Напряжение белого светодиода: как узнать на сколько вольт рассчитан, какое у него падение и рабочее питание в зависимости от цвета

Преобразователь напряжение-ток для питания белого светодиода

EDN, June 27, 2002

Иногда возникает необходимость зажечь белый светодиод от одной 1,5 вольтовой батарейки. К сожалению, прямое напряжение белых светодиодов лежит в диапазоне от 3 до 4 вольт. Поэтому необходимо применить преобразователь напряжения, что бы светодиод мог работать от одной батарейки. Используя схему, изображённую на рисунке 1, содержащую всего несколько компонентов, можно заставить светиться один белый светодиод или два последовательно соединённых зелёных. Схема является преобразователем напряжение-ток и преобразует напряжение батареи в ток, питающий светодиод. Изменяя номинал резистора R₃ можно регулировать ток, и как следствие яркость свечения светодиода. При включении переключателя S через резистор R₂ на базу транзистора Q₂ подаётся ток смещения. Транзистор Q₂ включается, и его коллекторный ток через резистор R₃, включает транзистор on Q₁. Теперь ток, идущий через индуктивность L

1 будет увеличиваться. Скорость роста тока зависит от величины индуктивности и напряжения питания. Ток через индуктивность L₁ будет увеличиваться до тех пор, пока он не достигнет максимального значения, зависящего от коэффициента усиления транзистора Q₁. Поскольку величина сопротивления R₃ задаёт базовый ток транзистора Q₁, то ток коллектора транзистора Q₁ будет тоже ограничен.

Как только ток через индуктивность L₁ достигнет максимального значения, то скорость изменения тока изменится. В этот момент полярность напряжения на индуктивности L₁ поменяется на противоположную. Это отрицательное напряжение, пройдя через конденсатор C₁, закроет транзистор Q₂, а транзистор Q₂ в свою очередь закроет транзистор Q₁. Отрицательное напряжение на катушке L₁ будет расти до тех пор, пока оно не достигнет прямого напряжения светодиода D

1. Теперь всплеск тока, протекающего через индуктивность L₁ и светодиод D₁ падает до нуля. Далее транзистор Q₂ снова включается током, проходящим через сопротивление R₂, и цикл повторяется. Изменяя сопротивление резистора R₃, можно установить максимальный ток, проходящий через индуктивность L₁ и светодиод. Яркость светодиода линейно зависит от тока, протекающего через него. Поэтому изменяя значение резистора R₃ можно регулировать яркость свечения.

Рис. 1.

Не важно, какой светодиод используется; прямое напряжение на светодиоде будет увеличивается до тех пор, пока пиковый ток через катушку L₁ не потечёт через светодиод. Различные величины падения напряжения у различных светодиодов приводят к разной скважности импульсов, но пиковый ток, протекающий через светодиод, не меняется. С параметрами элементов, указанными на рисунке 1, схема генерирует на частоте примерно 30 кГц и даёт ток величиной 20 мА, протекающий через светодиод.

Скважность импульсов зависит от отношения напряжения питания к прямому напряжению на светодиоде.

Преимущество данной схемы по сравнению с другими в том, что не требуется устанавливать токоограничительный резистор последовательно со светодиодом. Пиковый ток, проходящий через светодиод зависит от величины резистора R₃ и коэффициента усиления транзистора Q₁.

Сюзанна Нелл, г. Брайтенфурт, Австрия;
Под редакцией Билла Тревиса.

BACK

Светодиоды и их применение

Светодиоды, или светоизлучающие диоды (СИД, в английском варианте LED — light emitting diode)— полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Работа основана на физическом явлении возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через p-n-переход. Цвет свечения (длина волны максимума спектра излучения) определяется типом используемых полупроводниковых материалов, образующих p-n-переход.

