В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?
Подключать светодиод через резистор можно, если вопрос эффективности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в роли индикатора для подсветки выключателя или указателя сетевого напряжения в электроприборах. В подобных устройствах яркость не важна, а мощность потребления не превышает 0,1 Вт. Подключая светодиод с потреблением более 1 Вт, нужно быть уверенным в том, что блок питания выдаёт стабилизированное напряжение.
Если входное напряжение схемы не стабилизировано, то все помехи и скачки будут передаваться в нагрузку, нарушая работу светодиода. Ярким примером служит автомобильная электрическая сеть, в которой напряжение на аккумуляторе только теоретически составляет 12 В. В самом простом случае делать светодиодную подсветку в машине следует через линейный стабилизатор из серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы, включать нужно по 3 светодиода последовательно. Также схема питания через резистор востребована в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер). Особенно тогда, когда стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое остаётся лишь правильно подключить.
Что это такое
Светодиоды уже давно стали популярными осветительными приборами. Это связано с их отличной энергоэффективностью и большим сроком службы (в сравнении с обычными лампочками). Кроме того, цены продолжают падать по мере увеличения производства данных изделий.
Основные преимущества:
- долговечность – до 10 лет непрерывного свечения;
- прочность – не боятся ударов и вибраций;
- разнообразие – множество типоразмеров и цветов свечения;
- низкое энергопотребление – экономичнее обычной лампочки примерно в 10 раз при схожих характеристиках;
- пожаробезопасность – из-за малого энергопотребления не перегреваются, поэтому не способны привести к пожару.
LED (light emitting diode) – это аббревиатура, обозначающая светоизлучающий диод. Из школьного курса физики известно, что он полярен. Поэтому светодиод не будет работать, если не соблюдается полярность, а также есть вероятность его сгорания(случится пробой). Обратное напряжение пробоя полупроводниковой структуры составляет 4-5 вольт. При этом он все равно может заработать при правильном подключении, однако в нем начнутся деструктивные процессы, что значительно снизит срок службы.
LED элемент крупным планом
Проще говоря, светоизлучающий диод (LED) является полупроводниковым устройством, которое светится при прохождении через него электрического тока. Поскольку свет генерируется в твердом полупроводниковом материале, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин «твердотельное освещение» отличает эту технологию от других источников, которые используют подогреваемые нити (лампы накаливания и вольфрам-галогеновые), а также газоразрядные (флуоресцентные лампы).
Расчет резистора для подключения светодиодов на видео
(светоизлучающий диод) — излучает свет в тот момент, когда через него протекает электрический ток. Простейшая схема для питания светодиодов состоит из источника питания, светодиода и резистора, подключенного последовательно с ним.
Такой часто называют балластным или токоограничивающим резистором. Возникает вопрос: «А зачем светодиоду резистор?». Токоограничивающий резистор необходим для ограничения тока, протекающего через светодиод, с целью защиты его от сгорания. Если напряжение источника питания равно падению напряжения на светодиоде, то в таком резисторе нет необходимости.
P = (Uист – ΔUvd) * Ivd
где,
Uист – напряжение источника питания, В
ΔUvd – падение напряжения на светодиоде, В
Ivd – ток светодиода, А
Посчитаем несколько примеров.
Скажем имеется светодиод. Его номинальный ток 20мА. Падение напряжения на нем 2В. Источник питания возьмем на 12В.
Рассчитаем сопротивление.
Такого резистора нет, не считая прецизионных. Поэтому воспользуемся номинальным рядом сопротивлений и возьмем ближайший больший. Это будет 510 Ом.
А теперь посчитаем какая мощность на нем будет рассеиваться.
Резисторы бывают разной мощности. Нам нужно взять такой, который сможет рассеивать на себе мощность большую, чем та, которую мы посчитали. Воспользуемся номинальным рядом мощности рассеивания резисторов. В нашем случае 0,125Вт будет маловато, поэтому возьму 0,25Вт.
Получается, что нам нужен резистор номиналом 510 Ом и мощностью 0,25Вт для подключения нашего светодиода к источнику питания 12В.
Посчитаем другой пример.
Возьмем Li-Ion аккумулятор с напряжением 4,2В и индикаторный светодиод на 2,2В и током 20мА.
Тогда расчеты будут следующие.
Тут получилось, что резистор нужен на 100 Ом мощностью 0,125Вт.
