.

Если необходимо подключить несколько led к одному источнику питания, тогда нужно выбрать последовательное или параллельное подключение.

Рассмотрим каждый из вышеприведенных примеров по отдельности.

Подключение светодиодов к напряжению 220В

Первое, что нужно знать при подключении к сети 220В, — для номинального свечения через светодиод должен проходить ток в 20мА, а падение напряжения на нем не должно превышать 2,2-3В. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле:

в которой 0,75 – коэффициент надежности led, U пит – это напряжения источника питания, U пад – напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток, I – номинальный ток, проходящий через него, и R – номинал сопротивления для регулирования проходящего тока. После соответствующих вычислений, номинал сопротивления должен соответствовать 30 кОм.

Однако не стоит забывать, что на сопротивлении будет выделятся большое количество тепла за счет падения напряжения. По этой причине дополнительно необходимо рассчитать мощность этого резистора по формуле:

Для нашего случая U – это будет разность напряжения питающей сети и напряжения падения на светодиоде. После соответствующих вычислений, для подключения одного led мощность сопротивления должна равняться 2Вт.

После определения номинала и мощности сопротивления можно собрать схему для подключения одного светодиода к 220В. Для ее надежной работы необходимо ставить дополнительный диод, который будет защищать светоизлучающий диод от пробоя, при возникновении амплитудного напряжения на выводах светодиода в 315В (220*√2).

Схема практически не применяется, поскольку в ней возникают очень большие потери из-за выделения тепла в сопротивлении. Рассмотрим более эффективную схему подключения к 220 В:

На схеме, как видим, установлен обратный диод VD1, пропускающий обе полуволны на конденсатор C1 емкостью 220 нФ, на котором происходит падение напряжение до необходимого номинала.

Сопротивление R1 номиналом 240 кОм, разряжает конденсатор при выключенной сети, а во время работы схемы не играет никакой роли.

Но это упрощенная модель для подключения LED, в большинстве светодиодных ламп уже встроенный драйвер (схема), который преобразует переменное напряжение 220В в постоянное с величиной 5-24В для их надежной работы. Схему драйвера Вы можете видеть на следующем фото:

Подключение светодиодов к сети 12В

12 вольт – это безопасное напряжение, которое применяется в особо опасных помещениях. Именно к таким и относятся ванные комнаты, бани, смотровые ямы, подземные сооружения и другие помещения.

Для подключения к источнику постоянного напряжения номиналом 12В, аналогично, подключению к сетям 220В необходимо гасящее сопротивление. В противном случае, если подключить его напрямую к источнику, из-за большего проходящего тока светодиод мгновенно сгорит.

Номинал этого сопротивления и его мощность рассчитываются по тем же формулам:

В отличии от цепей 220В, для подключения одного светодиода к сети 12В нам потребуется сопротивление со следующими характеристиками:

  • R = 1,3 кОм;
  • P = 0,125Вт.

Еще одним достоинством напряжения 12В, является то, что в большинстве случаев оно уже выпрямленное (постоянное), что значительно упрощает схему подключения. Рекомендуется дополнительно монтировать стабилизатор напряжения типа КРЭН или аналога.

Как мы уже знаем, светоизлучающий диод можно подключить как к цепям 12В, так и к цепям 220В, однако существует и несколько вариаций их соединения между собой:

  • Последовательное.
  • Параллельное.

Последовательное подключение

При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:

В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.

Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).

Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта. Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 

3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.

После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему параллельного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).

Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.

Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.

Недостатки последовательного подключения
  1. При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема;
  2. Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.

Параллельное подключение

В данной ситуации все происходит наоборот. На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.

 

Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002).

Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).

Это глубокое заблуждение!!! Почему? Ответ Вы найдете ниже

Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.

Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.

Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.

Недостатки параллельного подключения:
  1. Большое количество элементов;
  2. При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.

Смешанное подключение

Подобный способ подключения является самым оптимальным. По такому принципу собраны все светодиодные ленты. Он подразумевает комбинацию параллельного и последовательного подключения. Как он выполняется можно увидеть на фото:

Схема подразумевает включение параллельно не отдельных светодиодов, а последовательных цепочек из них. В результате этого даже при выходе из строя одной или нескольких цепочек, светодиодная гирлянда или лента будут по-прежнему одинаково светить.

Мы рассмотрели основные способы подключения простых светодиодов. Теперь разберем методы соединения мощных светодиодов, и с какими проблемами можно столкнуться при неправильном подключении.

