Схема подключения светодиода
Введение
Использование светодиодов для освещения и индикации — это надежное и экономичное решение. Светодиоды имеют очень высокий КПД, надежны, экономичны, безопасны, долговечны в сравнении с лампами накаливания и люминесцентными лампами. В данной статье рассматриваются способы включения светодиодов. Описываются способы питания светодиода от компьютера.
Что такое светодиод и как он работает
Светодиод — это, во-первых, диод. И точно так же как у обычного диода, у светодиода есть два вывода (контакта питания): анод (плюс) и катод (минус). Это связано с тем, что светодиод является полупроводником, то есть, проводит электрический ток только в одну сторону (от анода к катоду), и не проводит в обратную (от катода к аноду).
Итак, для того, чтобы светодиод засветился, надо пропускать через него электрический ток в направлении от анода к катоду.
Тут и начинается самое неприятное. Оказывается, что светодиод нельзя подключать к источнику питания напрямую, поскольку это приводит к немедленному сгоранию светодиода. Причина сего поведения кроется в следующем. Выражаясь простым бытовым языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять такую мощность, которую физически не способен выдержать.
Как мы все уже догадались, для нормальной работы светодиоду нужен строгий ограничитель. Именно с этой целью последовательно со светодиодом устанавливают резистор, который служит надежным ограничителем тока и мощности. Этот резистор называют ограничительным.
Какие бывают светодиоды
Во-первых, светодиоды можно разделить по цветам: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Большинство современных светодиодов выполнено из бесцветного прозрачного пластика, поэтому невозможно определить цвет светодиода не включив его.
Во-вторых, светодиоды можно разделить по номинальному току потребления. Широко распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. Следует помнить, что светодиод не в состоянии контролировать потребляемый ток. Именно поэтому мы вынуждены использовать ограничительные резисторы.
В-третьих, светодиоды можно разделить по такому параметру, как падение напряжения в открытом состоянии при номинальном токе. Несмотря на то, что про этот параметр нередко забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничительного резистора.
Светодиод(ы) можно подключить к компьютеру разными способами.
Для подключения светодиодов в качестве простого освещения удобно использовать разъемы блока питания, выдающие 5 и 12 вольт. Для подключения светодиодов в качестве светомузыки удобно использовать LPT порт компьютера.
Подключение светодиодов к блоку питания
Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.
Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.
Рассмотрим схему подключения одного светодиода.
| При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом. | |
| При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом. |
Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.
| При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло (даже без резистора). | |
| При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом. |
Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.
| При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом. | |
| Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло (даже без резистора). |
Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов. Обратите внимание, что под параллельным включением подразумевается схема в которой, когда аноды и катоды всех светодиодов непосредственно сходятся в две точки (два пучка).
Такие схемы, как правило, не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения более сложны в расчетах, требовательны к источнику питания, поэтому мы будем пользоваться ими только в особых случаях.
Просто посмотрим как выглядит такая схема.
| При паралельном включении светодиодов следует использовать только одинаковые светодиоды, с минимальным разбросом характеристик. Сопротивление ограничительного резистора должно быть рассчитано и подобрано с высокой степенью точности. В случае выхода из строя одного из светодиодов — остальные могут выгореть по очереди друг за другом в считанные минуты. |
Рекомендую никогда не использовать эту схему включения светодиодов. Но если все же условия требуют параллельного включения то советую использовать следующий вариант.
| Такая схема параллельного включения светодиодов практически избавлена от опасности последовательного выгорания светодиодов. В данном случае вместо ограничиельного резистора включено несколько обычных выпрямительных диодов разных марок (НЕ светодиодов). |
Благодаря падению напряжения на этих диодах, до светодиодов доходит напряжение уже не 5 Вольт, а значительно меньше.
Ограничительные диоды подбираются так, чтобы до светодиодов доходило напряжение
Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры.
Подключение светодиодов к LPT порту
| При питании светодиода от LPT порта необходимо последовательно со светодиодом можно включить резистор номиналом до 100 Ом. В большинстве случаев, при питании светодиода от LPT порта резистор бывает не нужен. LPT порт предварительно должен быть переведен в режим EPP. Подробное описание способа подключения светодиодов к LPT порту содержится в статье «LPT порт и 12 светодиодов». |
Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Универсальная методика рассчета питания светодиодов».
Схемы включения RGB светодиода
22.03.2021
Многоцветные светодиоды, иначе называемые RGB-светодиодами, применяются для индикации, а также создания динамически изменяющейся по цвету подсветки.
Для того, чтобы ответить на все эти вопросы необходимо разобраться с тем, а что же представляет из себя RGB-светодиод, и почему возникают такие вопросы…
Фактически, RGB-светодиод представляет собой сборку из трех светодиодов красного, зеленого и синего цвета, расположенных в одном корпусе. И вот тут возникает первая сложность – кристаллы светодиодов могут быть соединены по схеме с общим катодом, с общим анодом, и с раздельными выводами.
Схему включения кристаллов можно определить визуально – светодиоды с общим катодом, или анодом имеют 4 вывода, светодиоды с раздельными выводами – 6 выводов. Собственно, на этом сложности и заканчиваются.
На что следует обратить внимание? В первую очередь обязательно необходимо ознакомиться с документацией на RGB-светодиод. Так как используются три различных кристалла, то и параметры их могут различаться. Так, например, для мощного RGB-светодиода TDS-P030L4RGB значение прямого напряжения для кристаллов красного и синего цвета составляет MAX 15VDC, для кристалла зеленого цвета – MAX 17VDC. То есть, если подключить светодиод к источнику питания «напрямую», то одни кристаллы будут светиться ярче, другие – слабее. Поэтому, также как и в случае с обычными светодиодами, нам необходимо включить в схему «гасящее» сопротивления для каждого канала.
Расчет «гасящего» сопротивления здесь приводить не будем. Подробно об этом рассказывается в видеоролике, размещенном на сайте нашей компании. При этом необходимо иметь в виду, что резистор должен рассчитываться на троекратную величину потребления тока.
В этом случае, даже в случае перегорания одного из кристаллов оставшиеся не выйдут из строя. Таким образом, для включения RGB-светодиода можно использовать как специализированные блоки питания, так и источники питания, предназначенные для других целей. Необходимо лишь помнить, что источник питания должен иметь «запас» по току в 15-20%.
Но для управления RGB-светодиодом нам необходимо устройство управления светодиодом, или контроллер. Простейших контроллер представляет собой обычный трехклавишный выключатель. Схема такого включения приведена на рисунке. В этом случае мы получим устройство, с помощью которого можно создать семь цветов свечения светодиода.
А вот для динамического плавного изменения цвет свечения нам не обойтись без контроллера управления цветом светодиода. Возможно использование готовых контроллеров, схемы управления на базе Arduino, с использованием ШИМ-контроллеров. Подробно останавливаться на этом не будем, т.к. полную информацию об этом можно легко найти в Интернете.