А теперь подключим этот же светодиод к источнику питания на 24В.
Мощность резистора возьмем 0,5Вт. А вот сопротивления такого из стандартного ряда нет. Поэтому я возьму на 1,1кОм. С ним ток в цепи будет немного меньше но глазу будет совсем незаметна разница.
А теперь давайте попробуем один пример на практике и проверим расчеты. Я возьму светодиод и подключу его к источнику питания 12В.
Для этого мне потребуется резистор, как мы считали ранее номиналом 510 Ом и мощностью 0,25Вт.
Проверять я все буду на макетной плате. Она удобна тем, что не надо ничего паять.
Узнать где у светодиода анод, а где катод можно несколькими способами:
Можно мысленно перечеркнуть ножки светодиода и там, где линия пересечет одну из ножек и будет плюс.
Соединяем все последовательно, согласно нашей схемы. И как мы видим все отлично работает. Падение напряжения на резисторе почти 10В, а на светодиоде 2В.
Для того, чтобы измерить ток, протекающий в цепи, нужно амперметр включить последовательно в цепь. Ток в цепи составляет 20мА. Как мы видим все расчеты полностью совпали с реальностью. Резистор не перегревается, а светодиод в таком режиме прослужит долго и не сгорит.
Также довольно часто бывает, что нужно подключить несколько светодиодов к одному источнику питания.
Схемы включения нескольких светодиодов бывают разные. Например:
Можно подключить все светодиоды последовательно. Это самая экономичная схема. Ток в такой цепи протекает равный току 1 светодиода, а напряжение всех светодиодов суммируется. Если например на каждом светодиоде будет падать по 2,2В, а их всего 5. То согласно второму закону Кирхгофа на резисторе упадет всего 1В. Ток в цепи скажем будет 20мА. И получается, что на резисторе будет выделяться всего 0,02Вт. Минусы такой схемы в том, что если выйдет из строя 1 светодиод погаснут все остальные. А если он еще и замкнет тогда ток в цепи вырастет и могут выйти из строя все остальные светодиоды.
Я разобрал все основные моменты по подключению светодиодов. В конце статьи я оставлю ссылку на калькулятор, который я сделал в excel. Он позволит быстро и точно посчитать все параметры автоматически, как я описывал выше. Также оставлю ссылки на все компоненты и инструменты из видео.
Компоненты и инструменты из видео:
* Мультиметр
* Токоизмерительные клещи
* Зажимы для мультиметра
* Мой паяльник
* Маленькие крокодильчики
* Простой вольтметр
* Светодиоды
* Провода-перемычки
* Макетная плата большая
* Макетная плата маленькая
* Резисторы по 100шт.
* Резисторы по 100шт.
* Резисторы разные 2600шт.(по 20шт каждого номинала)
* LM317
Подключение светодиодной ленты
Светодиодные ленты выпускаются на различное напряжение питания. На ленте располагается цепь из последовательно включенных диодов. Количество диодов и сопротивление ограничительных резисторов зависят от напряжения питания ленты.
Наиболее распространенные типы светодиодных лент предназначены для подключения в цепь с напряжением 12 В. Использование для работы большего значения напряжения здесь также возможно. Для правильного расчета резисторов необходимо знать ток, идущий через единичный участок ленты.
Увеличение длины ленты вызывает пропорциональное увеличение тока, поскольку минимальные участки технологически соединены параллельно. Например, если минимальная длина отрезка составляет 50 см, то на ленту 5м из 10 таких отрезков придется возросший в 10 раз ток потребления.
Как правильно подключить светодиод к бортовой сети.
Для правильной работы светодиода необходимо ограничить ток протекающий через него.
Для этого, к бортовой сети светодиод подключается последовательно с токоограничивающим резистором. Необходимость в ограничении тока обосновывается зависимостью срока службы светодиода от проходящего тока, чем он выше тем меньше срок службы. Но следует отметить, что зависимость эта нелинейная и при превышении определенного рекомендованного порога (смотрите Datasheet на вашу модель) диод выходит из строя.
На рисунке приведены несколько вариантов включения светодиодов с резисторами а так же указаны какие из включений являются оптимальными, какие правильными но менее оптимальными в плане энергопотребления, а какое неправильное и приведет к значительному сокращению срока службы светодиодов. С вариантом схемы включения определились, теперь предстоит выяснить какой резистор нужен для светодиода.
