Схема светодиода: Правильные схемы подключения светодиода

Простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт без драйвера (самое простое питание светодиода от сети напряжением 220В)

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

1. Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
2. Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

R = (U_вх — U_LED) / I

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U_вх — U_LED)² / R

где U_вх = 220 В,
U_LED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U_вх/I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В)²/11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Сопротивление резистора, кОм	Амплитудное значение тока через светодиод, мА	Средний ток светодиода, мА	Средний ток резистора, мА	Мощность резистора, Вт
43	7. 2	2.5	5	1.1
24	13	4.5	9	2
22	14	5	10	2.2
12	26	9	18	4
10	31	11	22	4.8
7.5	41	15	29	6.5
4.3	72	25	51	11.3
2.2	141	50	100	22

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0. 018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%).

Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с

ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (К_п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

К_п = (Е_max — E_min) / (E_max + E_min) ⋅ 100%,

где Е_мах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е_мин — минимальное.

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Давайте попробуем приблизительно рассчитать емкость конденсатора на конкретном примере.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

К_п = (U_max — U_min) / (U_max + U_min) ⋅ 100%

Подставляем исходные данные и вычисляем U_min:

2.5% = (2В — U_min) / (2В + U_min) ⋅ 100% => U_min = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

t_зар = arccos(U_min/U_max) / 2πf = arccos(1. 9/2) / (2⋅3.1415⋅50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

t_разр = Т — t_зар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I_LED⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

R_c = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

К сожалению, электролитические конденсаторы, из-за своей большой паразитной индуктивности, плохо справляются с ВЧ-помехами, поэтому большая часть энергии импульса пойдет через p-n-переход светодиода.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.

Вот здесь можно посмотреть, как еще сильнее усовершенствовать данную схему, добавив в нее стабилизатор тока на одном транзисторе и стабилитроне. Это существенно понизит пульсации и продлит срок службы светодиодов.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U²_вх — U²_LED)) [Ф],

где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), U_вх — действующее значение напряжения сети (220В), U_LED — напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U²_вх — U²_LED) приблизительно равно U_вх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ I_LED / U_вх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под U_вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I_LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1. 5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

C1	15 nF	68 nF	100 nF	150 nF	330 nF	680 nF	1000 nF
ILED	1 mA	4.5 mA	6.7 mA	10 mA	22 mA	45 mA	67 mA

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

• X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
• X2 – самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
• Y1 – работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
• Y2 – довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать полноценные схемы, которые называются драйверами.

Правильное подключение светодиода. Схемы подключения.

1. Подключение светодиода к низковольтному напряжению постоянного тока.

       Если у Вас появилась задача подключения светодиода, то постараюсь Вам в этом помочь в этой статье. При подключении светодиодов необходимо правильно подключать светодиод, соблюдать полярность. Что бы узнать, где у светодиода плюс (+) , а где минус (-) достаточно посмотреть на светодиод одна из ножек светодиода длиннее, чем вторая, соответственно самая длинная ножка будет плюс (+), а короткая минус (-). Начнем с подключения одинарных обычных светодиодов с рабочим напряжением 2-3В с рабочим током 10-20мА, как правило, напряжение светодиодов 2 вольта и что бы подключить светодиод,  скажем к 12 вольтам постоянного напряжения (схема подключения светодиода к 12 вольтам представлена на рисунке 1), нам необходимо подобрать резистор.

Рисунок 1 — Схема подключения светодиода

 

     Чтобы подобрать резистор для светодиода, будем пользоваться следующим способом: нам известно, что напряжение светодиода 2В, соответственно при подключении светодиода к 12 вольтам (например, светодиод будем использовать в автомобиле) нам надо ограничить 10В, в принципе в случаях светодиодов правильней говорить ограничить ток светодиода, но мы при выборе резистора будем пользоваться простым проверенным многими годами  способом  без всяких математических формул.   На каждый вольт  необходим резистор сопротивлением 100 Ом, т.е. если светодиод с рабочим напряжением 2В,  и мы подключаем к 12 вольтам, нам нужен резистор 100Ом х 10В=1000 Ом или 1кОм обычно на схемах обозначается 1К, мощность резистора зависит от тока светодиода, но если мы используем обычный не мощный светодиод, как правило, его ток 10-20мА и в этом случае достаточно резистора на 0,25Вт самого маленького резистора по размеру.
    
     Резистор с большей мощностью  нам понадобится в 2х случаях: 1) если ток светодиода будет больше и 2) если напряжение будет выше, чем 24В и соответственно в случаях подключения светодиода к напряжению 36-48В и выше нам понадобится резистор с большей мощностью 0,5 – 2Вт, а в случае подключения светодиода к сети 220В лучше использовать резистор на 2Вт, но при подключении светодиода к сети переменного тока нам потребуется еще ряд элементов, но об этом чуть позже.

     
      А если нам надо будет подключить светодиод к напряжению 24В, то резистор нужен будет 100Ом х 22В = 2,2кОм. Т.е. при помощи данного способа можно рассчитать резистор для подключения 2-3 вольтового светодиода и с током 5-20мА на любое напряжение постоянного тока. Для удобства приведу ряд номиналов резисторов (рисунок 2) для разных напряжений постоянного тока:
5В – R1 = 300 Ом; 9В – R1 = 750 Ом; 12В – R1 = 1 кОм; 15В – R1 = 1,3кОм; 18В – R1 = 1,6 кОм; 24В – R1 =2,2 кОм; 28В – 2,6 кОм
       

Рисунок 2 — Подключение светодиодов к различному напряжению

     Если требуется светодиод подключить к батарейке, скажем на 3В, то можно поставить резистор последовательно на 100 Ом, а если батарейка пальчиковая на 1,5В, то можно подключить и без резистора.
При расчете мы можем выбрать только резисторы из стандартных номиналов, поэтому нет ничего страшного, если сопротивление резистора, будет чуть больше или меньше расчетного.

     Если вы используете очень яркий светодиод, а светодиод используется, к примеру, для индикации в каких-либо устройствах, то можно сопротивление резистора увеличить, и тем самым яркость светодиода уменьшится, и светодиод не будет ослеплять.   Но лучше всего в таких случаях если не требуется большая яркость светодиода, то при покупке в магазине или заказе в Китае можно выбрать матовый светодиод нужного  цвета и током, как правило, 6-20мА, угол обзора у данных светодиодов, как правило, составляет 60 градусов, они отлично подходят для индикации, не ослепляют и от них не устают глаза, даже если долго на них смотреть. Прозрачные белые светодиоды для данных целей, как правило, не подходят.

     В случае подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO, как правило, рабочее  напряжение составляет 5В, соответственно резистор можно взять 300-470 Ом можно и еще с большим сопротивлением. Главное учитывать, что ток не может превышать предельного тока вывода микроконтроллера, как правило, не более 10мА, поэтому сопротивление резистора 300-470 Ом для подключения светодиода является золотой серединой. Схема подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO представлена на рисунке 3. Стоит обратить Ваше внимание, что светодиод может быть подключен как анодом, так и катодом к микроконтроллеру и от этого будет зависеть программный способ управления светодиодом.  

Рисунок 3 — Подключение светодиода к плате ARDUINO

         3. Последовательное подключение нескольких светодиодов
       При последовательном соединении светодиодов чтобы их яркость не отличалась, друг от друга надо, чтобы светодиоды были одного типа. При последовательном соединении светодиодов сопротивление резистора будет меньше в отличие от случая, когда мы подключаем один светодиод. Для расчета резистора мы так же можем использовать ранее рассмотренный способ.

К примеру, нам необходимо последовательно подключить четыре светодиода  к напряжению постоянного тока 12В, соответственно рабочее напряжение светодиодов 2В при последовательном соединении будет 2В х 4шт. = 8В. Тогда мы можем выбрать резистор из стандартного ряда на 470-510 Ом. При последовательном соединении светодиодов ток, протекающий через все светодиоды, будет одинаковым.
 
                     Рисунок 5 — Последовательное соединение светодиодов
     Одним из недостатков последовательного соединения светодиодов  является тот факт, что в случае выхода одного из светодиодов из строя, все светодиоды перестанут светится. Ниже приведена схема с последовательным соединением двух, трех и четырех светодиодов.

        4.Параллельное подключение светодиодов
      При параллельном подключении светодиодов  резистор выбираем так же, как в случае одиночного светодиода. На каждый светодиод должен быть свой резистор при этом, если резисторы по сопротивлению будут отличаться или светодиоды будут различных марок, то будет очень заметно неравномерность свечения одного светодиода от другова. Ток при параллельном соединении будет складываться в зависимости от количества светодиодов.

Рисунок 6 — Параллельное соединение светодиодов

     5. Подключение мощных светодиодов с большим рабочим током, как правило, применяемых для освещения. При использовании мощных светодиодов лучше всего не использовать обычные резисторы, а применять специальные импульсные источники питания для светодиодов в них, как правило, уже установлены цепи стабилизации тока, данные источники питания обеспечивают равномерность свечения светодиодов и более долговечный срок службы. Светодиоды, применяемые для освещения  необходимо устанавливать на теплоотвод (радиатор).

           6. Подключение светодиода к переменному напряжению 220В.
      (Внимание!!! Опасное напряжение все работы по подключению к сети 220В необходимо производить только при выключенном, снятом напряжении и при этом необходимо убедится, что напряжение отсутствует.  Будьте внимательны. Ко всем элементам схемы не должно быть прямого доступа).
     При подключении светодиода к переменному напряжению 220В нам понадобится не только резистор, но и диод для выпрямления напряжения, так как светодиод работает от постоянного тока. Без диода на переменное напряжение лучше не включать. Схема подключения светодиода к сети 220В представлена на рисунке 7. Благодаря тому что мы используем два резистора вместо одного, мы можем использовать резисторы мощностью 1Вт.  Так же лучше всего установить конденсатор особено если будет заметно мерцание светодиода. Конденсатор может быть керамический или пленочный главное нельзя использовать электролитический конденсатор.

Рисунок 7 — Схема подключения светодиода к сети 220В.

      7. Подключение двухцветных светодиодов.
Если мы возьмем двухцветный светодиод, то увидим, что у данного светодиода не два, а три вывода, соответственно, один вывод по центру является общим, а два вывода по бокам каждый отвечает за свой цвет.

       Немного математики :
Расчет сопротивления ограничивающего резистора при 5В и токе светодиода 20мА:
R = U / Imax = 5 / 0.020 = 250 Ом — соответственно сопротивление резистора при 5В должно быть не меньше 250 Ом

 

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.

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 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 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.

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.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

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

Как подключить светодиод? | Сила Тока .

NET

Хотя светодиоды (светики) используются в мире ещё с 60-х годов, вопрос о том как их правильно подключать, актуален и сегодня.

Начнем с того, что все светодиоды работают исключительно от постоянного тока. Для них важна полярность подключения, или расположения плюса и минуса. При неправильном подключении. светодиод работать не будет.

Как определить полярность светодиода

Полярность светодиода можно определить тремя способами:

1. У традиционного светодиода, длинная ножка (анод) является ПЛЮСом. А короткая (катод) соответственно МИНУСом. На пластиковом основании (головке) светодиода есть срез, он обозначает расположение катода или минуса.
2. Присмотритесь внутрь светика. Контакт в виде флажка — минус. Тонкий контакт — плюс.
3. Используйте мультиметр. Установите центральный переключатель в режим «прозвонки». Щупами прикоснитесь к контактам проверяемого светодиода. Если светодиод засветится — тогда красный щуп прижат к плюсу светодиода а черный, соответственно к минусу.

N.B. Хотя на практике последний способ иногда не подтверждается.

Как бы там ни было, следует заметить, что если кратковременно (1-2 секунды) не правильно подключить светодиод, то ничего не перегорит и плохого не произойдет. Так как диод сам по себе в одну сторону работает, а в обратную нет. Перегореть он может только из-за повышенного напряжения.

Номинальное напряжение для большинства светодиодов 2,2 — 3 вольта. Светодиодные ленты и модули, которые работают от 12 и более вольт, уже содержат в схеме резисторы.

Как подключить светодиод к 12 вольтам

Подключать светодиод напрямую к 12 вольт — запрещено, он сгорит в долю секунды.  Необходимо использовать ограничительный резистор (сопротивление). Размерность резистора высчитывается по формуле:

R= (Uпит-Uпад)/0,75I,

где  R –величина сопротивления резистора;

Uпит и Uпад – напряжение питания и падающее;

I – проходящий ток.

0.75 — коэффициент надёжности для светодиода (величина постоянная)

Для большей ясности, рассмотрим на примере подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору 12 вольт.

В данном случае:

• Uпит — 12 вольт (напряжение в авто аккумуляторе)
• Uпад — 2,2 вольта (напряжение питания светодиода)
• I — 10 мА или 0,01 А (ток  одного светодиода)

По вышеуказанной формуле, получим R=(12-2.2)/0.75*0.01 = 1306 Ом или 1,306 кОм

Ближайшее стандартное значение резистора — 1,3 килоОм

Это еще не всё. Требуется вычислить требуемую минимальную мощность резистора.