Как подключить мощный светодиод?

Для работоспособности мощных светоизлучающих диодов, так же, как и простых нам потребуется источник питания. Однако в отличии от предыдущего варианта, он должен быть на порядок мощней.

Чтобы засветить мощный светодиод номиналом 1W, источник питания должен выдерживать не менее 350 мА нагрузки. Если номинал 5W, то источник питания постоянного тока должен выдержать нагрузку тока не менее 1,4А.

Для корректной работы мощного светодиода обязательно необходимо использовать интегральный стабилизатор напряжения типа LM, который защищает его от скачков напряжения.

Если необходимо подключить не один, а несколько мощных LED, рекомендуем ознакомиться с правилами последовательного и параллельного подключения, которые были описаны выше.

Ошибки при подключении

  1. Прямое подключение к источнику питания. В данном случае светодиод моментально сгорит, поскольку отсутствует ограничивающий ток резистор.
  2. Параллельное подключение через один резистор. Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный.
  3. Последовательное подключение с различным током потребления. При такой схеме подключения есть 2 варианта: либо просто одни будут светить тусклее других, либо те, что рассчитаны на меньший ток – сгорят.
  4. Неправильно подобранный ограничивающий резистор. При неправильно подобранном сопротивлении через светодиоды будет проходить большой ток, в результате чего, они будут перегреваться и со временем перегорят. При большом сопротивлении они будут светить не в полную силу.
  5. Подключение к сети переменного напряжения номиналом 220В без диода или других компонентов защиты. Если при подключении с сети 220В, если не установить дополнительный диод, то на светодиоде возникнет амплитудное значение напряжения в 315В, которое моментально выведет его из строя.

Видео

Ошибки подключения могут повлечь за собой неприятные последствия, от банальной поломки светодиодов, до нанесения себе повреждений. Поэтому, настоятельно рекомендуем посмотреть видео, где разбирают часто встречающиеся ошибки.

Заключение

Прочитав статью можно сделать вывод, что все светодиоды, вне зависимости от рабочего напряжения, всегда подключаются параллельно или последовательно — школьный курс физики. Еще стоит помнить, что никакой светодиод не подключается напрямую в сеть 220В, всегда нужно использовать защитные элементы в схеме подключения. Тип применяемых защитных элементов зависит от вида подключаемого светоизлучающего диода.

 

ledno.ru

Вопросы подключения мощных светодиодов / Теория, измерения и расчеты / Сообщество EasyElectronics.ru

Предисловие.

Когда-то давно я писал статью про подключение мощных светодиодов для одного сайта, который так и умер, не родившись — статья осталась лежать в столе. Несколько позже я писал длинный пост на Радиокоте, посвященный этой же теме. А недавно в обсуждении статьи про мой дачный фонарь прозвучала просьба пояснить, для чего все эти пляски с импульсными драйверами и отчего бы не использовать резистор. В ответ я обещал посвятить этому статью. Сим я выполняю это обещание, а заодно и утилизирую накопившийся в столе материал, скомбинировав и переработав его. Dixi.

Идемте верным путем, товарищи!

В наши дни каждый прогрессивный человек знает, что светодиоды — будущее освещения. У них огромный по современным меркам световой КПД, малые габариты, малое рабочее напряжение… Одним словом, идеальный источник света. Единственное, что смущает, это их цены. Однако, уже довольно давно в продаже есть одноваттные светодиоды, которые, на мой взгляд, являют собой оптимальное соотношение цена/характеристики, что позволяет с уверенностью говорить о целесообразности их применения для освещения уже сегодня.

Помимо же осознания важности светодиодов для народного хозяйства, прогрессивного человека сегодняшнего дня также отличает осознание того факта, что светодиод — прибор токовый. А это означает, что перед тем, как наслаждаться осознанием своей прогрессивности, созерцая свет сих приборов будущего, мы неизбежно должны построить стабилизатор тока. Однако перед тем, как заняться этим достойным делом, я хотел бы сделать небольшое отступление, предназначенное для заблудших,
доныне не познавших светодиодное дао, и упорно пытающихся подключать оные кристаллы к разнообразным источникам напряжения.

Почему не батарейка?

