Расчет светодиодов – параллельное и последовательное включение
Расчет светодиодов — ограничительный резистор в цепи LED-диодов
Расчет светодиодов — LED-диод, это неотъемлимый элемент современной электроники, который используется практически во всех радиоэлектронных устройствах. Принцип его работы следующий: при подачи на него определенного значения постоянного тока, прибор начинает светится.
Существуют светодиоды различных цветов свечения, которое обусловливается применяемым материалом для его изготовления.
Специфика включения светодиодного прибора
Вольт-Амперная характеристика у светодиода аналогична той, которую имеет стандартный диод полупроводникового типа. Вместе с тем, когда в цепи светодиода возрастает напряжение прямой направленности, идущий через него ток стремительно увеличивается. Взять для примера фирменный светодиод зеленого свечения, то если подавать на него прямое напряжение в диапазоне от 1.8v до 2v, ток может увеличиться в пять раз, то есть составит 10мА.
Следовательно, включение светодиода по схеме прямой направленности напряжения, даже при незначительном увеличении напряжения, постоянный ток может повысится до критической величины. А при возрастании тока до пикового значении, чревато выходом из строя светодиода.
Поэтому, что бы предохранить данный полупроводниковый прибор от возможного пробоя, подавать на него напряжение необходимо от стабилизированного источника тока, то есть — драйвера.
При использовании драйвера с постоянным стабилизированным током обеспечиваются лучшие характеристики излучения светодиода, и, кроме того, увеличивается срок его работы. Однако такие источники тока дорогие и используются только для ответственных случаев.
В случае, если цепь со стабилизированным напряжением в схеме отсутствует, тогда для защиты светодиода применяется постоянный резистор в качестве ограничивающего ток сопротивления. Такой гасящий резистор включается последовательно в цепь светодиода. Чтобы точно определить номинальное значение такого резистора, нужно воспользоваться ниже приведенной формулой:
Это популярный в радиоэлектронике закон Ома, с помощью которого можно легко определить номинальное значение сопротивления на определенном участке электрического тракта.
R=U/I, где:
R — сопротивление, Ом;
U — напряжение на участке цепи, В;
I — ток, протекающий в цепи, А.
В общем, принцип расчета сопротивления такой: определяем требуемую величину рабочего тока прибора — Iсв и номинальное напряжение для его работы — Uсв. При этом нужно учитывать постоянное напряжение, от которого питается вся схема — Uпит, далее уже высчитывается номинальное значение ограничительного сопротивления — Rогр:
Rогр=(Uпит-Uсв)/(Iсв*0,75)
Коэффициент 0,75 в этом случае применяется для сохранения определенного запаса.
Получив номинальное значение сопротивления, теперь необходимо найти наиболее приближенный к нему номинал постоянного резистора.
Теперь нужно определить мощность рассеивания гасящего резистора:
Pрас =Iсв²*Rогр, где:
Pрас — мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе, Вт;
Iсв — ток светодиода, А;
Rогр – сопротивление ограничивающего резистора, Ом.
Узнав мощность рассеивания ограничительного резистора, теперь нужно найти компонент с предельно допустимыми параметрами.
Включение светодиодов по параллельной и последовательной схеме
Используя параллельное включение LED-источника, следует помнить, что в случае задействования только одного гасящего сопротивления может привести к его перегреву.
Применяя схему параллельного включения LED-приборов, необходимо в разрыв цепи диода всегда устанавливать свой, персональный резистор ограничения тока. Способ расчета номинальной мощности и сопротивления этого резистора высчитывается аналогичным методом, приведенным выше. Используя схему последовательного включения, цепь желательно составлять из идентичных друг другу приборов.
Помимо этого, нужно взять во внимание то, что действующее в схеме напряжение должно составлять немногим большее значение, чем потребляющее всеми LED-диодами одновременно
Вычисление номинала ограничительного резистора для использования в схеме последовательного соединения, производится таким же образом, как показано выше. Хотя, есть некоторое исключение, состоящее в том, что при подсчете, взамен значения Uсв применяется значение Uсв*N. В приведенном примере буква N означает число соединенных в цепь LED-приборов.
