Меню

Питание светодиодов светодиода постоянным напряжением

Схемы питания светодиодов

Содержание

  1. Что такое светодиод и как он работает
  2. Какие бывают светодиоды
  3. Параметры светодиодов
  4. Подключаем светодиод к компьютеру
  5. Подключение светодиодов к блоку питания
  6. Подключение светодиодов к LPT порту
  7. Подключение светодиода к сети 220 вольт (к розетке)
  8. Универсальная методика расчета схемы питания светодиодов

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, блока питания или прямо от бытовой сети переменного тока (розетки).

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 языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять значительную 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 часто забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничивающего резистора.

Параметры светодиодов

Номинальный прямой ток — это электрический ток, который мы должны пропускать через светодиод. Слово прямой уточняет, что речь идет о токе, текущем от анода к катоду. Слово номинальный говорит о том, что при таком токе светодиод будет исправно работать отведенный для него срок жизни и больше. Для перестраховки при расчете схемы можно принять номинальный ток на 5…10 % ниже, чем рекомендуемый производителем. Это незначительно снизит яркость свечения светодиода, зато в разы повысит его надежность и долговечность.

Падение напряжения при номинальном прямом токе — это напряжение между катодом и анодом, действующее при пропускании через светодиод номинального тока.
Этот параметр может значительно повлиять на схему подключения светодиода. Например, невозможно запитать светодиод с падением напряжения 3,2 вольт от двух аккумуляторов с напряжением по 1,2 вольт или от одного с напряжением 2,5 вольт.
Итак, для питания светодиода необходим источник питания, выдающий напряжение не меньше, чем падение напряжения при номинальном токе.

Подключаем светодиод к компьютеру

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.

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.

Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов, однако они не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения сложны в расчетах, излишне требовательны к источнику питания, наконец, просто глупы, поэтому такие схемы здесь не приведены.

Подключение светодиодов к LPT порту

При питании светодиода от порта LPT 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.

Читайте также:  Сильное напряжение мышц голени

Подключение светодиода к сети 220 вольт (к розетке)

Внимание! При подключении светодиодов к сети питания 220 вольт следует строго соблюдать меры по обеспечению электробезопасности.

При подключении светодиода к бытовой электросети переменного тока следует использовать ограничительный резистор номиналом 15 кОм для тока 10 мА или 30 кОм для тока 20 мА. Для дополнительной защиты светодиода в цепь можно дополнительно включить обычный диод. В этой схеме светодиод будет светиться лишь в полсилы.

В этой схеме светодиоды будут светиться в полную силу.

Обе схемы позволяют последовательно включить огромное количество светодиодов (до 70 штук).

Следует осознавать, что подключение светодиодов к розетке 220 В создает повышенную опасность поражения электрическим током.

Универсальная методика расчета схемы питания светодиодов

Как выбрать токоограничивающий резистор?

Для того чтобы ограничить ток, текущий через светодиод, применяют ограничительные резисторы. Как правило, номинал ограничительного резистора можно выбрать ориентировочно из рекомендуемого диапазона. Ниже приведен точный способ расчета номинального сопротивления резистора.

Расчет схемы для одного светодиода

За основу берется следующая схема:

Резистор выбирается по формуле:

Здесь R — сопротивление резистора, U — напряжение питания, dU — падение напряжения, I — номинальный ток светодиода. Например, при напряжении питания 5 вольт, падении напряжения 3,15 вольт и номинальном токе 0,020 ампера (или 20 миллиампер) последовательно со светодиодом необходимо установить сопротивление номиналом 100 Ом:

Расчет схемы для нескольких светодиодов

При последовательном включении нескольких светодиодов формула расчета не меняется. Однако вместо падения напряжения на одном светодиоде dU, в формулу следует подставить сумму падений напряжения каждого светодиода.

Отсюда вытекает следующее свойство последовательного включения светодиодов. При последовательном включении светодиодов все светодиоды должны быть рассчитаны наодинаковый номинальный ток (10 мА, 15 мА, 20 мА), однако номинальное падение напряжения этих светодиодов может быть разным.

