Схема включения светодиода. Схема подключения светодиода: особенности, типы и рекомендации

Как правильно подключить светодиод к источнику питания. Какие существуют схемы подключения светодиодов. Что нужно учитывать при расчете токоограничивающего резистора. Каковы особенности подключения светодиодов к различным напряжениям.

Основные принципы работы светодиодов

Светодиод (СД) — это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. В отличие от обычных ламп накаливания, светодиоды имеют ряд важных особенностей:

• Работают только при прямом включении (соблюдении полярности)
• Требуют ограничения тока для стабильной работы
• Имеют нелинейную вольт-амперную характеристику
• Обладают высокой эффективностью преобразования электроэнергии в свет

Для правильной работы светодиода необходимо обеспечить протекание через него номинального тока. Это достигается путем включения токоограничивающего резистора последовательно со светодиодом.

Схемы подключения светодиодов

Существует несколько основных схем подключения светодиодов:

1. Последовательное соединение

При последовательном соединении светодиоды включаются один за другим. Ток через все диоды одинаковый, что обеспечивает их равномерное свечение. Однако при выходе из строя одного светодиода перестает работать вся цепочка.

2. Параллельное соединение

Параллельное подключение позволяет независимо управлять каждым светодиодом. При этом необходимо использовать отдельный токоограничивающий резистор для каждой параллельной ветви. Выход из строя одного диода не влияет на работу остальных.

3. Смешанное соединение

Комбинирует преимущества последовательного и параллельного подключения. Светодиоды группируются в последовательные цепочки, которые затем соединяются параллельно. Это позволяет оптимизировать схему под конкретное напряжение питания.

Расчет токоограничивающего резистора

Правильный выбор сопротивления токоограничивающего резистора критически важен для стабильной и долговечной работы светодиода. Для расчета используется следующая формула:

R = (U — Uд) / I

Где:

• R — сопротивление резистора (Ом)
• U — напряжение источника питания (В)
• Uд — падение напряжения на светодиоде (В)
• I — номинальный ток светодиода (А)

Падение напряжения на светодиоде зависит от его цвета и типа:

• Красные, желтые, оранжевые — 1.8-2.4 В
• Зеленые, синие, белые — 3.0-3.6 В
• Мощные светодиоды — 2.8-4.0 В

Номинальный ток для маломощных светодиодов обычно составляет 10-20 мА, для мощных — 350-1000 мА.

Особенности подключения к различным напряжениям

Подключение светодиода к батарейке 3В

При питании от батарейки 3В (например, CR2032) можно подключать напрямую красные, желтые и зеленые светодиоды с небольшим токоограничивающим резистором 30-100 Ом. Для белых и синих светодиодов потребуется повышающий преобразователь.

Подключение светодиода к 5В

Напряжение 5В позволяет подключать практически любые светодиоды через токоограничивающий резистор. Для маломощных светодиодов типичное значение резистора — 150-330 Ом.

Подключение светодиода к 12В

При питании от 12В оптимально использовать последовательное соединение 3-4 светодиодов. Также можно применять стабилизатор тока или ШИМ-контроллер для эффективного управления яркостью.

Драйверы для светодиодов

Для питания мощных светодиодов и светодиодных лент применяются специальные драйверы. Они обеспечивают:

• Стабилизацию тока
• Защиту от перегрузки и короткого замыкания
• Плавное включение/выключение
• Регулировку яркости
• Высокий КПД преобразования

Драйверы бывают линейные и импульсные. Линейные проще, но менее эффективны. Импульсные имеют высокий КПД, но могут создавать помехи.

Регулировка яркости светодиодов

Существует несколько способов управления яркостью светодиодов:

1. Изменение тока через светодиод (аналоговая регулировка)
2. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
3. Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ)

ШИМ-регулировка наиболее эффективна и широко применяется в современных светодиодных драйверах и контроллерах.

Типичные ошибки при подключении светодиодов

При работе со светодиодами следует избегать следующих ошибок:

• Подключение без токоограничивающего резистора
• Неправильный расчет сопротивления резистора
• Несоблюдение полярности включения
• Превышение максимально допустимого тока
• Использование нестабилизированных источников питания

Соблюдение правил подключения обеспечит длительную и надежную работу светодиодов в вашем устройстве.

Практические рекомендации по монтажу

1. Используйте качественные паяльные материалы и инструменты
2. Соблюдайте температурный режим пайки (не более 260°C в течение 5 секунд)
3. Обеспечьте хороший теплоотвод для мощных светодиодов
4. Применяйте изоляцию и защиту от влаги при наружном монтаже
5. Проверяйте полярность перед подключением к источнику питания

Правильный монтаж значительно повысит надежность и долговечность светодиодного устройства.

Схема Подключения Светодиода — tokzamer.ru

СД — диод, излучатель света.


Это глубокое заблуждение!!!

Падение напряжения — это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию свечение.
Как подключить светодиод к 220 В

Более продвинутый вариант — RGB диод, изменяющий цвет по заранее заложенной в чип программе. При таком раскладе светодиод будет работать на определенных полуволнах — мигать с частотой 50 Гц.

Подключение, ошибки

Чтобы получить ответ на этот вопрос, достаточно напряжение питания просто разделить на падение напряжения на светодиоде. Как подключить светодиод или светодиодную ленту.

Потом цепная реакция и вся линейка выходит из строя. Монтаж цветной ленты, усилителя и контроллера RGB-контроллер предназначен для регулировки света.

Но в одной статье всего не написать, поэтому придется эту тему продолжить. Подборка диодов и расчёт БП СД ленту подключают к блоку питания напряжением 24, 12 или 6 вольт.

Обозначение светодиодов на схеме Светодиод на схеме обозначается в виде обычного диода с двумя стрелками, направленными в сторону, обозначающее излучение света.

А вот так светодиоды прослужат очень долго. Причина сего поведения кроется в следующем.

Диммер — это устройство для расширения функциональных возможностей светодиодных источников.

Всего в схеме 3 светодиода.
Как подключить МОЩНЫЙ СВЕТОДИОД!!!

См. также: Песчаная подушка под кабель в траншее

Основы подключения к 220 В

Такой результат получается если из таблицы взять максимальное значение падения напряжения.

При этом избегают попадания горячего воздуха на полупроводник. Самые применяемые два: SMD и такой же

Визуальное определение полярности Несмотря на множество существующих в настоящее время видов конструкций светодиодного оборудования , наиболее широкое распространение получили излучающие свет диоды, заключенные в цилиндрический корпус D от 3,5 мм. При этом каждый раз придется кропотливо пересчитывать сопротивление ограничительного резистора.

Есть варианты для цепей с переменным током напряжения, подойдут от В и выше. Этапы сборки При самостоятельной сборке и последующем тестировании излучающих свет диодов в рабочем режиме, целесообразно воспользоваться данной последовательностью: определиться с техническими характеристиками, отраженными в сопроводительной документации; составить схему подключения с учетом уровня напряжения; вычислить показатели потребляемой мощности электроцепи; подобрать драйвер или блок питания с оптимальной мощностью; рассчитать резистор при стабилизированном напряжении; определить полярность LЕD-источника; припаять провода к светодиодным выходам; подсоединить источник питания; зафиксировать диод на радиаторе.

Простейшая схема подключения светодиода

Он подключается последовательно через резистор либо через драйвер питания, регулирующий величину тока. Диммер — это устройство для расширения функциональных возможностей светодиодных источников. Рис 3. Кроме того, зажигалка или брелок вещь одноразовая, копеечная: кончился газ или села батарейка — сувенир просто выкинули. Выпрямительный диод служит для защиты led-диода от обратного напряжения.

К числу самых распространенных вариантов определения полярности светоизлучающих диодов относятся первые три способа, которые должны выполняться с соблюдением стандартной технологии. Изменяя через специальный драйвер питания яркость каждой матрицы можно добиться любого света свечения.

В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода. Особых пояснений программа не требует.
Расчет резистора для светодиода

Понятия, сокращения, глоссарий.

Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом. Параллельное соединение светодиодов В данной ситуации все происходит наоборот.

Разноцветный Разноцветный светодиод — два или больше диода, объединенных в один корпус. 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.

Принципиально не важно, какого цвета будут светодиоды, просто при расчете придется учитывать разные падения напряжений в зависимости от цвета свечения светодиода. Если будет изменена полярность и напряжение пойдет в обратном направлении, то оно будет сглажено выпрямительным диодом, защищающим светодиод от пробоя. Возможна установка эффекта затухания или мерцания излучения.

Источниками светодиодного питания в условиях токовой стабилизации обеспечиваются постоянные показатели выходного тока в широком диапазоне. Место монтажа ленты очищают, обезжиривают.

Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода. Другим вариантом будет включение всех светодиодов параллельным подключением, устанавливая 1 резистор, что рассчитан на тройной ток. Падение напряжения на светодиодах разных цветов.

