Светодиод напряжение питания: как узнать на сколько вольт рассчитан, какое у него падение и рабочее питание в зависимости от цвета

Содержание

Напряжение питания светодиодов

Светоизлучающему диоду, как и человеку, необходимо питаться правильно. Только в этом случае он гарантирует многолетнюю и безотказную работу. Светодиоды имеют нелинейную вольтамперную характеристику, схожую с обычным диодом. Поэтому их питание должно осуществляться стабильным током – это один из ключевых принципов. Если его не соблюдать, последствия для светодиодов могут быть самые плачевные.

Чтобы определить, какая схема питания будет оптимальной в том или ином случае, необходимо для начала узнать исходные данные:

параметры светодиода, нормируемые производителем;
параметры питающей сети (сеть 220 В, аккумулятор, батарейки или что-то другое).

Содержание статьи

1 Параметры светодиода
2 Параметры питающей сети
3 Простейшая схема
4 Развиваем тему

Параметры светодиода

Самые важные параметры – это номинальный и максимальный ток. При номинальном обычно нормируются световые характеристики – сила света в канделах или световой поток в люменах. Максимальный ток – это предельное значение, при котором можно эксплуатировать данный прибор. Значения этих параметров в современных однокристальных приборах варьируются от нескольких мА до 3 А.

Прямое падение напряжения – напряжение питания светодиодов, которое падает на p-n-переходе при номинальном токе. Его значение пригодиться при расчете выходных параметров источника питания.

Максимальная температура корпуса и p-n-перехода, максимальное обратное напряжение — параметры тоже важные, но в случаях, когда соблюдаются токовые режимы и схема не предусматривает обратного включения, на них можно не обращать внимания.

Параметры питающей сети

При изготовлении любого устройства своими руками, необходимо определить параметры источника, который будет осуществлять питание светодиодов. Сеть 220 В, автомобильный аккумулятор на напряжение 12 В или простые батарейки – в любом случае необходимо определить диапазон питающего напряжения, то есть минимальное и максимальное его значение. На сеть 220 В дается (но не всегда соблюдается) допуск ±10%. Для аккумулятора берется в расчет напряжение при полной зарядке и в разряженном состоянии. С батарейками и так всё понятно.

В случае с автономными источниками питания важно также узнать их емкость и максимальный выходной ток.

Простейшая схема

Пусть стоит задача сделать своими руками примитивный светодиодный фонарик, питающийся от одной батарейки. Возьмем, к примеру, светодиод C503C (CREE) с номинальным током I_LED=20 мА и падением напряжения U_LED =3,2 В.

В качестве источника питания используем литиевую батарейку на 3,7В (если использовать пальчиковые батарейки, то одной не обойдешься).

Если включать светодиод напрямую, то сила тока через светодиод будет ограничиваться только внутренним сопротивлением батарейки, что в лучшем случае будет приводить к очень быстрому ее разряду, а в худшем к выходу из строя светодиода. Простейшая схема включения показана на рисунке ниже.

Для ограничения тока используется резистор, сопротивление которого определяется по формуле R=(U_Б-U_LED)/ I_LED. В нашем случае сопротивление составит 25 Ом.

При увеличении мощности диода, схема будет усложняться, т.к. при больших токах применять резистор нецелесообразно – слишком большие потери мощности. Если напряжение питания имеет большой диапазон, эта схема тоже не годится, потому что не обеспечивает стабилизацию тока.

Развиваем тему

Питание мощных светодиодов осуществляется с применением стабилизаторов тока – драйверов. Они могут быть выполнены как на основе дискретных компонентов, так и с применением специализированных микросхем. Драйвер можно приобрести в готовом виде, а можно изготовить своими руками – это не сложно, учитывая, что схем и рекомендаций в интернете с избытком.

Еще один важный момент организации питания полупроводниковых источников света: при объединении светодиодов в группы, рекомендуется их последовательное соединение. Это обусловлено тем, что падение напряжения на p-n-переходе имеет определенный разброс от прибора к прибору, и при параллельном включении токи через них будут отличаться.