Подключаем последовательно 2 светодиода к источнику питания 12 вольт. Оба светодиода имеют номинальный ток 20 мА. Падение напряжения на первом — 2,5 В, на втором — 3,2 В.

Источник



Выбор источника питания для светодиодов

Запись дневника создана пользователем Лифтанутый, 31.03.12
Просмотров: 26.707, Комментариев: 27

Лифтанутый Для того, чтобы включить светодиод, можно использовать привычный источник постоянного напряжения — аккумулятор, батарейку, зарядное устройство и пр.

Для питания светодиодных светильников, также как и для других электроприборов, требуется обычная электрическая сеть, которая присутствует в любой квартире в виде розетки.
Всем известно словосочетание » 220 вольт». Нам больше информации не нужно. Если написано 220В — значит в розетку можно включать.
Для светодиодов тоже есть блоки питания на 220В. Сегодня есть самые разные конструкции светодиодов, которым нужно разное питание. Например светодиодные ленты и модули требуют напряжение постоянного тока 12В или 24В, значит источником может служить любой блок питания, который переменное 220В преобразует в постоянное напряжение 12В. ( как в автомобиле). Такие устройства мы часто встречаем в быту. Они питают разные гаджеты, их еще называют сетевыми адаптерами. адаптеры.jpg
Можно использовать БП от компьютера, предварительно упаковав его в изолированный корпус.

Но мощные растительные светодиоды правильнее и удобнее питать специальными источниками но не напряжения , а источниками тока -драйверами. Название это придуманно маркетологами, это полезно, оно позволяет отличить их от простого блока питания. Внешне их можно отличить от блоков питания только по маркировке (!)
Запомните: драйвер — источник стабильного постоянного тока. (именно тока , а не напряжения!)

Ток светодиода — его важнейший параметр и его нужно обязательно соблюдать. Наши одноваттные светодиоды обычно имеют в паспорте указание о номинальном токе 350мА, 700мА и т.д. Это не значит, что он не может работать при других токах — может. Но если ему дать ток выше номинального -он будет светить намного ярче, но из-за перегрева его срок службы сократится. Планируется появление более мощных светодиодов, у которых номинальный рабочий ток будет другим, намного больше.
Поэтому не надо превышать номинальный ток, а правильнее даже чуть занизить его до 320мА. Это обеспечит сохранение ресурса длительное время 50000часов, за счет неперегрева кристалла.
Простейший драйвер – это резистор, который включается последовательно со светодиодом , ограничивает ток и «гасит» избыток напряжения, преобразуя проходящий ток в тепло. Однако неэкономично!
Мощные светодиоды так подключать можно, но очень неудобно – нужны мощные резисторы. Для них нужно свое место крепления и пр. Если нужна головная боль — используйте резисторы и обычные источники стабилизированного напряжения.
Исправный драйвер ни при каких условиях не выдаст больше тока, чем нужно — как бы вы не подключали диоды .

Но драйверов уже стало много, они похожи на электронные трансформаторы для галогенок и продавцы не всегда компетентны — поэтому надо внимательно смотреть его этикетку- шильдик. Там должны быть указаны параметры входного напряжения и выходного.
Рассмотрим такие этикетки-шильдики.

На фото два драйвера во влагозащищенных корпусах. (Бывают вообще без корпуса — не берите, если не имеете достаточного опыта). Оба драйвера обеспечивают ток 320мА. Оба работают от сети 220 В ( 100-240V). Верхний драйвер позволяет подключить 30- 40штук одноваттных светодиодов, а нижний от 5 до 12шт. Информация о пределах выходного напряжения драйвера является самой важной, она показывает сколько светодиодов можно подключить в цепь ( это суммарное падение напряжения для всей цепи)
[​IMG]
Для чего это нам? Эта информация нужна для предварительной проверки возможности драйвера запитать определенное количество светодиодов с учетом цвета кристалла. Падение напряжения на светодиоде зависит от типа кристалла. Напомню, что для красных -это 1,8-2,1Вольта, а для синих, зеленых и белых — это 3-3,5Вольта.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения ippon avr 2000 1200вт

Например, мы хотим засветить 5 красных светодиода. Если соединим их в цепь — получим суммарное напряжение на концах цепи 5 х 2 = 10Вольт. На нижнем драйвере написано 5-12 штук, а напряжение минимум 15Вольт. Нельзя недогружать драйвер! Маловато 5 штук, еще надо хотя бы 3штуки (8штХ 2В= 16В). Если бы это были синие 5шт, то напряжение цепи5х3 = 15В — подходит.