По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Как включить светодиод в сеть переменного тока Если при подключении LED к источнику постоянного тока электроны движутся лишь в одну сторону и достаточно ограничить ток с помощью резистора, в сети переменного напряжения направление движения электронов постоянно меняется. Светоизлучающие диоды разных цветов изготавливают из различных полупроводниковых материалов. К 1,5 В Показатели рабочего напряжения светоизлучающих диодов, как правило, превышают 1,5 В, поэтому сверх яркие светодиоды нуждаются в источнике питания не менее 3,,4 В. Тогда входное напряжение придется уменьшить при этом выходной ток не изменится, так и останется мА как был отрегулирован , зачем на 3 светодиода, пусть даже мощных, подавать 50В?

Последовательное подключение

Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры. Светодиод припаян к плоскости ленты.

При таком раскладе светодиод будет работать на определенных полуволнах — мигать с частотой 50 Гц. Однако обратный ток может вызвать перегрев p-n перехода, в результате чего произойдет тепловой пробой и разрушение кристалла светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению деградации. Если же ограничить ток на уровне 10мА, то ти миллиамперные засветятся недостаточно ярко, примерно как в выключателе со светодиодом: ночью видно, днем нет. Чтобы не произошел случайный удар током, следует провести установку разрядного резистора большего номинала, расположив его параллельно конденсатору.
Как подключить светодиод к сети 220 Вольт

Элементная база и способы её применения для решения задач управления питанием светодиодов — Компоненты и технологии

Сегодня светодиоды и их сборки нашли широкое применение в самой различной технике. Подсветка дисплеев в портативных устройствах, передача информации или световая сигнализация осуществляется за счет светодиодов различной мощности. При разработке устройств на базе светодиодов важным фактором является то, что для достижения стабильности параметров излучения светодиодов необходим источник с высокой стабильностью выходного тока. Например, для обеспечения стабильного питания элементов подсветки сотового телефона необходимо повышать напряжение аккумуляторной батареи, что отрицательным образом сказывается на времени работы от заряженных батарей. Один из выходов в этой ситуации — применение повышающего DC/DC преобразователя, обеспечивающего высокую эффективность, но, к сожалению, приводящего к повышению стоимости разработки и увеличению ее массо%габаритных характеристик, что допустимо далеко не в каждом приложении. Целью данной статьи является обзор современных решений для управления питанием светодиодов на базе элементной базы мировых лидеров по производству микросхем управления питанием.

Основные сведения

Светодиод — токовый прибор, параметры свечения которого определяются стабильностью силы тока в цепи. Это является общим правилом для всех светодиодов, вне зависимости от их типа, размера и мощности. Производители светодиодов предоставляют множество различных параметров своей продукции (световой поток, диаграмма излучения, координаты цветности, номинальный прямой ток и пр.), но с точки зрения питания светодиода особое внимание разработчику следует уделять значению постоянного тока (I_f) при определенном прямом напряжении (V_f). Как правило, светодиоды, используемые в портативных электронных устройствах, работают при токе до 30 мА и напряжении питания около 4 В (наиболее распространенное «стандартное» напряжение аккумуляторной батареи составляет 3,7 В). Очевидно, что если используется несколько светодиодов (что чаще всего имеет место в реальных устройствах), то необходима организация схемы питания, обеспечивающая их одинаковым значением тока при параллельном включении. Все стабилизаторы напряжения гарантируют постоянное значение выходного напряжения независимо от тока нагрузки (в определенных пределах) (рис. 1), что не подходит для качественного питания светодиодов.

Рис. 1. Регуляторы напряжения с постоянным значением напряжения и тока на выходе

Как было указано, условия достижения определенных параметров светового излучения зачастую требуют уровня напряжения питания, меньшего, чем поступает от автономного источника питания устройства. Итак, повышение напряжения необходимо вследствие следующих причин:

1. Для батарейных приборов напряжение источника недостаточно для поддержания постоянства тока через светодиод при разряде батареи.
2. Для схем с последовательным включением светодиодов, очевидно, требуется напряжение большего номинала, чем напряжение батареи.

При рассмотрении микросхем, управляющих работой светодиодов высокой яркости, следует учесть, что напряжение питания может принимать три значения относительно указанной в технической документации характеристики светодиода:

• напряжение питания выше необходимого номинального значения;
• напряжение питания ниже требуемого предела;
• характеристики питающего элемента частично перекрывают диапазон необходимых напряжений.

Соответственно необходимо повышать или понижать напряжение для его максимально близкого совпадения со значением, обеспечивающим требуемые характеристики излучения. Наиболее простой способ понижения напряжения — применение линейного стабилизатора, параметры стабилизации которого задаются при помощи пары резисторов обратной связи. Один из резисторов помещается в цепи питания светодиодов и выполняет функции датчика тока. За счет такого решения создается обратная связь, что позволяет обеспечить стабильный ток через светодиоды. Схемы на линейных стабилизаторах достаточно просты, не требуют большого числа внешних компонентов и не генерируют электромагнитных помех. Однако не стоит забывать, что у них есть и недостатки, такие как небольшой КПД и довольно большая рассеиваемая мощность. Потери линейного регулятора напряжения могут быть оценены из следующего соотношения:

где n — количество светодиодов в линейке.

При токе питания светодиодов 350 мА и выше на линейный стабилизатор напряжения необходимо устанавливать радиатор, чтобы обеспечить допустимые режимы работы, однако это приводит к увеличению стоимости, габаритов и массы конечного изделия.

Альтернативное решение применения линейного стабилизатора напряжения — использование понижающего регулятора (в зарубежной литературе step-down или buck regulator). Отличительными особенностями микросхем, выполняющих функцию понижения напряжения, является высокая эффективность при относительно небольшой стоимости, многие регуляторы работают на частоте более 1 MГц, что позволяет применять миниатюрные внешние компоненты и при этом обеспечивать ток нагрузки вплоть до 1 А.

Применение повышающего преобразователя напряжения (bust converter) необходимо при невозможности источника питания, например, аккумуляторной батареи, сохранить требуемый уровень напряжения для последовательной цепочки светодиодов. Данный тип микросхем способен обеспечивать ток нагрузки от 350 мА в широком диапазоне входных напряжений, кроме того, некоторые микросхемы имеют в своем составе встроенный ключ, что дополнительно экономит место на плате. Также из-за управления большими выходными токами микросхемы снабжают схемами защиты от перегрузок по току и напряжению.

Сегодня светодиоды высокой яркости все чаще применяются в устройствах, обеспечивающих функции освещения, постепенно вытесняя лампы накаливания (настольные светильники, дежурное и аварийное освещение, художественная подсветка). При частичном перекрытии выходного напряжения микросхемы питающего диапазона для сохранения стабильности световых характеристик необходима способность как повышения, так и понижения напряжения. Решить данную задачу можно, применяя так называемые SEPIC, CUK-регуляторы или стандартные обратно-ходовые преобразователи.

Традиционно в зависимости от типа и схемы включения светодиодов различают два типа микросхем, осуществляющих питание: индуктивные повышающие преобразователи и конверторы на переключаемых конденсаторах. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Индуктивные повышающие конверторы

Конверторы с индуктивностью в схеме обычно используют в устройствах, где необходим высокий КПД преобразования. Отличительной особенностью данных микросхем является возможность работы с большими токами, поэтому они применяются в устройствах с большим количеством светодиодов или в фотоаппаратах в схеме питания мощного светодиода вспышки. Кроме этого, с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции) или ЧИМ (частотно-импульсной модуляции) можно управлять яркостью свечения светодиодов: это интересное решение для регулирования подсветки в зависимости от степени освещенности помещения.

Как видно из таблицы 1, где представлены современные микросхемы для питания светодиодов, индуктивные преобразователи способны питать до 20 светодиодов одновременно, и при этом выходной ток может составлять до 1000 мА. Отдельно стоит отметить преобразователи LT1932 и FAN4855, отличительной особенностью которых является входной диапазон напряжений от 1 и 1,6 В соответственно. В связи с бурным развитием в последнее время различных портативных устройств, питаемых от ячеек типа АА или ААА, эти приборы весьма актуальны. Микросхема FAN4855 представляет собой маломощный импульсный регулятор напряжения, спроектированный для преобразования небольших постоянных напряжений в приборах с батарейным питанием. Данный конвертер начинает свою работу при напряжении 1,3 В и только после понижения входного напряжения ниже 1 В микросхема заканчивает преобразование. Ток нагрузки составляет до 500 мА, а выходной диапазон задается внешним резистором от 3,3 до 5 В. Ток покоя менее 10 мкА значительно продлевает работоспособность устройства без вынужденной замены элементов его питания. На рис. 2 приведена типичная схема включения микросхемы FAN4855 для осуществления питания 4-х параллельно включенных светодиодов. Можно заметить, что в диапазоне от 1 до 4 В значение тока на выходе практически не меняется и составляет 19,4 мА.

Рис. 2. Схема включения и график зависимости тока от напряжения FAN4855

Таблица 1. Виды индуктивных регуляторов напряжения

Компания Linear Technology предлагает аналогичную микросхему LT1932, но имеющую более широкий диапазон рабочих напряжений от 1 до 10 В. В зависимости от типа светодиода инженер имеет возможность задавать внешний ток за счет варьирования сопротивления резистора, которое можно определить из следующего выражения:

На рис. 3 приведены графики зависимости выходного тока LT1932 согласно уровням входного напряжения и температуры. Следует отметить, что значение тока остается постоянным в большем диапазоне напряжений, чем у FAN4855, и достигает 10 В. Ту же стабильность можно наблюдать и на температурном графике, причем для всех значений выходных токов.