Онлайн калькулятор: “Расчет резистора для светодиода”.
Формула для расчета резистора выглядит следующим образом: R= (Uпит – (Uпр.св* N))/I
Где: Uпит- напряжение источника питания Uпр.св- прямое напряжение на светодиоде, N-количество светодиодов, I- ток проходящий через светодиод. Естественно возникает вопрос где взять эти данные? Для тех кто решил махнуть рукой т.к. не знает ничего о названии и происхождении добытых диодов,- скажу не спешите, чуть ниже будет дано универсальное решение вашего вопроса.
Давайте рассмотрим в качестве примера Datasheet на 3 миллиметровый светодиод фирмы kingbright
На рисунке ниже скриншот с указанием характеристик светодиода при силе тока проходящего через него 2 мА при температуре 25С. Из всех представленных характеристик нас интересует лишь Forward Voltage – прямое напряжение на светодиоде.
- мощности
- импульсного тока
- прямого постоянного тока (DC Forward Current) именно это значение нас и интересует, в данном случае нельзя допускать прохождение тока выше 25 миллиампер
(при температуре 25 градусов по Цельсию).
Последний рисунок иллюстрирует зависимость характеристик от условий использования:
- зависимость прямого напряжения от проходящего тока
- зависимость интенсивности светового потока от проходящего тока
- зависимость проходящего тока от температуры
- зависимость интенсивности светового потока от от температуры
Исходя из полученных в Datasheet данных можно сделать вывод, что оптимальным является значение проходящего тока от 2 до 10 миллиампер, при этом типовое значение прямого напряжение на выводах светодиода составляет от 1,9 до 2 Вольт.
Пример расчета №1
Если ввести в онлайн калькулятор напряжение бортовой сети 12 (В), значение тока 2 (мА), значение прямого напряжения 1,9 (В) количество светодиодов 1 получим расчетное значение резистора = 5050 Ом Ближайший производственный номинал резистора 5100 Ом или 5,1 кОм маркировка отечественных резисторов 5к1 маркировка smd резистора 512
Пример расчета №2
Если ввести в калькулятор напряжение бортовой сети грузовика 24 (В), значение тока 10 (мА) светим по полной:), значение прямого напряжения 2 (В) количество светодиодов 3 (маленькая гирлянда получилась) расчетное значение резистора = 1800 Ом Ближайший производственный номинал резистора 1800 Ом или 1,8 кОм маркировка отечественных резисторов 1к8 маркировка smd резистора 182
Рекомендации по подключению светодиодов с неизвестными характеристиками:
Светодиодные элементы все чаще применяются в сферах деятельности человечества как осветительные приборы для помещений, в уличных фонарях, карманных фонариках, при освещении аквариума. В автомобильной индустрии группы светодиодов широко используются для подсветки габаритных огней, стоп сигналов и поворотов.
Внешний вид светодиодов
Отдельными элементами с различными цветами обеспечивают подсветку приборной панели, индикацию понижения уровня охлаждающей жидкости радиатора. Невозможно перечислить все направления их использования: от украшения новогодней елки, подсветки аквариума до приборов ракетно-космической техники.
Они постепенно вытесняют обычные лампы накаливания. Многочисленные Интернет магазины в режиме онлайн продают светодиодные ленты и другие осветительные приборы. Также можно найти калькулятор расчета схем драйверов для них, если появится необходимость их ремонта или изготовления своими руками. Такому бурному развитию есть целый ряд причин.
Правильное подключение светодиода. Схемы подключения.
Чтобы подобрать резистор для светодиода, будем пользоваться следующим способом: нам известно, что напряжение светодиода 2В, соответственно при подключении светодиода к 12 вольтам (например, светодиод будем использовать в автомобиле) нам надо ограничить 10В, в принципе в случаях светодиодов правильней говорить ограничить ток светодиода, но мы при выборе резистора будем пользоваться простым проверенным многими годами способом без всяких математических формул. На каждый вольт необходим резистор сопротивлением 100 Ом, т.е. если светодиод с рабочим напряжением 2В, и мы подключаем к 12 вольтам, нам нужен резистор 100Ом х 10В=1000 Ом или 1кОм обычно на схемах обозначается 1К, мощность резистора зависит от тока светодиода, но если мы используем обычный не мощный светодиод, как правило, его ток 10-20мА и в этом случае достаточно резистора на 0,25Вт самого маленького резистора по размеру. Резистор с большей мощностью нам понадобится в 2х случаях: 1) если ток светодиода будет больше и 2) если напряжение будет выше, чем 24В и соответственно в случаях подключения светодиода к напряжению 36-48В и выше нам понадобится резистор с большей мощностью 0,5 – 2Вт, а в случае подключения светодиода к сети 220В лучше использовать резистор на 2Вт, но при подключении светодиода к сети переменного тока нам потребуется еще ряд элементов, но об этом чуть позже.