Расчет резистора для подключения светодиодов на видео
usilitelstabo.ru
Как подключить светодиод к 220В: резистор, конденсатор, способы подключения
Содержание статьи:
Без светодиодов трудно обойтись при проектировании электронной аппаратуры, а также при изготовлении экономичных осветительных приборов. Их надежность, простота монтажа и относительная дешевизна привлекают внимание разработчиков бытовых и промышленных светильников. Поэтому многих пользователей интересуют схемные решения по включению светодиода, предполагающие прямую подачу на него фазного напряжения. Неспециалистам в области электроники и электрики полезно будет узнать, как подключить светодиод к 220В.
Технические особенности диода
По определению светодиод, схема которого схожа с обычным диодом, – это тот же полупроводник, пропускающий ток в одном направлении и излучающий свет при его протекании. Его рабочий переход не рассчитан на высокие напряжения, поэтому для загорания светодиодного элемента вполне достаточно всего нескольких вольт. Другой особенностью этого прибора является необходимость подачи на него постоянного напряжения, так как при переменных 220 Вольт светодиод будет мигать с частотой сети (50Герц). Считается, что глаз человека не реагирует на такие мигания и что они не причиняют ему вреда. Но все же согласно действующим стандартам для его работы нужно использовать постоянный потенциал. В противном случае приходится применять особые меры защиты от опасных обратных напряжений.
Большинство образцов осветительной техники, в которых диоды используются в качестве элементов освещения, включаются в сеть через специальные преобразователи – драйверы. Эти устройства необходимы для получения из исходного сетевого напряжения постоянных 12, 24, 36 или 48 Вольт. Несмотря на их широкое распространение в быту нередки ситуации, когда обстоятельства вынуждают обходиться без драйвера. В этом случае важно уметь включать светодиоды в 220 В.
Полюса светодиода
Полярность светодиода
Чтобы ознакомиться со схемами включения и распайкой диодного элемента, нужно узнать, как выглядит распиновка светодиода. В качестве его графического обозначения используется треугольник, к одному из углов которого примыкает короткая вертикальная полоса – на схеме она называется катодом. Он считается выходным для постоянного тока, втекающего с обратной стороны. Туда подается положительный потенциал от источника питания и поэтому входной контакт называется анодом (по аналогии с электронными лампами).
Выпускаемые промышленностью светодиоды имеют всего два вывода (реже – три или даже четыре). Известны три способа определения их полярности:
- визуальный метод, позволяющий определить анод элемента по характерному выступу на одной из ножек;
- с помощью мультиметра в режиме «Проверка диодов»;
- посредством блока питания с постоянным выходным напряжением.
Для определения полярности вторым способом плюсовой конец измерительного шнура тестера в красной изоляции подсоединяется к одному контактному выводу диода, а черный минусовой – к другому. Если прибор показывает прямое напряжение порядка полвольта, со стороны плюсового конца расположен анод. Если на табло индикации появляется знак бесконечности или «0L», с этого конца располагается катод.
При проверке от источника питания на 12 Вольт его плюс следует соединить с одним концом светодиода через ограничивающий резистор 1 кОм. Если диод загорается, его анод находится со стороны плюса блока питания, а если нет – с другого конца.
Способы подключения
Установка дополнительного резистора гасит излишки мощности электричества
Простейший подход к решению проблемы недопустимого для диода обратного напряжения – установка последовательно с ним дополнительного резистора, который способен ограничить 220 Вольт. Этот элемент получил название гасящего, так как он «рассеивает» на себе излишки мощности, оставляя светодиоду необходимые для его работы 12-24 Вольта.
Последовательная установка ограничивающего резистора также решает проблему обратного напряжения на переходе диода, которое снижается до тех же величин. В качестве модификации последовательного включения с ограничением напряжения рассматривается смешанная или комбинированная схема подключения светодиодов в 220 В. В ней на один резистор последовательный резистор приходится несколько параллельно соединенных диодов.
Подключение светодиода можно организовать по схеме, в которой вместо резистора используется обычный диод, имеющий высокое напряжение обратного пробоя (желательно – до 400 Вольт и более). Для этих целей удобнее всего взять типовое изделие марки 1N4007 с заявленным в характеристиках показателем до 1000 Вольт. При его установке в последовательную цепочку (при изготовлении гирлянды, например), обратная часть волны выпрямляется полупроводниковым диодом. Он в этом случае выполняет функцию шунта, защищающего чип светового элемента от пробоя.
Шунтирование светодиода обычным диодом (встречно-параллельное подключение)
Встречно-параллельное подключение
Другой распространенный вариант «нейтрализации» обратной полуволны состоит в использовании совместно с гасящим резистором еще одного светодиода, включаемого параллельно и навстречу первому элементу. В этой схеме обратное напряжение «замыкается» через параллельно подключенный диод и ограничивается дополнительным сопротивлением, включенным последовательно.