Именно потому, что светильник состоит из разных по цвету светодиодов — нужно сначала подсчитать суммарное падение напряжения на всей цепи и только тогда выбирать драйвер. Напряжение нашей светодиодной цепи должно быть в пределах выходного напряжения, указанного на этикетке драйвера. Если вы не попадаете в указанные пределы — тогда придется добавить лишние или убавить рассчитанное ранее количество светодиодов. Это в случае, когда нельзя подыскать другой драйвер.

Из практики: если вы правильно все посчитали, а светильник «моргает» светодиодами — значит ему нехватает нагрузки. Придется добавить светик- другой. Я добавляю зеленые — они здорово улучшают восприятие глазом, хотя растениям от этого немного пользы.

Никогда не загружайте драйвер до верхнего предела мощности- это ведет к его перегреву и снижению надежности, ведь внешняя среда непредсказуема. Вдруг жарко станет на кухне от предпраздничной жарки — варки и он перегреется. капут, однако может быть.
Если вам попадется драйвер на больший ток, например 700мА- его можно использовать для светиков на 350мА, но тогда придется сделать две параллельные светодиодные цепи, либо отдельные светики включать попарно. При этом возможны неприятности — если один светодиод сгорит ( не было ни разу), то вторая цепь окажется под удвоенным током, но будет продолжать работать с увеличенной яркостью пока вы не вмешаетесь:

Будьте внимательны — есть драйверы, подключаемые к источникам низкого напряжения 12V, 24V — это указано в этикетке. А выходные напряжения у них могут быть такими же, как и у сетевых.

Дополнение. Кроме одноватных есть и другие светодиоды: 3,5,10 ватт и далее. На драйвере указаны пределы суммарной мощности. Например, верхний драйвер (30-40вТ) может запитать или 30шт одноваттных или 10шт трехваттных и т.п. Главное не уйти за пределы этих параметров.
примечание светодиодные драйвера можно включать параллельно на одну
нагрузку. Это дает возможность быстро увеличивать мощность светового потока
светодиодного светильника за счет увеличения — уменьшения силы тока. (В разумных пределах, конечно.)

Например рассада стала тянуться — увеличиваем ток вдвое через синие
светодиоды. При номинальном токе 350мА (если теплоотвод хороший) , это возможно однако
это уже снижает ресурс долговечности.

Можно для этой цели использовать дополнительный светильник, который
питается дополнительным драйвером только на время интенсивного торможения
рассады томатов.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ:

1. включение -выключение драйвера( ов) должно быть только в сетевом проводе
(220В), а не на выходе к светодиодам.
Нельзя коммутировать вторичную цепь драйвера-могут выйти из строя светодиоды.

2. Не забудьте заранее увеличить площадь теплоотвода для светодиодов, при
использовании дополнительного тока. И хорошо «утеплите»
Номенклатура доступных драйверов непрерывно расширяется. Многие
российские заводы начали поставлять «свои» драйвера собранные из китайских
полуфабрикатов — это конечно радует. Но при этом стали попадаться
драйвера по привлекательной цене, в характеристиках которых не указаны очень
важные для электробезопасности сведения. Нам с вами не обязательно знать
электрическую схему драйвера, но степень защиты от поражения электрическим
током зависит именно от нее. Об этом подробнее.