Несколько вариантов схем как подключить светодиод к 220 вольтам (для световой индикации)
Порой возникает необходимость в подключении обычного, маломощного светодиода к переменному, сетевому напряжению 220 вольт в роли светового индикатора. Казалось бы нет ничего проще, чем взять и поставить последовательно светодиоду обычный резистор, который бы ограничивал силу тока в данной цепи. Но не все так просто. В этой статье давайте с вами рассмотрим наиболее распространенные варианты такого подключения, после чего можно будет выбрать наиболее лучшую схему с учетом имеющихся достоинств и недостатков.
Вариант №1 » последовательное включение светодиода и резистора.
Итак, первым вариантом все же будет схема, где последовательно к светодиоду подключается обычный резистор с нужным сопротивлением. Величину сопротивления можно вычислить по закону ома. Допустим у нас светодиод, рассчитанный на напряжение 3 вольта и потребляющий 9 миллиампер. Напряжение питания (220 В) разделится между резистором и светодиодом.
Если на светодиоде осядет 3 вольта, то на резисторе осядет около 217 вольт. Ток в последовательных цепях во всех точках одинаковый (в нашем случае он будет равен 9 мА). И чтобы узнать сопротивление резистора мы 217 вольт делим на 9 миллиампер и получаем 24 ком (24000 ом).
Теоретически эта схема подключения светодиода к сети 220 вольт рабочая, но практически она скорее всего сгорит сразу при включении. Почему это так. Дело в том, что большинство обычных светодиодов рассчитаны на напряжение питания (при прямом своем включении, то есть плюс светодиода к плюсу источника питания и минус светодиода к минусу источника питания), где-то в пределах от 2,5 до 4,5 вольта. При прямом включении на светодиоде будет его рабочее напряжение (пусть 3 вольта), а излишек (217 вольт) осядет на резисторе. Обратное напряжение у светодиодов не такое уж и высокое (где-то около 30 вольт). И когда обратная полуволна переменного напряжения подается на светодиод, то светодиод просто выйдет из строя из-за слишком большого обратного напряжения, поданного на него.
Напомню, что полупроводники при обратном включении имеют очень большое внутреннее сопротивление (гораздо большее чем стоящий в цепи резистор). Следовательно все сетевое напряжение осядет именно на светодиоде.
Вариант №2 » подключение светодиода с защитой от обратного напряжения.
В этом варианте схемы подключения индикаторного светодиода к сетевому напряжению 220 вольт имеется защита от чрезмерного высокого напряжения обратной полуволны, что подается на светодиод. То есть, в цепь добавлен обычный диод, который включен той же полярностью, что и светодиод. В итоге все излишнее высокое напряжение оседает на полупроводниках (при обратном включении питания, обратной полуволне переменного тока). Тот ток, что возникает в цепи при обратной полуволне настолько настолько мал, что его не хватает для пробиться светодиода при обратном его включении. Таким образом данная схема уже будет нормально работать. Хотя в этом варианте все же имеются свои недостатки, а именно будет достаточно сильно греться резистор.
Его мощность должна быть не менее 2 Вт. Этот нагрев приводит к тому, что схема весьма не экономна, у нее низкий КПД. Помимо этого поскольку светодиод будет светить только при одной полуволне, то рабочая частота светодиода будет равна 25 Гц. Свечение светодиода при такой частоте будет восприниматься глазом с эффектом мерцания.
Вариант №3 » альтернативная схема подключения светодиода к 220 с защитой от обратного напряжения.
Эта схема похожа не предыдущую. Она также имеет защиту от чрезмерного напряжения обратной полуволны переменного напряжения. Если в первой схеме защитный диод стоял последовательно со светодиодом, то в данной схеме диод подключен параллельно, и имеет уже обратное включение относительно светодиоду. При одной полуволне переменного напряжения будет гореть индикаторный светодиод (на котором будет падение напряжения до рабочей величины светодиода), а при обратной полуволне диод будет находится в открытом состоянии и на нем также будет падение напряжения до величины (порядка 1 вольта) недостаточной для пробоя светодиода.
Как и в предыдущей схеме недостатками будет значительный нагрев резистора и видимое мерцание светодиода, вдобавок эта схема будет больше потреблять электроэнергии из-за прямого включения диода.
Хотя вместо обычного диода можно поставить еще один светодиод.
Тогда в одну полуволну будет гореть один светодиод, ну а в обратную второй. Хотя в этом случае и будут светодиоды защищены от высокого обратного напряжения, но гореть каждый из них будет все равно с частотой 25 герц (будут оба мерцать).
Вариант №4 » лучшая схема с токоограничительным конденсатором, резистором и выпрямительным мостом.
Данный вариант схемы подключения индикаторного светодиода к сети 220 вольт считаю наиболее лучшим. Единственным недостатком (если можно так сказать) этой схемы является то, что в ней больше всего деталей. К достоинствам же можно отнести то, что в ней нет элементов, которые чрезмерно нагревались, поскольку стоит диодный мост, то светодиод работает с двумя полупериодами переменного напряжения, следовательно нет заметных для глаза мерцаний.
Потребляет эта схема меньше всего электроэнергии (экономная).
Работает данная схема следующим образом. Вместо токоограничительного резистора (который был в предыдущих схемах на 24 кОм) стоит конденсатор, что исключает нагрев данного элемента. Этот конденсатор обязательно должен быть пленочного типа (не электролит) и рассчитан на напряжение не менее 250 вольт (лучше ставить на 400 вольт). Именно подбором его емкости можно регулировать величину силы тока в схеме. В таблице на рисунке приведены емкости конденсатора и соответствующие им токи. Параллельно конденсатору стоит резистор, задача которого сводится всего лишь к разряду конденсатора после отключения схемы от сети 220 вольт. Активной роли в самой схеме запитки индикаторного светодиода от 220 В он не принимает.
Далее стоит обычный выпрямительный диодный мост, который из переменного тока делает постоянный. Подойдут любые диоды (готовый диодный мост), у которых максимальная сила тока будет больше тока, потребляемого самим индикаторным светодиодом. Ну и обратное напряжение этих диодов должно быть не менее 400 вольт. Можно поставить наиболее популярные диоды серии 1N4007. Они дешево стоят, малы по размерам, рассчитаны на ток до 1 ампера и обратное напряжение 1000 вольт.
В схеме есть еще один резистор, токоограничительный, но он нужен для ограничения тока, который возникает от случайных всплесков напряжения, идущие от самой сети 220 вольт. Допусти если кто-то по соседству использует мощные устройства, содержащие катушки (индуктивный элемент, способствующий кратковременным всплескам напряжения), то в сети образуется кратковременное увеличение сетевого напряжения. Конденсатор данный всплеск напряжения пропускает беспрепятственно. А поскольку величина тока этого всплеска достаточна для того, чтобы вывести из строя индикаторный светодиод в схеме предусмотрен токоограничительный резистор, защищающий схему от подобный перепадов напряжения в электрической сети. Этот резистор нагревается незначительно, в сравнении с резисторами в предыдущих схемах. Ну и сам индикаторный светодиод. Его вы выбираете уже сами, его яркость, цвет, размеры. После выбора светодиода подбирайте соответствующий конденсатор нужной емкости руководствуясь таблицей на рисунке.