Такое соединение двух светодиодов напоминает предыдущий вариант, но с одним отличием. Каждый из них работает со «своей» частью синусоиды, обеспечивая другому элементу защиту от пробоя.
Существенный недостаток схемы подключения через гасящий резистор – значительная величина непроизводительно расходуемой мощности, выделяемой на нем вхолостую.
Подтверждением этому является следующий пример. Пусть используется гасящий резистор номиналом 24 кОм и светодиод с рабочим током 9 мА. Рассеиваемая на сопротивлении мощность будет равна 9х9х24=1944 мВт (после округления – порядка 2-х Ватт). Чтобы резистор работал в оптимальном режиме, он выбирается со значением P не менее 3 Вт. На самом светодиоде расходуется совсем ничтожная часть энергии.
С другой стороны, при использовании нескольких последовательно подключенных LED элементов ставить гасящий резистор из соображений оптимального режима их свечения нецелесообразно. Если выбрать очень маленькое по номиналу сопротивление, оно быстро сгорит из-за большого тока и значительной рассеиваемой мощности. Поэтому функцию токоограничивающего элемента в цепи переменного тока естественнее выполнять конденсатору, на котором энергия не теряется.
Ограничение с помощью конденсатора
Использование накопительного конденсатора
Простейшая схема подключения светодиодов через ограничительный конденсатор C характеризуется следующими особенностями:
- предусматриваются цепочки заряда и разряда, обеспечивающие режимы работы реактивного элемента;
- потребуется еще один светодиод, необходимый для защиты основного от обратного напряжения;
- для расчета емкости конденсатора используется полученная опытным путем формула, в которую подставляются конкретные цифры.
Для вычисления значения номинала C нужно умножить силу тока в цепи на выведенный эмпирически путем коэффициент 4,45. После этого следует разделить полученное произведение на разницу между предельным напряжением (310 Вольт) и его падением на светодиоде.
В качестве примера рассмотрим подключение конденсатора к RGB или обычному LED-диоду с падением напряжения на его переходе, равным 3 Вольта и током через него в 9 мА. Согласно рассмотренной формуле его емкость составит 0,13 мкФ. Для введения поправки на ее точное значение следует учитывать, что на величину этого параметра в большей мере влияет токовая составляющая.
Выеденная опытным путем эмпирическая формула действительна лишь для расчета емкостей и параметров светодиодов на 220 В., установленных в сетях частотой 50 Гц. В других частотных диапазонах питающих напряжений (в преобразователях, например), коэффициент 4,45 нуждается в перерасчете.
Нюансы подключения к сети 220 Вольт
Схема подключения светодиода к сети 220В
При использовании различных схем подключения светодиода к сети 220 В возможны некоторые нюансы, учет которых поможет избежать элементарных ошибок в коммутации электрических цепей. Они в основном связаны с величиной тока, протекающего через цепочку при подаче на нее питания. Для их понимания потребуется рассмотреть простейший прибор типа подсветки для декорирования, состоящий из целого набора светодиодных элементов или обычный светильник на их основе.
Значительное внимание обращается на особенности процессов, протекающих в выключателе в момент подачи питания. Для обеспечения «мягкого» режима включения к его контактам потребуется подпаять в параллель гасящий резистор и светодиод-индикатор, обозначающий включенное состояние.
Значение сопротивления подбирается по методикам, описанным ранее.
Только после выключателя с резистором в схеме располагается сама лента с чипами светодиодных элементов. В ней не предусмотрены защитные диоды, так что величина гасящего резистора подбирается из расчета протекающего по цепи тока, он не должен превышать значения порядка 1 мА.
Светодиодный индикатор-лампочка в этой схеме выполняет функцию нагрузки, еще больше ограничивающей ток. Из-за небольшой величины он будет светиться очень тускло, но этого вполне хватает для ночного режима. При действии обратной полуволны напряжение частично гасится на резисторе, что защищает диод от нежелательного пробоя.
Схема лед драйвера на 220 вольт
Более надежный способ, позволяющий запитать светодиоды от сети, – применение специального преобразователя или драйвера, понижающего напряжение до безопасного уровня. Основное назначение драйвера под светодиод 220 вольт – ограничить ток через него в рамках допустимого значения (согласно паспорту). В его состав входят формирователь напряжения, выпрямительный мостик и микросхема токового стабилизатора.