Но для начала определим фактический ток I (он может отличаться от указанного выше)

Формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет)

где:

• Rсвет — Сопротивление светодиода:

Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом,

из этого следует, что ток в цепи

I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А

Фактическое падение напряжения светодиода будет равно:

 Uпад.свет = Rсвет * I = 220 * 0,007 = 1,54 В

И наконец, мощность равна:

P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт).

Следует взять чуть больше мощности стандартной величины. В данном случае лучше подойдет 0,125 Вт.

Итак, чтобы правильно подключить один светодиод к 12 вольтам, (авто аккумулятор) потребуется в цепь вставить резистор, сопротивлением 1,3 кОм и мощностью 0,125 Вт.

Резистор можно присоединять к любой ноге светодиода.

У кого в школе, по математике была твердая двойка — есть вариант попроще. При покупке светодиодов в радиомагазине, спросите у продавца какой резистор Вам нужно будет вставить в цепь. Не забудьте указать напряжение в цепи.

Как подключить светодиод к 220в

Размерность сопротивления в данном случае расчитывается подобным образом.

Исходные данные те же. Светодиод потреблением 10 мА и напряжением 2.2 вольт.

Только напряжение питания в сети 220 вольт переменного тока.

Итак:

R = (Uпит.-Uпад.) / (I * 0,75)

R = (220 — 2.2) / (0,01 * 0,75) = 29040 Ом или 29,040 кОм

Ближайший по номиналу резистор стандартного значения 30 кОм.

Мощность считается по то й же формуле.

Для начала определяем фактический ток потребления:

I = U / (Rрез.+ Rсвет)

где:

Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом,

а из этого следует, что ток в цепи будет:

I = 220 / (30000 + 220) = 0,007 А

Таким образом реальное падение напряжения светодиода будет:

Uпад.свет = Rсвет * I = 220 * 0,007 = 1,54 В

И наконец мощность резистора:

P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59 Вт)

Мощность сопротивления должна быть не менее 1,59 Вт, лучше немного больше. Ближайшее большее стандартное значение 2 Вт.

Итак для подключения одного светодиода к напряжению 220 вольт, нам потребуется в электрическую цепь примостить резистор номиналом 30 кОм и мощностью 2 Вт.

НО! Так как в данном случае ток переменный, то светодиод буде гореть только в одну полуфазу то есть будет очень быстро мигать, приблизительно со скоростью 25 вспышек в секунду. Человеческий глаз это не воспринимает и будет казаться, что светик обычно горит. Но на самом деле он все равно будет пропускать обратные пробои, хоть и работает только в одном направлении. Для этого требуется поставить в цепь обратно направленный диод, дабы сбалансировать сеть и уберечь светодиод от преждевременного выхода из строя.

Светодиод на схеме, обозначение диодов и светодиодов

Сразу оговорюсь, что статья будет посвящена не только как обозначается светодиод на схеме, но и диодов как таковых, ввиду того, что они являются прародителями LED.

Обратимся к физике: диод – можно перевести как «двухэлектродный». Издревле электроника строилась на электровакуумных приборах и именно оттуда телевизионные лампы носили названия как: диоды, триоды, пентоды и т.п.

Вообще полупроводниковые диоды изобретены в начале 20 века и использовались для «различения» детектирования радиосигналов. Название диодов построено по количеству электродов (ножек прибора) – диоды (два), триод (три) и т. д.

Главное свойство любого диода – характеристика проводимости. Обозначение диода на схеме позволяет определить направление тока. Движение тока всегда будет совпадать со стрелкой на Условно-Графическом Обозначении. УГО – элемент (значок) которым обозначается диод на схеме. Рассмотрим ряд наиболее распространенных видов полупроводников на схеме от других подобных элементов.

Обозначение светодиодов и фотодиодов на схеме

---

Мы уже знаем, что светодиод – это обычный диод, способный излучать свет. Традиционным обозначением светодиодов, требования к графическому изображению которого устанавливает еще советский ГОСТ 2.730-73, выступает графический значок обычного диода. Чтобы это отобразить на схеме – было принято изображать на схеме две исходящие стрелки.

Как обозначается светодиод на схеме

---

Вход в светодиод – анод, выход – катод. На схеме этого, как правило, не показывают. Это необходимо просто запомнить. Маркировка выводов выполняется либо метками, либо длиной пинов. Короткий пин (ножка) – катод

Светодиод на схеме — обозначение

Обозначение фотодиодов на схеме

---

Фотодиод на схеме обозначается с точностью наоборот светодиодов. В таких УГО стрелки указываются в обратную сторону. Свойство фотодиода – изменение проводимости в зависимости от количество света, попадающего на его поверхность. Яркий пример применения – в фотодатчиках, которые включают и отключают искусственный свет, в зависимости от времени суток (освещенности).

Отображение фотодиода на схеме

Графические обозначения распространенных диодов на схеме

---

Простой диод на схеме

---

На схеме я показал обычный диод, который будет изображаться таким образом и никак иначе. Общий вид диодов не обязательно должен иметь такой вид, как на фото. В настоящий момент насчитывается до десятка разновидностей простых диодов.

 

Схема диода Шоттки

---

Диод Шоттки – один из видов выпрямительных диодов и применяется в высокочастотных цепях. Могут выпускаться как в дискретных видах, так и сразу в сборках. Кто хоть раз разбирал блоки питания, мог их там видеть. В частности в блоках питания компьютеров. На корпусе диода указывается графическая схема цоколевки и внутренняя схема включения.

Схема диода Зенера

---

Схема Зенера диод

Диод Зенера – в отечественной технической литературе трактуют «стабилитроном»

Внешне такие диоды выпускают в различных видо форматах. Выглядит как простой диод с меткой на одной из сторон. Может быть как в черной цветовой гамме, так и в стеклянном корпусе красного цвета с черной меткой на катоде. Основное свойство диода Зенера – стабилизация напряжения. Как правило его используют параллельно нагрузке в обратном направлении: к катоду подводят «+», а аноду «-«.

Схема варикапа

---

Схема и вид варикапа

Варикап – полупроводниковый прибор, диод. Применяется в цепях, где производятся операции с частотой сигнала. На схеме диод обозначется совместно с конденсатором.

Заключение по светодиодам на схемах

---

Мы рассмотрели наиболее распространенные диоды, светодиоды и их обозначение на схемах. Есть более специфические, но они вряд ли Вам могут пригодиться на первоначальном этапе знакомства со светодиодами.

Обзор схем включения и управления современными светодиодами

Светодиоды в портативных приборах

На первом месте стоит, конечно, использование светодиодов в схемах задней подсветки активных TFT-матриц LCD-дисплеев, широко применяемых сегодня в большинстве портативных приборов. Так как все они питаются обычно от одного-единственного литиевоионного аккумулятора, общее потребление прибора зависит от числа используемых светодиодов, способов их включения (последовательное или параллельное), тока через каждый светодиод и, конечно же, от КПД устройства. На рис. 1 показано три различных способа управления большим количеством светодиодов с помощью микросхем фирмы Texas Instruments. При последовательном соединении через все светодиоды цепи протекает равный ток, что обеспечивает одинаковую яркость их свечения. Выходное напряжение повышающего преобразователя (рис. 1а) хорошо приспособлено к последовательному включению светодиодов — КПД такой схемы достигает 85% и более. Малое количество соединений между источником энергии (в данном случае микросхемой TPS6106Х) и светодиодами дает еще одно преимущество, особенно ценное в мобильных телефонах-«раскладушках».

Напротив, достоинством параллельного соединения является то, что при выходе из строя одного светодиода не отключается вся подсветка, как это обязательно происходит при последовательном соединении. Существует два возможных вида питания цепей параллельного соединения светодиодов: линейный стабилизатор нагрузочного тока (рис. 1б) и так называемая подкачка заряда (рис. 1в). Чтобы найти оптимальную схему управления, необходимо более детально рассмотреть условия работы. Типовое прямое напряжение (падение напряжения при номинальном прямом токе) одного белого светодиода в зависимости от величины тока составляет 2,5–5 В. Линейный стабилизатор тока является наиболее оптимальным по стоимости и самым эффективным видом управления только в тех случаях, когда используются подходящие светодиоды с наименьшим прямым напряжением, способные работать при разряженном до напряжения 3 В аккумуляторе. Параллельное соединение используется преимущественно в подсветке с задней стороны клавиатур приборов — в случае, когда светодиоды потребляют ток менее 10 мА.

Рис. 1. Способы управления светодиодами, работающими в схемах задней подсветки ЖК-дисплеев, питающихся от аккумуляторов: а) повышающий преобразователь напряжения с катушкой индуктивности; б) линейный стабилизатор нагрузочного тока; в) генератор подкачки заряда

Если прямое напряжение светодиода выше минимального рабочего напряжения аккумулятора (за вычетом необходимого падения напряжения во внутренних цепях), то в этом случае необходимо повышать напряжение с помощью генератора подкачки заряда (рис. 1в). В этом примере используется микросхема TPS60250, которая оптимизирует КПД посредством динамического переключения усиления напряжения в полтора раза. Во всех схемах параллельного подключения светодиодов необходимо точное внутреннее выравнивание их токов с целью достижения одинаковой степени освещенности и постоянства цветового спектра дисплея. Как линейный источник постоянного тока на микросхеме TPS75105, так и генератор подкачки заряда на микросхеме TPS60250 обеспечивают 2%-ную точность выравнивания токов даже при очень малых их значениях.

Дисплеи на органических светодиодах (OLED — Organic LED) отличаются в значительной степени и принципиально от TFT LCD-дисплеев, поскольку они не требуют задней подсветки, а состоят из самосветящихся пикселов. К настоящему времени применение этой многообещающей технологии распространено только на маленькие экраны с небольшой продолжительностью включения, чтобы обойти пока еще существующую проблему малого срока службы OLED при высокой плотности светового потока. Типичным примером применения OLED является второй (внешний) дисплей раскладного мобильного телефона. Изображенная на рис. 2 схема на микрочипе TPS61140/1 дает возможность одновременного подключения светодиодов задней подсветки обычного первого TFT LCD-дисплея и второго OLED-дисплея, управляемого напряжением посредством повышающего преобразователя с одной катушкой индуктивности.

Рис. 2. Способ одновременного управления одной схемой обычными светодиодами задней подсветки первого дисплея и второго OLED-дисплея мобильного телефона

Дальнейшие, более сложные требования к освещению привели к тому, что производители полупроводников обратили внимание на мобильные приборы с цифровым интерфейсом и программируемым процессорным управлением. Одним из примеров могут быть управляемые разноцветные мигающие огни, которые используют так называемые многокристальные RGB-светодиоды, состоящие обычно из трех кристаллов, светящихся красным, зеленым и синим цветами и расположенных на одной подложке. Микросхема ТСА6507 (рис. 3) дает возможность управлять такими светодиодами. Она программируется посредством цифровой шины I2С и управляет светодиодами автономно, без участия процессора.

Рис. 3. Структурная схема микросхемы ТСА6507

Пока еще низкая светочувствительность распространенных сейчас цифровых фотокамер в составе мобильных телефонов образовала еще одну нишу для разработки микросхем управления светодиодами. Имеется в виду возможность создания в цифровых камерах дополнительной подсветки объекта белыми светодиодами (так называемая вспышка). Для получения приемлемого изображения необходимо достичь освещенности вспышки 100 лк на расстоянии 1 м, поэтому ток светодиода зачастую может достигать значения 1,2 А. По этой причине здесь используется преобразователь напряжения с катушкой индуктивности (рис. 4), что позволило получить высокий КПД. Световой поток и длительность вспышки устанавливаются по цифровой шине I2C. Важно иметь в виду, что возникает проблема потребления большого тока от аккумулятора при одновременном действии вспышки и высокочастотного вызывного сигнала усилителя мобильного телефона. Это может вызвать потребление до 3,5 А, что приведет к быстрому истощению аккумулятора и более раннему отключению телефона. Поэтому все современные схемы управления светодиодными вспышками обязательно имеют защиту от включения во время посылок импульсов GSM.

Рис. 4. Схема преобразователя напряжения вспышки цифровой камеры на микросхеме TPS61050

Малые габариты корпусов современных микросхем, высокие частоты переключения, использование оптимизированных малогабаритных катушек индуктивности, более высокий КПД делают возможным создание более плоских, портативных приборов, в которых могут использоваться помимо прочего различные световые и цветомузыкальные эффекты, бегущие огни, светящиеся корпуса — фантазии производителей нет предела.