Видео по этой теме:
P.S. Альтернативным вариантом электрической светодиодной подсветки может быть классическая схема подключения неоновой лампочки (параллельно которой ставится резистор где-то на 500кОм-2мОм). Если сравнивать по яркости, то все таки она больше у светодиодной подсветки, ну а если особая яркость не требуется, то вполне можно обойтись данным вариантом схемы на неоновой лампе.
Правильное подключение светодиода: схема включения, распиновка
В нашей жизни светодиоды уверенно теснят из светотехники другие источники искусственного света. Но если лампы накаливания можно включать прямо к источнику электропитания, то подключение светодиода и разрядных ламп требует особых мер.
При этом подключение единичного светодиода проблем не вызывает. А включить от нескольких единиц до сотен – не так просто, как кажется.
Немного теории
Для нормальной работы светодиода требуется постоянное напряжение или ток. Они должны быть:
- Постоянными по направлению. Т. е. ток в цепи светодиода при приложении напряжения должен течь от «+» источника напряжения к его «–».
- Стабильными, т. е. постоянными по величине, в течение времени работы диода.
- Не пульсирующими – после выпрямления и стабилизации величины постоянных напряжения или тока не должны периодически изменяться.
Схема формы напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя при фильтрации электролитическим конденсатором (на схеме черный и белый прямоугольники с маркировкой «+»). Пунктир – напряжение на выходе выпрямителя. Конденсатор заряжается до амплитуды полуволны и постепенно разряжается на сопротивлении нагрузки. «Ступеньки» – это пульсации. Отношение амплитуд ступеньки и полуволны в процентах – это коэффициент пульсации.
Для светодиодов вначале использовали имевшиеся источники напряжения – 5, 9, 12 В. А рабочее напряжение p-n перехода от 1,9-2,4 до 3,7-4,4 В. Поэтому включение диода напрямую – это почти всегда его физическое сгорание от перегрева большим током. Ток нужно ограничивать токоограничивающим резистором, тратя энергию на его нагрев.
Светодиоды можно включать последовательно по несколько штук. Тогда, собрав из них цепочку, можно по сумме их прямых напряжений дойти почти до напряжения источника питания. А оставшуюся разницу «погасить», рассеяв ее в виде тепла на резисторе.
Когда диодов десятки, их соединяют в последовательные цепи, которые включают параллельно.
Распиновка светодиода
Полярность светодиода – анод или плюс и катод – минус определить легко по картинкам:
У цилиндрических корпусов катод обозначен срезом на боковой части, у анода вывод длиннее, а у катода – короче.
Катод у SMD светодиодов обозначен срезом на корпусе.
В матрицах мощных COB светодиодов «+» и «-» выдавлены на контактных площадках для пайки.
Более подробно про способы определения полярности светодиодов читайте в этой статье.
Схема включения светодиода
Светодиод питают постоянным напряжением. Но особенности нелинейной зависимости его внутреннего сопротивления требуют держать рабочий ток в узких пределах. При токе меньше номинального уменьшается световой поток, а при большем – кристалл перегревается, яркость свечения растет, а «жизнь» сокращается. Простейший способ ее продлить– ограничить ток через кристалл включая токоограничивающий резистор. У мощных светодиодов это экономически невыгодно, потому их питают постоянным током от специсточника стабильного тока – драйвера.
Последовательное соединение
Светодиод – это довольно сложный светотехнический прибор. Работает он от вторичного источника постоянного напряжения. При мощности более 0,2-0,5 Вт в большинстве светодиодных устройств используют источники тока. Их не совсем корректно, на американский манер, называют драйверами. При последовательном включении диодов часто используют источники питания с напряжением 9, 12, 24 и даже 48 В. В этом случае выстраивают последовательную цепочку, в которой может быть от 3-6 до нескольких десятков элементов.
При последовательном соединении в цепочке анод первого светодиода включают через токоограничивающий резистор к «+» источника питания, а катод – к аноду второго. И так соединяется вся цепочка.
Схема последовательно- параллельного соединения трех последовательных групп светодиодов в цепочки из трех ЛЕД-элементов. В каждой цепочке слева стоит токоограничивающий резистор. Он «гасит» избыток суммы прямых напряжений диодов.
Например, красные светодиоды имеют прямое рабочее напряжение от 1,6 до 3,03 В. При Uпр. = 2,1 В одного светодиода на резисторе при напряжении источника 12 В будет напряжение 5,7 В:
12 В – 3×2,1 В = 12 – 6,3 = 5,7 В.
А уже 3 последовательные цепочки соединяют параллельно.
Таблица прямого напряжения на светодиоде от цвета его свечения.
| Цвет свечения | Напряжение рабочее, прямое, В | Длина волны, нм |
| Белый | 3,5 | Широкий спектр |
| Красный | 1,63–2,03 | 610-760 |
| Оранжевый | 2,03–2,1 | 590-610 |
| Желтый | 2,1–2,18 | 570-590 |
| Зеленый | 1,9–4,0 | 500-570 |
| Синий | 2,48–3,7 | 450-500 |
| Фиолетовый | 2,76–4 | 400-450 |
| Инфракрасный | до 1,9 | от 760 |
| Ультрафиолетовый | 3,1–4,4 | до 400 |
При последовательной схеме включения светодиодов соединении токи через светодиоды будут одинаковые, а падение на каждом элементе индивидуальное. Оно зависит от внутреннего сопротивления диода.
Свойства последовательного соединения:
- обрыв одного элемента приводит к выключению всех;
- закорачивание – перераспределяет его напряжение на все оставшиеся, на них увеличивается яркость свечения и ускоряется деградация.
Читайте также
Подробно о напряжении светодиода
Параллельное соединение
В этой схеме подключения светодиодов все аноды соединяют между собой и с «+» источника питания, а катоды – с «-».
Такое соединение было на первых светодиодных гирляндах, линейках и лентах при питании от напряжения 3-5 В.
Это неправильное соединение. При неизбежном разбросе параметров токи через светодиоды будут разные. И светить они будут по-разному. И греться не одинаково. В результате перегревшийся перегорит, например, с обрывом цепи. Ток через остальные диоды D2, D3 увеличится и на них вырастет напряжение, потому что меньший суммарный ток через R1 даст на нем меньшее падение напряжения. Вторым сгорит тот диод, у которого будет меньшее внутреннее сопротивление p-n перехода.
Если перегорание произойдет с замыканием p-n перехода, то всё напряжение батареи приложится к резистору R1. Он перегреется и сгорит.
Схема параллельного подключения светодиодов. Каждый светодиод правильно соединять последовательно с собственным токоограничивающим резистором.
Так может выглядеть реальная конструкция из шести параллельно соединенных светодиодов.
На картинке:
- серые полоски – токоведущие шины, т. е. провода без изоляции;
- синие цилиндрики со скругленным торцом – цилиндрические светодиоды с линзой на торце;
- красные – резисторы для ограничения рабочего тока.