Вариант драйвера без стабилизатора тока
При желании собрать устройство питания светодиодов от 220 В своими руками потребуется знать следующее:
- при использовании выходного стабилизатора амплитуда пульсаций существенно снижается;
- в этом случае на самой микросхеме теряется часть мощности, что сказывается на яркости свечения излучающих приборов;
- при использовании вместо фирменного стабилизатора фильтрующего электролита большой емкости пульсации не полностью сглаживаются, но остаются в допустимых пределах.
При самостоятельном изготовлении драйвера схему можно упростить, поставив на место выходной микросхемы электролит.
Безопасность при подключении
Не следует устанавливать в цепь диодов полярные конденсаторы
При работе со схемой включения диодов в сеть 220 Вольт основную опасность представляет соединенный последовательно с ними ограничивающий конденсатор. Под воздействием сетевого напряжения он заряжается до опасного для человека потенциала. Чтобы избежать неприятностей в этой ситуации рекомендуется:
- предусмотреть в схеме специальную разрядную резисторную цепочку, управляемую отдельной кнопкой;
- если сделать это невозможно, перед началом настойки после отключения от сети следует разряжать конденсатор с помощью жала отвертки;
- не устанавливать в цепь питания диодов полярные конденсаторы, обратный ток которых достигает значений, способных «выжечь» схему.
Подключить светодиодные элементы на 220 Вольт удается лишь с помощью специальных элементов, вводимых в схему дополнительно. В этом случае можно обойтись без понижающего трансформатора и блока питания, традиционно используемых для подключения низковольтных осветителей. Основная задача добавочных элементов в схеме подключения светодиода в 220В – ограничить и выпрямить ток через него, а также защитить полупроводниковый переход от обратной полуволны.
strojdvor.ru
Светлый угол – светодиоды • Паралельно и последовательно. Объясните чайнику
Специально для Вас!……………………………………………………………………………..Применение драйверов на практике
Большинство людей, планирующих использовать светодиоды, совершают типичную ошибку. Сначала приобретаются сами СИД, затем под них подбирается драйвер. Ошибкой это можно считать потому, что в настоящее время мест, где можно приобрести в достаточном ассортименте драйвера, не так уж и много. В итоге, имея на руках вожделенные светодиоды, вы ломаете голову – как подобрать драйвер из имеющегося в наличии. Вот купили вы 10 светодиодов – а драйвера только на 9 есть. И приходится ломать голову – как быть с этим лишним светодиодом. Может быть, проще было сразу на 9 рассчитывать. Поэтому выбор драйвера должен происходить одновременно с выбором светодиодов. Далее, нужно учитывать особенности светодиодов, а именно падение напряжения на них. К примеру, красный 1 Вт светодиод имеет рабочий ток 300 мА и падение напряжения 1,8-2 В. Потребляемая им мощность составит 0,3 х 2 = 0,6 Вт . А вот синий или белый светодиод имеет при таком же токе падение напряжения 3-3,4 В, то есть мощность 1 Вт. Стало быть, драйвер с током 300 мА и мощностью 10 Вт “потянет” 10 белых или 15 красных светодиодов. Разница существенная. Типовая схема подключения 1 Вт светодиодов к драйверу с выходным током 300 мА выглядит так :
подключение светодиодов к драйверу 300 мА
У стандартных 1 Вт светодиодов минусовой вывод больше плюсового по размеру, поэтому его легко отличить.
Как же быть, если доступны только драйвера с током 700 мА ? Тогда придется использовать четное количество светодиодов, включая их по два параллельно.
подключение светодиодов к драйверу 700 мА
Хочу заметить, что многие ошибочно предполагают, что рабочий ток 1 Вт светодиодов – 350 мА. Это не так, 350 мА – это МАКСИМАЛЬНЫЙ рабочий ток. Это означает, что при продолжительной работе необходимо использовать источник питания с током 300-330 мА. Это же верно и для параллельного включения – ток на один светодиод не должен превышать указанной цифры 300-330 мА. Вовсе не значит, что работа на повышенном токе вызовет отказ светодиода. Но при недостаточном теплоотводе каждый лишний миллиампер способен сократить срок службы. К тому же чем выше ток – тем ниже КПД светодиода, а значит, сильнее его нагрев.