В принципе, теоретически, если мы определили напряжение на конкретном светодиоде при нужном токе, и потом поддерживаем его с высокой точностью, все вроде должно быть хорошо, и вроде как светодиод при таких условиях должен нормально работать от источника напряжения. Отлично. А теперь давайте подогреем сей кристалл градусов этак на пятнадцать (а если кристалл мощный, так он и сам нагреется, без нашей помощи). Или охладим. Или просто подождем, пока он постареет. Все эти факторы оказывают влияние на рабочее напряжение. Что будет? Если мы его нагреем, то рабочее напряжение диода упадет (ибо упадет сопротивление, полупроводник все же). Однако источник будет стараться держать напряжение на диоде стабильным, поднимая ток по экспоненциальной ВАХ диода. Очевидно, что в этом случае кристалл будет еще сильнее разогреваться от проходящего тока, его сопротивление будет еще больше падать, ток будет расти еще больше, и светодиод сгорит.

Потому светодиод прежде всего требует поддержания стабильного рабочего тока.

Выбираем источник тока.

Первое, что приходит в голову — включить последовательно со светодиодом резистор. Однако давайте посмотрим, чем нам это грозит.

Да, совсем забыл сказать — если мы хотим подключить несколько светодиодов к одному источнику, разумно включать их последовательно, ибо, как уже говорилось, светодиод — токовый прибор. Поэтому, включая несколько одинаковых светодиодов, мы должны включать их так, чтобы обеспечить одинаковость тока. А это возможно именно при последовательном подключении (при условии, что максимальное напряжение, которое может выдать наш источник, больше суммы падений на диодах). В противном случае нам придется делать отдельный стабилизатор тока для каждого светодиода, поскольку, если запараллелить их напрямую, то из-за разности рабочих сопротивлений токи неизбежно будут отличаться, что в перспективе также может привести к перегреву и выходу из строя сначала одного, а потом и всех диодов по очереди, поскольку с выгоранием очередного диода ток через оставшиеся будет расти, провоцируя еще более скорый выход последующих из строя.

Так вот, давайте посчитаем. Светодиод у нас потребляет ток I при среднем напряжении на нем Uпр. Тогда резистор должен принимать на себя оставшиеся Uпит.-Uпр. вольт (где Uпит. — напряжение питания). Соответственно, сопротивление резистора можно сосчитать по закону Ома:

R=(Uпит. — Uпр.)/I

При этом мощность, на нем рассеиваемая, будет равна

P=I2R

Вроде бы ничего страшного, более того, для маломощных светодиодов такой подход можно считать правильным, поскольку при напряжениях питания, существенно превосходящих среднее прямое падение на диоде и малых токах (20 — 50мА) номинал резистора получается достаточно большим для того, чтобы пристойно стабилизировать ток через диод. Происходит это следующим образом: при нагреве диода ток, как уже было выяснено, пытается вырасти, а вместе с ним растет и напряжение, которое падает на резисторе; т.о., напряжение на диоде опускается до нового, соответствующего новым условям.

Однако давайте попробуем посчитать потери на резисторе исходя из того, что мы собираемся подключать не какой-нибудь 5мм светодиод, а хороший такой одноваттный Luxeon. Обычный рабочий ток одноваттного светодиода — 350мА, среднее падение на нем примем равным 3.5В. Тогда при 12В источнике питания мощность, рассеиваемая на резисторе, составит 3 Ватта! При том, что сам светодиод у нас потребляет один Ватт! Таким образом, почти полностью теряется преимущество светодиода в КПД. Кроме того, это решение страдает еще рядом недостатков. Во-первых, невозможно заранее точно расчитать сопротивление резистора. Говоря про падение напряжения, я не случайно сказал что беру «среднее», ибо, как уже было не раз сказано, нормируется только рабочий ток, а напряжение на каждом отдельном светодиоде свое. При этом во время работы оно может изменяться в довольно широких пределах, в частности, из-за нагрева светодиода, изменения погоды на Марсе и ряду других причин. Однако, оно явно входит в формулу расчета резистора. Поэтому заранее точно рассчитать сопротивление невозможно. Во вторых, при подключении светодиода через резистор ток будет зависить от напряжения на входе. И нам потребуется стабилизировать еще и напряжение, при этом мы будем еще сильнее проигрывать в КПД. И, наконец, в-третьих, очевидно, что, чем мощнее диод, тем меньший номинал резистора для него потребуется. Но из вышесказанного также очевидно, что стабилизирующая способность резистора напрямую зависит от его номинала, причем прямо пропорционально. Одним словом, очевидно, что питать мощные диоды через резистор крайне нежелательно.

Как же быть?