Неправильно будет подключать все диоды на один резистор. Из-за разброса характеристик светодиодов, даже в одной партии могущего достигнуть от 50 до 200% и более, через диоды может протекать ток, который будет различаться в разы. Поэтому и светиться, и нагружаться они будут также по-разному. Позднее наиболее нагруженный, светящийся ярче других, перегорит или деградирует до почти полного затухания, потеряв 70-90% светового потока. Или сменит оттенок свечения с белого на желтый.
Читайте также
Основы параллельного и последовательного подключения светодиодов
Смешанное
Комбинированное или смешанное подключение применяют при создании светодиодных матриц, состоящих из многих десятков или сотен элементов или бескорпусных кристаллов. Самые известные из них – это COB-матрицы.
Схема комбинированного подключения светодиодов в матрице: «стандарт» – последовательные цепочки по 4 кристалла в каждой соединены параллельно и подключены к источнику питания, «гибрид» – кристаллы, в данном случае по 8 шт., подключают последовательно/параллельно к источнику питания.
Питающее напряжение и рабочий ток при комбинированном включении будут меньше номинальных рабочих. Только при таком условии матрица будет более-менее долго работать. На номинальном токе быстро выгорит самое слабое звено и начнется постепенное выгорание остальных. Оно закончится обрывами в последовательных цепочках и закорачиванием параллельных.
Подключение светоизлучающего диода к сети 220 В
Если запитать светодиод прямо от 220 В с ограничением его тока, то светить он будет при положительной полуволне и гаснуть при отрицательной. Но это только в том случае, когда обратное напряжение p-n перехода будет много больше 220 В. Обычно это в районе 380-400 В.
Второй способ включения– через гасящий конденсатор.
Сетевое напряжение подают на «мост» на диодах VD1-VD4. Конденсатор С1 «погасит» около 215-217 В. Остаток выпрямится. После фильтрации конденсатором С2 постоянное напряжение подают на светодиод. Не забудьте об ограничении тока через диод резистором.
Еще одна схема подключения – с однополупериодным выпрямителем на диоде и с ограничивающим резистором, величиной 30 кОм.
ВНИМАНИЕ! Большинство схем с прямым подключением в сеть 220 В имеют серьезный недостаток – они опасны поражением человека высоким напряжением – 220 В. Поэтому их следует использовать аккуратно, с тщательной изоляцией всех токоведущих частей.
Подробная информация о подключении светодиода к сети 220 В описана тут.
Как запитать диоды от блока питания
Самые популярные бестрансформаторные импульсные блоки питания (БП) дают 12 В с защитами по току, к.з., перегреву и пр.
Поэтому светодиоды соединяют последовательно и ограничивают их ток обычным резистором. В цепочку включают 3 или 6 диодов. Их количество определяется прямым напряжением диода. Их сумма для токоограничения должна быть меньше выходного напряжения БП на 0,5-1 В.
Читайте также
Подключение светодиода к 12 вольтам
Особенности подключения RGB и COB светодиодов
Светодиоды с аббревиатурой RGB – это полихромные или многоцветные излучатели света разных цветов. Большинство из них собираются из трех светодиодных кристаллов, каждый из которых излучает свой цвет. Такая сборка называется цветовая триада.
Подключение RGB-светодиода производят так же, как и обычных светодиодов. В каждом корпусе такого многоцветного источника света располагаются по одному кристаллу: Red – красный, Green – зеленый и Blue – синий. Каждому светодиоду соответствует свое рабочее напряжение:
- синему – от 2,5 до 3,7 В;
- зеленому – от 2,2 до 3,5 В;
- красному – от 1,6 до 2,03 В.
Кристаллы могут быть соединены между собой по-разному:
- с общим катодом, т. е. три катода соединены между собой и с общим выводом на корпусе, а аноды – каждый имеет свой вывод;
- с общим анодом – соответственно для всех анодов вывод общий, а катоды – индивидуальные;
- независимая цоколевка – каждый анод и катод имеет собственный вывод.
Поэтому номиналы токоограничивающих резисторов будут разными.
Соединение кристаллов RGB-светодиода по схеме с общим катодом.
Соединение «с общим анодом».
В обоих случаях корпус диода имеет по 4 проволочных вывода, контактных площадок в SMD-светодиодах или штырька в корпусе «пиранья».
В случае с независимыми светодиодами выводов будет 6.
В корпусе SMD 5050 кристаллы-светодиоды располагают так:
В корпусе многоцветного 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов помните – каждому цвету соответствует свое напряжение диода.
Подключение светодиодов типа COB
Аббревиатура COB – это первые буквы английского словосочетания chip-on-board. По-русски это будет – элемент или кристалл на плате.
Кристаллы клеят или паяют на теплопроводящую подложку из сапфира или кремния. После проверки правильности электрических соединений, кристаллы заливают желтым люминофором.
Светодиоды типа COB – это матричные конструкции, состоящие из десятков или сотен кристаллов, которые соединены группами с комбинированным включением полупроводниковых p-n-переходов. Группы – это последовательные цепочки светодиодов, количество которых соответствует напряжению питания светодиодной матрицы. Например, при 9 В это 3 кристалла, 12 В – 4.
Цепочки с последовательным включением соединяют параллельно. Таким образом набирают требуемую мощность матрицы. Кристаллы синего свечения заливают желтым люминофором. Он переизлучает синий свет в желтый, получая белый.
Качество света, т. е. цветопередачу регулируют в процессе производства составом люминофора. Одно- и двухкомпонентный люминофор дает невысокое качество, т. к. имеет в спектре 2-3 линии излучения. Трех- и пятикомпонентный – вполне приемлемую цветопередачу. Она может быть до 85-90 Ra и даже выше.
Подключение этого вида излучателей света не вызывает проблем. Их включают как обычный мощный светодиод, питаемый источником тока стандартного номинала. Например, 150, 300, 700 мА. Производитель СОВ-матриц рекомендует выбирать источники тока с запасом. Он поможет при запуске светильника с COB-матрицей в эксплуатацию.
Схема подключения светодиода
электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД) и другие инженерно технические системы (ИТС)
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:
- падение напряжения на светодиоде (Uvd),
- 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.
© 2012-2021 г. Все права защищены.
Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
Схема включения светодиода в сеть 220 вольт
Сейчас стало очень популярным освещение светодиодными лампами. Все дело в том, что это освещение не только достаточно мощное, но и экономически выгодное. Светодиоды – это полупроводниковые диоды в эпоксидной оболочке.
Изначально они были достаточно слабыми и дорогими. Но позднее в производство были выпущены очень яркие белые и синие диоды. К тому времени их рыночная цена снизилась. На данный момент существуют светодиоды практически любого цвета, что послужило причиной использования их в различных сферах деятельности. К ним относится освещение различных помещений, подсветка экранов и вывесок, использование на дорожных знаках и светофорах, в салоне и фарах автомобилей, в мобильных телефонах и т. д.