Рис. 3. Графики зависимости выходного тока

Приведем в качестве примера микросхему LM3501 от National Semiconductor (рис. 4). Данный повышающий DC/DC преобразователь работает на постоянной частоте 1 МГц и является оптимальным решением для подсветки дисплеев с помощью светодиодов. Благодаря высокой частоте преобразования разработчики получают возможность применять малогабаритные конденсаторы с высоким значением эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), что положительно отражается на стоимости конечного устройства. Микросхема может питать до четырех светодиодов одновременно от аккумуляторной батареи типа Li-Ion или NiNH. С помощью внешнего резистора пользователь получает возможность задавать значение тока через светодиодную линейку, а если необходимо плавное изменение яркости подсветки, в преобразователе предусмотрен выход для подключения внешнего ЦАП или микроконтроллера.

Рис. 4. Схема включения микросхемы LM3501

В качестве еще одного решения рассмотрим микросхему LM3224, отличительной особенностью которой является наличие встроенного ключа с сопротивлением открытого канала 0,15 Ом и возможностью коммутировать токи до 2,45 А (типовое значение). Частота коммутации может быть задана с помощью специального вывода (FSLCT). Конвертop преобразовывает входное напряжение 3,3 В в выходное 8 В и 23 В. Наличие в микросхеме мощного коммутирующего элемента позволяет использовать данный тип преобразователя для управления мощным светодиодом во вспышках фотоаппаратов (рис. 5).

Рис. 5. Схема включения микросхемы LM3224

Повышающие преобразователи на переключаемых конденсаторах

Остановимся чуть подробнее на схеме управления светодиодами, построенной на конверторе с переключаемыми конденсаторами (switched capacitor convertor).

В этом разделе нам придется иметь дело с так называемыми переключаемыми конденсаторами (switched capacitor), поэтому немного вспомним теорию пассивных элементов электрических цепей. Известно, что конденсатор — это элемент, способный запасать и мгновенно отдавать заряд (рис. 6а, б), равный:

где С — емкость конденсатора, Ф; V_g — напряжение, В.

Рис. 6. Отличия реального конденсатора от идеального

Ксожалению, конденсаторы не являются идеальными элементами и, в отличие от приведенного нами примера, имеют эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL), обусловленные внутренней конструкцией компонента. Эти паразитные характеристики не влияют на возможность конденсатора хранить запасенную им энергию, но могут существенным образом сказаться на эффективности источника питания, в состав которого войдет данный компонент. Думаем, что большинство разработчиков источников питания знакомы с этой проблемой. На рис. 6в, г проиллюстрирован процесс заряда и разряда неидеального конденсатора, где R_sw — сопротивление ключевого элемента преобразователя на переключаемых конденсаторах. Как можно увидеть из графика, паразитные элементы отрицательно сказываются на пиковом значении тока, уменьшая его, и также приводят к увеличению времени нарастания сигнала.

Из всего этого делаем вывод, что заряд конденсатора не может мгновенно измениться. Эта особенность нашла применение в схемах с накачкой заряда, пример которой приведен на рис. 7а. Процесс изменения напряжения в конденсаторе состоит из двух фаз. Во время первой фазы ключи S1 и S2 закрыты, а S3 и S4 открыты, и процесс заряда можно описать следующим выражением:

Рис. 7. Принцип действия схемы зарядовой помпы

В течение второй фазы ключи S3 и S4 закрыты, а S1 и S2 открыты. Так как напряжение на емкости не может измениться мгновенно, выходное напряжение повышается до двойного значения его входной величины:

Как правило, рабочий цикл импульсного источника составляет 50%, применение данной техники позволяет повышать эффективность переноса заряда. Чтобы узнать больше об особенностях источников на переключающихся конденсаторах, необходимо более детально рассмотреть работу данной схемы. Не стоит забывать и о паразитных явлениях, которые могут существенным образом сказаться в целом на качестве работы схемы.

Значение установившегося тока и форма удвоенного напряжения для переключаемого конденсатора представлена на рис. 7б. В течение первой фазы процесса ток заряжает емкость C1, и его начальное значение зависит от напряжения на конденсаторе, значения ESR и сопротивления коммутирующих его ключей. Значение заряжающего тока уменьшается по экспоненциальному закону, в процессе заряда конденсатора. Время заряда емкости является постоянным значением, в течение этого времени внешняя емкость (С_hold) питает нагрузку, разряжаясь пропорционально следующему соотношению:

где I_out — ток нагрузки; f — частота коммутации; C_hold — емкость конденсатора C_hold.

В течение второй фазы процесса С1+ подключена к выходу, разряжающий ток протекает через емкость С1 в нагрузку. В этот период ступенчатое изменение выходного тока стремится к значению 2I_out. Несмотря на то, что ступенчатое изменение тока может привести к изменению напряжения на значение, эквивалентное 2I_out ESR_Chold, применение керамических конденсаторов с малым значением ESR делает это изменение незначительным. В этот момент емкость С_hold заряжается в соответствии с выражением (6). Таким образом, значение выходных пульсаций напряжения (V_ripple) можно оценить следующим выражением:

Высокая частота работы схемы, кроме возможности применения малогабаритных емкостей, позволяет уменьшить нежелательные шумы на выходе. Паразитные явления в схеме на переключаемых конденсаторах обусловлены уменьшением выходного напряжения при увеличении тока нагрузки. В действительности это можно объяснить рассеянием энергии при протекании тока через коммутирующие элементы и последовательные эквивалентные сопротивления:

где P_SW — потери на коммутирующем элементе; R_SW — сопротивление ключа; ESR_C1 — эквивалентное сопротивление емкости С1.

В дополнение к этим потерям необходимо также прибавить потери при протекании тока через конденсатор С1 и C_hold:

где P_C1 — потери на конденсаторе С1; R_C1 — сопротивление конденсатора С1; C1 — емкость конденсатора С1.

где P_{ESR _HOLD} — потери на емкости C_hold; ESR_{C_HOLD} — эквивалентное сопротивление емкости C_hold.

Учитывая все элементы схемы, можно рассчитать выходное значение напряжения переключаемого конденсатора, которое определяется следующим соотношением:

где R_OUT = 8R_SW + 4ESR_C1 + 1/2f C₁ + ESR_{C_HOLD}.

Пример структуры микросхемы питания светодиодов на переключаемых конденсаторах компании National Semiconductor, использующей модуляцию ЧИМ, показан на рис. 8. Ключевым элементом схемы является компаратор, отслеживающий выходное значение напряжения и использующий источник опорного напряжения 1,2 В. Кроме этого, с помощью компаратора реализована схема мягкого запуска микросхемы. При значении выходного напряжения выше, чем определенный предел, преобразователь находится в режиме ожидания, потребляя при этом минимальный ток. В этот период питание нагрузки обеспечивается за счет внешней емкости. Как только внешняя емкость разряжается, понижается значение выходного напряжения, которое фиксируется компаратором, запускающим схему, пока значение выходного напряжения не превысит определенной величины, достаточной для нормальной работы устройства.

Рис. 8. Блок-диаграмма конвертора на переключаемых конденсаторах

Следует отметить основную особенность ЧИМ схемы: большую часть времени питание нагрузки обеспечивает внешняя емкость, требующая периодической перезарядки, в то время как сама микросхема потребляет минимальное значение тока. Применительно к портативным устройствам это весьма значительная особенность, благодаря которой возможно обеспечение более долгой работы устройства от полного заряда батарей.

В таблице 2 представлены микросхемы на переключаемых конденсаторах для питания светодиодов. В зависимости от требуемых характеристик разработчик получает возможность выбирать решение с выходным током от 80 до 500 мА и количеством питаемых светодиодов до 16-ти.

Таблица 2. Спектр микросхем на переключаемых конденсаторах

Рассмотрим несколько примеров и особенностей микросхем для управления светодиодами на переключаемых конденсаторах. На рис. 9 представлена схема включения микросхемы на LM2751, работающей на постоянной частоте с регулируемым выходным напряжением 4,5 В и 5 В. Микросхема обеспечивает ток нагрузки до 150 мА в диапазоне входных напряжений от 2,5 до 5,5 В при использовании всего четырех недорогих керамических конденсаторов в качестве внешней «обвязки». Применение данного решения дает разработчикам возможность отказаться от внешней индуктивности. Частота работы микросхемы может принимать значения: 725 кГц, 300 кГц, 37 кГц или 9,5 кГц при коэффициенте усиления 1,5 или 2.

Рис. 9. Схема включения микросхемы LM2751

В качестве решения для подсветки дисплея или клавиатуры портативного устройства может выступать микросхема LM27964 (рис. 10), с помощью которой можно питать током 20 мА до 8-ми параллельно подключенных светодиодов. Регулируемый источник тока обеспечивает стабильные световые характеристики питаемых индикаторов. Светодиоды разделены на две независимые от источника тока группы, кроме этого, микросхема имеет совместимость с I²C интерфейсом.