Достоинства:

1. Светодиоды не имеют никаких стеклянных колб и нитей накаливания, что обеспечивает высокую механическую прочность и надежность(ударная и вибрационная устойчивость)
2. Отсутствие разогрева и высоких напряжений гарантирует высокий уровень электро- и пожаробезопасности
3. Безынерционность делает светодиоды незаменимыми, когда требуется высокое быстродействие
4. Миниатюрность
5. Долгий срок службы (долговечность)
6. Высокий КПД,
7. Относительно низкие напряжения питания и потребляемые токи, низкое энергопотребление

8. Большое количество различных цветов свечения, направленность излучения
9. Регулируемая интенсивность

Недостатки:

1. Относительно высокая стоимость. Отношение деньги/люмен для обычной лампы накаливания по сравнению со светодиодами составляет примерно 100 раз
2. Малый световой поток от одного элемента
3. Деградация параметров светодиодов со временем
4. Повышенные требования к питающему источнику

Внешний вид и основные параметры:

У светодиодов есть несколько основных параметров:

1. Тип корпуса
2. Типовой (рабочий) ток
3. Падение (рабочее) напряжения
4. Цвет свечения (длина волны, нм)
5. Угол рассеивания

В основном, под типом корпуса понимают диаметр и цвет колбы (линзы). Как известно, светодиод – полупроводниковый прибор, который необходимо запитать током. Так ток, которым следует запитать тот или иной светодиод называется типовым. При этом на светодиоде падает определенное напряжение. Цвет излучения определяется как используемыми полупроводниковыми материалами, так и легирующими примесями. Важнейшими элементами, используемыми в светодиодах, являются: Алюминий (Al), Галлий (Ga), Индий (In), Фосфор (P), вызывающие свечение в диапазоне от красного до жёлтого цвета. Индий (In), Галлий (Ga), Азот (N) используют для получения голубого и зелёного свечений. Кроме того, если к кристаллу, вызывающему голубое (синее) свечение, добавить люминофор, то получим белый цвет светодиода. Угол излучения также определяется производственными характеристиками материалов, а также колбой (линзой) светодиода.

В настоящее время светодиоды нашли применение в самых различных областях: светодиодные фонари, автомобильная светотехника, рекламные вывески, светодиодные панели и индикаторы, бегущие строки и светофоры и т.д.

Схема включения и расчет необходимых параметров:

Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод (“минус”), а другой – анод (“плюс”).

Светодиод будет “гореть” только при прямом включении, как показано на рисунке

При обратном включении светодиод “гореть” не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.

Зависимости тока от напряжения при прямом (синяя кривая) и обратном (красная кривая) включениях показаны на следующем рисунке. Нетрудно определить, что каждому значению напряжения соответствует своя величина тока, протекающего через диод. Чем выше напряжение, тем выше значение тока (и тем выше яркость). Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется “рабочей” зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.

1. Имеется один светодиод, как его подключить правильно в самом простом случае?

Чтобы правильно подключить светодиод в самом простом случае, необходимо подключить его через токоограничивающий резистор.

Пример 1

Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с напряжением 5 вольт.

Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора

R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – Uсветодиода
Uпитания = 5 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0. 02 А
R =(5-3)/0.02= 100 Ом = 0.1 кОм

То есть, надо взять резистор сопротивлением 100 Ом

P.S. Вы можете воспользоваться on-line калькулятором расчета резистора для светодиода

2. Как подключить несколько светодиодов?

Несколько светодиодов подключаем последовательно или параллельно, рассчитывая необходимые сопротивления.

Пример 1.

Имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 3 светодиода к источнику 15 вольт.

Производим расчет: 3 светодиода на 3 вольта = 9 вольт , то есть 15 вольтового источника достаточно для последовательного включения светодиодов

Расчет аналогичен предыдущему примеру

R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода
Uпитания = 15 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (15-3*3)/0.02 = 300 Ом = 0.3 кОм

Пример 2.