Описание
Светодиоды потребляют мало электроэнергии, в результате чего такое освещение постепенно вытесняет ранее существовавшие источники света. В специализированных магазинах можно приобрести различные предметы, в основе которых светодиодное освещение, начиная от обычного светильника и светодиодной ленты, заканчивая светодиодными панелями. Их всех объединяет то, что для их подключения необходимо наличие тока в 12 или 24 В.
В отличие от других источников освещения, которые используют нагревательный элемент, здесь применяется полупроводниковый кристалл, который генерирует оптическое излучение под воздействием тока.
Чтобы понять схемы включения светодиодов в сеть 220В, нужно для начала сказать о том, что напрямую от такой сети он питаться не сможет. Поэтому для работы со светодиодами нужно соблюдать определенную последовательность подключения их к сети высокого напряжения.
Электрические свойства светодиода
Вольтамперная характеристика светодиода – это крутая линия. То есть, если напряжение увеличится хотя бы немного, то ток резко возрастет, это повлечет за собой перегрев светодиода с последующим его перегоранием. Чтобы этого избежать, необходимо включить в цепь ограничительный резистор.
Но важно не забывать о максимально допустимом обратном напряжении светодиодов в 20 В. И в случае его подключения в сеть с обратной полярностью он получит амплитудное напряжение в 315 вольт, то есть в 1,41 раза больше, чем действующее. Дело в том, что ток в сети на 220 вольт переменный, и он изначально пойдет в одну сторону, а затем обратно.
Для того чтобы не дать току двигаться в противоположном направлении, схема включения светодиода должна быть следующей: в цепь включается диод. Он не пропустит обратное напряжение. При этом подключение обязательно должно быть параллельным.
Еще одна схема включения светодиода в сеть 220 вольт заключается в установке двух светодиодов встречно-параллельно.
Что касается питания от сети с гасящим резистором, то это не самый лучший вариант. Потому что резистор будет выделять сильную мощность. К примеру, если использовать резистор 24 кОм, то мощность рассеивания составит примерно 3 Вт. При включении последовательно диода мощность снизится вдвое. Обратное напряжение на диоде должно равняться 400 В. Когда включаются два встречных светодиода, можно поставить два двухваттных резистора. Их сопротивление должно быть в два раза меньше. Это возможно, когда в одном корпусе два кристалла разных цветов. Обычно один кристалл красный, другой зелёный.
В том случае, когда используется резистор 200 кОм, наличие защитного диода не требуется, так как ток на обратном ходу маленький и не будет вызывать разрушение кристалла. Эта схема включения светодиодов в сеть имеет один минус – маленькая яркость лампочки. Она может применяться, например, для подсветки комнатного выключателя.
Из-за того, что ток в сети переменный, это позволяет избежать лишних трат электричества на нагрев воздуха с помощью ограничительного резистора. С этой задачей справляется конденсатор. Ведь он пропускает переменный ток и при этом не нагревается.
Важно помнить, что через конденсатор должны проходить оба полупериода сети, для того чтобы он смог пропускать переменный ток. А так как светодиод проводит ток только в одну сторону, то необходимо поставить обычный диод (либо еще дополнительный светодиод) встречно-параллельно светодиоду. Тогда он и будет пропускать второй полупериод.
Когда схема включения светодиода в сеть 220 вольт будет отключена, на конденсаторе останется напряжение. Иногда даже полное амплитудное в 315 В. Это грозит ударом тока. Чтобы этого избежать, нужно предусмотреть помимо конденсатора еще и разрядный резистор большого номинала, который в случае отсоединения от сети моментально разрядит конденсатор. Через этот резистор, при нормальной его работе, течет незначительный ток, не нагревающий его.
Для защиты от импульсного зарядного тока и в качестве предохранителя ставим низкоомный резистор. Конденсатор должен быть специальный, который рассчитан на цепь с переменным током не меньше 250 В, либо на 400 В.
Схема последовательного включения светодиодов предполагает установку лампочки из нескольких светодиодов, включенных последовательно. Для этого примера достаточно одного встречного диода.
Так как падение напряжения тока на резисторе будет меньше, то от источника питания нужно отнять суммарное падение напряжения на светодиодах.
Необходимо, чтобы устанавливаемый диод был рассчитан на ток, аналогичный току, проходящему через светодиоды, а обратное напряжение должно быть равно сумме напряжений на светодиодах. Лучше всего использовать чётное количество светодиодов и подключать их встречно-параллельно.
В одной цепочке может быть больше десяти светодиодов. Чтобы рассчитать конденсатор, нужно отнять от амплитудного напряжения сети 315 В сумму падения напряжения светодиодов. В результате узнаем число падения напряжения на конденсаторе.
Ошибки подключения светодиодов
- Первая ошибка – это когда подключают светодиод без ограничителя, напрямую к источнику. В этом случае светодиод очень быстро выйдет из строя, по причине отсутствия контроля над величиной тока.
- Вторая ошибка – это подключение к общему резистору светодиодов, установленных параллельно. Из-за того, что происходит разброс параметров, яркость горения светодиодов будет разной. К тому же, в случае выхода одного из светодиодов из строя, произойдет возрастание тока второго светодиода, из-за чего он может сгореть. Так что, когда используется один резистор, необходимо последовательно подключать светодиоды. Это позволяет оставить ток прежним при расчёте резистора и сложить напряжения светодиодов.
- Третья ошибка – это когда светодиоды, которые рассчитаны на разный ток, включают последовательно. Это становится причиной того, что один из них будет гореть слабо, либо наоборот – работать на износ.
- Четвертая ошибка – это использование резистора, у которого недостаточное сопротивление. Из-за этого ток, текущий через светодиод, будет слишком большим. Некоторая часть энергии, при завышенном напряжении тока, превращается в тепло, в результате чего происходит перегрев кристалла и значительное уменьшение его срока службы. Причина этому – дефекты кристаллической решетки. Если напряжение тока еще больше возрастет, и р-n-переход нагреется, это приведет к снижению внутреннего квантового выхода. В результате этого упадет яркость светодиода, и кристалл будет подвергаться разрушению.
- Пятая ошибка – включение светодиода в 220В, схема которой очень проста, при отсутствии ограничения обратного напряжения. Максимально допустимое обратное напряжение у большинства светодиодов – примерно 2 В, а напряжение обратного полупериода влияет на падение напряжения, которое равняется напряжению питания при запертом светодиоде.
- Шестая причина – это использование резистора, мощность которого недостаточна. Это провоцирует сильный нагрев резистора и процесс плавления изоляции, которая касается его проводов. Затем начинает обгорать краска и под влиянием высоких температур наступает разрушение. Все по причине того, что резистор рассеивает только ту мощность, на которую он был рассчитан.
Схема включения мощного светодиода
Для подключения мощных светодиодов нужно использовать AC/DC-преобразователи, у которых стабилизированный выход тока. Это поможет отказаться от применения резистора или интегральной схемы драйвера светодиодов. В то же время мы сможем добиться простого подключения светодиодов, комфортного использования системы и снижения стоимости.