Питание светодиодов от 220 В сети , организуется с помощью так называемых сетевых драйверов. По сути, это импульсные источники питания для светодиодов, они преобразуют сетевое напряжение в стабильный постоянный ток. Изготавливать такой источник своими руками – довольно сложно, если вы не специалист в этой области, а учитывая широкую номенклатуру, представленную на современном рынке еще и нецелесообразно.

Какое питание у светодиодных светильников

Любой электрический прибор должен иметь источник питания: аккумулятор, батарейку или электрическую сеть. К электросети, от которой происходит питание светодиодов, предъявляются высокие требования. Вот тут и возникает проблема. В наших электросетях переменное напряжение в 220 вольт. Светодиодным лампам требуется прямое напряжение, указанное в его характеристиках. Его значение зависит от конструкции и цвета светодиода и составляет от 1 до 2,2 В. Номинальные показатели тока варьируют от 5 до 20 А. Подключение напрямую с возможными перепадами напряжения приведет к нестабильной работе и уменьшению срока службы изделия. Что же делать, чтобы этого избежать? Приобрести блок питания, его еще называют драйвером для светодиодов. Разберемся, как он работает и как выбрать устройство.

Особенности питания светодиодных светильников

Срок службы светодиодов зависит от качества кристалла, значения рабочего тока, условия эксплуатации. Обычно они работают от тока, максимальное значение которого не превышает 2 А. Однако установленные характеристики требуют оптимальное значение в 0,35 А. Стремление иметь предельный световой поток приводит к увеличению тока. Из-за этого возникает риск перегрева кристалла. Поэтому для светодиодных светильников не рекомендуется использовать в качестве источника питания обычную электросеть без адаптера.

Какие проблемы появляются при подключении прибора к сети напрямую:

Светодиод будет иметь плавающую рабочую точку, из-за отрицательной зависимости снижения напряжения от температуры кристалла.
Чтобы выровнять ток, понадобится, по меньшей мере, добавить в схемы питания светодиодов дополнительный резистор. Помимо стабилизации тока, он будет рассеивать мощность.
Ко всему прочему свою лепту внесет нестабильность выходных данных источника.

Всё это приведет к существенному сокращению эксплуатационного срока, особенно при работе на предельных значениях тока.

Блоки питания для светодиодных светильников

Решить возникающие проблемы поможет использование высокочастотных преобразователей. Они включены в конструкцию блоков питания для светодиодов. От характеристик таких устройств зависит продолжительность эксплуатации и качество освещения подключенных к нему ламп. Особенно важно включать БП в схемы питания мощных светодиодов. Это связано с необходимостью стабилизации электропитания. Подаваемое на прибор напряжение на выходе преобразовывается в стабильный ток. Разбираться в устройстве оборудования нам не к чему. Важнее узнать, какие виды можно встретить в продаже.

С учетом способа расположения, блок питания бывает внутренним или внешним. Первые находятся в корпусе самого прибора. Внешний БП может входить в комплект к изделию или же потребуется его приобрести самостоятельно. При использовании нескольких осветительных приборов можно сэкономить, установив один блок на все.

В случае отключения электричества возможно аварийное питание светодиодных светильников посредством специального устройства БАП. Когда в сети пропадает напряжение, прибор работает от аккумулятора на протяжении 1-3 часов. Всё это происходит в автоматическом режиме, в том числе подзарядка. Такие изделия могут дополнительно обеспечиваться индикатором заряда аккумулятора.

Как выбрать блок питания

Прежде чем покупать блок питания для светодиодных светильников, желательно составить схему включения. На ней нужно указать все приборы и необходимые параметры. Не можете сделать это самостоятельно, обратитесь к специалисту.

Выбирая изделие, обращают внимание на следующие показатели:

Потребляемая мощность. При этом учитываются все светильники, подключаемые к устройству.
Напряжение питания светодиодного светильника. Диапазон, в пределах которого изделие способно оптимально функционировать без потери яркости, указывается в характеристиках. К примеру, 176-264 В или 150-250 В.
Герметичность. Этот показатель зависит от места установки прибора. Более защищенные изделия используются во влажных и пыльных помещениях.

Определяясь с мощностью, нужно добавить не менее 20% «про запас». Зачем это нужно, спросите вы? А затем, что эффективная мощность имеет тенденцию к снижению при колебании окружающей температуры. Причем происходить это может как при ее существенном снижении, так и при повышении.