Если в схеме есть трансформатор ( у него две обмотки и более) — то
он гальванически отделяет сеть от светодиодов (нет электрической связи между
проводами 220В и проводами для подключения светодиодов!).
А если вместо трансформатора ( для экономии), стоит дроссель с двумя
обмотками, то никакого гальванического разделения входной и выходной цепей
не будет! На самом деле, для профессионалов, ничего страшного в этом нет.
Такие драйвера можно использовать для светильников, висящих на недоступной
высоте. В таких конструкциях предусматривают невозможность связи
светодиодов с корпусом и есть надежное заземление!

Но использовать такие драйвера для самодельных светильников досветки растений ОПАСНО для
ЖИЗНИ. потому что фазный провод может быть гальванически связан с
металлическим каркасом светильника. И рядом вода, жена и дети!
Поэтому, приобретая драйвера, обязательно интересуйтесь наличием гальванической развязки.

Источник

Ликбез о питании светодиодов

Очень часто при покупке светодиода задаётся вопрос: «На сколько он вольт?» Разумеется, если речь идёт о LED-лампе, модуле, ленте, панели – законченном устройстве, уже содержащем схему управления или хотя бы просто резистор – то да, они выпускаются на стандартные напряжения. В подавляющем большинстве это 12В постоянного тока или 220 переменного. В промышленной аппаратуре встречаются и другие значения питающего напряжения, но в данной статье мы не будем касаться таких устройств, а рассмотрим, как правильно запитать дискретные светодиоды простейшими средствами – без готовых (и недешёвых) промышленных драйверов.

Прежде всего, следует помнить, что практически для всех электрических процессов в основном важно не напряжение, а ток. Физика описывает механическое действие тока, химическое действие тока, тепловое действие тока. Не напряжения, а именно тока. А какое напряжение необходимо приложить, зависит от требуемого тока и сопротивления нагрузки: U=IR (производное закона Ома).

И вот это самое R (сопротивление) зачастую непостоянно, и зависимость тока от напряжения нелинейная. Даже в обычной лампочке накаливания сопротивление нити возрастает (как и у всех металлов) с повышением температуры. Но такая нелинейность нам на руку: как бы сам собой стабилизируется ток – его увеличение ведёт к разогреву волоска, это повышает сопротивление и, следовательно, противодействует дальнейшему увеличению тока. Именно поэтому лампы накаливания можно питать фиксированным напряжением: необходимый ток установится автоматически.

Читайте также:  Как понизить постоянное напряжение с 24в до 12в

Вольт-амперная характеристика светодиода

Со светодиодами – сложнее. Их вольтамперная характеристика (ВАХ), как и у всех полупроводниковых диодов, при достижении некоторого напряжения становится очень крутой, почти вертикальной, и малейшее его отклонение может вызвать значительное изменение тока. И даже при очень точном и стабильном напряжении к тем же результатам может привести тепловое смещение характеристики. Наконец, светодиоды имеют разброс параметров, и при одном и том же напряжении ток может сильно отличаться даже у приборов из одной партии.

Рабочий участок характеристики лежит в очень узком диапазоне напряжений и зависит от длины волны излучаемого света и материала светодиода: 1,5. 2,1 В для арсенида галлия (красных, оранжевых, желтых), но более 2,4 В для красных же из AlInGaP. Таблица по всем цветам и материалам обширна, а для расчетов, в общем, не нужна. С достаточной точностью можно считать напряжение светодиодов

  • красных – 2 В,
  • желтых – 2,5 В,
  • зелёных – 3 В,
  • синих и белых – 3,5 В.

В принципе так можно было бы и отвечать на вопрос из первого предложения статьи, но с оговоркой, что любое отклонение напряжения приведет либо к перегоранию светодиода, либо к тому, что он будет излучать лишь несколько процентов своего номинального светового потока.

Таким образом, светодиоды следует питать только фиксированным током (не напряжением!), а уж просто его ограничить или стабилизировать с высокой точностью – зависит от того, какое качество освещения, эффективность и долговечность излучателя необходимы.

Простейший драйвер светодиода

При использовании светодиодов для индикации или подсветки небольшой мощности, вполне допустимо погасить ток до уровня 60-70% максимально допустимого просто последовательно включенным резистором с сопротивлением:

R=(U-UVD)/I, где U – напряжение питания, UVD – рабочее напряжение светодиода (или суммарное нескольких, включенных последовательно), I – необходимый ток.