Прежде чем включить в электросеть мощные светодиоды, убедитесь в надежности подключения их к источнику тока. Не подключайте систему к блоку питания, который находится под напряжением, иначе это приведет к выходу из строя светодиодов.
Светодиоды 5050. Характеристики. Схема включения
К маломощным светодиодам относятся также светодиоды поверхностного монтажа (SMD). Чаще всего их используют для подсветки кнопок в мобильном телефоне или для декоративной светодиодной ленты.
Светодиоды 5050 (размер типокорпуса: 5 на 5 мм) – это полупроводниковые источники света, прямое напряжение которых 1,8-3,4 В, а сила прямого тока на каждый кристалл – до 25 мА. Особенность светодиодов SMD 5050 состоит в том, что их конструкция состоит из трех кристаллов, которые позволяют светодиоду излучать несколько цветов. Их называют RGB-светодиодами. Корпус их выполнен из термоустойчивого пластика. Линза рассеивания прозрачная и залита эпоксидной смолой.
Для того чтобы светодиоды 5050 работали как можно дольше, их необходимо подключать к номиналам сопротивлений последовательно. Для максимальной надежности схемы на каждую цепочку лучше подключить отдельный резистор.
Схемы включения мигающих светодиодов
Мигающий светодиод – это светодиод, в который встроен интегральный генератор импульсов. Частота вспышек у него составляет от 1,5 до 3 Гц.
Несмотря на то что мигающий светодиод достаточно компактный, в него вмещен полупроводниковый чип генератора и дополнительные элементы.
Что касается напряжения мигающего светодиода, то оно универсально и может варьироваться. Например, для высоковольтных это З-14 вольт, а для низковольтных 1,8-5 вольт.
Соответственно, к положительным качествам мигающего светодиода можно отнести, помимо маленького размера и компактности устройства световой сигнализации, еще и широкий диапазон допустимого напряжения тока. К тому же он может излучать различные цвета.
В отдельные виды мигающих светодиодов встраивают около трех разноцветных светодиодов, у которых разная периодичность вспышек.
Мигающие светодиоды еще и достаточно экономичны. Дело в том, что электронная схема включения светодиода сделана на МОП-структурах, благодаря чему мигающим диодом можно заменить отдельный функциональный узел. По причине маленьких габаритов мигающие светодиоды часто применяются в компактных устройствах, требующих наличия маленьких радиоэлементов.
На схеме мигающие светодиоды обозначаются так же, как и обычные, исключение лишь в том, что линии стрелок не просто прямые, а пунктирные. Тем самым они символизируют мигание светодиода.
Через прозрачный корпус мигающего светодиода видно, что он состоит из двух частей. Там на отрицательном выводе катодного основания находится кристалл светоизлучающего диода, а на анодном выводе расположен чип генератора.
Соединены все составляющие данного устройства с помощью трех золотистых проволочных перемычек. Чтобы отличить мигающий светодиод от обычного, достаточно просмотреть прозрачный корпус на свету. Там можно увидеть две подложки одинаковой величины.
На одной подложке находится кристаллический кубик светоизлучателя. Он состоит из редкоземельного сплава. Для того чтобы увеличить световой поток и фокусировку, а также для формирования диаграммы направленности используют параболический алюминиевый отражатель. Этот отражатель в мигающем светодиоде по размеру меньше, чем в обычном. Это по причине того, что во второй половине корпуса находится подложка с интегральной микросхемой.
Между собой эти две подложки сообщаются при помощи двух золотистых проволочных перемычек. Что касается корпуса мигающего светодиода, то он может быть выполнен либо из светорассеивающей матовой пластмассы, либо из прозрачного пластика.
Из-за того, что излучатель в мигающем светодиоде находится не на оси симметрии корпуса, то для функционирования равномерной засветки необходимо применение монолитного цветного диффузного световода.
Наличие прозрачного корпуса можно встретить лишь у мигающих светодиодов большого диаметра, которые обладают узкой диаграммой направленности.
Из высокочастотного задающего генератора состоит генератор мигающего светодиода. Его работа постоянна, а частота составляет около 100 кГц.
Наравне с высокочастотным генератором также функционирует делитель на логических элементах. Он, в свою очередь, осуществляет деление высокой частоты до 1,5-3 Гц. Причиной совместного применения высокочастотного генератора с делителем частоты является то, что для работы низкочастотного генератора необходимо наличие конденсатора с наибольшей ёмкостью для времязадающей цепи.
Доведение высокой частоты до 1-3 Гц требует наличия делителей на логических элементах. А их достаточно легко можно применить на небольшом пространстве полупроводникового кристалла. На полупроводниковой подложке, помимо делителя и задающего высокочастотного генератора, находится защитный диод и электронный ключ. Ограничительный резистор встраивается в мигающие светодиоды, которые рассчитаны на напряжение тока от 3 до 12 вольт.
Низковольтные мигающие светодиоды
Что касается низковольтных мигающих светодиодов, то у них отсутствует ограничительный резистор. При переполюсовке питания требуется наличие защитного диода. Он необходим для того, чтобы не допустить выхода микросхемы из строя.
Чтобы работа высоковольтных мигающих светодиодов была долговременной и шла бесперебойно, напряжение питания не должно превышать 9 вольт. Если напряжение тока возрастет, то рассеиваемая мощность мигающего светодиода увеличится, что приведет к нагреву полупроводникового кристалла. Впоследствии из-за чрезмерного нагрева начнется деградация мигающего светодиода.
Когда необходимо проверить исправность мигающего светодиода, то для того, чтобы это сделать безопасно, можно использовать батарейку на 4,5 вольта и включенный последовательно со светодиодом резистор сопротивлением 51 Ом. Мощностью резистора должна быть не менее 0,25 Вт.
Монтаж светодиодов
Монтаж светодиодов – очень важный вопрос по той причине, что это непосредственно связано с их жизнеспособностью.
Так как светодиоды и микросхемы не любят статику и перегрев, то паять детали необходимо как можно быстрее, не больше пяти секунд. При этом нужно использовать паяльник малой мощности. Температура жала не должна превышать 260 градусов.
При пайке дополнительно можно использовать медицинский пинцет. Пинцетом светодиод зажимается ближе к корпусу, благодаря чему при пайке создается дополнительный отвод тепла от кристалла. Чтобы ножки светодиода не сломались, их необходимо гнуть не сильно. Они должны оставаться параллельно друг другу.
Для того чтобы избежать перегрузки либо замыкания, устройство нужно снабдить предохранителем.
Схема плавного включения светодиодов
Схема плавного включения и выключения светодиодов – популярная среди других, ею интересуются автовладельцы, желающие тюнинговать свои машины. Данная схема применяется для подсветки салона автомобиля. Но это не единственное ее применение. Она используется и в других сферах.
Простая схема плавного включения светодиода должна состоять из транзистора, конденсатора, двух резисторов и светодиодов. Необходимо подобрать такие токоограничивающие резисторы, которые смогут пропускать ток в 20 мА через каждую цепочку светодиодов.