Итак, подведем итог. Кроме случаев, когда используется автономное питание светодиодного светильника, потребуется блок питания. Устройство позволяет улучшить эффективность и продлить срок службы светодиодных приборов. Надеемся, что статья оказалась для Вас полезной и Вы правильно настроите световые приборы в вашем доме.

Узнайте, как ограничить ток для светодиода | Блог Advanced PCB Design

Ключевые выводы

ВАХ светодиодов иллюстрируют протекающий через них ток при различных значениях приложенного напряжения.
Целью любого метода ограничения тока является поддержание тока через светодиод в пределах выбранного значения.
В драйвере светодиодов постоянного тока напряжение источника питания изменяется в пределах диапазона, чтобы ограничить потребляемый ток до заданного значения.

В любом светодиоде необходимо ограничивать прямой ток, чтобы обеспечить долгий срок службы и хорошую производительность

Светодиоды быстро становятся лицом современных систем освещения. Светодиоды — это просто диоды, которые излучают свет при прямом смещении.

Ток течет от анода к катоду светодиода и излучает свет. Их светоотдача покрывает все видимые световые частоты. Некоторые светодиоды излучают инфракрасный и ультрафиолетовый свет. В любом светодиоде необходимо ограничивать прямой ток, чтобы обеспечить долгий срок службы и хорошую производительность. При разработке схемы светодиода вы можете задаться вопросом, как ограничить ток для светодиода. В этой статье мы обсудим методы ограничения тока в светодиодных схемах.

Прямое напряжение и прямой ток светодиодов

Когда светодиод смещен в прямом направлении или находится под напряжением, ток течет от анода к катоду. В условиях прямого смещения в полупроводниковом переходе светодиода происходит электронно-дырочная рекомбинация. Рекомбинация электронов и дырок в светодиодах излучает энергию в виде света. Переход электронов из более высокой энергетической зоны в более низкую энергетическую зону дает спонтанное излучение в виде светоотдачи. В условиях обратного смещения светоотдача от светодиодов невозможна.

Цвет светового потока светодиодов в условиях прямого смещения зависит от используемых в нем полупроводниковых соединений.

Светодиоды — это токозависимые устройства, прямое напряжение и прямой ток которых зависят от полупроводниковых материалов. Как и сигнальные диоды, светодиоды характеризуются прямым напряжением и прямым током. Обычно прямое напряжение составляет от 1,2 до 3,6 В, а прямой ток — от 10 до 30 мА. Характеристики прямого тока к напряжению (I-V) являются важной кривой в любом описании светодиодов. Давайте рассмотрим ВАХ светодиода, чтобы понять, почему необходимо ограничивать ток светодиода.

ВАХ светодиодов

ВАХ светодиода иллюстрируют протекающий через него ток при различных значениях приложенного напряжения. Прямой ток светодиода представлен как функция напряжения. ВАХ светодиодов имеют нелинейный характер, что противоречит закону Ома. Согласно закону Ома, ток и напряжение имеют линейную зависимость. В таких линейных ВАХ ток, потребляемый устройством, увеличивается с увеличением напряжения.

Например, резисторы — это компоненты линейной цепи, подчиняющиеся закону Ома. В резисторах отношение напряжения к току всегда равно значению сопротивления.

Это не относится к светодиодам; Светодиоды не подчиняются закону Ома. Пока напряжение, приложенное к светодиоду, не достигнет прямого напряжения, потребляемый ток будет очень низким. Когда приложенное напряжение пересекает значение прямого напряжения, ток увеличивается экспоненциально с увеличением напряжения. Избыточный ток, протекающий через светодиоды, может мгновенно вывести их из строя, поэтому важно ограничить чрезмерный ток.

Как ограничить ток для светодиода

В любой цепи светодиода важно ограничить ток. Из ВАХ можно получить значение прямого тока светодиода для придания определенной интенсивности света. Целью любого метода ограничения тока является поддержание тока через светодиод в пределах выбранного значения или предела. Ниже приведены несколько идей, как ограничить ток в светодиодных цепях.