Рис. 10 Схема включения микросхемы LM27964

На рис. 11 представлен контроллер подсветки дисплея с высокой степенью интеграции — LTC3206 компании Linear Techology. Микросхема содержит повышающий преобразователь, позволяющий осуществлять питание основного дисплея, подсветки клавиатуры, и цветной дисплей. Максимальный ток питания для каждого типа дисплеев задается независимо и контролируется внутренними схемами. Контроллер совместим для управления с шиной I²C со скоростью обмена данными до 400 кГц и содержит встроенный входной фильтр для предотвращения возможных шумовых всплесков. Яркость подсветки дисплея может регулироваться в пределах 16-ти уровней, начиная от «0» (дисплей выключен). Превышение температуры кристалла выше 160 °С при больших значениях выходных напряжений и токов вызывает автоматическое отключение контроллером выходной цепи.

Рис. 11. Схема включения микросхемы LTC3206

Микросхемы для управления светодиодами высокой яркости

В последние годы такие виды современной портативной электронной техники, как цифровые фотоаппараты и видеокамеры, мобильные телефоны и другая потребительская электроника, продолжают свое бурное развитие, берущее свое начало с середины 1990-х годов. Многие из этих устройств адаптированы для использования в полной темноте, фотоаппараты имеют светодиодную вспышку, и эти их особенности требуют организации питания светодиодов достаточно большими токами. В таблице 3 приведены некоторые серии микросхем от компаний National Semiconductor, Linear Technology и Texas Instruments, специально разработанные для решения этих задач.

Таблица 3. Микросхемы управления питанием светодиодов высокой яркости

В качестве примера можно рассмотреть высоковольтный повышающий регулятор LM5000 (рис. 12). Микросхема способна обеспечивать питание со стабильным током до 20-ти последовательно соединенных светодиодов. Разработчик может самостоятельно задавать рабочую частоту микросхемы (300 кГц/700 кГц для LM5000-3 или 600 кГц/1,3 МГц для LM5000-6). Также в состав регулятора входит силовой ключ, схема «мягкого старта» и термозащиты. Микросхема предлагается в стандартном (TSSOP-16) и миниатюрном (LLP-16) корпусных исполнениях.

Рис. 12. Схема включения микросхемы LM5000

Интересным примером осуществления управления матрицей светодиодов может служить микросхема LM2698. На рис. 13 можно увидеть включение рассматриваемого повышающего регулятора в схеме с токовым зеркалом. Цепочка светодиодов, подключенных к выводу FB, обеспечивает токовую обратную связь, с помощью которой контролируются остальные цепочки и выдерживаются необходимые световые характеристики устройства.

Рис. 13. Схема включения микросхемы LM2698

Аналогичное решение для управления набором светодиодов предлагает компания Linear Technology. Микросхема LTC3783 работает на фиксированной частоте в диапазоне от 20 кГц до 1 МГц, которая задается единственным внешним резистором. Регулятор может применяться в повышающих, обратноходовых или SEPIC топологиях и управлять одновременно двумя n-канальными MOSFET-транзисторами.

Не секрет, что не только в портативной технике следует особое внимание уделять массогабаритным характеристикам применяемых компонентов. Результатом работы инженеров National Semiconductor по уменьшению размеров микросхем стал представленный в 2006 году корпус LLP. На рис. 14 можно оценить его размеры в сравнении с монетой, а в левой части рисунка приведено увеличенное изображение корпуса с целью более детального рассмотрения его конструктивных особенностей. В свое время появление корпусов BGA стало настоящим прорывом в развитии электроники. Единственная проблема их применения — дорогостоящий метод монтажа и тестирования пропайки всех выводов под телом корпуса, так как визуально его контролировать невозможно, приходится использовать рентгенографическое оборудование для просвета шариковых выводов и определения качества электрического контакта. Инженеры, применяющие этот тип корпуса, заметят сходство между BGA и LLP-корпусом. Их отличительная особенность — это наличие специальных боковых контактов у корпуса LLP для возможности тестирования микросхемы после установки на плату. Кстати, это позволяет проводить не только визуальный (все выводы микросхемы расположены по периметру корпуса), но и электрический контроль, что снижает затраты на тестирование и при этом повышает конкурентную способность проектируемого устройства за счет его компактности. Как известно, с 1 июля 2006 г. в связи с переходом большинства производителей микросхем на выпуск своей продукции в соответствии с директивами RoHS по бессвинцовому исполнению у потребителей микросхем в BGA-корпусах могут возникнуть дополнительные сложности. Производители не гарантируют выполнения принципа обратной совместимости, что ведет за собой дополнительные затраты на переоснащение производства или необходимость обращения к контрактному производителю.

Рис. 14. LLP-корпус

Выводы

Перед началом работы над статьей была поставлена задача сделать обзор микросхем различных производителей для питания светодиодов. Естественно, что для получения четкого ответа на этот вопрос сравнение с продукцией конкурентов можно проводить только по конкретному изделию (например повышающему преобразователю LM5000), а не по всей линейке в целом. Несложно заметить, что наиболее полным портфолио решений для питания светодиодов обладает компания National Semiconductor, традиционно продолжая занимать лидирующие позиции на рынке импульсных и линейных регуляторов напряжения.

Предложение по индуктивным преобразователям и микросхемам на переключаемых конденсаторах сегодня вызывает большой интерес, особенно если учитывать тот фактор, что все решения являются высокоуниверсальными и ориентированы не только на рынок управления светодиодами и их сборками, но и подходят для питания стандартных узлов электронной аппаратуры.

Кроме этого, не случайно большая часть материала посвящена микросхемам для управления светодиодами на базе переключающихся конденсаторов. Благодаря своим особенностям данное решение не нуждается во внешней индуктивности, что освобождает от связанных с ней проблем электромагнитной совместимости. Микросхемы имеют низкий уровень шума и электромагнитных помех, причем в качестве обвязки выступают всего несколько малогабаритных недорогих керамических конденсаторов. В результате разработчик получает недорогое и компактное решение управления светодиодами, которое может находить применение не только в портативной технике, но и многих других устройствах.

Литература

1. Power Designer № 113. Optimizing Efficiency in White LED Backlight Applications. National Semiconductor (www.national.com)
2. Готтлиб И. М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы. М.: Постмаркет. 2002.
3. Информационный портал компании National Semiconductor по силовой электронике http://www.national.com/appinfo/power
4. Материалы семинара компании National Semiconductor, Санкт-Петербург, март 2006 г.
5. Описание микросхемы LM3224 http://www.national.com/search/search.cgi/main?keywords=LM3224
6. Описание микросхемы LM5000 http://www.national.com/pf/LM/LM5000.html
7. Описание микросхемы LM2698 http://www.national.com/search/search.cgi/main?keywords=LM2698

Правильное включение светодиода — НТЦ «ОРБИТА»

Светодиод — это диод способный светится при протекании через него тока. По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

Цвет свечения светодиода зависит от добавок добавленных в полупроводник. Так, например, примеси алюминия, гелия, индия, фосфора вызывают свечение от красного до желтого цвета. Индий, галлий, азот заставляет светодиод светится от голубого до зеленного цвета. При добавке люминофора в кристалл голубого свечения, светодиод будет светиться белым светом. В настоящее время промышленность выпускает светодиоды свечения всех цветов радуги, однако цвет зависит не от цвета корпуса светодиода, а именно от химических добавок в его кристалле. Светодиод любого цвета может иметь прозрачный корпус.

Первый светодиод был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса. В начале 1990-ых годов на свет появились яркие светодиоды, а чуть позже сверх яркие.
Преимущество светодиодов перед лампочками накаливания не оспоримы, а именно:

* Низкое электропотребления – в 10 раз экономичней лампочек
* Долгий срок службы – до 11 лет непрерывной работы
* Высокий ресурс прочности – не боятся вибраций и ударов
* Большое разнообразие цветов
* Способность работать при низких напряжениях
* Экологическая и противопожарная безопасность – отсутствие в светодиодах ядовитых веществ. светодиоды не греются, от чего пожары исключаются.

Маркировка светодиодов

Рис. 1. Конструкция индикаторных 5 мм светодиодов

В рефлектор помещается кристалл светодиода. Этот рефлектор задает первоначальный угол рассеивания.
Затем свет проходит через корпус из эпоксидной смолы . Доходит до линзы — и тут начинает рассеиваться по сторонам на угол, зависящий от конструкции линзы, на практике — от 5 до 160 градусов.

Излучающие светодиоды можно разделить на две большие группы: светодиоды видимого излучения и светодиоды инфракрасного (ИК) диапазона. Первые применяются в качестве индикаторов и источников подсветки, последние — в устройствах дистанционного управления, приемо-передающих устройствах ИК диапазона, датчиках.
Светоизлучающие диоды маркируются цветовым кодом (табл. 1). Сначала необходимо определить тип светодиода по конструкции его корпуса (рис. 1), а затем уточнить его по цветной маркировке по таблице.