Светодиоды в автомобилях

Преимущества светодиодов по сравнению с обычными лампами накаливания со стеклянными колбами особенно очевидны в автоэлектро нике. У них более высокие продолжительность работы, надежность, КПД, светотехнические характеристики и одновременно малые габариты и энергопотребление. Используемые вначале только как сигнальные лампочки на панели приборов, светодиоды постепенно завоевывают и другие области применения, такие как освещение приборной панели и внутреннего салона автомобиля, указатели направления движения («поворотники»), габаритные огни и сигналы торможения. В скором времени ожидается использование светодиодов нового поколения для ближнего и дальнего света.

Если создается плоский рассеянный осветитель, как, например, при освещении приборной панели, то используется конфигурация множества параллельно подключенных светодиодов. При отказе одного из них уменьшается яркость свечения только маленького участка панели, а не всего светового прибора. Для управления таким набором светодиодов используются специальные микросхемы, например TLC5917 (рис. 5).

Рис. 5. Структурная схема микросхемы TLC5917

С помощью последовательного соединения множества таких микросхем, имеющих последовательные регистры сдвига, можно управлять любым количеством светодиодов. Микросхема включает в себя также схемы обнаружения и защиты от перегрева и короткого замыкания в каждом светодиоде. Максимальный ток через светодиоды устанавливается здесь с помощью внешнего резистора в диапазоне от 5 до 120 мА.

Светодиоды в больших телевизионных экранах

Телевизоры с большими экранами, профессиональные мониторы для графических приложений, коммерческие телевизионные установки для наружного использования являются перспективными направлениями применения большого количества светодиодов. Особое значение здесь имеет одинаковость характеристик светоизлучения, обеспечивающая равномерную яркость и распределение цветов.

Использование микросхем интерфейсов дает возможность управлять каждым отдельным светодиодом, большое количество которых геометрически расположено в виде матрицы. Для того чтобы в современных телевизорах и мониторах достичь наиболее точного распределения белого по всей поверхности экрана, а также наиболее точной цветопередачи изображения, используют новые концепции представления цвета, например динамическую заднюю подсветку (SB – Scanning Backlight).

В больших экранах светодиоды обеспечивают цветовую и яркостную информацию каждой точки (пиксела) изображения. Обычно один пиксел формируют три светодиода (красный, зеленый, синий). В результате появляется необходимость управлять 10000 и более отдельных светодиодов, для чего используются микросхемы интерфейсов. Одним из таких примеров является микросхема TLC5945 (рис. 6).

Рис. 6. Структурная схема микросхемы TLC5945

Для обеспечения необходимой частоты смены изображения, чтобы человеческий глаз мог воспринять его как непрерывное движение, необходимо передавать информацию на светодиоды достаточно быстро. В больших экранах каждый светодиод переключается с частотой, которая по крайней мере не ниже частоты полей (половина от частоты кадров 50 или 60 Гц). Поскольку последовательные интерфейсы разрешают тактовую частоту передачи битов до 30 МГц, примерно можно определить максимальную частоту полей (Гц) по формуле: fп.30.106/193n, где n — число последовательно включенных микросхем TLC5945, каждая из которых имеет 16 выходов. Еще одной особенностью микросхемы TLC5945 является возможность запоминания уровня максимального тока каждого светодиода с помощью встроенных ШИМ-модуляторов. Это необходимо для того, чтобы сравнивать и управлять различием между токами отдельных светодиодов, что позволяет исключить нарушение цветопередачи.

Светодиоды в архитектуре, ландшафтном дизайне и интерьере

Светодиоды находят все более широкое применение в областях, где раньше доминировали лампы накаливания и газоразрядные лампы. По причине малых затрат мощности и долговечности светодиоды стали использовать в местах, где высокий уровень освещенности не играет большой роли, — в аварийном и дежурном освещении, в знаках и табличках, маркировочном освещении. Как средства освещения светодиоды используют и во взрывоопасных помещениях и цехах. Довольно быстро внедряются светодиодные кластеры и в архитектурное освещение в качестве световых карнизов и колонн.

Для управления сетью светильников используются переключатели сетевого питающего напряжения, преобразователи, контроллеры и приборы коррекции коэффициента мощности на базе микросхем фирмы Texas Instruments или семейства UCC28хх фирмы UNITRODE. При этом должно быть обращено внимание на то, что по стандарту EN61000-3-2 мощность устройств не должна быть менее 75 Вт. В интерьере эффектно выглядит сочетание прозрачных конструкций, таких как стеклянная мебель, стеновые панели, окна с гибкими линейными светодиодными модулями, которые не просто светятся, но и меняют окраску.

Литература

1. www.ti.com

2. Capsten Oppitz. Leuchten und Beleuchten. Elektronik scout. 2008.

3. Звонарев Е. Обзор драйверов светодиодов компании Texas Instruments // Новости электроники. 2008. № 317.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ К 220 В

При самостоятельном конструировании радиоэлектронной аппаратуры часто встает вопрос о индикации питания. Лампы накаливания никто уже не ставит, неонки получили распространение только в подсветках выключателей, поэтому современным и надежным элементом индикации является светодиод. Ведь даже в выключатели неоновые лампочки уже часто не подходят, так как многие имеют диодные осветительные лампы, которые начинают мерцать при подключении через такие выключатели света. В данной статье будет рассмотрено несколько схем подключения светодиода к 220 вольтам сети. Схемы простейшего подключения светодиодов к 220В    Обе схемы работают одинаково — ограничивают ток и гасят обратную полуволну переменного напряжения. Многие светодиоды не любят высокое обратное напряжение, которое и блокирует диод. Он должен быть типа IN4004 — на напряжение более 300 вольт. Если нужно включить сразу несколько (2-10) светодиодов, то соединяем их последоватедовательно. Схема подключения светодиода к 220В через конденсатор    Тут лишнее напряжение гасим не резистором, а на ёмкости, потом идёт стабилитрон и ограничительный резистор. Ёмкость выбираем исходя из тока светодиодов. Примерное соотношение ёмкость/ток — 0,1 мкФ на 6 мА. Мощность резистора для импортных LED элементов с малым током потребления, может быть минимальной — подойдет 0.25 Вт. Конденсатор лучше подобрать с запасом по напряжению, то есть не менее 300 вольт. Стабилитрон должен быть немного больше напряжения питания светодиода, например на 5 вольт — это КС156А или аналогичные импортные.    Принцип работы в том, что при подаче напряжения 220В начинает заряжаться конденсатор С1, при этом с одной стороны он заряжается напрямую, а со второй через стабилитрон. При увеличении напряжения на конденсаторе стабилитрон увеличивает свое сопротивление, ограничивая напряжения зарядки для конденсатора своим рабочим стабилизирующим напряжением. Эта схема оправдана только при питании светодиодов с большим рабочим током — от 20 мА и выше. Схема мигающего светодиода на 220В    А эта схема позволяет не просто светиться светодиоду, а мигать, что гораздо информативнее и красивее. Причём LED индикатор сюда ставим самый обычный — не мигающий. Для этого надо всего 5 радиодеталей.    Здесь напряжение сети 220 вольт через диод и резистор на 200-300 кОм заряжает электролитический конденсатор на 20 мкФ 100 В, а уже с него постоянное напряжение периодически открывает динистор DB3, заставляя вспыхивать светодиод. Частота вспышек будет определяться ёмкостью, а яркость — сопротивлением резистора.    Вопросы по питанию светодиодов    Светодиоды

Лабораторный БП 0-30 вольт Драгметаллы в микросхемах Металлоискатель с дискримом Ремонт фонарика с АКБ Восстановление БП ПК ATX Кодировка SMD деталей

Описание серии

и параллельных цепей

Надеюсь, что те, кто ищет практическую информацию об электрических схемах и подключении светодиодных компонентов, первыми нашли это руководство. Однако вполне вероятно, что вы уже читали здесь страницу Википедии о последовательных и параллельных схемах, может быть, несколько других результатов поиска Google по этой теме, но все еще неясны или вам нужна более конкретная информация, касающаяся светодиодов. За годы обучения, обучения и разъяснения клиентам концепции электронных схем мы собрали и подготовили всю важную информацию, которая поможет вам понять концепцию электрических цепей и их связь со светодиодами.

Перво-наперво, не позволяйте, чтобы электрические схемы и компоненты проводки светодиодов казались пугающими или запутанными — правильное подключение светодиодов может быть простым и понятным, если вы следите за этим постом. Давайте начнем с самого основного вопроса…

Какой тип цепи мне следует использовать?
Один лучше другого… Последовательный, Параллельный или Последовательный / Параллельный?

Требования к освещению часто диктуют, какой тип схемы можно использовать, но если есть выбор, то наиболее эффективным способом использования светодиодов высокой мощности является использование последовательной схемы с драйвером постоянного тока. Последовательная схема помогает обеспечить одинаковое количество тока для каждого светодиода. Это означает, что каждый светодиод в цепи будет иметь одинаковую яркость и не позволит одному светодиоду потреблять больше тока, чем другому. Когда каждый светодиод получает одинаковый ток, это помогает устранить такие проблемы, как тепловой выход из строя.

Не волнуйтесь, параллельная схема по-прежнему является жизнеспособным вариантом и часто используется; позже мы обрисуем этот тип схемы.

Но сначала давайте рассмотрим схему серии :

Часто называемый «гирляндным» или «замкнутым» током в последовательной цепи следует один путь от начала до конца, при этом анод (положительный) второго светодиода соединен с катодом (отрицательным) первого.На изображении справа показан пример: Чтобы подключить последовательную цепь, подобную показанной, положительный выход драйвера подключается к положительному выводу первого светодиода, а от этого светодиода выполняется соединение от отрицательного к положительному полюсу второго. Светодиод и так далее, до последнего светодиода в цепи. Наконец, последнее соединение светодиода идет от отрицательного полюса светодиода к отрицательному выходу драйвера постоянного тока, создавая непрерывный цикл или гирляндную цепь.

Вот несколько пунктов для справки о последовательной цепи:

1. Одинаковый ток течет через каждый светодиод
2. Полное напряжение цепи — это сумма напряжений на каждом светодиоде
3. При выходе из строя одного светодиода вся схема не работает.
Цепи серии
4. проще подключать и устранять неисправности
5. Различное напряжение на каждом светодиоде — это нормально

Питание последовательной цепи:

Концепция петли к настоящему времени не проблема, и вы определенно можете понять, как ее подключить, но как насчет питания последовательной цепи.

Второй маркер выше гласит: «Общее напряжение цепи — это сумма напряжений на каждом светодиоде». Это означает, что вам необходимо подать как минимум сумму прямых напряжений каждого светодиода. Давайте посмотрим на это, снова используя приведенную выше схему в качестве примера, и предположим, что светодиод представляет собой Cree XP-L, работающий от 1050 мА с прямым напряжением 2,95 В. Сумма трех из этих прямых напряжений светодиодов равна 8,85 В, _{постоянного тока,} . Таким образом, теоретически 8,85 В — это минимальное необходимое входное напряжение для управления этой схемой.

В начале мы упоминали об использовании драйвера светодиода постоянного тока, потому что эти силовые модули могут изменять свое выходное напряжение в соответствии с последовательной схемой. Поскольку светодиоды нагреваются, их прямое напряжение изменяется, поэтому важно использовать драйвер, который может изменять свое выходное напряжение, но сохранять тот же выходной ток. Для более глубокого понимания драйверов светодиодов загляните сюда. Но в целом важно убедиться, что ваше входное напряжение в драйвере может обеспечивать выходное напряжение, равное или превышающее 8.85V мы рассчитали выше. Некоторым драйверам требуется вводить немного больше, чтобы учесть питание внутренней схемы драйвера (драйвер BuckBlock требует накладных расходов 2 В), в то время как другие имеют функции повышения (FlexBlock), которые позволяют вводить меньше.

Надеюсь, вы сможете найти драйвер, который сможет выполнить вашу светодиодную схему с последовательно включенными диодами, однако существуют обстоятельства, которые могут сделать это невозможным. Иногда входного напряжения может быть недостаточно для питания нескольких последовательно включенных светодиодов, или, может быть, светодиодов слишком много для подключения последовательно, или вы просто хотите ограничить стоимость драйверов светодиодов.Какой бы ни была причина, вот как понять и настроить параллельную схему светодиодов.

Параллельная цепь:

Если последовательная схема получает одинаковый ток к каждому светодиоду, параллельная схема получает одинаковое напряжение на каждый светодиод, а общий ток на каждый светодиод представляет собой общий выходной ток драйвера, деленный на количество параллельных светодиодов.

Опять же, не волнуйтесь, здесь мы увидим, как подключить параллельную светодиодную схему, и это должно помочь связать идеи воедино.

В параллельной схеме все положительные соединения связаны вместе и обратно к положительному выходу драйвера светодиода, а все отрицательные соединения связаны вместе и обратно к отрицательному выходу драйвера.Давайте посмотрим на это на изображении справа.

В примере, показанном с выходным драйвером 1000 мА, каждый светодиод будет получать 333 мА; общий выход драйвера (1000 мА), деленный на количество параллельных цепочек (3).