Схема плавного включения и выключения светодиодов не будет полноценной без наличия конденсатора. Именно он позволяет ее собрать. Транзистор должен быть p-n-p-структуры. А ток на коллекторе не должен быть меньше 100 мА. Если схема плавного включения светодиодов собрана правильно, то на примере салонного освещения автомобиля за 1 секунду будет проходить плавное включение светодиодов, а после закрытия дверей – плавное выключение.
Поочередное включение светодиодов. Схема
Одним из световых эффектов с применением светодиодов является поочередное их включение. Он именуется бегущим огнем. Работает такая схема от автономного питания. Для ее конструкции применяется обычный переключатель, который подает напряжение питания поочередно на каждый из светодиодов.
Рассмотрим устройство, состоящее из двух микросхем и десяти транзисторов, которые вкупе составляют задающий генератор, управление и саму индексацию. С выхода задающего генератора импульс передается на блок управления, он же десятичный счетчик. Затем напряжение поступает на базу транзистора и открывает его. Анод светодиода оказывается подключен к плюсу источника питания, что приводит к свечению.
Второй импульс формирует логическую единицу на следующем выходе счетчика, а на предыдущем появится низкое напряжение и закроет транзистор, в результате чего светодиод погаснет. Далее все происходит в той же последовательности.
Как подключить светодиод. Подключение мощных светодиодов.
Светодиод: В чертежах:
Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при подключении светодиода в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод (“минус”), а другой – анод (“плюс”).
Нельзя подключать светодиод к питающему напряжению напрямую. Это делается только через ограничивающий ток резистор или драйвер светодиода.
Монтаж светодиодов на плату:
Подключение мощных светодиодов:
Для питания мощных светодиодов оптимален вариант с использованием AC/DC-преобразователей со стабилизированным выходным током, что позволяет отказаться от внешних компонентов (резистора или интегральной схемы драйвера светодиодов) и добиться простоты подключения светодиодов, удобства эксплуатации и снижения стоимости всей системы.
На рисунке приведена схема последовательного включения 12-ти трехватных светодиодов к источнику тока LAP80700 (56W, 700mA, PFC)
Источник тока LAP80700 имеет входное напряжение в диапазоне 100-240В, а выходное от 40В до 80В, мощность 56Вт и стабилизированный ток – 700мА.
Трехватный светодиод работает на напряжении 3.8В, максимальное напряжение блока на выходе – 80В. Следовательно на данный блок можно подключить максимум 21 трехватный светодиод (80В / 3.8В ~ 21шт) и минимум 11 (40В / 3.8В ~ 11шт). Если на данный блок подключить менее 11 трехватных светодиодов, то они выйдут из строя.
Подключение и установка мощного светодиода на радиатор
Подключение мощных светодиодов по схеме RGB:
ВНИМАНИЕ!
Перед включением в электрическую сеть мощных светодиодов и светодиодных матриц необходимо в начале надежно подключить их к источнику тока. Подключение к блоку питания, находящемуся под напряжением, может привести к выходу светодиодов из строя!
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 изображены с использованием стандартных электронных символов для каждого компонента.Определения символов следующие: Символ светодиода является стандартным символом для диода с добавление 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 сказал это 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 не работал бы. мгновенно выгорают. В приведенных ниже схемах мы используем символ батареи для обозначения источник. Электропитание может быть легко обеспечено источником питания или колесом. пикапы с трассы на макете. Каким бы ни был источник, 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, однопозиционный переключатель (SPST) – это просто функция включения-выключения, в то время как SPDT (двухпозиционный) переключатель позволяет выполнять маршрутизацию между двумя разными цепями. Это может может использоваться как переключатель на один ход, если одна сторона ни к чему не подключена. В кнопка – выключатель мгновенного действия. Обозначение конденсатора, которое мы здесь используем, относится к электролитическому или конденсатор поляризованного типа. 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 броска 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, правильный ограничительный резистор (R) может быть определен. 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 как ограничивающий резистор, так и переключатель, подключенный к положительной (+) стороне цепи.Мы сделали это, чтобы соблюдать “стандартные электрические методы” при работе с “горячими” (плюсовая) сторона цепи, а не минус (-) или сторона «земли». В схема действительно функционировала бы адекватно в любом случае, но стандартная безопасность Практика рекомендует “отключение” на “горячей” стороне, чтобы свести к минимуму возможность электрического замыкания проводов на другие «заземленные» цепи. Цепи с двумя и 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 схема представляет собой комбинацию первых двух и также может быть довольно полезно в модельных проектах. Общие правила для параллельных и последовательных цепей светодиодов могут быть указано следующее:
Параллельная проводная светодиодная схема 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 плюсовую батарею. терминал (через переключатель).Также обратите внимание, что катоды трех светодиодов соединены вместе и выведены на отрицательную клемму аккумуляторной батареи. 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, наши Светодиоды) с дополнительным запасом прочности 50%. Как указано, сплошной медный провод №38 имеет номинальный рейтинг 31,4 мА и максимальный рейтинг 35.9ma. 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 сделать заметную разницу в моделировании. 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 простой способ “ схематично ” представить как компоненты должны быть подключены для правильной работы схемы. В реальной жизни наш реальный проект электромонтажа будет больше похож на Рис. 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 провод # 34 (номинал 79,5 мА), но мы, вероятно, использовали бы что-то вроде Radio Изолированная оберточная 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 как мы показали, мы просто использовали бы еще один кусок этого # 30, чтобы соединить их общие заканчивается вместе и к выключателю. Макеты железных дорог могут стать электрически сложными, включая 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 обычных проводов (сплошная медь однониточные) размеров и их токонесущей способности. здесь. 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 одной вариацией формулы, которую мы использовали выше. Формула серии для вышеуказанной схемы будет записывается следующим образом: Единственная реальная разница здесь 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 собираемся использовать, и что какое потребление тока можно ожидать от такой схемы? Что ж, 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:
Давайте рассмотрим несколько примеров с использованием 9-вольтовой батареи (или блок питания): Пример № 1 Мы хотим подключить два наших супербелых светодиода 2×3 последовательно.
Пример № 2 Мы хотим последовательно соединить четыре наших красных светодиода Micro.Что резистор мы должны использовать?
Пример № 3 Мы хотим подключить три наших Micro Super-white светодиода вместе последовательно.