Посмотрим теперь, как можно исправить перечисленные недостатки. Мощность, выделяющуюся на резисторе, можно сократить, уменьшая падение напряжения на нем. Этого можно добиться, подбирая количество включенных последовательно с ним светодиодов таким образом, чтобы максимально приблизить суммарное падение напряжения на них к напряжению источника питания. Тем не менее, ясно, что это пройдет только с маломощными диодами, которые не слишком чувствительны к стабильности тока. А вот от остальных недостатков без изменения схемотехники уйти невозможно.

Идя по пути совершенствования можно использовать микросхему вроде LM317 для стабилизации тока — это позволит не задумываться о значениях прямого напряжения на светодиодах и улучшить стабильность тока по сравнению с резистором, но даже в таком виде стабилизатор будет рассеивать слишком много тепла, так как в лучшем случае на LM317 будет падать где-то 3В. При этом тепловыделение составит как минимум около ватта, что тоже много, учитывая что светодиод, который мы собираемся использовать, тоже потребляет около ватта. То есть, используя линейный стабилизатор, мы теряем возможность подключить еще как минимум один светодиод.

Что же делать?

А есть ли иное решение, свободное и от повышенного тепловыделения? Оказывается, есть! Во всех предыдущих вариантах мы стабилизировали ток, сбрасывая излишек энергии в виде тепла на регулирующем элементе. Между тем существует другой подход к стабилизации: сначала мы берем нужную нам порцию энергии от источника, а потом передаем ее потребителю уже при другом напряжении и токе, сохраняется только количество энергии. При таком подходе КПД часто переваливает за 90%. Этот принцип реализуется в так называемых импульсных стабилизаторах, которыми и являются большинство драйверов мощных светодиодов. По сути это источники напряжения с обратной связью по току — т.е., они сами подстраивают выходное напряжение так, чтобы ток во внешней цепи был постоянен.

Собственно, импульсные драйверы и являются наилучшим выбором. Возможно я напишу о них в одной из следующих статей.

we.easyelectronics.ru

Схема подключения светодиода

Схема подключения светодиода очень проста. Это можно видеть на рисунке 1. Однако, для того чтобы правильно подключить светодиод необходимо произвести некоторые расчеты.

Схема подключения светодиода

Как видно из приведенной схемы светодиод (VD) подключается последовательно c резистором (R), образуя с ним делитель напряжения. Также резистор можно рассматривать как элемент, обеспечивающий номинальный рабочий ток светодиода.

Для расчета величины его сопротивления нам необходимо знать:

  1. падение напряжения на светодиоде (Uvd),
  2. уже упомянутый его рабочий ток (Iраб).

Если подходить строго, то эти значения следует брать из паспорта светодиода, но для дальнейших примеров я приму их за 2 Вольта (В) и 15 милиАмпер (мА) соответственно. Это достаточно реальные величины.

Далее берем закон Ома и на его основании пишем формулу:

R=U/I=(Uпит-Uvd)/Iраб=(Uпит-2)/15

Заметьте, я указал ток в мА, поэтому сопротивление получится в килоОмах (кОм). Для небольших токов так удобнее. Остается определиться с напряжением питания. Для 12 Вольт сопротивление резистора будет:

R=(12-2)/15=0,666 кОм. Ближайшее по ряду, если не ошибаюсь, 0,68 кОм или 680 ом. Округлять надо в большую сторону.

Кроме того, надо определить мощность, рассеиваемую резистором:

P=I*U=I2*R=152*0,68=153. Ток берем в мА, сопротивление в кОм, мощность получаем в милиВаттах (мВт). Ближайшая по ряду, округленная в большую сторону мощность резистора составляет 0,250 Вт.

Обратили внимание не некоторую некорректность? Расчетное значение сопротивления мы округлили в большую сторону, значит ток в цепи будет меньше, то есть мы получили завышенное значение мощности. Желающие могут посчитать точно, но разница будет незначительная.

Примем эту схему за базовую и на ее основе рассмотрим варианты подключения нескольких светодиодов:

Параллельное подключение светодиодовПараллельное подключение светодиодов (рис.2) большинством специалистов не рекомендуется по следующим основным объективным причинам:

  • из-за разброса параметров токи, протекающие через светодиоды, будут различны, что может привести к выходу из строя того светодиода, где окажется превышенным максимально допустимое значение тока,
  • при неисправности любого светодиода (обрыв) его ток поделится между оставшимися, далее по сценарию предыдущего пункта. Потом цепная реакция и вся линейка выходит из строя.
  • ток потребления такой схемы равен сумме токов всех светодиодов, то есть при их значительном количестве имеет достаточно большое значение.