Параллельные цепи светодиодов
Параллельные светодиоды одного цвета видны в цепях освещения. Ток, потребляемый каждой ветвью, зависит от внутреннего сопротивления. Этот метод полезен только тогда, когда светодиоды одного цвета подключены параллельно. Когда цвета смешиваются, светодиоды с наименьшим внутренним сопротивлением потребляют больше тока, что приводит к короткому сроку службы или даже к перегоранию.
Поддерживайте значение прямого напряжения, указанное в техническом описании, на светодиоде
Подаваемое напряжение от регулируемого источника питания постоянного тока можно отрегулировать таким образом, чтобы оно поддерживало напряжение на светодиоде в диапазоне прямого напряжения. Это может повлиять на интенсивность света. Если пользователь удовлетворен выходной интенсивностью света, простым методом является регулирование напряжения до значения прямого напряжения.
Драйверы постоянного тока для светодиодов
Драйверы для светодиодов — это источники питания, предназначенные для светодиодных приложений. Существует два типа драйверов светодиодов, а именно драйвер светодиода постоянного напряжения и драйвер светодиода постоянного тока. В драйвере светодиода постоянного тока напряжение источника питания изменяется в пределах диапазона, чтобы ограничить потребляемый ток до заданного значения.
Токоограничивающие резисторы
Токоограничивающие резисторы подключаются последовательно со светодиодом. Токоограничивающие резисторы могут быть включены как в последовательные, так и в параллельные цепи светодиодов. Резисторы ограничения тока светодиода поддерживают ток на заданном уровне через светодиод, который находится в пределах безопасных значений прямого тока, указанных в техническом описании светодиода. Значение токоограничивающего резистора определяется по известным параметрам, таким как напряжение питания (Vsupply), прямой ток (ILED) и прямое напряжение (VLED) светодиода. Значение токоограничивающего резистора (RLED) можно определить по уравнению:

Если вы четко представляете значение прямого тока для обеспечения требуемой светоотдачи, то понять, как ограничить ток для светодиода, несложно. Вы можете проектировать схемы светодиодов с ограниченным током, используя инструменты проектирования и анализа печатных плат Cadence.

Ведущие поставщики электроники полагаются на продукты Cadence для оптимизации потребностей в мощности, пространстве и энергии для широкого спектра рыночных приложений. Если вы хотите узнать больше о наших инновационных решениях, поговорите с нашей командой экспертов или подпишитесь на наш канал YouTube.

Запросить оценку

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты.

Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Как рассчитать номинал резистора для светодиодного освещения — специалисты по цепям

Как рассчитать номинал резистора для светодиодного освещения — специалисты по схемотехнике перейти к содержанию Делиться:

19 августа 2012 г.

Определить номинал резистора для освещения светодиодов просто и понятно, но мы должны учитывать цвет светодиода, а также номинальную мощность требуемого резистора и количество светодиодов в цепи. Мы надеемся, что чтение «Как рассчитать номинал резистора для светодиодного освещения» даст вам то, что вам нужно для вашего проекта.

Светодиоды становятся все более и более популярными для различных проектов и нужд освещения. Это связано с превосходной энергоэффективностью и увеличенным сроком службы светодиодов по сравнению с лампами накаливания. Кроме того, по мере совершенствования технологии и увеличения производства стоимость продолжает снижаться.

Выполните следующие действия, чтобы рассчитать номинал резистора для светодиодного освещения на 12 В постоянного тока:

Определите напряжение и ток, необходимые для вашего светодиода.
Мы будем использовать следующую формулу для определения номинала резистора: Резистор = (Напряжение батареи – напряжение светодиода) / требуемый ток светодиода.
Для типичного белого светодиода, требующего 10 мА при питании от 12 В, значения составляют: (12-3,4)/0,010=860 Ом.
Чтобы использовать несколько светодиодов параллельно, просуммируйте текущие значения. Из приведенного выше примера, если мы используем 5 белых светодиодов, потребляемый ток составляет 10 мА x 5 = 50 мА. Итак, (12-3,4)/0,050=172 Ом.