Рис. 2. Виды корпусов светодиодов

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…

            Таблица 1. Маркировка светодиодов

Многоцветные светодиоды

Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.

Светодиоды подключаются к источнику тока, анодом к плюсу, катодом к минусу. Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом, но бывают и исключения, поэтому лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.

При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор. Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без токоограничивающего резистора. Для быстрого тестирования резистор с номинальным сопротивлением 1кОм подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее.

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода. Почему? Как уже ясно из названия, светодиод это не выпрямительный диод, и, хотя свойство пропускать ток в одном направлении у них общее, между ними есть значительная разница. Для того, что светодиод излучал в видимом диапазоне, у него значительно более широкая запрещенная зона, чем у обычного диода. А от ширины запрещенной зоны напрямую зависит такой паразитный параметр диодов, как внутренняя емкость. При изменении направления тока, эта емкость разряжается, за какое-то время, называемое временем закрытия, зависящее от размеров этой емкости. Во время разряда емкости, светодиодный кристалл испытывает значительные пиковые нагрузки на протяжении гараздо большего времени, нежели обычный диод. При последующем изменении направления тока на «правильное» ситуация повторяется. Поскольку время закрытия / открытия у обычных диодов значительно меньше, необходимо использовать их в цепях переменного тока, включая последовательно со светодиодами, для снижения негативного влияния переменного тока на светодиодный кристалл. Если светодиодное изделие не имеет встроенной защиты от переполюсовки, то ошибка подключения также приведет к снижению срока службы. В некоторые светодиоды токоограничивающий резистор встроен «с завода» и их сразу можно подключать к источнику 12 или 5 вольт, но такие светодиоды встречаются довольно редко и чаще всего к светодиоду необходимо подключать внешний токоограничивающий резистор.

Сразу следует предупредить: не следует направлять луч светодиода непосредственно в свой глаз (а также в глаз товарища) на близком расстоянии, что может повредить зрение.

Напряжение питания

Две главных характеристики светодиодов это падение напряжения и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например, четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА , так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА. Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется “рабочей” зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.

Напряжение питания — параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, поэтому нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую. Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).
Напряжение, указанное на упаковке светодиодов — это не напряжение питания. Это величина падения напряжения на светодиоде. Эта величина необходима, чтобы вычислить оставшееся напряжение, «не упавшее» на светодиоде, которое принимает участие в формуле вычисления сопротивления резистора, ограничивающего ток, поскольку регулировать нужно именно его.
Изменение напряжение питания всего на одну десятую вольта у условного светодиода (с 1,9 до 2 вольт) вызовет пятидесятипроцентное увеличение тока, протекающего через светодиод (с 20 до 30 милиампер).

Для каждого экземпляра светодиода одного и того же номинала подходящее для него напряжение может быть разным. Включив несколько светодиодов одного и того же номинала параллельно, и подключив их к напряжению, например, 2 вольта, мы рискуем из-за разброса характеристик быстро спалить одни экземпляры и недосветить другие. Поэтому при подключении светодиода надо отслеживать не напряжение, а ток.

Величина тока для светодиода является основным параметром, и как правило, составляет 10 или 20 миллиампер. Неважно, какое будет напряжение. Главное, чтобы ток, текущей в цепи светодиода, соответствовал номинальному для светодиода. А ток регулируется включённым последовательно резистором, номинал которого вычисляется по формуле:

R — сопротивление резистора в омах.
Uпит — напряжение источника питания в вольтах.
Uпад — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
I — максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т.е. 0,01 или 0,02 ампера). При последовательном соединении нескольких светодиодов прямой ток не увеличивается.
0,75 — коэффициент надёжности для светодиода.

Не следует также забывать и о мощности резистора. Вычислить мощность можно по формуле:

P — мощность резистора в ваттах.
Uпит — действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
Uпад — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
R — сопротивление резистора в омах.

Расчет токогораничивающего резистора и его мощности для одного светодиода

Типичные характеристики светодиодов

Типовые параметры белого индикаторного светодиода: ток 20 мА, напряжение 3,2 В. Таким образом, его мощность составляет 0,06 Вт.

Также к маломощным относят светодиоды поверхностного монтажа — SMD. Он подсвечивают кнопки в вашем сотовом, экран вашего монитора, если он с LED-подсветкой, из них изготовлены декоративные светодиодные ленты на самоклеющейся основе и многое другое. Есть два наиболее распостраненных типа: SMD 3528 и SMD 5050. Первые содержат такой же кристалл, как и индикаторные светодиоды с выводами, то есть его мощность 0,06 Вт. А вот второй — три таких кристалла, поэтому его нельзя уже называть светодиодом — это светодиодная сборка. Принято называть SMD 5050 светодиодами, однако это не совсем правильно. Это — сборки. Их общая мощность, соответственно, 0,2 Вт.
Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения светодиода и его рабочим напряжением.

         Таблица падения напряжений светодиодов в зависимости от цвета

По величине падения напряжения при тестировании светодиодов мультиметром можно определить примерный цвет свечения светодиода согласно таблице.

Последовательное и параллельное включение светодиодов

При последовательном подключении светодиодов сопротивление ограничивающего резистора рассчитывается также, как и с одним светодиодом, просто падения напряжений всех светодиодов складываются между собой по формуле:

При последовательном включении светодиодов важно знать о том, что все светодиоды, используемые в гирлянде, должны быть одной и той же марки. Данное высказывание следует взять не за правило, а за закон.

Что б узнать какое максимальное количество светодиодов, возможно, использовать в гирлянде, следует воспользоваться формулой

Где:

* Nmax – максимально допустимое количество светодиодов в гирлянде
* Uпит – Напряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора. В вольтах.
* Uпр — Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
* При изменении температуры и старения светодиода Uпр может возрасти. Коэфф. 1,5 дает запас на такой случай.

При таком подсчете “N” может иметь дробный вид, например 5,8. Естественно вы не сможете использовать 5,8 светодиодов, посему следует дробную часть числа отбросить, оставив только целое число, то есть 5.

Ограничительный резистор, для последовательного включения светодиодов рассчитывается точно также как и для одиночного включения. Но в формулах добавляется еще одна переменная “N” – количество светодиодов в гирлянде. Очень важно чтобы количество светодиодов в гирлянде было меньше или равно “Nmax”- максимально допустимому количеству светодиодов. В общем, должно выполнятся условие: N =

Все остальные действия по расчетам производятся в аналогии расчета резистора при одиночном включении светодиода.

Если напряжения источника питания не хватает даже для двух последовательно соединённых светодиодов, тогда на каждый светодиод нужно ставить свой ограничительный резистор.

Параллельное включение светодиодов с общим резистором — плохое решение. Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый, что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.

Последовательное соединение светодиодов предпочтительнее ещё и с точки зрения экономного расходования источника питания: вся последовательная цепочка потребляет тока ровно столько, сколько и один светодиод. А при параллельном их соединении ток во столько раз больше, сколько параллельных светодиодов у нас стоит.

Рассчитать ограничительный резистор для последовательно соединённых светодиодов так же просто, как и для одиночного. Просто суммируем напряжение всех светодиодов, отнимаем от напряжения источника питания получившуюся сумму (это будет падение напряжения на резисторе) и делим на ток светодиодов (обычно 15 — 20 мА).

А если светодиодов у нас много, несколько десятков, а источник питания не позволяет соединить их все последовательно (не хватит напряжения)? Тогда определяем исходя из напряжения источника питания, сколько максимально светодиодов мы можем соединить последовательно. Например для 12 вольт — это 5 двухвольтовых светодиодов. Почему не 6? Но ведь на ограничительном резисторе тоже должно что-то падать. Вот оставшиеся 2 вольты (12 — 5х2) и берём для расчёта. Для тока 15 мА сопротивление будет 2/0.015 = 133 Ома. Ближайшее стандартное — 150 Ом. А вот таких цепочек из пяти светодиодов и резистора каждая, мы уже можем подключить сколько угодною Такой способ называется параллельно-последовательным соединением.

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

Далее рассмотрим стабилизированную схему включения светодиодов. Коснёмся изготовления стабилизатора тока. Существует микросхема КР142ЕН12 (зарубежный аналог LM317), которая позволяет построить очень простой стабилизатор тока. Для подключения светодиода (см. рисунок) рассчитывается величина сопротивления R = 1.2 / I (1.2 — падение напряжения не стабилизаторе) Т.е., при токе 20 мА, R = 1,2 / 0.02 = 60 Ом. Стабилизаторы рассчитаны на максимальное напряжение в 35 вольт. Лучше не напягать их так и подавать максимум 20 вольт. При таком включении, например, белого светодиода в 3,3 вольта возможна подача напряжения на стабилизатор от 4,5 до 20 вольт, при этом ток на светодиоде будет соответствовать неизменному значению в 20 мА. При напряжении 20В получаем, что к такому стабилизатору можно подключить последовательно 5 белых светодиодов, не заботясь о напряжении на каждом из них, ток в цепи будет протекать 20мА (лишнее напряжение погасится на стабилизаторе).