Если требуется светодиод подключить к батарейке, скажем на 3В, то можно поставить резистор последовательно на 100 Ом, а если батарейка пальчиковая на 1,5В, то можно подключить и без резистора. При расчете мы можем выбрать только резисторы из стандартных номиналов, поэтому нет ничего страшного, если сопротивление резистора, будет чуть больше или меньше расчетного.
Если вы используете очень яркий светодиод, а светодиод используется, к примеру, для индикации в каких-либо устройствах, то можно сопротивление резистора увеличить, и тем самым яркость светодиода уменьшится, и светодиод не будет ослеплять. Но лучше всего в таких случаях если не требуется большая яркость светодиода, то при покупке в магазине или заказе в Китае можно выбрать матовый светодиод нужного цвета и током, как правило, 6-20мА, угол обзора у данных светодиодов, как правило, составляет 60 градусов, они отлично подходят для индикации, не ослепляют и от них не устают глаза, даже если долго на них смотреть. Прозрачные белые светодиоды для данных целей, как правило, не подходят.
В случае подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO, как правило, рабочее напряжение составляет 5В, соответственно резистор можно взять 300-470 Ом можно и еще с большим сопротивлением. Главное учитывать, что ток не может превышать предельного тока вывода микроконтроллера, как правило, не более 10мА, поэтому сопротивление резистора 300-470 Ом для подключения светодиода является золотой серединой. Схема подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO представлена на рисунке 3
Стоит обратить Ваше внимание, что светодиод может быть подключен как анодом, так и катодом к микроконтроллеру и от этого будет зависеть программный способ управления светодиодом
3. Последовательное подключение нескольких светодиодов При последовательном соединении светодиодов чтобы их яркость не отличалась, друг от друга надо, чтобы светодиоды были одного типа. При последовательном соединении светодиодов сопротивление резистора будет меньше в отличие от случая, когда мы подключаем один светодиод. Для расчета резистора мы так же можем использовать ранее рассмотренный способ.
4.Параллельное подключение светодиодов При параллельном подключении светодиодов резистор выбираем так же, как в случае одиночного светодиода. На каждый светодиод должен быть свой резистор при этом, если резисторы по сопротивлению будут отличаться или светодиоды будут различных марок, то будет очень заметно неравномерность свечения одного светодиода от другова. Ток при параллельном соединении будет складываться в зависимости от количества светодиодов.
Последовательное соединение светодиодов
Часто несколько светодиодов подключают последовательно к одному источнику напряжения. При последовательном соединении одинаковых светодиодов их общий ток потребления равняется рабочему току одного светодиода, а общее напряжение равно сумме напряжений падения всех светодиодов в цепи.
Поэтому, в данном случае, нам достаточно использовать один резистор для всей последовательной цепочки светодиодов.
Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении.
В этом примере два светодиода соединены последовательно. Один красный светодиод с напряжением 2В и один ультрафиолетовый светодиод с напряжением 4,5В. Допустим, оба имеют номинальную силу тока 30 мА.
Из правила Кирхгофа следует, что сумма падений напряжения во всей цепи равна напряжению источника питания. Поэтому на резисторе напряжение должно быть равно напряжению источника питания минус сумма падения напряжений на светодиодах.
Используя закон Ома для участка цепи, вычисляем значение сопротивления ограничительного резистора:
Резистор должен иметь значение не менее 183,3 Ом.
Обратите внимание, что после вычитания падения напряжений у нас осталось еще 5,5 вольт. Это дает возможность подключить еще один светодиод (конечно же, предварительно пересчитав сопротивление резистора)
Как выбрать светодиод для подключения к 12 вольтам
Необходимый вид диодов подбирают исходя из конкретных задач. На рынке существует множество вариантов, от индикаторных до сверхмощных. Для подсветки кнопок и индикаторов на панели приборов в авто можно использовать маломощные диоды. Для подсветки интерьера квартиры или машины применяют простые сверхъяркие. Для установки в головную оптику, дневные головные огни автомобилей или в фонарики устанавливают мощные светодиоды.