Мощность, выделяющаяся на резисторе P=I2R при питании маломощных светодиодов от низковольтных источников, обычно не превышает 100 мВт и позволяет использовать маленькие детали.

Максимально допустимый ток практически всех маломощных диодов (полностью пластиковых, не имеющих площадки для радиатора) составляет 20 мА, а мощность – не более 50 мВт. Исключение – квадратные «Пираньи», которые могут содержать несколько кристаллов, включенных параллельно, или кристаллы большой площади, и рассеивать, соответственно, до 200 мВт. Это немного, но в случае близкого расположения нескольких светодиодов может вызвать ощутимый нагрев, что необходимо учитывать в конструкции – обеспечивать конвекцию воздуха, не заливать теплоизолирующими полимерами и т.д.

Из формулы видно, что тот же самый ток можно получить при различном сопротивлении – в зависимости от напряжения и количества светодиодов. Например, около 14 мА будет протекать через диод с рабочим напряжением 3 В при его питании от 12-вольтового источника через резистор 643 Ом. И такой же ток, но через 3 аналогичных диода, обеспечит резистор в 214 Ом. В первом случае существенно меньше будет изменение тока при отклонениях напряжения питания и температурном дрейфе ВАХ, зато во втором – в 9 раз меньше потери энергии на резисторе (относительно потребляемой излучателями). Палка о двух концах: экономичность против стабильности и долговечности. Практически для нормальной работы светодиодов достаточно, чтобы на резисторе падала где-то треть-четверть напряжения питания.

Параллельное включение светодиодов

Если количество светодиодов не укладывается в это условие (их суммарное напряжение превосходит или незначительно меньше напряжения источника), применяют групповое включение нескольких параллельно соединённых последовательных цепочек с резистором в каждой. Просто параллельное соединение светодиодов используется только в дешёвых китайских фонарях и не может гарантировать равномерного распределения тока между излучателями даже одной партии, не говоря уже о раздельно приобретенных компонентах.

Например, необходимо запитать 10 белых маломощных светодиодов от источника в 9 В (достаточно стабильного, не «гуляющего», как бортовая сеть автомобиля на 30-40%). В таком случае можно выбрать ток достаточно близкий к максимально допустимому. Скажем, 17 мА.

Последовательное соединение 3х3,5 В уже неприемлемо: недостаточно напряжения питания. Значит, останавливаемся на схеме из пяти цепочек по 2 диода – как раз треть питания на резисторах, сопротивлением R = (9 В-2*3,5 В)/17 мА=117 Ом. Конечно, не обязательно искать соответствующие прецизионные, вполне подойдёт ближайшее значение из стандартного ряда – 120 Ом.

Ток, потребляемый от источника, составит 5*17=85 мА, а мощность P=U*I=9 В*85 мА=765 мВт. То есть подойдёт блок питания мощностью всего 1 Вт (щелочная батарейка «Крона» прослужит около сотни часов).

Именно так (параллельные группы только не из двух, а из трёх последовательно соединённых диодов и резистора) устроены 12-вольтовые светодиодные ленты. Поэтому резать их можно только по специально отмеченным границам – на целое количество групп.

Стабилизатор тока на транзисторе

Стабилизировать ток в маломощной цепочке проще всего полевым транзистором VT с начальным током стока, слегка превышающим рабочий ток светодиодов (КП302, КП307 и т.п.), подобрав его точное значение изменением сопротивления R в пределах нескольких десятков Ом.

Более серьёзные схемы для стабилизации тока, а также для питания светодиодов от сети 220 В рассмотрены в статье про самодельные LED-лампы. В случае же еще больших мощностей или совсем низковольтного питания (менее 3В), или для максимальной эффективности использования самых дорогих излучателей рекомендуется уже применять промышленные драйверы: себестоимость самодельного устройства такой сложности будет выше, чем у серийно выпускаемого.

Источник

Adblock
detector