Если речь пойдет о подключении светодиодной ленты или модулей, рассчитанных на 12 или 24 вольта, нужно принимать во внимание, что предлагаемые для них источники питания ограничивают напряжение, а не ток, то есть не являются драйверами в принятой терминологии. Это означает, во первых, что нужно внимательно следить за мощностью нагрузки, подключаемой к определенному блоку питания. Во-вторых, если блок недостаточно стабилен, скачок выходного напряжения может погубить вашу ленту. Слегка облегчает жизнь то, что в лентах и модулях (кластерах) установлены резисторы, позводяющие ограничить ток до определенной степени. Надо сказать, светодиодная лента потребляет относительно большой ток. Например, лента smd 5050 , количество светодиодов в которой составляет 60 штук на метр, потребляет около 1,2 А на метр. То есть для запитки 5 метров понадобится блок питания с током не менее 7-8 ампер. При этом 6 ампер потребит сама лента, а один-два ампера нужно оставить про запас, чтобы не перегружить блок. А 8 ампер – это почти 100 ватт. Такие блоки недешевы.
Драйверы более оптимальны для подключения ленты, но найти такие специфические драйвера проблематично.
Подытоживая, можно сказать, что выбору драйвера для светодиодов нужно уделять не меньше, а то и больше внимания, чем светодиодам. Небрежность при выборе чревата выходом из строя светодиодов, драйвера, чрезмерным потреблением и другими прелестями
Юрий Рубан, ООО “Рубикон”, 2010 г.
Отсюда!!! http://led22.ru/ledstat/bp/draiver-ili-blok.html
Человек, ищущий что-то, обычно это находит. (Индейская пословица)
ledway.ru
Зачем соединять светодиоды параллельно
Так соединять
светодиоды параллельно
нельзя
Светодиоды параллельно соединяют тогда, когда надо включить одновременно несколько светодиодов от низковольтного источника питания. Лучшим вариантом было бы соединить светодиоды последовательно, но нет источника напряжения, от которого можно было бы их запитать. И в этом случае есть одно большое НО! Соединять все светодиоды параллельно и запитывать их через один резистор (как показано на рисунке справа) НЕЛЬЗЯ! И дело тут вот в чём. Расчёт сопротивления для параллельных светодиодов (в нашем случае – двух) будет производиться из расчёта удвоенного значения потребляемого тока. Т.е., соответственно, резистор будет иметь в два раза меньшее сопротивление, чем при одном светодиоде. А идеально одинаковых светодиодов не бывает. Все они имеют некоторый разброс по потребляемому току, т.е. по внутреннему сопротивлению. Тот светодиод, который будет иметь меньшее сопротивление, “возьмёт” на себя и больший ток. Получится этакий перекос. Этот светодиод будет светить сильнее, а другой, соответственно, слабее. И разница будет на столько большой, на сколько они будут различаться по параметрам. Может получиться критическое превышение тока и светодиод, который имеет меньшее сопротивление, перегорит. Но это ещё не всё. Т.к. резистор рассчитан на двойное потребление тока, то при перегорании одного светодиода получается ситуация, при которой на второй светодиод начинает идти удвоенное напряжение и удвоенный ток. Он тоже этого “не перенесёт”. В результате оба светодиода перегорят. Можно даже представить ситуацию, при которой соединили значительно больше светодиодов параллельно через один резистор и после перегорания одного, все они перегорят по очереди. Ибо с перегоранием каждого будет расти напряжение на всех остальных.
Правильное соединение
светодиодов параллельно
Правильное соединение светодиодов параллельно показано на рисунке слева. Можно видеть, что от предыдущего варианта этот отличается тем, что каждый светодиод соединяется в параллель через свой резистор. При таком соединении не возникает никакого перекоса. При перегорании любого светодиода также не получается увеличения напряжения на остальные.
В заключение надо сказать о плюсах и минусах параллельного подключения. Плюс состоит в том, что при правильном параллельном подключении при перегорании любого количества светодиодов, остальные продолжают светить. При последовательном соединении перегорание любого из них приведёт к тому, что вся гирлянда отключится. А минус в том, что появляются дополнительные элементы – резисторы. При большом количестве элементов всё получается довольно громоздко. Сделать таким образом ёлочную гирлянду вообще практически невозможно, т.к. придётся “тащить” отдельный провод к каждой паре светодиод-резистор. Для ёлочной гирлянды лучше найти возможность для питания последовательно соединённых светодиодов.
katod-anod.ru