Важно! В устройстве с большим количеством светодиодов протекает большой ток. Категорически воспрещается подключать такое устройство к включенному источнику питания. В этом случае, в месте подключения, возникает искра, которая ведет к появлению в цепи большого импульса тока. Этот импульс выводит из строя светодиоды (особенно синие и белые). Если светодиоды работают в динамическом режиме (постоянно включаются, выключаются и подмаргивают) и такой режим основан на использовании реле, то следует исключить возникновение искры на контактах реле.

Каждую цепочку следует собирать из светодиодов одинаковых параметров и одного производителя.
Тоже важно ! Изменение температуры окружающей среды влияет на протекающий ток через кристалл. Поэтому желательно изготавливать устройство так, чтобы протекающий ток через светодиод был равен не 20мА, а 17-18 мА. Потеря яркости будет незначительная, зато долгий срок службы обеспечен.

Как запитать светодиод от сети 220 В.

Казалось бы все просто: ставим последовательно резистор, и всё. Но нужно помнить об одной важной характеристике светодиода: максимально допустимом обратном напряжении. У большинства светодиодов оно около 20 вольт. А при подключении его в сеть при обратной полярности (ток-то переменный, полпериода в одну сторону идёт, а вторую половину — в обратную) к нему приложится полное амплитудное напряжение сети — 315 вольт! Откуда такая цифра? 220 В — это действующее напряжение, амплитудное же в {корень из 2} = 1,41 раз больше.
Поэтому, чтобы спасти светодиод нужно поставить последовательно с ним диод, который не пропустит к нему обратное напряжение.

Еще один вариант подключения светодиода к электросети 220в:

Или же поставить два светодиода встречно-параллельно.

Вариант питания от сети с гасящим резистором не самый оптимальный: на резисторе будет выделяться значительная мощность. Действительно, если применим резистор 24 кОм (максимальный ток 13 мА), то рассеиваемая на нём мощность будет около 3 Вт. Можно снизить её в два раза, включив последовательно диод (тогда тепло будет выделяться только в течение одного полупериода). Диод должен быть на обратное напряжение не менее 400 В. При включении двух встречных светодиодов (существуют даже такие с двумя кристаллами в одном корпусе, обычно разных цветов, один кристалл красного свечения, другой зелёного) можно поставить два двухваттных резистора, каждый сопотивлением в два раза меньше.
Оговорюсь, что применив резистор большого сопротивления (например 200 кОм) можно включить светодиод и без защитного диода. Ток обратного пробоя будет слишком мал, чтобы вызвать разрушение кристалла. Конечно, яркость при этом весьма мала, но например для подсветки в темноте выключателя в спальне её будет вполне достаточно.
Благодаря тому, что ток в сети переменный, можно избежать ненужных трат электричества на нагрев воздуха ограничительным резистором. Его роль может выполнять конденсатор, который пропускает переменный ток, не нагреваясь. Почему так — вопрос отдельный, рассмотрим его позже. Сейчас же нам нужно знать, что для того, чтобы конденсатор пропускал переменный ток, через него должны обязательно проходить оба полупериода сети. Но ведь светодиод проводит ток только в одну сторону. Значит, ставим встречно-параллельно светодиоду обычный диод (или второй светодиод), он и будет пропускать второй полупериод.

Но вот мы отключили нашу схему от сети. На конденсаторе осталось какое-то напряжение (вплоть до полного амплитудного, если помним, равного 315 В). Чтобы избежать случайного удара током, предусмотрим параллельно конденсатору разрядный резистор большого номинала (чтобы при нормальной работе через него тёк незначительный ток, не вызывающий его нагрева), который при отключении от сети за доли секунды разрядит конденсатор. И для защиты от импульсного зарядного тока тоже поставим низкоомный резистор. Он также будет играть роль предохранителя, мгновенно сгорая при случайном пробое конденсатора (ничто не вечно, и такое тоже случается).

Конденсатор должен быть на напряжение не менее 400 вольт, или специальный для цепей переменного тока напряжением не менее 250 вольт.
А если мы хотим сделать светодиодную лампочку из нескольких светодиодов? Включаем их все последовательно, встречного диода достаточно одного на всех.

Диод должен быть рассчитан на ток, не меньший чем ток через светодиоды, обратное напряжение — не менее суммы напряжения на светодиодах. А ещё лучше взять чётное число светодиодов и включить их встречно-параллельно.

На рисунке в каждой цепочке нарисовано по три светодиода, на самом деле их может быть и больше десятка.
Как расчитать конденсатор? От амплитудного напряжения сети 315В отнимаем сумму падения напряжения на светодиодах (например для трёх белых это примерно 12 вольт). Получим падение напряжения на конденсаторе Uп=303 В. Ёмкость в микрофарадах будет равна (4,45*I)/Uп, где I — необходимый ток через светодиоды в миллиамперах. В нашем случае для 20 мА ёмкость будет (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 мкФ. Можно поставить два конденсатора 0,15 мкф (150 нФ) параллельно.

Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов

1. Подключение светодиода напрямую к источнику питания без ограничителя тока (резистора или специальной микросхемы-драйвера). Обсуждалось выше. Светодиод быстро выходит из строя из-за плохо контролируемой величины тока.

2. Подключение параллельно включенных светодиодов к общему резистору. Во-первых, из-за возможного разброса параметров, светодиоды будут гореть с разной яркостью. Во-вторых, что более существенно, при выходе из строя одного из светодиодов, ток второго возрастёт вдвое, и он может тоже сгореть. В случае использования одного резистора целесообразнее подключать светодиоды последовательно. Тогда при расчёте резистора ток оставляем прежним (напр. 10 мА), а прямое падение напряжения светодиодов складываем (напр. 1,8 В + 2,1 В = 3,9 В).

3. Включение последовательно светодиодов, рассчитанных на разный ток. В этом случае один из светодиодов будет либо работать на износ, либо тускло светиться — в зависимости от настройки тока ограничивающим резистором.

4. Установка резистора недостаточного сопротивления. В результате текущий через светодиод ток оказывается слишком большим. Поскольку часть энергии из-за дефектов кристаллической решётки превращается в тепло, то при завышенных токах его становится слишком много. Кристалл перегревается, в результате чего значительно снижается срок его службы. При ещё большем завышении тока из-за разогрева области p-n-перехода снижается внутренний квантовый выход, яркость светодиода падает (это особенно заметно у красных светодиодов) и кристалл начинает катастрофически разрушаться.

5. Подключение светодиода к сети переменного тока (напр. 220 В) без принятия мер по ограничению обратного напряжения. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет около 2 вольт, тогда как напряжение обратного полупериода при запертом светодиоде создаёт на нём падение напряжения, равное напряжению питания. Существует много различных схем, исключающих разрушающее воздействие обратного напряжение. Простейшая рассмотрена выше.

6. Установка резистора недостаточной мощности. В результате резистор сильно нагревается и начинает плавить изоляцию касающихся его проводов. Потом на нём обгорает краска, и в конце концов он разрушается под воздействием высокой температуры. Резистор может безболезненно рассеять не более той мощности, на которую он рассчитан.

Мигающие светодиоды

Мигающий сеетодиод (МСД) представляет собой светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 -3 Гц.
Несмотря на компактность в мигающий светодиод входит полупроводниковый чип генератора и некоторые дополнительные элементы. Также стоит отметить то, что мигающий светодиод довольно универсален — напряжение питания такого светодиода может лежать в пределах от З до 14 вольт — для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных экземпляров.

Отличительные качества мигающих сеетодиодое:

• Малые размеры
• Компактное устройство световой сигнализации
• Широкий диапазон питающего напряжения (вплоть до 14 вольт)
• Различный цвет излучения.

В некоторых вариантах мигающих светодиодов могут быть встроены несколько (обычно — 3) разноцветных светодиода с разной периодичностью вспышек.
Применение мигающих светодиодов оправдано в компактных устройствах, где предьявляются высокие требования к габаритам радиоэлементов и электропитанию — мигающие светодиоды очень экономичны, т..к электронная схема МСД выполнена на МОП структурах. Мигающий светодиод может с лёгкостью заменить целый функциональный узел.

Условное графическое обозначение мигающего светодиода на принципиальных схемах ничем не отличается от обозначения обычного светодиода за исключением того, что линии стрелок- пунктирные и символизируют мигающие свойства светодиода.

Если взглянуть сквозь прозрачный корпус мигающего светодиода, то можно заметить, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании катодного (отрицательного вывода) размещён кристалл светоизлучающего диода.
Чип генератора размещён на основании анодного вывода.
Посредством трёх золотых проволочных перемычек соединяются все части данного комбинированного устройства.