Пусть имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 4 светодиода к источнику 7 вольт

Производим расчет: 4 светодиода на 3 вольта = 12 вольт, значит нам не хватит напряжения для последовательного подключения светодиодов, поэтому будем подключать их последовательно-параллельно. Разделим их на две группы по 2 светодиода. Теперь надо сделать расчет токоограничивающих резисторов. Аналогично предыдущим пунктам делаем расчет токоограничительных резисторов для каждой ветви.

R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода
Uпитания = 7 В

Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (7-2*3)/0.02 = 50 Ом = 0.05 кОм

Так как светодиоды в ветвях имеют одинаковые параметры, то сопротивления в ветвях одинаковые.

Пример 3.

Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом, чтобы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление

Например имеются 5 разных светодиодов:
1-ый красный напряжение 3 вольта 20 мА
2-ой зеленый напряжение 2. 5 вольта 20 мА
3-ий синий напряжение 3 вольта 50 мА
4-ый белый напряжение 2.7 вольта 50 мА
5-ый желтый напряжение 3.5 вольта 30 мА

Так как разделяем светодиоды по группам по току
1) 1-ый и 2-ой
2) 3-ий и 4-ый
3) 5-ый

рассчитываем для каждой ветви резисторы:
R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – (UсветодиодаY + UсветодиодаX + …)
Uпитания = 7 В
Uсветодиода1 = 3 В
Uсветодиода2 = 2.5 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ом = 0.075 кОм

аналогично
R2 = 26 Ом
R3 = 117 Ом

Аналогично можно расположить любое количество светодиодов

ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ!!!

При подсчете токоограничительного сопротивления получаются числовые значения которых нет в стандартном ряде сопротивлений, ПОЭТОМУ подбираем резистор с сопротивлением немного большим чем рассчитали.

3. Что будет если имеется напряжение источник с напряжением 3 вольта (и меньше) и светодиод с рабочим напряжением 3 вольта?

Допустимо (НО НЕЖЕЛАТЕЛЬНО) включать светодиод в цепь без токоограничительного сопротивления. Минусы очевидны – яркость зависит от напряжения питания. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).

4. Можно ли включать несколько светодиодов с одинаковым рабочим напряжением 3 вольта параллельно друг другу к источнику 3 вольта (и менее)? В «китайских» фонариках так ведь и сделано.

Опять, это допустимо в радиолюбительской практике. Минусы такого включения: так как светодиоды имеют определенный разброс по параметрам, то будет наблюдаться следующая картина, одни будут светится ярче, а другие тусклее, что не является эстетичным, что мы и наблюдаем в приведенных выше фонариках. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).

RGB-светодиоды

Полноцветный светодиод или по другому RGB-светодиод – Red, Green, Blue. Смешивая эти три цвета в разной пропорции можно отобразить любой цвет. К примеру, если зажечь все три цвета на полную мощность (Red: 100%, Green: 100%, Blue: 100%), то получится свечение белого цвета. Если зажечь только два (Red: 100%, Green: 100%, Blue: 0%), то будет светиться желтый цвет.

Конструктивно, RGB-светодиод состоит из трех кристаллов под одним корпусом и имеет 4 вывода: один общий и три цветовых вывода.
RGB-светодиоды бывают:
1. С общим анодом (CA)
2. С общим катодом (CC)
3. Без общего анода или катода (6 выводов). Как правило в SMD-исполнении.

Самый длинный вывод RGB-светодиода, обычно является общим (анодом или катодом).

При подключении данных светодиодов, следует учесть, что напряжение, подаваемое для свечения цвета может быть разным для разных цветов.
К примеру, возьмем 5мм светодиод MCDL-5013RGB (I=20мА):
U_red = 2.0 Вольт
U_green = 3.5 Вольт
U_blue = 3.5 Вольт

Также следует отметить то, что для некоторых типов RGB-светодиодов необходимо использовать рассеиватель, иначе будут видны составляющие цвета.

ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ!