Объясните идею расчета номинала резистора для светодиодного освещения

8x8x8 RGB LED Cube по GPL3+

LED — это аббревиатура от Light Emitting Diode. Это означает, что светодиод имеет определенную полярность, которая должна быть применена, чтобы он излучал свет. Несоблюдение этого требования полярности может привести к катастрофическому повреждению светодиода. Это связано с тем, что светодиод имеет относительно низкое допустимое значение напряжения обратной полярности (обычно около 5 вольт). Поскольку светодиод по сути является диодом, он имеет максимальное значение тока, которое не может быть превышено в течение любого периода времени.

Применение светодиодов

Имея это в виду, мы рассмотрим требования к ограничивающему резистору, который должен использоваться в цепи светодиодов. Поскольку светодиоды доступны в различных цветах, требуемое значение сопротивления будет варьироваться в зависимости от цвета светодиода. Это связано с тем, что цвет светодиода определяется материалами, из которых он изготовлен, и эти различные материалы имеют разные характеристики напряжения. Значение прямого напряжения — это напряжение, необходимое для того, чтобы светодиод загорелся. Типичные красные, зеленые, оранжевые и желтые светодиоды имеют прямое напряжение примерно 2,0 вольта; но белые и синие светодиоды имеют значение прямого напряжения 3,4 вольта. Из-за этого изменения значение сопротивления резистора будет варьироваться в зависимости от цвета светодиода.

Процедура состоит в том, чтобы выбрать номинал резистора, который будет обеспечивать правильное количество тока, протекающего через светодиод, на основе этого значения прямого напряжения и значения источника питания, питающего цепь.

Так как автомобильные приложения являются одним из самых популярных применений светодиодов, я приведу пример проекта светодиодного освещения, в котором в качестве источника питания используется 12 вольт. Требуемая формула – это закон Ома, который гласит, что сопротивление равно напряжению, деленному на ток. Здесь важно отметить, что значение напряжения используется при расчете. Разница между напряжением источника питания (батареи) и значением прямого напряжения светодиода. Это потому, что мы хотим, чтобы резистор «понизил» напряжение от источника питания до значения прямого напряжения светодиода.

Формула

Резистор = (Напряжение батареи – напряжение светодиода) / требуемый ток светодиода.

Итак, предположим 12-вольтовый источник питания и белый светодиод с нужным током 10 мА; Формула принимает вид Резистор = (12-3,4)/0,010, что составляет 860 Ом. Поскольку это не стандартное значение, я бы использовал резистор на 820 Ом. Нам также необходимо определить номинальную мощность (Вт) необходимого резистора. Это вычисляется путем умножения значения напряжения, падающего на резистор, на значение тока, протекающего в нем. Для нашего примера выше (12-3,4) X 0,010 = 0,086, поэтому мы можем безопасно использовать резистор мощностью ¼ Вт в этом приложении, поскольку мы должны использовать следующую по величине стандартную номинальную мощность.

Если требуется более одного светодиода, несколько светодиодов (одного цвета) можно подключить параллельно. Это сохранит то же требование к напряжению, но значение тока будет увеличиваться прямо пропорционально количеству светодиодов. Также может увеличиться номинальная мощность резистора. В качестве примера возьмем тот же белый светодиод, но подключим 5 светодиодов параллельно. Следовательно, требуемое значение тока будет равно 10 мА, умноженному на 5 (0,010 X 5 = 0,050). Используя это в нашей формуле ; (12-3,4)/0,050= 172 Ом. Используйте стандартное значение 180 Ом. Номинальная мощность теперь будет выше (12-3,4) X 0,050 = 0,43, поэтому в этом случае нам нужно использовать резистор не менее ½ Вт.

Заключение

Два примера будут повторены для красных светодиодов. Для одного красного светодиода: (12-2,0)/0,010 = 1000 Ом, что составляет 1 кОм, а номинальная мощность составляет (12-2,0) X (0,010) = 0,100, поэтому ¼ ватта достаточно. Для 5 красных светодиодов, включенных параллельно: (12-2,0)/0,05= 200 Ом, что является стандартным значением, а номинальная мощность составляет (12-2,0) X 0,050 = 0,5, поэтому я бы использовал резистор на 1 Вт, чтобы дать нам некоторый допуск для компенсации колебаний напряжения питания и т.