Вот несколько пунктов для справки о параллельной цепи:

1. Напряжение на каждом светодиодах одинаковое
2. Полный ток — это сумма токов, протекающих через каждый светодиод.
3. Общий выходной ток распределяется через каждую параллельную цепочку
4. Требуется точное напряжение в каждой параллельной цепочке, чтобы избежать перегрузки по току

Теперь давайте немного повеселимся, объединим их вместе и наметим схему серии / параллельной цепи :

Как следует из названия, последовательная / параллельная цепь объединяет элементы каждой цепи. Начнем с последовательной части схемы. Допустим, мы хотим запустить в общей сложности 9 светодиодов Cree XP-L при 700 мА каждый с напряжением 12 В _{постоянного тока} ; прямое напряжение каждого светодиода при 700 мА составляет 2,98 В _{постоянного тока} . Правило номер 2 из пунктов маркированного списка последовательной цепи доказывает, что 12 В _{постоянного тока} недостаточно для последовательного включения всех 9 светодиодов (9 x 2,98 = 26,82 В, _{постоянного тока,} ). Однако 12 В _{постоянного тока} достаточно для работы трех последовательно соединенных (3 x 2,98 = 8,94 В _{постоянного тока} ). И из правила № 3 параллельной схемы мы знаем, что общий выходной ток делится на количество параллельных цепочек.Итак, если бы мы использовали BuckBlock на 2100 мА и три параллельных ряда по 3 последовательно соединенных светодиода, то 2100 мА было бы разделено на три, и каждая серия получила бы 700 мА. На изображении в качестве примера показана эта установка.

Если вы пытаетесь настроить светодиодную матрицу, этот инструмент планирования светодиодных схем поможет вам решить, какую схему использовать. Фактически он дает вам несколько различных вариантов различных последовательных и последовательных / параллельных цепей, которые будут работать. Все, что вам нужно знать, — это входное напряжение, прямое напряжение светодиодов и количество светодиодов, которые вы хотите использовать.

Падение нескольких светодиодных цепочек:

При работе с параллельными и последовательными / параллельными цепями следует помнить о том, что если цепочка или светодиод перегорят, светодиод / цепочка будет отключена из цепи, так что дополнительная токовая нагрузка, которая шла на этот светодиод, будет распространяться среди остальных. Это не большая проблема для массивов большего размера, поскольку ток будет рассеиваться в меньших количествах, но как насчет схемы с двумя светодиодами на цепочку? Затем ток будет удвоен для оставшегося светодиода / цепочки, что может быть более высокой нагрузкой, чем может выдержать светодиод, что приведет к перегоранию и разрушению вашего светодиода! Убедитесь, что вы всегда помните об этом, и постарайтесь создать такую ​​настройку, которая не испортит все ваши светодиоды, если один из них перегорит.

Другая потенциальная проблема заключается в том, что даже когда светодиоды поступают из одной производственной партии (одного бункера), прямое напряжение все еще может иметь допуск 20%. Изменение напряжения в отдельных цепочках приводит к неравномерному разделению тока. Когда одна струна потребляет больше тока, чем другая, перегруженные светодиоды нагреваются, и их прямое напряжение изменяется сильнее, что приводит к более неравномерному распределению тока; это называется тепловым разгоном. Мы видели, что многие схемы, настроенные таким образом, работают хорошо, но требуется осторожность.Для получения дополнительной информации об этой концепции и способах ее избежать (текущее зеркало) есть отличная статья на сайте LEDmagazine.com.

Светодиодные схемы

Защищенный сайт Магазин с Уверенность Лучше всего просматривать при использовании: Internet Explorer или Mozilla Firefox

Светодиодные схемы Наша цель — дать обзор основных типы цепей, используемых для питания светодиодов. Принципиальные схемы или схемы, которые Следующие ниже нарисованы с использованием стандартных электронных символов для каждого компонента. Определения символов следующие: Символ светодиода является стандартным обозначением диода с сложение двух маленьких стрелок, обозначающих излучение (света). Отсюда и название, свет излучающий диод (LED). «A» обозначает анод или плюс (+) соединение, а «C» катод или минус (-) соединение. У нас есть говорил раньше, но стоит повторить: светодиоды строго устройств постоянного тока и не будут работать с переменным током (переменным текущий).При питании светодиода, если источник напряжения точно не соответствует Напряжение светодиодного устройства, необходимо использовать «ограничивающий» резистор последовательно со светодиодом. Без этого ограничивающего резистора светодиод будет мгновенно выгорают. В наших схемах ниже мы используем символ батареи для обозначения источник. Электропитание может быть легко обеспечено источником питания или колесом. пикапы с трассы на макете. Независимо от источника, важно то, что он должен быть постоянным током и хорошо отрегулирован, чтобы предотвратить колебания перенапряжения, вызывающие повреждение Светодиоды.Если источник напряжения должен быть запитан от датчиков рельсов, мост выпрямитель должен использоваться, чтобы светодиоды получали только постоянный ток и неизменный полярность. Обозначения переключателей довольно просты. Однополюсный, однонаправленный переключатель (SPST) — это просто функция включения-выключения, в то время как SPDT (двухпозиционный) переключатель позволяет выполнять маршрутизацию между двумя разными цепями. Он может может использоваться как переключатель на одно направление, если одна сторона ни к чему не подключена. В кнопка — выключатель мгновенного действия. Символ конденсатора, который мы здесь используем, предназначен для электролитического или поляризованный тип конденсатора. То есть его необходимо использовать в цепи постоянного тока. и подключен правильно (плюс подключение к плюсовому напряжению), или он будет поврежден. В наших целях он используется для мгновенного хранения, чтобы помочь «сглаживать» колебания питающего напряжения, вызванные малыми потерями в колесах подхватывание силового крена на грязных участках пути или в зазорах на стрелочных переводах. Поляризованные конденсаторы классифицируются по разным номинальным значениям максимального постоянного напряжения.Всегда используйте конденсатор, номинал которого безопасно превышает максимальное напряжение, ожидаемое в вашем применение. Базовая схема Это настолько просто, насколько возможно. Цепь одного светодиода — это строительный блок, на котором основаны все наши другие примеры. Для правильного функционирования должны быть известны три значения компонентов. Напряжение питания (Вс), светодиод устройства рабочее напряжение (Vd) и рабочий ток светодиода (I). С этими известными, используя вариант закона Ома, можно определить правильный ограничительный резистор (R). Формула: Пример работы с этой формулой можно найти на нашем Страница советов по подключению моста. Шаг проверки 7 для подробностей. На схеме выше у нас есть ограничительный резистор и переключатель, подключенный к положительной (+) стороне цепи. Мы сделали это, чтобы соблюдать «стандартные электрические методы» при работе с «горячими» (плюс) сторона цепи, а не минус (-) или сторона «земли». В схема действительно будет нормально функционировать в любом случае, но стандартная безопасность Практика рекомендует «отключение» на «горячей» стороне, чтобы свести к минимуму возможность электрического замыкания проводов на другую «заземленную» цепь. Цепи с двумя или более светодиодами Цепи с несколькими светодиодами делятся на две основные категории; цепи с параллельным соединением и цепи с последовательным соединением. Третий тип, известный как последовательная / параллельная цепь представляет собой комбинацию первых двух и также может полезно в модельных проектах. Общие правила для параллельных и последовательных цепей светодиодов могут быть указано следующее: В параллельной цепи, напряжение одинаковое на всех компонентах (светодиодах), но ток делится через каждый. В последовательной цепи, ток такой же, но напряжение делится. В последовательной цепи, сумма всех напряжений светодиодов не должна превышать 90% напряжения питания на обеспечить стабильную светоотдачу LED. В последовательной цепи, все светодиоды должны иметь одинаковые характеристики напряжения (Vd) и тока (I). Параллельная проводная светодиодная цепь Выше показаны два примера одной и той же схемы.Рисунок 1 на слева — схематическое изображение трех светодиодов, подключенных в параллельно батарее с переключателем для их включения или выключения. Вы заметите, что в этой схеме каждый светодиод имеет свой ограничивающий резистор и напряжение питания стороны этих резисторов соединены вместе и выведены на положительную батарею терминал (через переключатель). Также обратите внимание, что катоды трех светодиодов соединены вместе и выведены на отрицательную клемму аккумулятора. Эта «параллель» соединение компонентов — вот что определяет схему. Если бы мы построили схему точно так, как показано на рисунке 1, с проводами, соединяющими устройства, как показано на схеме (перемычки между резисторами и перемычками между катодными соединениями), мы необходимо учитывать допустимую нагрузку по току выбранного провода. Если проволока слишком мала, может произойти перегрев (или даже плавление). Во многих случаях на этом веб-сайте мы приводим примеры Светодиоды подключены с помощью нашего магнитного провода с покрытием №38.Мы выбрали проволоку этого размера для очень конкретные причины. Он достаточно мал (диаметр 0045 дюймов, включая изоляцию). покрытие), чтобы выглядеть прототипом в виде провода или кабеля в большинстве проектов, даже в Z-шкала, и она достаточно велика, чтобы подавать ток на осветительные устройства 20 мА (например, наш Светодиоды) с дополнительным запасом прочности 50%. Как указано, сплошной медный провод №38 имеет номинальный рейтинг 31,4 мА и максимальный рейтинг 35,9 мА. Мы могли бы выбрать Провод №39 с номинальным значением тока 24,9 мА, но мы чувствовали, что этого не произойдет. безопасно учитывать колебания номиналов резисторов или отдельных светодиодов.Кроме того, немного меньший диаметр (0,004 дюйма вместо 0,0045 дюйма), вероятно, не внести заметные изменения в моделирование. Возвращаясь к рисунку 1; вы можете увидеть в этом примере текущее требование для каждой пары светодиод / резистор добавляется к следующей и следует правило параллельной цепи (# 1) выше. Мы не могли безопасно использовать для этого наш магнитный провод №38. всю схему. Например, перемычка с нижнего катода светодиода на минус клемма аккумулятора будет нести 60 мА. Наш провод быстро перегревается и возможно расплавление, вызывающее разрыв цепи.За это Причина, на Рисунке 1 — это всего лишь простой способ « схематично » представить как компоненты должны быть подключены для правильной работы схемы. В реальной жизни наш реальный проект проводки выглядел бы как Рисунок 2. В этом случае мы можем безопасно использовать наш провод №38 для всего, кроме соединение между плюсовой клеммой аккумуляторной батареи и переключателем. Здесь нам понадобится по крайней мере # 34 провод (79,5 мА ном.), но мы, вероятно, использовали бы что-то вроде Radio Изолированная обмоточная проволока Shack’s №30.Это недорого, легко доступно и будет нести 200мА (номинальная спец.). Достаточно большой для нашего приложения. Также, мы, вероятно, не стали бы паять три резистора вместе на одном конце, как мы показали, мы бы просто использовали еще один кусок этого # 30, чтобы соединить их общие заканчивается вместе и к выключателю. Макеты железных дорог могут стать электрически сложными, всевозможные требования к проводке для таких вещей, как мощность трека, переключение, освещение, сигнализация, DCC и др. ; у каждого свои потенциальные текущие потребности. Чтобы помочь в планировании таких вещей, таблица общих проводов (сплошная медь однониточные) размеров и их токонесущей способности. Вот. Последовательная проводная светодиодная схема Эта схема представляет собой простую последовательную цепь для питания трех светодиодов. Вы заметите два основных различия между этой схемой и параллельной схемой. Все светодиоды используют один ограничивающий резистор, а светодиоды подключены анод-катод по схеме «гирляндной цепи».Следуя правилу № 2 выше, формула, которую мы будем использовать для определения нашего ограничивающего резистора, является еще одним вариантом формулы, которую мы использовали выше. Формула серии для вышеуказанной схемы будет записывается следующим образом: Единственная реальная разница в том, что наш первый шаг — добавить напряжение устройства для количества светодиодов, которые мы используем вместе, затем вычтите это значение из нашего напряжения питания. Затем этот результат делится на ток наших устройств (обычно 20 мА или 0,020).Все просто, да? Не забудьте также рассмотрите правило №3. То есть умножьте напряжение питания на 90% (0,9) и сделайте убедитесь, что сумма напряжений всех устройств (светодиодов) не превышает этого значения. Это почти все, что нужно … Нам нужно знать, какой провод мы будем использовать, и что какое потребление тока можно ожидать от такой схемы? Ну, в параллельная схема выше, для трех светодиодов по 20 мА каждый, мы будем потреблять 60 мА у батареи. Итак … 60 мА? Нет. Фактически, чуть меньше 20 мА для всех трех светодиодов! Для простоты назовем его 20. Другой способ сформулировать правила 1 и 2 выше: В параллельной цепи напряжение устройства постоянно, но ток, необходимый для каждого устройства, складывается в общий ток. В последовательной цепи ток устройства постоянный, но Требуемое напряжение — это сумма всех напряжений устройства (вместе). Давайте рассмотрим несколько примеров с использованием 9-вольтовой батареи (или блок питания): Пример № 1 Мы хотим подключить два наших супербелых светодиода 2×3 последовательно. Сначала определяем напряжение устройства, которое составляет 3,6 вольт и сложите его для двух светодиодов (3,6 + 3,6 = 7,2). Теперь, когда у нас есть эта сумма, давайте убедимся, что она не нарушает Правило №3. 80% от 9 вольт составляет 7,2 вольт (0,8 x 9 = 7,2). Суммы равны. Мы не превышает 90%, поэтому мы можем продолжить. Затем мы вычитаем эту сумму 7,2 из напряжения питания (9 вольт) и получите результат 1.8 (это часть Вс-Вд). Затем мы делим 1,8 на ток нашего устройства, который составляет 20 мА, или .02. Наш ответ — 90. Поскольку резистор на 90 Ом не является стандартным, мы выберем следующее по величине значение (100 Ом). Это немного более высокое сопротивление не вызовет разница в яркости светодиодов. Наконец, поскольку наша текущая потребляемая мощность составляет всего 20 мА, мы могли бы использовать наш провод №38 для всего, если мы захотим. Пример №2 Мы хотим подключить последовательно четыре из наших красных светодиодов Micro.Что резистор мы должны использовать? Мы находим напряжение устройства должно быть 1,7 вольт. Для четырех светодиодов это будет 6,8 вольт (4 x 1,7 = 6.8). Теперь, когда у нас есть это количество, давайте убедимся, что это не нарушает правило №3. 90% от 9 вольт — это 7,2 вольт (0,8 х 9 = 7,2). И 6,8 на меньше , чем 7,2. Ага, все в порядке. Далее мы вычитаем это 6,8 от напряжения питания (9 вольт) и получаем результат 2.2 (это часть Вс-Вд). Наконец, делим 2,2 ток нашего устройства, который составляет 20 мА, или 0,02. Наш ответ — 110. Как оказалось, 110 Ом — стандартное значение резистора, поэтому нам не нужно выбирать ближайший доступно более высокое значение (никогда не выбирайте меньшее значение!). Мы будем использовать 110 Ом 1/8 резистор 1% ватт. Пример № 3 Мы хотим подключить три наших Micro Super-white светодиода вместе последовательно. Напряжение прибора 3.5 вольт. Так что для трех светодиодов это будет 10,5 вольт, и … у нас проблема. Эта сумма не только нарушает правило № 3 выше, но и превышает напряжение питания. В в этом случае наши светодиоды даже не загораются. В этой ситуации, если нам нужно три из эти светодиоды, нам либо понадобится источник питания, который подает как минимум 11,67 вольт (это то, что 10,5 будет 90%), или нам придется соединить только два последовательно а третий отдельно, со своим резистором (последовательная / параллельная цепь, но об этом чуть позже). В этом случае у нас будет два типа схем, соединенных вместе в общем источнике питания. Схема будет выглядят следующим образом: Здесь мы снова можем использовать наш провод №38 для всего, кроме соединение между источником питания и выключателем. Чтобы определить, какие ограничения здесь требуются резисторы, мы просто рассчитываем каждый отрезок схемы отдельно. Неважно, какой сегмент определяется первым, но мы сделаем одиночный светодиод / резистор.Для этого мы используем нашу оригинальную формулу: Мы знаем, что Vs (для этих примеров) составляет 9 вольт. И. мы Знайте, что Vd составляет 3,5 вольта, а I — 20 мА. Итак, (9 — 3,5) = 5,5 .020 = 275. Это резистор нестандартного значения, поэтому мы используйте здесь резистор 300 Ом. Теперь посчитаем последовательную пару светодиодов. Формула для всего два светодиода будут: Опять же, Vs составляет 9 вольт, поэтому 9 — (3. 5 + 3,5) = 2 .020 = 100, и это стандарт номинал резистора. Были сделаны. Теперь мы можем подключить этот пример, и все будет работать должным образом. Подсветка Kato Amtrak Superliner с огнями EOT Вот схема легкового автомобиля, подключенного для освещения с помощью мостовой выпрямитель и емкость 600 мкФ для обеспечения На все светодиоды подается постоянный ток без мерцания и стабильной полярности. Супер-белый светодиод освещает салон автомобиля, а два красных светодиода Micro обеспечивают световой сигнал в конце поезда.А добавлен переключатель, чтобы при желании можно было отключить функцию EOT. Бег пример этой машины (с мерцанием 800 мкФ control) можно увидеть здесь. Последовательная / параллельная проводная светодиодная цепь Здесь мы немного расширили наш пример №3 выше. У нас есть три группы последовательно-пар светодиодов. Каждый рассматривается как отдельный контур для для расчетных целей, но соединены вместе для общего источника питания. Если бы все это были наши Micro Сверхбелые светодиоды, мы уже знаем все необходимое для построения этой схемы.Кроме того, мы знаем, что каждая последовательная пара потребляет ток 20 мА, поэтому Сумма на источнике питания составит 60 мА. Довольно просто. Интересная особенность последовательно / параллельных цепей светодиодов заключается в том, как Вы можете легко увеличить количество источников света на данном источнике питания. Возьми наш Например, импульсный источник питания N3500. Он обеспечивает ток 1 А (1000 мА) на 9 вольт. Используя нашу параллельную схему ранее, мы могли соединить 50 наших светодиодов 2×3, или Micro, или Nano Super-white (или любая комбинация равняется 50), каждый со своим ограничительным резистором, и этот небольшой источник справится с этим.Этого, наверное, хватило бы для города приличных размеров. Сейчас же, если мы немного поумнее, мы могли бы использовать несколько последовательных / параллельных цепей и легко увеличить это количество, используя всего один запас. Если бы они все были последовательно / параллельно, мы могли запустить 100 огней. Гипотетически, если бы мы были выполняя проект с использованием наших красных светодиодов N1012 Micro (напряжение устройства 1,7 В), мы смог запустить 400 светодиодов с нашим небольшим запасом. Это красиво странный думал, однако.Кто-нибудь в темных очках? Подробнее об использовании импульсного источника питания для вашего макеты или проекты диорам, нажмите здесь. Не забывайте правило №4. При создании групп серий убедитесь, что напряжения устройства и текущие требования очень похожи. Достаточно сказать, что смешение Светодиоды с большой разницей напряжения устройства или потребляемым током в та же группа серий не даст удовлетворительные результаты. Наконец, проявите изобретательность.Вы можете смешивать и сочетать. Последовательные схемы, параллельные, однопроводные светодиоды, последовательные / параллельные цепи, белые группы, красные группы, желтый, зеленый, что угодно. Пока вы рассчитываете каждый случай для правильного ограничения сопротивление и следите за схемами проводки на предмет правильного сечения проводов, освещения проекты будут работать с очень удовлетворительными результатами. Еще кое-что для тех из вас, кто чувствует себя неуютно работая «вручную» с приведенными выше формулами, мы создали несколько калькуляторов делать вычисления за вас.Все, что вам нужно сделать, это ввести значения и нажать кнопка «рассчитать». Их можно найти, нажав Вот. … ДА БУДЕТ СВЕТ … 2008 Нжиниринг