Представленные выше схемы не отличаются высокой точность рассчитанных параметров, это связано с тем, что при протекании тока через светодиод происходит выделение тепла в нем, что приводит к разогреву p-n перехода, наличие токоограничивающего сопротивления снижает этот эффект, но установление баланса происходит при немного повышенном токе через светодиод. Поэтому целесообразно для обеспечения стабильности применять стабилизаторы тока, а не стабилизаторы напряжения. При применении стабилизаторов тока, можно подключать только одну ветвь светодиодов.

Теги:

• Светодиод

Напряжение

— белый светодиод с напряжением 3 В или меньше?

спросил 7 лет, 5 месяцев назад

Изменено 7 месяцев назад

Просмотрено 9к раз

\$\начало группы\$

Я разрабатываю передний фонарь для велосипеда просто ради удовольствия и столкнулся с проблемой. Пока моя конструкция будет иметь входное напряжение 3 В, но все белые светодиоды, которые я нахожу, имеют прямое напряжение 3,2 В или выше. Мне любопытно, есть ли какие-нибудь белые светодиоды, которые я могу запустить от 3 В.

Моя цель этого источника света – скорее свет, который будет виден, чем свет, который “осветит всю область”. Я планирую мигать светодиодом с таймером 555. Я буду питать свою схему от 2 батареек ААА или, может быть, от часовой батарейки.

• напряжение
• светодиод
• Джоуль-вор

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Белые светодиоды на самом деле являются синими светодиодами с люминофором, который преобразует часть синего света в желтый свет, который смешивается с синим, образуя белый свет.

Напряжение светодиода связано с энергией фотонов в излучаемом им свете, и эта энергия зависит от цвета (длины волны). Для синего света требуется около 3В. Более длинная длина волны света от других цветных светодиодов, таких как красный или зеленый, приводит к тому, что им не требуется такое большое напряжение, 1,4-2,6 в зависимости от конкретного светодиода и цвета.

Требуемое напряжение для синих светодиодов (используемых в белых светодиодах) в последние годы снижается, но никогда не будет ниже 3 В. Фактическое напряжение, конечно, также зависит от тока, который определяет яркость.

Поскольку вы собираетесь питать схему от 2-секционной щелочной батареи, несмотря на то, что новая батарея может иметь чуть больше 3 В, она будет падать по мере разрядки батареи. Чтобы продлить срок службы батареи, вы должны спроектировать свою схему так, чтобы она работала всего с 0,9 В на элемент, то есть 1,8 В для 2-элементной батареи или 2,7 В для 3-элементной.

По словам Стефана, лучший способ — использовать импульсный источник питания для преобразования напряжения батареи в напряжение, необходимое для светодиода. Тогда вы получите лучшее время автономной работы.

Эта статья от Maxim содержит некоторую полезную информацию о светодиодах: РУКОВОДСТВО ПО СХЕМАМ СВЕТОДИОДОВ, ОСНОВАМ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

ОК – вы, вероятно, решили эту проблему пару лет назад, но другой вариант, который вы могли бы рассмотреть, – это использовать схему типа Joule Thief для повышения напряжения. Рождественские огни, заряженные солнечными батареями, могут питать целые цепочки из 100 или более белых светодиодов от один элемент AA 1,2 В, использующий эту концепцию, и необходимые компоненты довольно просты … Один резистор, обычный транзистор, и вы можете собрать катушку самостоятельно. Используйте 2 элемента AAA для питания 555, а затем отправьте импульсы 555 в Joule Thief для питания светодиодов.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Вы можете попробовать импульсный блок питания, чтобы повысить напряжение до 3,2–3,3 В.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Регулятор напряжения

– Как запитать белый светодиод от батареек

Задавать вопрос

спросил 5 лет, 2 месяца назад

Изменено 5 лет, 2 месяца назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

Хочу запитать белый светодиод от батареек.