Отличить МСД от обычного светодиода легко по внешнему виду, разглядывая его корпус на просвет. Внутри МСД находятся две подложки примерно одинакового размера. На первой из них располагается кристаллический кубик светоизлучателя из редкоземельного сплава.
Для увеличения светового потока, фокусировки и формирования диаграммы направленности применяется параболический алюминиевый отражатель (2). В МСД он немного меньше по диаметру, чем в обычном светодиоде, так как вторую часть корпуса занимает подложка с интегральной микросхемой (3).
Электрически обе подложки связаны друг с другом двумя золотыми проволочными перемычками (4). Корпус МСД (5) выполняется из матовой светорассеивающей пластмассы или из прозрачного пластика.
Излучатель в МСД расположен не на оси симметрии корпуса, поэтому для обеспечения равномерной засветки чаще всего применяют монолитный цветной диффузный световод. Прозрачный корпус встречается только у МСД больших диаметров, обладающих узкой диаграммой направленности.

Чип генератора состоит из высокочастотного задающего генератора — он работает постоянно -частота его по разным оценкам колеблется около 100 кГц. Совместно с ВЧ-генератором работает делитель на логических элементах, который делит высокую частоту до значения 1,5- 3 Гц. Применение высокочастотного генератора совместно с делителем частоты связано с тем, что для реализации низкочастотного генератора требуется использование конденсатора с большой ёмкостью для времязадающей цепи.

Для приведения высокой частоты до значения 1-3 Гц используются делители на логических элементах, которые легко разместить на небольшой площади полупроводникового кристалла.
Кроме задающего ВЧ-генератора и делителя на полупроводниковой подложке выполнен электронный ключ и защитный диод. У мигающих светодиодов, рассчитанных на напряжение питания 3-12 вольт, также встраивается ограничительный резистор. У низковольтных МСД ограничительный резистор отсутствует Защитный диод необходим для предотвращения выхода из строя микросхемы при переполюсовке питания.

Для надёжной и долговременной работы высоковольтных МСД, напряжение питания желательно ограничить на уровне 9 вольт. При увеличении напряжения возрастает рассеиваемая мощность МСД, а, следовательно, и нагрев полупроводникового кристалла. Со временем чрезмерный нагрев может привести к быстрой деградации мигающего светодиода.

Безопасно проверить исправность мигающего светодиода можно с помощью батарейки на 4,5 вольта и последовательно включенного совместно со светодиодом резистора сопротивлением 51 Ом, мощностью не менее 0,25 Вт.

Исправность ИК-диода можно проверить при помощи фотокамеры сотового телефона.
Включаем фотоаппарат в режим съемки, ловим в кадр диод на устройстве (например, пульт ДУ), нажимаем на кнопки пульта, рабочий ИК диод должен в этом случае вспыхивать.

В заключении следует обратить внимание на такие вопросы как пайка и монтаж светодиодов. Это тоже очень важные вопросы, которые влияют на их жизнеспособность.
светодиоды и микросхемы боятся статики, неправильного подключения и перегрева, пайка этих деталей должна быть максимально быстрая. Следует использовать маломощный паяльник с температурой жала не более 260 градусов и пайку производить не более 3-5 секунд (рекомендации производителя). Не лишним будет использование медицинского пинцета при пайке. Светодиод берется пинцетом выше к корпусу, что обеспечивает дополнительный теплоотвод от кристалла при пайке.
Ножки светодиода следует гнуть с небольшим радиусом (чтобы они не ломались). В результате замысловатых изгибов, ноги у основания корпуса должны остаться в заводском положении и должны быть параллельны и не напряжены (а то устанет и кристалл отвалится от ножек).

Чтобы ваше устройство защитить от случайного замыкания или перегрузки следует ставить предохранители.

Скачать:
1. Програма для автоматического подбора резистора при подключении светодиодов — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту
2. Программа автоматического расчета токоограничивающего резистора светодиода — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту
3. Интернет-ресурс для автоматического расчета и подбора резисторов светодиода — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту

Подключение большого количества светодиодов. Включение 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. Для этого следует подать на его анод положительное , а на катод — отрицательное напряжение.

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.

Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.

Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.

Методика расчета питания светодиода ».

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.

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 равное их падению напряжения в открытом состоянии.

Подключение светодиодов к LPT порту

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «

Немного физики. Напряжение «U» измеряется в вольтах (В), ток «I»- в амперах (А), сопротивление «R» в омах (Ом). Закон Ома: U = R * I .

Итак, мы решили включить светодиод. Рассмотрим наиболее популярные напряжения — 9, 12 В. Рассмотрим вариант, когда в распоряжении имеется постоянное напряжение, без помех (например батарейки, вынутые потихоньку из пультов от телевизора), а потом рассмотрим вопрос подключения к менее идеальным источникам (помехи, нестабильное напряжение и др.).

Все светодиоды имеют один главный электрический параметр , при котором обеспечивается его нормальная работа. Это ток (I) протекающий через светодиод. Светодиод нельзя назвать двух или трехвольтовым. У тех, кто все-таки посещал уроки физики в школе, сразу возникает логичный вопрос: если два светодиода абсолютно одинаковые и через оба протекает один и тот же ток, значит, и напряжение надо приложить одно и тоже к обоим. А вот и нет! Технология изготовления кристаллов не позволяет сделать два светодиода с одинаковым, назовем его, «внутренним сопротивлением » и по закону Ома можно сделать соответствующие выводы. Через светодиод надо пропустить ток (согласно заводским параметрам) и измерить напряжение на его выводах. Это напряжение и будет обеспечивать протекание требующегося тока через кристалл светодиода!

Рассмотрим наиболее распространенные светодиоды , рассчитанные на ток 20мА (т.е. 0,02 А).

Идеальный вариант подключения светодиодов — использование стабилизатора тока . К сожалению, готовые стабилизаторы стоят на порядок выше самого светодиода , изготовление относительно дешевого самодельного рассмотрим чуть ниже.

Обычно среднее напряжение (при I=0,02 А) красного и желтого светодиода — 2,0 В (обычно эта величина 1,8 — 2,4 В), а белого, синего и зеленого — 3,0 В (3,0 — 3,5 В).

Итак, продавец Вам торжественно объявил, что Вы купили, например «красный светодиод на 2,0 В, такой-то яркости» -поверим продавцу пока на слово, проверим и если это не так — вернемся и очень вежливо.

Рассмотрим простой вариант. У Вас нашлось дома, например, 8 штук батареек по 1,5 В, итого 8,0 *1,5 = 12,0 В (берем большое напряжение, чтобы было понятнее), и подключаем один светодиод, который купили. Подключили? Теперь выбросьте свой светодиод, потому, что он сгорел, Вам же продавец сказал — 2,0 В, а Вы его в 12,0 В воткнули! Купили новый, а лучше сразу небольшую кучку (фото). Смотрим (не только смотрим, но и еще очень энергично пользуемся измерительным прибором): есть 12,0 В, надо 2,0 В, надо куда-то деть лишних 10 В (12,0 — 2,0 = 10,0). Самый простой способ — использование резистора (он же — сопротивление). Выясняем какое надо сопротивление. Закон Ома гласит:

U = R * I
R = U / I

Ток, протекающий в цепи I = 0,02 А. Сопротивление нужно подобрать , чтобы на нем потерялось 10 В, а нужные 2,0 В дошли до светодиода. Отсюда находим требуемое R:

R = 10,0 / 0,02 = 500 Ом

Напряжение на сопротивлении превращается в тепло . Для того, что-бы сопротивление выдержало нагрузку и выделяемое тепло не привело к его выходу из строя, надо вычислить рассеиваемую мощность сопротивления. Как известно (опять возвращаемся к посещаемости уроков физики) мощность:

На сопротивлении у нас 10,0 В при токе 0,02А. Считаем:

P = 10,0 * 0,02 А = 0,2 Вт.

При покупке сопротивления просим у продавца 500 Ом, мощностью не менее 0,2 Вт (лучше больше, с запасом, чтобы на душе было спокойнее, 0,5 Вт например, но следует учесть — чем больше мощность, тем больше размеры). Подключаем светодиод (не забыв про полярность) через сопротивление и ощущаем волну радости — светится!

Теперь разрываем цепь межу сопротивлением и светодиодом, включаем измерительный прибор и измеряем протекающий в цепи ток. Если ток менее 20 мА, надо немного уменьшить сопротивление, если больше 20 мА — увеличить. Вот и все! Получив ток в 20 мА, мы достигли оптимальной работы светодиода, а при таком режиме производитель гарантирует 10 лет непрерывной работы. Садимся и ждем 10 лет, если что не так пишем претензию на завод. По мере того, как батарейки будут «садиться», яркость светодиода будет уменьшаться. После того как батарейки «сядут» совсем, их надо поставить обратно в пульты, сделать вид, что так и было или, например, объявить всем, что на быструю смерть батареек повлияла магнитная буря или чрезмерная активность солнца.

Это мы поступили правильно, но обычно производитель указывает среднее напряжение для партии светодиодов при оптимальном токе. И ни кто не утруждает себя точным подбором тока. Поэтому остальные примеры будут рассмотрены на данных о среднем напряжении, а не токе (и мы ни кому не скажем, что это не совсем правильно!).

Теперь определимся с подключением нескольких светодиодов. Подключаем 2 красных последовательно. 2 шт * 2,0 = 4,0 В. Питающее напряжение — 12 В, следовательно лишних — 8,0 В. R = 8,0 / 0,02 = 400 Ом. P= 8,0 * 0,2 = 0,16 Вт.