Конфигурация цепи светодиода | Основы электроники

прямое напряжение

Когда ток течет через светодиод в положительном направлении, напряжение, возникающее между анодом и катодом, называется прямым напряжением (VF). Единица измерения напряжения — вольт (В).
В таблице данных, например, представлен график характеристик прямого напряжения, генерируемого по отношению к текущему потоку (прямой ток IF против прямого напряжения VF).
Эта характеристика является наиболее важным параметром при рассмотрении реальной схемы светодиодного освещения.

Характеристики прямого тока (IF) — прямого напряжения (VF), пример 1

Характеристики IF-VF зависят от материала светодиодного элемента, его размера и даже цвета излучения. Он также будет варьироваться в зависимости от температуры окружающей среды.Кроме того, для полупроводников существует характерное распределение значений характеристик, известное как изменчивость.
Изменения VF не являются проблемой, когда светодиоды работают в режиме постоянного тока, но для постоянного напряжения необходимо учитывать эти изменения и колебания при проектировании.

Схема светодиодного освещения

[В случае последовательной цепи освещения]

При последовательном включении светодиодов через привод постоянного напряжения схема обычно включает резистор, подключенный последовательно со светодиодами для управления током.

Для этого типа схемы сначала считайте прямой ток IF и прямое напряжение VF горящего светодиода из характеристик IF-VF.
Значение R (текущее контрольное сопротивление) определяется путем вычисления путем ввода этих значений в приведенное выше уравнение.

[В случае параллельной цепи освещения]

Для параллельного соединения с приводом постоянного напряжения мы рекомендуем конфигурацию схемы, в которой используется управляющий резистор для каждого светодиода (которые расположены бок о бок в указанной выше цепи последовательного освещения).

Характеристики светодиода

IF-VF зависят от материала элемента и цвета излучения. Более того, индивидуальные вариации, присущие полупроводникам, существуют, даже когда материал и цвет излучения одинаковы.
Как показано на графике ниже, когда VF светодиода ① и светодиода ② различаются, управление током с помощью всего одного резистора затрудняет управление током, протекающим к каждому светодиоду (IF1 и IF2).
Подключение резистора к каждому светодиоду позволяет индивидуально настраивать ток (IF1 и IF2), что позволяет настраивать индивидуальные настройки (т.е.е. для достижения текущего соответствия подавите колебания яркости). Кроме того, приложение высокого напряжения к резистору, например, путем увеличения входного напряжения Vin, позволяет реализовать конструкцию, которая учитывает изменения.

LED (светоизлучающий диод) на страницу продукта

Руководство по проектированию светодиодных схем, основам и эксплуатации светодиодов

Аннотация: В течение многих лет светоизлучающие диоды (LED) были популярным выбором для использования в дисплеях состояния и матричных панелях.Теперь вы можете выбирать среди недавно разработанных синих и белых типов (широко используемых в портативных устройствах), а также повсеместно распространенных зеленого, красного и желтого типов. Белые светодиоды, например, считаются идеальным фоновым освещением для цветных дисплеев. Но при проектировании источников питания для них следует учитывать особенности, присущие этим новым светодиодным устройствам. В этой статье описаны свойства старых и новых светодиодов, а также характеристики, необходимые для источников питания, которые их активируют.

Стандартные красный, зеленый и желтый светодиоды

Самый простой способ управлять светодиодом — это подать на него источник напряжения с последовательно включенным резистором.Светодиод излучает свет постоянной интенсивности, пока рабочее напряжение (В _B ) остается постоянным (хотя интенсивность уменьшается с увеличением температуры окружающей среды). Вы можете изменять интенсивность света по мере необходимости, изменяя номинал резистора.

Для стандартного светодиода диаметром 5 мм: Рисунок 1 показывает прямое напряжение (В _F ) в зависимости от прямого тока (I _F ). Обратите внимание, что падение напряжения на светодиоде увеличивается с увеличением прямого тока. Предполагая, что один зеленый светодиод с прямым током 10 мА должен иметь постоянное рабочее напряжение 5 В, последовательный резистор R _В равен (5 В-В _{F, 10 мА} ) / 10 мА = 300 Ом. Прямое напряжение составляет 2 В, как показано на графике типичных рабочих условий, приведенном в листе технических данных (, рисунок 2, ).

Рис. 1. Стандартные красный, зеленый и желтый светодиоды имеют прямое напряжение в диапазоне от 1,4 В до 2,6 В, в зависимости от желаемой яркости и выбора прямого тока. Для прямого тока ниже 10 мА прямое напряжение изменяется всего на несколько сотен милливольт.

Рис. 2. Последовательный резистор и источник постоянного напряжения обеспечивают простой способ работы светодиода.

Товарные диоды, подобные этому, производятся на основе комбинации галлия, арсенида и фосфида. Простые в обращении и известные большинству инженеров-проектировщиков, они обладают рядом преимуществ:

• Излучаемый цвет (длина излучаемой волны) остается относительно постоянным при изменении прямого тока, рабочего напряжения и температуры окружающей среды. Стандартные зеленые светодиоды излучают длину волны около 565 нм с небольшим допуском всего 25 нм. Параллельная работа нескольких таких светодиодов не представляет проблемы ( Рисунок 3 ), поскольку цветовые различия очень малы.Нормальные колебания прямого напряжения вызывают небольшие различия в интенсивности света, но они также незначительны. Как правило, различиями между светодиодами одного производителя и одной партии можно пренебречь.
• Прямые напряжения мало изменяются при прямом токе примерно до 10 мА. Разница составляет около 200 мВ для красных светодиодов и около 400 мВ для других цветов (рис. 1).
• Для прямых токов ниже 10 мА прямое напряжение намного меньше, чем для синих или белых светодиодов, что позволяет недорого работать непосредственно от элемента Li + или тройного элемента NiMH.