Светодиод, который я хотел бы использовать, имеет прямое напряжение 3,3 В, в техническом описании указан диапазон напряжения от минимального 2,8 В до максимального 3,8 В.

Моя идея состоит в том, чтобы использовать 1,5-вольтовые батарейки AA или AAA для питания светодиода, я не хочу использовать литиевые батарейки для этого проекта. Однако я открыт для альтернативных предложений, если они лучше подходят для проекта. Я стремлюсь к длительному времени автономной работы, поэтому никаких кнопочных элементов.

Если я использую 2 батареи, я получаю 3 В – это будет в допустимом диапазоне, но очень близко к нижнему пределу 2,8 В. Как только обе батареи упадут до 1,4 В, я вырублюсь.

Если я использую 3 батареи, я получаю 4,5 В и, следовательно, гораздо больший диапазон напряжения, с которым я могу работать, но мне нужно избавиться от чего-то между 3 * 1,5 – 3,3 = 1,2 В и 3 * 1,3 – 3,3 = 0,6 В.

Тут я вижу несколько вариантов:

• Просто подойдите с постоянным резистором и сбросьте 1,2В. Работает нормально, когда батареи полностью заряжены, светодиод со временем тускнеет, пока батареи не достигнут (2,8 + 1,2) / 3 = 1,33 В

• Используйте понижающий преобразователь для преобразования 4,5 В в 3,3 В. Я не очень разбираюсь в понижающих преобразователях, и все элементы, которые есть у моего местного поставщика электроники и которые имеют выходное напряжение 3,3 В, требуют входного напряжения не менее 6 В. Я не против впихнуть туда больше батарей, но дает ли это мне какое-то преимущество?

  Я предполагаю, что использование понижающего преобразователя должно обеспечить стабильное питание 3,3 В, пока преобразователь имеет какое-либо входное напряжение выше определенного порога, поэтому у меня не будет затемнения светодиодов. Это верно?

• Используйте линейный регулятор. Изучая свой вопрос, я нашел несколько ответов, в которых говорилось что-то вроде «линейный регулятор в порядке, потому что у вас не так много падения напряжения». Обычно те вопросы, где речь шла о микроконтроллерах, хотя и имели потребляемую мощность в несколько сотен мкА. Будет ли линейный регулятор работать со светодиодом с потребляемой мощностью 20 или 30 мА?

Не могли бы вы дать мне совет, какому решению мне следует следовать, или я иду в совершенно неправильном направлении? Будут ли эти решения работать, если я захочу запитать два или три светодиода с одинаковыми характеристиками?

• светодиод
• регулятор напряжения

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Попробуйте для начала эту маленькую схему. Работает от почти разряженных батареек ААА.

^{смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab}

Как это работает?

1. Вначале и транзистор, и светодиод выключены.
2. Небольшой ток течет через нижнюю ножку катушки в базу транзистора.
3. Транзистор включает цепь C-E. Теперь через верхнюю ветвь катушки и коллектор транзистора протекает значительно больший ток.
4. Поскольку верхнее и нижнее плечо катушки магнитно связаны, ток не может течь в противоположных направлениях в обоих плечах. Небольшой ток в базу транзистора уходит всухую.
5. Транзистор снова отключается.
6. Ток, протекающий через катушку, нельзя отключить в одно мгновение! Вот почему катушка увеличивает напряжение на своих клеммах, чтобы поддерживать ток. Это напряжение добавляется к напряжению источника.
7. В конце концов, напряжение становится достаточно высоким, чтобы привести светодиод в состояние проводимости (и зажечь его в процессе).
8. Напряжение катушки снова снижается.
9. Светодиод снова гаснет, и процесс перезапускается.

Поздравляю. Вы построили и поняли самый простой повышающий преобразователь из всех.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Для достижения эффективности существующих дешевых фонариков, разработанных для щелочных или более качественных литий-полимерных ламп, регулировка тока должна выполняться на уровне 5% или меньше доступного напряжения из соображений эффективности.