Негативные последствия такого подключения можно отчасти избежать, если уменьшить рабочий ток процентов на 30% от номинального, правда яркость сечения светодиодов при этом снизится.

Если сказанное Вас не пугает можете рассчитать сопротивление и мощность резистора по приведенной ранее методике при условии что Iраб=Ivd1+…+Ivdn или просто умножьте ток любого светодиода на их количество. Почему? Потому, что для этих двух случаев светодиоды должны иметь максимально близкие параметры, то есть быть однотипными, кроме того, желательно из одной партии.

Последовательное подключение светодиодовПоследовательное подключение светодиодов (рис.3) более корректно, недостатком может явиться разная яркость их свечения (опять же из за разброса параметров).

Кстати, такое соединение используется в светодиодной ленте.

Для расчета этой схемы следует взять Uvd=Uvd1+…+Uvdn

Еще одно, общее для всех схем подключения ограничение, Uvd должно быть меньше Uпит на величину, позволяющую установить токоограничивающий резистор.

Например, для схемы на рис.3 при напряжении питания 12В и падении напряжения на светодиоде 2В можно взять пять светодиодов, суммарным падением напряжения 10В. Если их будет 6 штук, то Ur =0, что означает отсутствие резистора, а такого быть не должно.

Смешанное подключение светодиодов Последнее, как быть, если при последовательном соединении не удается соблюсти указанное условие?

Выход — использовать смешанное подключение (рис.4). Расчет схемы в этом случае производится для каждой последовательной цепи подключения, а при одинаковом количестве светодиодов и их типов в каждой цепи расчет можно сделать один раз для любой последовательной группы светодиодов.

Напоминаю — все светодиоды должны быть однотипные, по крайней мере, для общей последовательной цепи.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


eltechbook.ru

Параллельное соединение светодиодов, плюсы и минусы

Параллельное соединение светодиодов - миниатюра

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.

к оглавлению ↑

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!!!

Параллельное соединение светодиодов

Ну или для тех, кто понимает только визуальные картинки, то не правильное параллельное соединение будет выглядеть так:Неправильное соединение параллельных светоидодов

Естественно, возникает вопрос — ПОЧЕМУ нельзя соединять так? А дело тут простое…

к оглавлению ↑

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.

к оглавлению ↑

Правильное параллельное соединение светодиодов


Правильнео парарллельнео 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.

к оглавлению ↑

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.

к оглавлению ↑

Видео на тему параллельного соединения светодиодов


Ну и как всегда. в конце посмотрим достаточно интересное видео на тему параллельного соединения светодиодов зарубежного коллеги. Все русские видео на эту тему не достаточно информативны, в данном же произведении все понятно и без перевода.

leds-test.ru

Последовательное соединение светодиодов достоинства и недостатки

Миниатюра последовательное соединение светодиодов

Ранее мы рассказывали о параллельном соединении светодиодов. Посмотрели на плюсы и минусы, достоинства и недостатки… Масло масляное))) Ну уж простите. Сегодняшний пост будет посвящен самому распространенному виду соединений — последовательное соединение светодиодов.

Как только нам приходится в электрических схемах задействовать не один, а несколько светодиодов, то обязательно возникает дилемма — как правильно соединить их. Какую схему выбрать?

Если Вы начали читать эту статью, то Вас также интересует данный вопрос… Сразу и еще аз оговорюсь, что последовательное соединение светодиодов самое эффективное. Но тут есть свои минусы — не всегда это реализуемо. Почему это так, нужно углубиться в физику ( не пугайтесь, не так это страшно ))

к оглавлению ↑

Вольтамперная характеристика любых светодиодов (ВАХ)


Что такое ВАХ сильно углубляться не будем. По простому — это зависимость тока от напряжения. Этой информации нам и будет достаточно. Вольт-амперная характеристика у любого светодиода, как и у любого диода имеет нелинейную характеристику.

Вольтампераня характеристика светодиодов

Мы взяли обычный белый диод. При напряжении от 2,5-3В ток увеличивается с 2 до 15 мА. Это достаточно большое увеличение. Отсюда вытекает, что при больших изменения тока падение напряжения будет невелико.