Рис. 3. Показанная конфигурация задействует несколько красных, желтых или зеленых светодиодов параллельно, с очень небольшой разницей в цвете или изменением яркости.

Таким образом, стоимость электроэнергии для эксплуатации стандартных светодиодов довольно низкая. Повышающие преобразователи или сложные и дорогие источники тока не нужны, если рабочее напряжение светодиода выше его максимального прямого напряжения.

Эти светодиоды могут работать даже непосредственно с Li + или тройными NiMH элементами, если приложение допускает снижение интенсивности света по мере разряда аккумуляторных элементов.

Синие светодиоды

Светодиоды, излучающие синий свет, долгое время отсутствовали. Только инженеры-конструкторы могли прибегнуть к уже существующим цветам — красному, зеленому и желтому. Ранние «синие» устройства на самом деле были не синими светодиодами, а маленькими лампочками накаливания, окруженными диффузором синего цвета.

Первые «настоящие синие» светодиоды были разработаны несколько лет назад с использованием чистого кремний-углеродного материала (SiC), но их световая эффективность была низкой. В устройствах следующего поколения использовался базовый материал из нитрида галлия, который достиг световой эффективности в несколько раз по сравнению с первыми версиями. Сегодняшний материал для эпитаксии синих светодиодов называется нитрид индия-галлия (InGaN). Излучающие длины волн в диапазоне от 450 до 470 нм, светодиоды InGaN производят в пять раз большую интенсивность света, чем светодиоды из нитрида галлия.

Белые светодиоды

Настоящие светодиоды, излучающие белый свет, недоступны. Такое устройство сложно построить, потому что светодиоды обычно излучают одну длину волны. Белый не появляется в спектре цветов; Вместо этого для восприятия белого цвета требуется сочетание длин волн.

Уловка используется для изготовления белых светодиодов.Основной материал InGaN, излучающий синий цвет, покрыт материалом-преобразователем, который излучает желтый свет при воздействии синего света. В результате получается смесь синего и желтого света, которая воспринимается глазом как белый ( Рисунок 4 ).

Рисунок 4. Длина волны излучения белого светодиода (сплошная кривая) включает пики в синей и желтой областях, но человеческий глаз интерпретирует их как белый свет. Относительная светочувствительность человеческого глаза (пунктирная кривая) показана для сравнения.

Цвет белого светодиода определяется цветовыми координатами. Значения для этих координат X и Y рассчитываются в соответствии с инструкциями, приведенными в публикации 15.2 Международной комиссии по охране окружающей среды (CIE). В таблицах данных для белых светодиодов часто указывается изменение этих цветовых координат с увеличением прямого тока ( Рисунок 5 ).

Рис. 5. Изменение прямого тока приводит к сдвигу координат цветности белого светодиода (LE Q983 от OSRAM Opto Semiconductors) и, следовательно, качества его белого света.

К сожалению, светодиоды InGaN не так просты в обращении, как стандартные зеленые, красные и желтые светодиоды. Доминирующая длина волны (цвет) светодиода InGaN изменяется в зависимости от прямого тока (, рис. 6, ). Белые светодиоды, например, демонстрируют изменение цвета из-за различных концентраций материала преобразователя в дополнение к изменению длины волны с прямым напряжением для излучающего синий материал материала InGaN. Это изменение цвета можно увидеть на рис. 5, где смещение координат X и Y означает изменение цвета.(Как упоминалось ранее, белые светодиоды не имеют определенной длины волны.)

Рис. 6. Увеличение прямого тока изменяет оттенок синего светодиода, изменяя его излучаемую длину волны.

Прямое напряжение сильно изменяется при прямом токе до 10 мА. Диапазон изменения составляет около 800 мВ (некоторые типы диодов меняются еще больше). Таким образом, изменение рабочего напряжения, вызванное разрядом батареи, меняет цвет, потому что изменение рабочего напряжения изменяет прямой ток.При прямом токе 10 мА прямое напряжение составляет около 3,4 В (это количество зависит от производителя и составляет от 3,1 до 4,0 В). Вольт-амперная характеристика также сильно меняется от светодиода к светодиоду (см. Ниже). Управлять светодиодом напрямую от батареи сложно, потому что состояние разряда большинства батарей ниже минимально необходимого прямого напряжения светодиода.

Работа белых светодиодов параллельно

Многие портативные устройства и устройства с батарейным питанием используют белые светодиоды для подсветки фона. В частности, для цветных дисплеев КПК требуется белая подсветка для получения цветопередачи, близкой к исходной. Будущие мобильные телефоны 3G будут поддерживать данные изображения и видео, для которых требуется белая подсветка. Цифровые фотоаппараты, MP3-плееры и другое видео и аудио оборудование также включают дисплеи, для которых требуется белая подсветка.

В большинстве случаев одного белого светодиода недостаточно, поэтому необходимо использовать несколько одновременно. Необходимо предпринять специальные меры, чтобы убедиться, что их интенсивность и цвет совпадают, даже если заряд аккумулятора и другие условия меняются.

На рисунке 7 показаны вольт-амперные кривые для группы случайно выбранных белых светодиодов. Подача напряжения 3,3 В на эти светодиоды (верхняя пунктирная линия) создает прямые токи в диапазоне от 2 мА до 5 мА, что, в свою очередь, дает различные оттенки белого цвета. В частности, координата Y сильно изменяется в этой области (рисунок 5), что приводит к неверному воспроизведению цвета на освещенном дисплее. Светодиоды также имеют разную интенсивность света, что дает неоднородное освещение.Еще одна проблема — необходимое минимальное напряжение питания. Для работы светодиодов необходимо напряжение значительно выше 3 В. Ниже этого уровня некоторые светодиоды могут оставаться полностью выключенными.

Рис. 7. Эти кривые демонстрируют значительные различия вольт-амперных характеристик белых светодиодов, даже если они произвольно выбраны из одной партии. Таким образом, параллельная работа нескольких таких светодиодов при постоянном напряжении 3,3 В (верхняя пунктирная линия) дает разные оттенки белого и разную яркость.

Литий-ионный аккумулятор при полной зарядке обеспечивает выходное напряжение 4,2 В, которое падает до номинального 3,5 В после короткого периода работы. Это напряжение далее снижается до 3,0 В по мере разряда батареи. Если белые светодиоды работают непосредственно от батареи, как показано на Рисунке 3, возникают следующие проблемы:

Сначала, когда батарея полностью заряжена, все светодиоды светятся, но с разными оттенками интенсивности и цвета света. Когда напряжение аккумулятора падает до номинального уровня, яркость света уменьшается, а различия в белом цвете становятся сильнее.Поэтому разработчик должен учитывать значение напряжения батареи и прямого напряжения диода, на которое рассчитывается последовательный резистор. (При полностью разряженной батарее некоторые светодиоды будут полностью темными.)

Нагнетательный насос с контролем тока

Целью источника питания светодиодов является обеспечение достаточно высокого выходного напряжения и протекание одного и того же тока через все светодиоды, подключенные параллельно. Обратите внимание (рисунок 5), что если все белые светодиоды параллельной конфигурации имеют одинаковые токи, все они будут иметь одинаковые координаты цветности.Для этой цели компания Maxim предлагает зарядный насос с контролем тока (MAX1912).

В параллельной конфигурации из трех светодиодов, показанной на рис. 8 , накачка заряда представляет собой крупномасштабный тип, который увеличивает входное напряжение в 1,5 раза. Более ранние зарядные насосы просто удваивали входное напряжение, но этот новый метод обеспечивает лучшую эффективность. Входное напряжение повышается до уровня, позволяющего работать только светодиодам. Резисторные сети, подключенные к SET (вывод 10), обеспечивают одинаковые токи во всех светодиодах.Внутренняя схема поддерживает напряжение SET на уровне 200 мВ, поэтому ток через любой светодиод можно рассчитать как I _LED = 200 мВ / 10 Ом = 20 мА. Если для некоторых диодов требуются более низкие уровни тока, вы можете использовать более трех параллельно, потому что MAX1912 выдает до 60 мА. См. Технические данные MAX1912 для получения дополнительных сведений о применении и схемах.

Рис. 8. Эта ИС сочетает в себе накачку заряда и управление током. Зарядный насос обеспечивает достаточное рабочее напряжение для белых светодиодов, а регулировка тока обеспечивает однородный белый свет, пропуская одинаковые токи через каждый светодиод.

Простое управление током

Белые светодиоды можно легко использовать, если система обеспечивает напряжение выше прямого напряжения диодов. Цифровые фотоаппараты, например, обычно включают источник питания +5 В. В этом случае вам не нужна функция повышения, потому что напряжение питания включает достаточный запас для работы светодиодов. Для схемы, показанной на Рисунке 8, следует выбрать согласованный источник тока. Например, MAX1916 может управлять до трех светодиодов параллельно (, рис. 9, ).

Рисунок 9. Один внешний резистор (R _SET ) программирует значение идентичных токов, подаваемых на каждый светодиод. Применение сигнала с широтно-импульсной модуляцией к разрешающему выводу (EN) этой ИС обеспечивает простую регулировку яркости (функция затемнения).

Операция проста: резистор R _SET программирует ток, который пропускается через подключенные светодиоды. Такой подход занимает очень мало места на доске. Помимо микросхемы (небольшой 6-выводной корпус SOT23) и нескольких байпасных конденсаторов, требуется только один внешний резистор.Микросхема обеспечивает отличное согласование тока между светодиодами — 0,3%. Эта конфигурация обеспечивает идентичные местоположения цветности и, следовательно, идентичные типы белого света от каждого светодиода.

Регулировка яркости зависит от интенсивности света

Некоторые портативные устройства регулируют интенсивность своего светового потока в соответствии с условиями окружающего освещения, а другие снижают интенсивность света с помощью программного обеспечения после короткого интервала ожидания. Обе эти операции требуют, чтобы светодиоды были затемнены, и такая функция затемнения должна одинаково влиять на каждый прямой ток, чтобы избежать возможных сдвигов в координации цветности.Этого единообразия можно добиться с помощью небольшого цифро-аналогового преобразователя, который управляет током через резистор R _SET .

Конвертер с 6-битным разрешением, такой как MAX5362, с интерфейсом, совместимым с I ² C *, или MAX5365, с интерфейсом, совместимым с SPI ™, делает возможной функцию затемнения с 32 ступенями интенсивности света ( Рис. ). Тип белого света от светодиодов меняется с изменением яркости, потому что прямой ток влияет на координаты цветности.Это не должно быть проблемой, потому что одинаковые прямые токи заставляют каждый диод в группе излучать идентичный свет.

Рис. 10. Этот цифро-аналоговый преобразователь управляет затемнением светодиодов, изменяя их прямые токи в унисон.

Функция затемнения, для которой координаты цветности не перемещаются, называется широтно-импульсной модуляцией. Это может быть реализовано с большинством устройств питания, которые обеспечивают функцию включения или выключения. MAX1916, например, ограничивает ток утечки через светодиоды до уровня всего 1 мкА, как только компонент отключается путем понижения уровня EN.Результат — нулевое излучение света. Повышение уровня EN позволяет направить запрограммированный прямой ток через светодиоды. Если вы примените сигнал с широтно-импульсной модуляцией к EN, яркость будет пропорциональна скважности этого сигнала.

Координаты цветности не меняются, потому что каждый светодиод продолжает видеть один и тот же прямой ток. Однако человеческий глаз воспринимает изменение рабочего цикла как изменение яркости. Частоты выше 25 Гц не распознаются человеческим глазом, поэтому частота переключения 200–300 Гц является хорошим выбором для ШИМ-диммирования.Более высокие частоты могут вызвать проблемы, потому что координаты цветности могут смещаться в течение короткого интервала, необходимого для включения и выключения светодиодов. Сигнал PWM может подаваться с вывода ввода / вывода микропроцессора или одного из его периферийных устройств. Количество доступных шагов яркости зависит от ширины регистра счетчика, используемого для этой цели.

Импульсный повышающий преобразователь имеет контроль тока

Помимо упомянутого выше зарядного насоса (MAX1912), вы также можете реализовать повышающий преобразователь с контролем тока.Импульсный преобразователь напряжения MAX1848, например, генерирует выходное напряжение до 13 В, что достаточно для последовательного включения до трех светодиодов (, рис. 11, ). Этот подход, вероятно, самый чистый, потому что все светодиоды, соединенные последовательно, имеют одинаковый ток. Ток светодиода определяется R _SENSE и напряжением, подаваемым на вход CTRL.

Рис. 11. Этот импульсный повышающий преобразователь обеспечивает работу нескольких светодиодов последовательно. Все имеют одинаковый прямой ток, который регулируется через вход CTRL (например) цифро-аналоговым преобразователем.

MAX1848 может реализовать функцию затемнения в соответствии с любым из методов, описанных выше. Прямой ток через светодиоды пропорционален напряжению, приложенному к выводу CTRL. Поскольку MAX1848 переходит в режим выключения, когда напряжение, подаваемое на CTRL, становится ниже 100 мВ, вы также можете реализовать функцию затемнения с ШИМ.