Здесь мы снова можем использовать наш провод # 38 для всего, кроме соединение между источником питания и выключателем. Чтобы определить, какие ограничения резисторы тут требуются, мы просто рассчитываем каждый отрезок схемы в отдельности. Неважно, какой сегмент определен 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, против 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 подсветкой 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 LED загораются в конце поезда.А добавлен переключатель, чтобы при желании можно было отключить функцию EOT. Бег пример этого автомобиля (с 800 мкф мерцания 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 отдельная цепь 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 всего на источнике питания будет 60 мА. Довольно просто. Самое интересное в последовательных / параллельных цепях светодиодов – это то, как Вы можете легко увеличить количество источников света на данном источнике питания. Возьми наш Например, импульсный источник питания N3500. Он обеспечивает ток 1 ампер (1000 мА). на 9 вольт. Используя нашу параллельную схему ранее, мы могли подключить 50 наших светодиодов 2×3, или Micro, или Nano Super-white (или любой комбинации равно 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 одну поставку. 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 странное думал, однако.Кто-нибудь в темных очках? Для получения дополнительной информации об использовании нашего 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 будет , а 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 некомфортно 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 “вычислить”. Их можно найти, нажав здесь. … ДА БУДЕТ СВЕТ … 2008 Ngineering |
Транзисторы – learn.sparkfun.com
Добавлено в избранное Любимый 79Приложения I: переключатели
Одно из самых фундаментальных применений транзистора – использовать его для управления потоком энергии к другой части схемы – используя его в качестве электрического переключателя.Управляя им либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения, транзистор может создавать двоичный эффект включения / выключения переключателя.
Транзисторные переключатели являются важными строительными блоками; они используются для создания логических вентилей, которые используются для создания микроконтроллеров, микропроцессоров и других интегральных схем. Ниже приведены несколько примеров схем.
Транзисторный переключатель
Давайте посмотрим на самую фундаментальную схему транзисторного переключателя: переключатель NPN. Здесь мы используем NPN для управления мощным светодиодом:
Наш управляющий вход проходит в базу, выход привязан к коллектору, а на эмиттере поддерживается фиксированное напряжение.
В то время как для обычного переключателя требуется физическое переключение исполнительного механизма, этот переключатель управляется напряжением на базовом выводе. Вывод микроконтроллера ввода / вывода, как и на Arduino, может быть запрограммирован на высокий или низкий уровень для включения или выключения светодиода.
Когда напряжение на базе больше 0,6 В (или какое бы там значение у вашего транзистора V th ), транзистор начинает насыщаться и выглядит как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Когда напряжение на базе меньше 0.6V транзистор находится в режиме отсечки – ток не течет, потому что это похоже на разрыв цепи между C и E.
Схема, приведенная выше, называется переключателем нижнего уровня , потому что переключатель – наш транзистор – находится на стороне низкого (заземления) цепи. В качестве альтернативы мы можем использовать транзистор PNP для создания переключателя верхнего плеча:
Подобно схеме NPN, база – это наш вход, а эмиттер подключен к постоянному напряжению. Однако на этот раз эмиттер подключен к высокому уровню, а нагрузка подключена к транзистору со стороны земли.
Эта схема работает так же хорошо, как и переключатель на основе NPN, но есть одно огромное отличие: чтобы включить нагрузку, база должна быть низкой. Это может вызвать осложнения, особенно если высокое напряжение нагрузки (V CC – 12 В, подключенное к эмиттеру V E на этом рисунке) выше, чем высокое напряжение нашего управляющего входа. Например, эта схема не будет работать, если вы попытаетесь использовать Arduino с напряжением 5 В для выключения двигателя 12 В. В этом случае было бы невозможно выключить переключатель , потому что V B (соединение с управляющим контактом) всегда будет меньше, чем V E .
Базовые резисторы!
Вы заметите, что каждая из этих схем использует последовательный резистор между управляющим входом и базой транзистора. Не забудьте добавить этот резистор! Транзистор без резистора на базе похож на светодиод без токоограничивающего резистора.
Напомним, что в некотором смысле транзистор – это просто пара соединенных между собой диодов. Мы смещаем в прямом направлении диод база-эмиттер, чтобы включить нагрузку. Для включения диоду требуется всего 0,6 В, большее напряжение означает больший ток.Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на ток, протекающий через них не более 10–100 мА. Если вы подаете ток выше максимального номинала, транзистор может взорваться.
Последовательный резистор между нашим источником управления и базой ограничивает ток в базе . Узел база-эмиттер может получить свое счастливое падение напряжения 0,6 В, а резистор может снизить оставшееся напряжение. Значение резистора и напряжение на нем определяют ток.
Резистор должен быть достаточно большим, чтобы эффективно ограничивать ток, но достаточно маленьким, чтобы питать базу достаточно тока .Обычно достаточно от 1 мА до 10 мА, но чтобы убедиться в этом, проверьте техническое описание транзистора.
Цифровая логика
Транзисторы можно комбинировать для создания всех наших основных логических вентилей: И, ИЛИ, и НЕ.
(Примечание: в наши дни полевые МОП-транзисторы с большей вероятностью будут использоваться для создания логических вентилей, чем биполярные транзисторы. Полевые МОП-транзисторы более энергоэффективны, что делает их лучшим выбором.)
Инвертор
Вот схема транзистора, которая реализует инвертор или НЕ вентиль:
Инвертор на транзисторах.
Здесь высокое напряжение на базе включает транзистор, который эффективно соединяет коллектор с эмиттером. Поскольку эмиттер напрямую подключен к земле, коллектор тоже будет (хотя он будет немного выше, где-то около V CE (sat) ~ 0,05-0,2 В). С другой стороны, если на входе низкий уровень, транзистор выглядит как разомкнутая цепь, а выход подтянут до VCC
.(На самом деле это фундаментальная конфигурация транзистора, называемая общим эмиттером .Подробнее об этом позже.)
И Ворота
Вот пара транзисторов, используемых для создания логического элемента И с 2 входами :
2-входной логический элемент И на транзисторах.
Если какой-либо из транзисторов выключен, то на выходе коллектора второго транзистора будет установлен низкий уровень. Если оба транзистора включены (на обоих базах высокий уровень), то выходной сигнал схемы также высокий.
OR Выход
И, наконец, вот логический элемент ИЛИ с 2 входами :
Затвор ИЛИ с 2 входами, построенный на транзисторах.
В этой схеме, если один (или оба) A или B имеют высокий уровень, соответствующий транзистор включается и подтягивает выходной сигнал к высокому уровню. Если оба транзистора выключены, то через резистор выводится низкий уровень.
Н-образный мост
H-мост – это транзисторная схема, способная приводить двигатели как по часовой, так и против часовой стрелки . Это невероятно популярная трасса – движущая сила бесчисленных роботов, которые должны уметь двигаться как вперед на , так и на назад.
По сути, H-мост представляет собой комбинацию четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:
Вы можете догадаться, почему это называется Н-мостом?
(Примечание: обычно у хорошо спроектированного H-моста есть нечто большее, включая обратные диоды, базовые резисторы и триггеры Шмидта.)
Если оба входа имеют одинаковое напряжение, выходы двигателя будут иметь одинаковое напряжение, и двигатель не сможет вращаться. Но если два входа противоположны, двигатель будет вращаться в одном или другом направлении.
H-мост имеет таблицу истинности, которая выглядит примерно так:
| Вход A | Вход B | Выход A | Выход B | Направление двигателя |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 | 1 | Остановлено (торможение) |
| 1 | 0 | По часовой стрелке | ||
| 1 | 0 | 0 | 1 | Против часовой стрелки |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 30 |