Не смотря на то, что любой завод выпускает чипы с одной характеристикой в каждой партии, падение напряжение будет разным у каждого экземпляра. Не на много, но на десятые доли вольта это точно. Именно из-за этого источник питания светодиодов должен стабилизировать ток, а не напряжение. Такие источники питания принято называть светодиодными драйверами.

 

к оглавлению ↑

Последовательное соединение светодиодов


Последовательное соединение светодиодов

На схеме мы видим традиционное последовательное соединение светодиодов, подключенных к аккумулятору.

Данное соединение предполагает одинаково яркое свечение светодиодов. Но тут нам «мешает» резистор.

Рассмотрим не много другой пример. А именно, возьмем светодиодный драйвер и подключим его к трем последовательным светодиодам.

В результате того, что сила тока в замкнутой цепи одинакова, то и через каждый диод будет течь одинаковый ток I1=I2=I3. Соединение без резистора при помощи драйвера также обеспечивает одинаковую яркость, а разница падения напряжения на диодах не играет никакого значения. Отражается только на величине разности потенциалов между точкой 1 и 2.

последовательное соединение LEDs драйвером

к оглавлению ↑

Расчет драйвера для последовательного соединения светодиодов


Описанное выше последовательное соединение LEDs может вызвать большие вопросы по поводу выбора самого драйвера. Используя ниже приведенный алгоритм расчета Вы всегда самостоятельно сможете рассчитать драйвер, в зависимости от выбранного соединения.

Допустим нам необходимо запитать три светодиода, соединенных последовательно током 700 мА.

Падение напряжения (вымышленно) при таком токе составляет от 3,2 до 3,4 В.

Минимальное напряжение Umin=3*3.2=9.6 V

Максимальное напряжение Umax=3.4*3=10.2 V

Мощность потребляемая светодиодами составит: Р=10,2*0,7=7,14 Вт.

Итого: наш драйвер должен иметь:

Выходной ток 700 мА

Выходное напряжение 10,2В +- 5%

Выходная мощность не менее 7,2 Вт

Это все! Как видите. никаких проблем. Рассматривать расчет резистора при отсутствии драйвера не буду. Это пережитки прошлого. Любой производитель уже выпускает светодиодные драйверы на любой вкус и цвет. При этом стоимость их ничтожно мала. А эффективность от»коробочки» на много больше, чем от простого резистора.

к оглавлению ↑

Плюсы и минусы последовательного соединения светодиодов


Плюс один и большой — дешевизна в конструкции.

Минусов же при последовательном соединении как минимум два:

  1. Если выйдет из строя хотя бы один светодиод, естественно погаснет и вся цепочка. Тут, правда, можно еще один плюс найти… Если диод закоротит, то цепь не оборвется и остальные чипы продолжат свою работу.
  2. Если светодиодов много, то низковольтное питание реализовать архисложно. А это уже проблема. Особенно, если необходимо иметь безопасность в первую очередь.
к оглавлению ↑

Видео на тему последовательного соединения светодиодов


Для тех, кому лень читать много букавак, то предлагаем посмотреть простенькое видео на тему: «последовательное соединение светодиодов». Из него вы быстро почерпнете информацию как правильно подключать диоды при таком соединении.

leds-test.ru

Параллельное соединение светодиодов

Известно, что светодиоды лучше всего соединять последовательно. В этом случае ток на каждом из них будет одинаковый, что упрощает контроль над ним. Но бывают случаи, что без параллельного соединения не обойтись.

Например, если есть источник питания, и к нему необходимо подключить несколько светодиодных лампочек, суммарное падение напряжений на которых превышает напряжение источника. Иными словами, питания источника не достаточно для последовательно соединенных лампочек, и они не загораются.

Тогда лампочки включают в цепь параллельно и на каждую ветку ставят свой резистор.

По законам параллельного соединения падение напряжений на каждой ветке будет одинаковым и равным напряжению источника, а ток может отличаться. В связи с этим расчеты по определению характеристик резисторов будут проводиться отдельно для каждой ветки.

Image 008

Содержание статьи

Запрет на один резистор

Почему нельзя подсоединить все светодиодные лампочки к одному резистору? Потому что технология производства не позволяет сделать светодиоды с идеально равными характеристиками. Светодиоды имеют разное внутреннее сопротивление, и порой различия в нем очень сильны даже для одинаковых моделей, взятых из одной партии.