Важным фактором является размер и форма корпуса. В зависимости от предназначения могут использоваться диоды в круглом корпусе или детали поверхностного монтажа (SMD). Все зависит от потребности и задач.
Основы подключения к 220 В
В отличие от драйвера, который питает светодиод постоянным током и сравнительно небольшим напряжением (единицы-десятки вольт), сеть выдает переменное синусоподобное напряжение с частотой 50 Гц и средним значением 220 В. Поскольку светодиод пропускает ток только в одну сторону, то светиться он будет только на определенных полуволнах:
То есть led при таком питании светится не постоянно, а мигает с частотой 50 Гц. Но из-за инерционности человеческого зрения это не так заметно.
В то же время напряжение обратной полярности, хотя и не заставляет led светиться, все же прикладывается к нему и может вывести из строя, если не предпринять никаких защитных мер.
Графический расчёт
В большинстве случаев, пользуются математическими вычислениями, но графический способ более наглядный и в каких-то случаях его применять значительно удобнее.
Для построения графика нужно знать характеристики светящегося элемента: ток и напряжение. Теперь можно узнать сопротивление резистора по графику:
На нём пунктирной линией показано вычисление для элемента, на работу которого нужно 20мА тока. Далее соединяем точку пересечения пунктирной линии с “кривой ЛЕД”, отмеченной голубым цветом, со значением напряжения диода. Линия пересекает шкалу максимального тока, где указано нужное значение. После этого нужно провести расчёт сопротивления токоограничивающего резистора: R=ULED/Imax Его мощность: P=I2*R
Схемы подключений светодиодной ленты можно посмотреть здесь.
Светодиоды стали незаменимой частью нашей жизни, они стоят в качестве индикаторов на бытовой технике, в виде декоративных светодиодных лент и в составе оптопары в промышленности, а также в качестве более экологичного и экономного освещения. В использовании светодиодов нет ничего сложного, главное — не забывать использовать балластный резистор, благодаря которому ток будет ограниченно поступать на светящиеся элементы, и они не сломаются. Теперь вы знаете, как рассчитать нужное сопротивление резистора, разные способы соединения диодов и для чего их используют.
Как выполняется пайка и подключение
Следует помнить о необходимости четко придерживаться полярности при работе с полупроводниковыми приборами. Нарушение такого требования в лучшем случае приведет к тому, что светодиоды не будут работать, но может произойти и их полный выход из строя.
Стандартный вариант исполнения – ножка катода (–) всегда короче, чем анода (+). Второй способ, по которому распознают катод – внутри прибора часть ножки выглядит толще. Но оптимальный способ определиться с контактами – обращение к справочнику.
Помните, что диоды плохо переносят возможный перегрев в процессе пайки. Для этой процедуры желательно брать паяльники с мощностью до 100 Вт, а более емкие по параметрам потребления приборы лучше не использовать.
Отвести часть тепла от предмета и выполнить функцию вспомогательного охлаждающего средства сможет обыкновенный пинцет и ряд мелких инструментов из металла.
Чтобы предотвратить нагревание прибора, максимальное время для обработки одной ножки не должно превышать 5 секунд.
Контакты в непосредственной близости к корпусу при выполнении монтажных мероприятий должны быть расположены параллельно – аналогично их размещению на выходе. Небольшие радиусы применяются при изгибе контактов, при этом отступ от корпуса необходимо отступить подальше. Просверливаются отверстия для ножек, и начинается сборка на плоской, жесткой подставке.
Разницу между номинальным напряжением светодиода и источником важно учитывать при подборе последнего. Чем больше данная величина, тем незначительнее воздействие на элементы цепи перепады в блоке питания
Важный нюанс – установка предохранителей.
Контактные площадки есть у безвыходных SMD. Специальное жало с разветвлением – инструмент для пайки подобных элементов.
Похожие материалы:
- Схема подключения светодиодной ленты.
- Устройство и характеристики …
- SMD светодиоды: характеристики
- Видео № 8 о принципах работы, …
← Предыдущая страница
Следующая страница →