Сводка

Белые светодиоды могут работать параллельно, если вы позаботитесь об обеспечении однородного белого света, уравняв их прямые токи.Для работы светодиодов выберите либо управляемый источник тока, либо комбинацию повышающего преобразователя с контролем тока. Используя зарядовые насосы или импульсные повышающие преобразователи, вы можете реализовать такие комбинации с некоторыми стандартными продуктами.

Литература

1. Лист данных «LR5360, LS5360, LY5360, LG5360», OSRAM Opto Semiconductors, Регенсбург, 2001 г.
2. «Управление светодиодами на основе InGaN в параллельных схемах», Герхард Шарф, OSRAM Opto Semiconductors, ноябрь 2001 г.
3. Колориметрия, 2 ^{-е издание} , публикация CIE 15.2-1986, ISBN 3 900 734 00 3.
4. Лист данных «Hyper ChipLED LW Q983», OSRAM Opto Semiconductors, Регенсбург, 2001 г.
5. Техническое описание MAX1912, Maxim Integrated, 2002: http://www.maximintegrated.com/max1912.

Резистор для светодиода | Применение резистора

Резисторы в схемах светоизлучающих диодов (LED)

Светодиод (светоизлучающий диод) излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Самая простая схема для питания светодиода — это источник напряжения с последовательно соединенными резистором и светодиодом.Такой резистор часто называют балластным резистором. Балластный резистор используется для ограничения тока через светодиод и предотвращения его возгорания. Если источник напряжения равен падению напряжения светодиода, резистор не требуется. Сопротивление балластного резистора легко рассчитать по закону Ома и по законам Кирхгофа. Номинальное напряжение светодиода вычитается из источника напряжения и затем делится на желаемый рабочий ток светодиода:

Где V — источник напряжения, V _LED — напряжение светодиода, а I — ток светодиода.Таким образом, вы сможете подобрать подходящий резистор для светодиода.

светодиода также доступны в интегрированном корпусе с резистором, подходящим для работы светодиода. Эту простую схему можно использовать в качестве индикатора включения DVD-плеера или монитора компьютера. Хотя эта простая схема широко используется в бытовой электронике, она не очень эффективна, так как излишек энергии источника напряжения рассеивается балластным резистором. Поэтому иногда применяются более сложные схемы с большей энергоэффективностью.

Пример простой схемы светодиода

В следующем примере светодиод с напряжением 2 В и силой тока 20 мил-ампер должен быть подключен к источнику питания 12 В. Балластный резистор можно рассчитать по формуле:

Резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если точное значение недоступно, выберите следующее значение, которое выше.

Светодиод в последовательной цепи

Часто несколько светодиодов подключаются к одному источнику напряжения последовательным соединением.Таким образом, несколько резисторов могут использовать один и тот же ток. Поскольку ток через все последовательно соединенные светодиоды одинаков, они должны быть одного типа. Обратите внимание, что для освещения одного светодиода в этой цепи требуется столько же энергии, сколько для нескольких последовательно соединенных светодиодов. Источник напряжения должен обеспечивать достаточно большое напряжение для суммы падений напряжения светодиодов и резистора. Обычно напряжение источника на 50 процентов выше суммы напряжений светодиодов. Напротив, иногда выбирается источник более низкого напряжения.В этой стратегии более низкая яркость компенсируется большим количеством светодиодов. Кроме того, снижаются тепловые потери, а светодиоды имеют более длительный срок службы из-за меньшей нагрузки.

Пример серии светодиодов

В этом примере два светодиода соединены последовательно. Один красный светодиод с напряжением 2 В и синий светодиод с напряжением 4,5 В. Оба имеют номинальную силу тока 30 мА. Согласно законам Кирхгофа, сумма падений напряжения в цепи равна нулю. Следовательно, напряжение резистора должно быть равно источнику напряжения за вычетом суммы падений напряжения светодиодов.По закону Ома рассчитываем значение сопротивления балластного резистора:

Сопротивление резистора должно быть не менее 183,3 Ом. Учтите, что падение напряжения составляет 5,5 вольт. Можно было бы подключить в схему дополнительные светодиоды.

Светодиод в параллельной цепи

Можно подключить светодиоды параллельно, но это создает больше проблем, чем последовательные цепи. Прямые напряжения светодиодов должны точно совпадать, в противном случае загорится только светодиод с самым низким напряжением и, возможно, сгорит от большего тока.Даже если светодиоды имеют одинаковую спецификацию, они могут иметь плохие согласованные ВАХ из-за различий в производственном процессе. Это заставляет светодиоды пропускать другой ток. Чтобы минимизировать разницу в токе, параллельно включенные светодиоды обычно имеют балластный резистор для каждой ветви.

Как работает светодиод?

Светодиод (Light Emitting Diode) — полупроводниковый прибор; По сути, это соединение P-N с выводами, прикрепленными к каждой стороне. Идеальный диод имеет нулевое сопротивление при прямом смещении и бесконечное сопротивление при обратном смещении.Однако в реальных диодах на диоде должно быть небольшое напряжение, чтобы он проводил. Это напряжение наряду с другими характеристиками определяется материалами и конструкцией диода. Когда напряжение прямого смещения становится достаточно большим, избыточные электроны с одной стороны перехода начинают объединяться с дырками с другой стороны. Когда это происходит, электроны переходят в менее энергичное состояние и выделяют энергию. В светодиодах эта энергия выделяется в виде фотонов. Материалы, из которых изготовлен светодиод, определяют длину волны и, следовательно, цвет излучаемого света.Первые светодиоды были сделаны из арсенида галлия и излучали красный свет. Сегодня светодиоды могут быть изготовлены из самых разных материалов и могут излучать разные цвета. Напряжение варьируется от 1,6 В для красных светодиодов до 4,4 В для ультрафиолетовых. Знание правильного напряжения важно, потому что приложение слишком большого напряжения на диоде может вызвать больший ток, чем светодиод может безопасно выдержать.

На сегодняшний день доступны
светодиодов малой и большой мощности. Светодиоды обычно выделяют меньше тепла и потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания такой же яркости.Они служат дольше, чем аналогичные лампочки. Светодиоды используются в широком спектре осветительных и светочувствительных приложений.

Использование светодиодов в качестве фотодиодов

В качестве фотодиодов можно использовать

светодиода. Фотодиоды — это полупроводники, которые ведут себя противоположно светодиодам. В то время как светодиод будет излучать свет, когда он проводит, фотодиод будет генерировать ток при воздействии света с правильной длиной волны. Светодиод будет проявлять эту характеристику при воздействии света с длиной волны ниже его нормальной рабочей длины волны.Это позволяет использовать светодиоды в таких схемах, как датчики света и оптоволоконные цепи связи.

Светодиодный символ

Pololu — Простая светодиодная схема

Одна из самых простых схем, которую вы можете построить, — это светодиод, работающий от батареи. К сожалению, многие люди, которые думают, что они разбираются в какой-то электронике (и даже несколько собеседников с предполагаемыми дипломами в области электротехники), не могут на самом деле нарисовать схему простой схемы или рассчитать соответствующие значения компонентов.Ты можешь? (Если вы можете легко это сделать, вам, вероятно, следует пропустить оставшуюся часть этого сообщения.)

Я прикреплю сюда эту несвязанную схему, чтобы вы не увидели ответ, прежде чем задумались над ним.

Вам может быть интересно, о каких батареях и светодиодах идет речь. Вы можете нарисовать базовую схему без значений, но для одного вычисления, которое вам нужно выполнить, вам потребуются некоторые конкретные значения. Допустим, у вас батарея на 9 В, и мы говорим о типичном зеленом светодиодном индикаторе.Вы знаете, одно из этих:

И, если у вас большой монитор, еще одна приманка:

Хорошо, пора перейти к нашей реальной схеме на сегодня. В идеале вы сразу представили себе что-то подобное:

Следует отметить несколько ключевых моментов:

• У вас должен быть резистор в цепи. Немного подсчитаем значение. Резистор может быть с любой стороны светодиода.
• Светодиод и батарея должны быть в правильном направлении.
• Три компонента имеют четко определенные схематические символы, которые вам следует знать. Вероятно, не имеет значения, сколько именно ячеек вы показываете в своей батарее, сколько зигзагов у вас есть в вашем резисторе и как именно выглядят стрелки на вашем светодиоде, но если вы думаете, что разбираетесь в электронике, и обнаружите, что рисуете коробки для всех три из этих частей, возможно, вы захотите полегче сказать, сколько электроники, как вы утверждаете, знаете.

Определение соответствующего сопротивления требует немного больше усилий, если вы хотите получить оправданный ответ. Мы должны соблюдать несколько основных правил: закон Кирхгофа по напряжению, а затем закон Ома. Закон Кирхгофа по напряжению говорит нам, что если мы обойдем замкнутый контур, такой как эта, разница напряжений на каждом компоненте в контуре должна в сумме равняться нулю. Это должно казаться интуитивно очевидным, поскольку это в основном повторение принципа сохранения энергии: если вы обойдете петлю и получите ненулевой результат, у вас будет какой-то источник напряжения, который вы не учли.Если вы обойдете петлю по часовой стрелке и начнете с отрицательной стороны батареи, вы увидите, что 9 В батареи должны быть уравновешены 9 В падением напряжения на резисторе и светодиоде:

Если вам не нравится идея, что -9 В представляет напряжение на резисторе и светодиоде, вы можете поменять местами то, что вы называете положительным и отрицательным:

Следует отметить, что эта версия менее последовательна в отношении корреляции между направлением, в котором мы движемся по петле, и тем, что мы называем положительным и отрицательным.Я помню, как этот позитивный и негативный бизнес сбивал с толку и казался непоследовательным, когда я был ребенком, и учителя, которые на самом деле этого не понимали, не помогали, а также указывали, что ток на самом деле течет в другом направлении, чем мы говорим. Следует иметь в виду, что если вы будете последовательны, все должно получиться (и в этом случае отслеживания напряжений в контуре, мы даже не говорим о токе). Первый рисунок обозначен соответствующим образом; просто помните, что поскольку V _R в этом случае отрицательное значение, левая сторона, помеченная «-», будет положительной стороной, если вы измеряете ее с помощью метра.Хорошо иметь возможность разобраться в деталях, если вы застряли в своей интуиции, но также полезно для вашего качественного понимания сказать вам, что 9 В, подаваемые в схему от батареи, будут рассеиваться резистором и светодиодом. которые не добавляют энергии в схему.

Как только мы установили, что на светодиодах и резисторе имеется напряжение 9 В, мы почти готовы использовать закон Ома, чтобы решить, какое сопротивление нам нужно. Закон Ома достаточно прост, и любой, кто хочет делать что-либо с электроникой, должен его знать:

В = I R

Поскольку в нашей цепи всего одна петля, ток должен быть одинаковым во всех трех компонентах — в противном случае какой-то ток волшебным образом исходил бы или уходил в никуда.Чтобы указать ток, нам просто нужно знать, какой ток подходит для нашего светодиода. Мы будем использовать 10 мА, поскольку это довольно типично, и с ним легко работать. Распространенная ошибка тех, кто зашел так далеко, заключается в том, что они хотят применить закон Ома к комбинации светодиода и резистора; то есть они хотят использовать 9 В для V в уравнении. Здесь и появляется цвет светодиода: разные цвета светодиода имеют разные падения напряжения в прямом направлении. У зеленого светодиода падение напряжения составляет около 2,1 В при 10 мА (химический состав светодиода также имеет значение, и некоторые дизайнерские светодиоды со специальным «истинным зеленым» цветом имеют более высокое напряжение).Что отличает светодиод от резистора (то есть закон Ома не действует), так это то, что даже при 5 мА или 20 мА падение напряжения будет примерно одинаковым. Кроме того, если у вас есть идеальная батарея на 2,1 В и подключена к светодиоду без резистора, ток может стать произвольно большим и разрушить светодиод. Вот почему нам нужен резистор, чтобы ограничить ток.

Если напряжение светодиода составляет в основном 2,1 В, независимо от того, что, а светодиод и резистор в сумме дают 9 В, мы видим (снова применяя закон Кирхгофа), что на резисторе останется 6.9 В. Теперь у нас есть ток через резистор, 10 мА, и напряжение на нем, 6,9 В, поэтому мы можем подключить эти числа и получить сопротивление 690 Ом. Однако 690 Ом не является стандартным сопротивлением резистора, поэтому, если нам действительно нужно было построить эту схему, мы бы использовали ближайшее стандартное значение, 680 Ом. Вот наша последняя схема:

Если бы вы могли сделать это мгновенно самостоятельно, отлично; но не волнуйтесь: в великой схеме электроники это примерно так же просто, как 2 + 2 = 4.В следующий раз я расскажу, как даже в этой простейшей схеме есть много упрощений и почему они могут сойти с рук. В заключение, вот контрольный список вещей, которые вам следует знать или освежить, если вы их не знаете:

• Знать условные обозначения основных электронных компонентов.
• Знать закон Ома.
  • Уметь применить его к резистору.
  • Знайте, что это не относится к большинству вещей, включая светодиоды и батареи.
• Понимать (уметь применять) закон Кирхгофа о напряжении.
• Знайте, что светодиоды имеют приблизительно постоянное напряжение на них, когда они находятся в своем рабочем диапазоне, и что это напряжение зависит от цвета.
• Знайте, что подходящий ток для маленького светодиода составляет около 10 мА.
• Имейте в виду, что реальные физические компоненты не обязательно будут доступны в точной стоимости, которую вы хотели бы.