Большой разброс сопротивления приводит к разбросу в значении тока, а это в свою очередь приводит к перегреву и перегоранию. Значит, надо проконтролировать ток на каждом светодиоде или на каждой ветке с последовательным соединением. Ведь при последовательном соединении ток одинаковый. Для этого и применяют отдельные резисторы. С их помощью стабилизируют ток.

Основные характеристики элементов цепи

Слегка подумав, становится понятным, что одна ветка сможет содержать максимальное количество светодиодов такое же, как при последовательном соединении и питании от этого же источника.

Например, у нас есть источник на 12 вольт. К нему можно последовательно подсоединить 5 светодиодов по 2 вольта. (12 вольт:2 вольта:1,15≈5). 1,15- это коэффициент запаса, поскольку необходимо рассчитывать, что в цепь будет включен еще и резистор.

Сопротивление резистора рассчитывается с помощью закона Ома: I=U/R, где I будет допустимым током, взятым из таблицы характеристик прибора. Напряжение U получится, если из максимального напряжения источника питания вычесть падения напряжений на каждом светодиоде, входящем в последовательную цепочку (тоже берется из таблицы характеристик).

Мощность резистора находится из формулы:

P=U²/ R= I*U.

При этом все величины записываются в системе Си. Напомним, что 1 A=1000 мA, 1 мA=0,001 A, 1 Ом=0,001 кОм, 1 Вт=1000 мВт.

Сегодня много онлайн калькуляторов, которые предлагают выполнить эту операцию автоматически, просто подставив известные характеристики в пустые ячейки. Но основные понятия знать все-таки полезно.

Преимущество параллельного включения диодов

Параллельное соединение позволяет добавить 2 или 5, или 10 светодиодов, или больше. Ограничением является мощность источника питания и габариты прибора, в котором вы хотите применить такое соединение.

Лампочки для каждой параллельной ветки берут строго одинаковые, чтобы у них были максимально похожие значения допустимого тока, прямого и обратного напряжения.

Преимущество параллельного соединения светодиодов в том, что если один из них перегорит, вся цепь продолжит работать. Лампочки будут светиться и при перегорании их большего количества, главное, чтобы хоть одна ветка оставалась неповрежденной.

Как видно, параллельное соединение – это довольно полезная вещь. Просто надо уметь правильно собрать цепь, не забывая обо всех свойствах светодиодов и о законах физики.

Во многих схемах параллельное соединение комбинируют с последовательным, что позволяет создать функциональные электрические приборы.

Применение параллельного соединения светодиодов

Схема параллельного подключения с двумя выводами позволяет реализовывать двухцветное свечение лампочек, если используются два кристалла разного цвета. Цвет меняется при изменении полюсов источника (изменение направления тока). Широкое применение такая схема находит в двухцветных индикаторах.

Если два кристалла разного цвета соединить параллельно в одном корпусе и подключить к ним импульсный модулятор, то можно менять цвет в широком диапазоне. Особенно много тонов генерируется при сочетании зеленого и красного цвета светодиодов.

Image 009

Как видно на схеме, к каждому кристаллу подключен свой резистор. Катод в таком соединении общий, а вся система подключена к управляющему устройству – микроконтроллеру.

В современных праздничных гирляндах иногда применяется смешанный тип соединения, в котором несколько последовательных рядов соединяются параллельно. Это позволяет гирлянде светиться, даже если несколько светодиодных источников выйдут из строя.

При создании подсветки в помещении тоже могут применять параллельное соединение. Смешанные схемы используются при конструкции многих индикаторных электроприборов и для подсвечивающих устройств.

Несколько нюансов монтажа

Отдельно можно сказать о том, как соединяются светодиоды между собой. Каждый кристалл заключен в корпус, из которого идут выводы. На выводах зачастую стоят отметки «-» или «+», что означает соответственно подключение к катоду и к аноду прибора.

Опытные радиолюбители даже на глаз могут определить полярность, поскольку катодный вывод чуть длиннее и чуть больше выступает из корпуса. Подключение светодиодов необходимо осуществлять, строго соблюдая полярность.

Если речь идет о мощных светодиодах, то в процессе монтажа довольно часто применяют пайку. Для этого используют маломощный паяльник, чтобы ни в коем случае не перегреть кристалл. Время пайки не должно превышать 4-5 секунд. Лучше, если это будет 1-2 секунды. Для этого паяльник разогревают заранее. Выводы сильно не сгибают. Схему собирают на площадке из материала, который хорошо отводит тепло.

le-diod.ru

Схема подключения светодиода

Введение

Использование светодиодов для освещения и индикации — это надежное и экономичное решение. Светодиоды имеют очень высокий КПД, надежны, экономичны, безопасны, долговечны в сравнении с лампами накаливания и люминесцентными лампами. В данной статье рассматриваются способы включения светодиодов. Описываются способы питания светодиода от компьютера.

Что такое светодиод и как он работает

Светодиод — это, во-первых, диод. И точно так же как у обычного диода, у светодиода есть два вывода (контакта питания): анод (плюс) и катод (минус). Это связано с тем, что светодиод является полупроводником, то есть, проводит электрический ток только в одну сторону (от анода к катоду), и не проводит в обратную (от катода к аноду).

Итак, для того, чтобы светодиод засветился, надо пропускать через него электрический ток в направлении от анода к катоду. Для этого следует подать на его анод положительное, а на катод — отрицательное напряжение.

Тут и начинается самое неприятное. Оказывается, что светодиод нельзя подключать к источнику питания напрямую, поскольку это приводит к немедленному сгоранию светодиода. Причина сего поведения кроется в следующем. Выражаясь простым бытовым языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять такую мощность, которую физически не способен выдержать.

Как мы все уже догадались, для нормальной работы светодиоду нужен строгий ограничитель. Именно с этой целью последовательно со светодиодом устанавливают резистор, который служит надежным ограничителем тока и мощности. Этот резистор называют ограничительным.

Какие бывают светодиоды

Во-первых, светодиоды можно разделить по цветам: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Большинство современных светодиодов выполнено из бесцветного прозрачного пластика, поэтому невозможно определить цвет светодиода не включив его.

Во-вторых, светодиоды можно разделить по номинальному току потребления. Широко распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. Следует помнить, что светодиод не в состоянии контролировать потребляемый ток. Именно поэтому мы вынуждены использовать ограничительные резисторы.

В-третьих, светодиоды можно разделить по такому параметру, как падение напряжения в открытом состоянии при номинальном токе. Несмотря на то, что про этот параметр нередко забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничительного резистора.

Светодиод(ы) можно подключить к компьютеру разными способами.

Для подключения светодиодов в качестве простого освещения удобно использовать разъемы блока питания, выдающие 5 и 12 вольт. Для подключения светодиодов в качестве светомузыки удобно использовать LPT порт компьютера.

Подключение светодиодов к блоку питания

Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.

Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.

Рассмотрим схему подключения одного светодиода.

При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом.
При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом.

Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.

При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло (даже без резистора).
При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом.

 

Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.

При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом.
Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло (даже без резистора).

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Методика расчета питания светодиода».

Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов. Обратите внимание, что под параллельным включением подразумевается схема в которой, когда аноды и катоды всех светодиодов непосредственно сходятся в две точки (два пучка).

Такие схемы, как правило, не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения более сложны в расчетах, требовательны к источнику питания, поэтому мы будем пользоваться ими только в особых случаях. Просто посмотрим как выглядит такая схема.

При паралельном включении светодиодов следует использовать только одинаковые светодиоды, с минимальным разбросом характеристик. Сопротивление ограничительного резистора должно быть рассчитано и подобрано с высокой степенью точности. В случае выхода из строя одного из светодиодов — остальные могут выгореть по очереди друг за другом в считанные минуты.

Рекомендую никогда не использовать эту схему включения светодиодов. Но если все же условия требуют параллельного включения то советую использовать следующий вариант.

Такая схема параллельного включения светодиодов практически избавлена от опасности последовательного выгорания светодиодов. В данном случае вместо ограничиельного резистора включено несколько обычных выпрямительных диодов разных марок (НЕ светодиодов).

Благодаря падению напряжения на этих диодах, до светодиодов доходит напряжение уже не 5 Вольт, а значительно меньше. Ограничительные диоды подбираются так, чтобы до светодиодов доходило напряжение равное их падению напряжения в открытом состоянии.

Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры.

Подключение светодиодов к LPT порту

При питании светодиода от LPT порта необходимо последовательно со светодиодом можно включить резистор номиналом до 100 Ом. В большинстве случаев, при питании светодиода от LPT порта резистор бывает не нужен. LPT порт предварительно должен быть переведен в режим EPP. Подробное описание способа подключения светодиодов к LPT порту содержится в статье «LPT порт и 12 светодиодов».

 

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Универсальная методика рассчета питания светодиодов».

mavius.mavjuz.com

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.