светодиодов (светоизлучающих диодов) | Electronics Club

Светодиоды (светоизлучающие диоды) | Клуб электроники

Тестирование | Цвет | Размеры и формы | Резистор | Светодиоды последовательно | Светодиодные данные | Мигает | Дисплеи

Смотрите также: Лампы | Диоды

LED = светоизлучающий диод

светодиода излучают свет, когда через них проходит электрический ток.

Электрические характеристики светодиода сильно отличаются от поведения лампы, и он должен быть защищен от пропускание чрезмерного тока, обычно это достигается подключением резистора последовательно со светодиодом. Никогда не подключайте светодиод напрямую к батарее или источнику питания.

светодиода должны быть подключены правильно, на схеме может быть указано a или + для анода и k или — для катода (да, это действительно k, а не c, для катода).Катод — это короткий вывод, и на корпусе может быть небольшое сглаживание. круглых светодиодов. Если вы видите внутри светодиода, катод — это электрод большего размера, но это не официальный метод идентификации.

Пайка светодиодов

Светодиоды

могут быть повреждены нагреванием при пайке, но риск невелик, если вы не будете очень медленными. При пайке большинства светодиодов никаких специальных мер предосторожности не требуется.

Rapid Electronics: светодиоды

---

Тестирование светодиода

Никогда не подключайте светодиод напрямую к батарее или источнику питания , потому что светодиод может быть разрушенным чрезмерным током, проходящим через него.

Светодиоды

должны иметь последовательно включенный резистор для ограничения тока до безопасного значения для в целях тестирования 1к резистор подходит для большинства светодиодов, если напряжение питания составляет 12 В или меньше. Не забудьте правильно подключить светодиод.

Пожалуйста, смотрите ниже объяснение, как разработать подходящий резистор. значение для светодиода.

---

Не хватает денег на проекты в области электроники? Продайте свой старый iPhone, iPad, MacBook или другое устройство Apple: macback.co.uk

---

Цвета светодиодов

Цвет светодиода определяется его полупроводниковым материалом, а не цветом «упаковки» (пластиковый корпус).Светодиоды всех цветов доступны в неокрашенном виде. упаковки, которые могут быть рассеянными (молочными) или прозрачными (часто называемыми «прозрачными от воды»). Цветные упаковки также доступны в диффузных (стандартный тип) или прозрачных.

Синие и белые светодиоды могут быть дороже других цветов.

Двухцветные светодиоды

Двухцветный светодиод имеет два светодиода, соединенных «обратной параллелью» (один вперед, один назад) объединены в один корпус с двумя выводами. Одновременно может гореть только один из светодиодов и они менее полезны, чем трехцветные светодиоды и светодиоды RGB, описанные ниже.

Трехцветные светодиоды

Самый популярный тип трехцветного светодиода, в котором красный и зеленый светодиоды объединены в один. пакет с тремя выводами. Их называют трехцветными, потому что смешанные красный и зеленый свет кажется желтым, и он появляется, когда горят и красный, и зеленый светодиоды.

На схеме показана конструкция трехцветного светодиода. Обратите внимание на разные длины трех выводов. Центральный вывод (k) является общим катодом для оба светодиода, внешние выводы (a1 и a2) являются анодами для светодиодов, что позволяет каждый из них должен быть освещен отдельно, или оба вместе, чтобы дать третий цвет.

Rapid Electronics: красный / зеленый светодиод

RGB светодиоды

светодиодов RGB содержат красный, зеленый и синий светодиоды в одном корпусе. Каждый внутренний светодиод можно переключить включается и выключается по отдельности, позволяя получать различные цвета:

• Красный + зеленый дает желтый
• Красный + синий дает пурпурный
• Зеленый + синий дает голубой
• Красный + зеленый + синий дает белый

Более широкий диапазон цветов можно получить, изменяя яркость каждого внутреннего светодиода.

Rapid Electronics: RGB LED

---

---

Размеры, формы и углы обзора светодиодов

Светодиоды

доступны в широком ассортименте размеров и форм. «Стандартный» светодиод имеет круглое поперечное сечение диаметром 5 мм, и это, вероятно, лучший тип для общего использования, но также популярны круглые светодиоды диаметром 3 мм.

Светодиоды круглого сечения используются часто и их очень легко установить на коробки, просверлив отверстие диаметром светодиода, добавив пятно клея, поможет удержать светодиод, если необходимо.Также доступны зажимы для светодиодов (показаны на рисунке) для фиксации светодиодов в отверстиях. Другие формы поперечного сечения включают квадратные, прямоугольные и треугольные.

Фотография © Rapid Electronics

Светодиоды различаются не только цветами, размерами и формами, но и углом обзора. Это говорит вам, насколько распространился луч света. Стандартные светодиоды имеют обзор угол 60 °, но другие имеют узкий луч 30 ° или меньше.

Склад Rapid Electronics особенно широкий выбор светодиодов и их веб-сайт является хорошим руководством к широкому ассортименту доступных включая новейшие светодиоды высокой мощности.

---

Расчет номинала резистора светодиода

Светодиод должен иметь последовательно подключенный резистор для ограничения тока через светодиод, иначе он перегорит практически мгновенно.

Номинальное сопротивление резистора R определяется по формуле:

.

R = значение резистора в омах ().
В _S = напряжение питания.
В _L = напряжение светодиода (2 В или 4 В для синих и белых светодиодов).
I = ток светодиода в амперах (A)

Ток светодиода должен быть меньше максимально допустимого для вашего светодиода.Для светодиодов стандартного диаметра 5 мм максимальный ток обычно составляет 20 мА, поэтому значения 10 мА или 15 мА подходят для многих цепей. Для расчета ток должен быть в амперах (А). Чтобы преобразовать мА в А, разделите ток в мА на 1000.

Если расчетное значение недоступно, выберите ближайшее стандартное значение резистора. что на больше , так что ток будет немного меньше, чем вы выбрали. На самом деле вы можете выбрать резистор большего номинала, чтобы уменьшить ток. (например, для увеличения срока службы батареи), но это сделает светодиод менее ярким.

Например

Если напряжение питания V _S = 9V, и у вас красный светодиод (V _L = 2V), требующий тока I = 20 мА = 0,020 А,
R = (9В — 2В) / 0,02А = 350, так что выберите 390 (ближайшее стандартное значение, которое больше).

Напряжение светодиода

Напряжение светодиода V _L определяется цветом светодиода. Красные светодиоды имеют самое низкое напряжение, желтые и зеленые немного выше. Наибольшее напряжение имеют синий и белый светодиоды.

Для большинства целей точное значение не критично, и вы можете использовать 2 В для красных, желтых и зеленых светодиодов или 4 В для синих и белых светодиодов.

Расчет формулы резистора светодиода по закону Ома

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где:
В = напряжение на резисторе (в данном случае = В _S — В _L )
I = ток через резистор

Итак, R = (V _S — V _L ) / I

Для получения дополнительной информации о расчетах см. Страницу закона Ома.

---

---

Последовательное подключение светодиодов

Если вы хотите, чтобы несколько светодиодов горели одновременно, их можно подключить последовательно. Это продлевает срок службы батареи за счет освещения нескольких светодиодов таким же током, как и только один светодиод.

Все светодиоды, соединенные последовательно, пропускают одинаковый ток , поэтому лучше всего, если они все того же типа. Источник питания должен иметь достаточное напряжение, чтобы обеспечить около 2 В для каждого светодиода. (4 В для синего и белого) плюс еще минимум 2 В для резистора.Чтобы выработать ценность для резистора вы должны сложить все напряжения светодиодов и использовать это для V _L .

Пример расчета:

Для последовательного красного, желтого и зеленого светодиода требуется напряжение питания не менее 3 × 2 В + 2 В = 8 В, поэтому батарея 9 В и будет идеальной.
В _L = 2 В + 2 В + 2 В = 6 В (три напряжения светодиодов суммируются).
Если напряжение питания V _S составляет 9 В, а ток I должен быть 15 мА = 0,015 А,
Резистор R = (В _S — В _L ) / I = (9 — 6) / 0.015 = 3 / 0,015 = 200,
, поэтому выберите R = 220 (ближайшее стандартное значение, которое больше).

Избегайте параллельного подключения светодиодов!

Подключение нескольких светодиодов параллельно с одним общим резистором, как правило, плохая идея.

Если для светодиодов требуется немного другое напряжение, загорится только светодиод с самым низким напряжением, и он может быть разрушен большим током, протекающим через него. Хотя идентичные светодиоды могут быть успешно подключены параллельно с одним резистором, что редко дает полезные преимущества потому что резисторы очень дешевые, а ток такой же, как при подключении светодиодов по отдельности.

Если светодиоды включены параллельно, у каждого из них должен быть свой резистор.

---

Чтение таблицы технических данных для светодиодов

Веб-сайты и каталоги поставщиков обычно содержат таблицы технических данных для таких компонентов, как светодиоды. Эти таблицы содержат много полезной информации в компактной форме, но они могут будет сложно понять, если вы не знакомы с используемыми сокращениями. Вот важные свойства светодиодов:

• Максимальный прямой ток, I _F макс.
  «Вперед» означает, что светодиод правильно подключен.
• Типичное прямое напряжение, В _F тип.
  Это V _L в расчете светодиодного резистора, около 2В или 4В для синих и белых светодиодов.
• Сила света
  Яркость при заданном токе, например 32 мкд при 10 мА (мкд = милликандела).
• Угол обзора
  60 ° для стандартных светодиодов, другие излучают более узкий луч около 30 °.
• Длина волны
  Пиковая длина волны излучаемого света, она определяет цвет светодиода, е.г. красный 660 нм, синий 430 нм (нм = нанометр).

Следующие два свойства можно игнорировать для большинства цепей:

• Максимальное прямое напряжение, В _F max.
  Это можно игнорировать, если у вас есть подходящий резистор, включенный последовательно.
• Максимальное обратное напряжение, В _R max.
  Это можно игнорировать, если светодиоды подключены правильно.

---

Мигающие светодиоды

Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, но содержат ИС (интегральную схему) а также сам светодиод.ИС мигает светодиодом с низкой частотой, например 3 Гц (3 вспышки в секунду). Мигающие светодиоды предназначены для прямого подключения к определенному напряжению питания, например, 5 В или 12 В. без последовательного резистора. Обратитесь к поставщику, чтобы узнать безопасный диапазон напряжения питания для конкретный мигающий светодиод. Частота вспышек фиксированная, поэтому их использование ограничено, и вы можете предпочесть построить свою собственную схему для мигания обычного светодиода, например Проект мигающего светодиода, в котором используется 555 нестабильная схема.

Rapid Electronics: мигающие светодиоды

---

Светодиодные дисплеи

светодиодных дисплеев представляют собой пакеты из множества светодиодов, расположенных по схеме, наиболее знакомой схеме. является 7-сегментным дисплеем для отображения чисел (цифры 0-9).Картинки ниже проиллюстрировать некоторые из популярных дизайнов.

Гистограмма, 7-сегментный, звездообразный и матричный светодиодный дисплей
Фотографии © Rapid Electronics

Rapid Electronics: светодиодные дисплеи

Подключение контактов светодиодных дисплеев

Существует много типов светодиодных дисплеев, поэтому для получения дополнительной информации см. Каталог или веб-сайт поставщика. штыревые соединения. На диаграмме справа показан пример из Быстрая электроника. Как и многие 7-сегментные дисплеи, этот пример доступен в двух версиях: Общий анод (SA) со всеми соединенными вместе анодами светодиодов и общий катод (SC) со всеми катодами, соединенными вместе.Буквы a-g относятся к 7 сегментам, A / C является общим анодом или катодом, в зависимости от ситуации (на 2 штыря). Обратите внимание, что некоторые контакты нет (NP), но их позиция все еще пронумерована.

См. Также: Драйверы дисплея.

---

Rapid Electronics любезно разрешили мне использовать их изображения на этом веб-сайте, и я очень благодарен за их поддержку. У них есть широкий ассортимент светодиодов, других компонентов и инструментов для электроники, и я рад рекомендую их как поставщика.

---

Книг по комплектующим:

---

Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию.Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому. На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации.Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google. Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.

Веб-сайт размещен на Tsohost

.