Если 6 штук — 6шт. * 2,0В = 12 В. Сопротивление не требуется.

Аналогично, например, с синими (3,0в) : 3шт x 3,0 В = 9,0В. 12,0 В — 9,0 В = 3,0 В. R = 3,0 / 0,02 = 150 Ом. P = 3,0 * 0,02 = 0,06 Вт.

Если у нас 3 батарейки по 1,5 вольта и, например, один синий светодиод на который надо подать 3,5 В, чтобы получить требуемый ток в 20мА (0,02А): 3 шт * 1,5 в = 4,5в (напряжение питания). Лишних: 4,5 В — 3,5 В = 1,0 В. R = U / I = 1,0 В / 0,02 А = 50 Ом. P = U * I = 1,0 В * 0,02 А = 0,02 Вт

Теперь рассмотрим более сложный вариант. Надо подключить к 12В 30 штук красных по 2,0В. На 12В можем подключить только 6 штук без сопротивлений, соединяем 6 штук последовательно и подключаем — светится. Соединяем еще 6 штук и присоединяем параллельно к первым. При этом через каждые 6 шт будет течь ток в 0,02А. У нас получится 5 цепочек с общим током 5 * 0,02А = 0,1А (уже батареек хватит не на долго).

Надо подключить к 12В 30 штук зеленых по 3,5В. На 12В мы можем подключить: 12В / 3,5В = 3,43 штуки. Мы не будем отрезать от четвертого светодиода 0,43 части, а подключим 3 штуки + сопротивление: 3штуки * 3,5В = 10,5 В. Лишнее напряжение: 12,0 В — 10,5 В = 1,5 В. Сопротивление R = 1,5В / 0,02А = 75 Ом при мощности P = 1,5 * 0,02 = 0,03 Вт. Если вдруг одному светодиоду в процессе монтажа были случайно выдраны ноги и их осталось всего 29 штук, то соединяем 9 цепочек по 3 штуки, и одну цепочку из 2-х штук + сопротивление R = 250 Ом, P = 0,1Вт.

Чудненько. Вот мы и вспомнили слегка основы физики. Теперь рассмотрим более стабилизированную схему включения светодиодов. Возложим техническую проблему подключения на мировые умы, разрабатывающие интегральные микросхемы. Коснёмся изготовления стабилизатора тока. Это достаточно просто, главное нащупать немного лишних финансов в кармане. Существует микросхема КР142ЕН12 (зарубежный аналог LM317), которая позволяет построить очень простой стабилизатор тока. Для подключения светодиода (см. рисунок) рассчитывается величина сопротивления R = 1.2 / I (1.2 — падение напряжения не стабилизаторе) Т.е., при токе 20 мА, R = 1,2 / 0.02 = 60 Ом. Стабилизаторы рассчитаны на максимальное напряжение в 35 вольт. Лучше не напягать их так и подавать максимум 20 вольт. При таком включении, например, белого светодиода в 3,3 вольта возможна подача напряжения на стабилизатор от 4,5 до 20 вольт, при этом ток на светодиоде будет соответствовать неизменному значению в 20 мА! При 20 вольтах получаем, что к такому стабилизатору можно подключить последовательно 5 белых светодиодов, не заботясь о напряжении на каждом из них, ток в цепи будет протекать 20мА (лишнее напряжение погасится на стабилизаторе).

Важно!!! В устройстве с большим количеством светодиодов протекает большой ток. Категорически воспрещается подключать такое устройство к включенному источнику питания. В этом случае, в месте подключения, возникает искра, которая ведет к появлению в цепи большого импульса тока. Этот импульс выводит из строя светодиоды (особенно синие и белые). Если светодиоды работают в динамическом режиме (постоянно включаются, выключаются и подмаргивают) и такой режим основан на использовании реле, то следует исключить возникновение искры на контактах реле.

Каждую цепочку следует собирать из светодиодов одинаковых параметров и одного производителя.

Тоже важно!!! Изменение температуры окружающей среды влияет на протекающий ток через кристалл. Поэтому желательно изготавливать устройство так, чтобы протекающий ток через светодиод был равен не 20мА, а 17-18 мА. Потеря яркости будет незначительная, зато долгий срок службы обеспечен.

Просто соединять светодиоды и подключать их к батарейкам от пульта — не интересно. Их обязательно надо спаять вместе и подсоединить к какому-нибудь устройству (пылесосу например, чтобы было видно всасывание каждой пылинки. Тут сразу надо учесть, что в пылесосе 220 опасных вольт, да еще и напряжение переменное, что ни как не годится к подключению светодиодов. Для этого надо изготовить специальный блок питания, но эту тему мы не будем сейчас обсуждать).

Надо найти устройство с постоянным напряжением и обильно украсить его светодиодами. Вот тут-то вперед выступают счастливые обладатели личных механических коней (авто-мото-вело-самокато). Ведь можно увешать свой любимый транспорт светодиодами так, что прохожие не усомнятся, что мимо проехала новогодняя елка, а ни как не средство передвижения. Надо сразу предупредить, что злоупотребление количеством, яркостью и цветом пресекается некоторыми сотрудниками дорожной инспекции. Также не следует, например, делать стоп-сигналы с яркостью превышающей яркость фар с включенным дальним светом — это немного раздражает едущих сзади, что тоже может в конце концов неблагоприятно сказаться на Вашем организме (особенно на лице), но не будем расстраиваться, ведь есть еще пространство внутри!!! Там уж можно приложить всю свою фантазию (например подсветить снизу лицо водителя синим цветом, что отобъет охоту у сотрудников инспекции проверять документы).

Сразу надо иметь ввиду, что напряжение в сети исправного авто не 12В, а 14,5 В. Желательно проверить это прибором при запущенном двигателе (если конечно есть двигатель). Так же в бортовой сети железного коня наблюдается множество помех, которые не желательны, да и напряжение иногда не очень постоянное. Для подавления помех на входе вашего светящегося устройства можно собрать простую схему из двух деталей — диода и электролитического конденсатора (рисунок). Конденсатор и диод, как и светодиод имеет полярность, значения рабочего напряжения и тока (диод). После установки диода и конденсатора надо замерить напряжение Uвых (оно не будет совпадать с Uвх) и после этого рассчитывать схему подключение светодиодов.

Если Вы не уверены в постоянстве напряжения бортовой сети, можно использовать специальные интегральные стабилизаторы напряжения. Они обеспечивают постоянное напряжение на выходе при изменяющемся (в разумных пределах) или скачущем (как лошадка) входном напряжении.

Наиболее простые представители — К142ЕН8А или КРЕН8А (9 вольт) и К142ЕН8Б или КРЕН8Б (12 вольт). Ориентировочная цена такой штуки составляет 5-15 руб (зависит от жадности продавца). Т.е. у продавца надо спросить с гордым видом «КРЕНКУ, например, на 9В», он сразу все поймет и узрев в Вас крупного специалиста не посмеет обмануть (продаются также иностранные аналоги). Микросхемы имеют всего три ноги и если Вы ни разу в жизни не заблудились в трех соснах, то разобраться в них не составит ни какого труда. Берем левой рукой стабилизатор ногами вниз и надписью к себе, указательным пальцем правой руки слева на право тычем в ноги. Первая — вход (+), средняя — корпус (-), правая выход (+). (фото). Подключить ее надо как на рисунке. На выходе получим постоянное напряжение в 9 или 12 вольт. Исходя из этого, рассчитываем, как было в начале статьи, схему включения светодиодов. Почему 9В или 12 В? На 9В хорошо подсоединяются 3штуки синих, зеленых или белых светодиода (из расчета — 3,0В./шт), на 12В — 6 штук красных или желтых (2,0В./шт) или 4 штуки синих, зеленых или белых, т.е. не требуется дополнительных сопротивлений. Микросхему (при большом количестве светодиодов) надо установить на радиатор. КРЕН8Б рассчитана на максимальную нагрузку в 1,5А (при таком токе очень сильно будет греться). На вход не следует подавать напряжение более 35 вольт. Входное напряжение должно быть не менее чем на 3В больше выходного, иначе стабилизатор не будет работать.

В заключении следует обратить внимание на такие вопросы как пайка и монтаж светодиодов. Это тоже очень важные вопросы, которые влияют на их жизнеспособность.

Не следует паять светодиоды старым дедушкиным паяльником, который нагревали в печке и использовали для запайки дырок в кастрюлях. Следует использовать маломощный паяльник с температурой жала не более 260 градусов и пайку производить не более 3-5 секунд (рекомендации производителя). Не лишним будет использование медицинского пинцета при пайке. Светодиод берется пинцетом выше к корпусу, что обеспечивает дополнительный теплоотвод от кристалла при пайке.

Ноги светодиода следует гнуть с небольшим радиусом (чтобы они не ломались, нам калеки не нужны!). В результате замысловатых изгибов, ноги у основания корпуса должны остаться в заводском положении и должны быть параллельны и не напряжены (а то устанет и кристалл отвалится от ножек).

Собирать светодиоды в одно большое светящееся чудо лучше всего на каком-нибудь плоском листовом материале (пластмасса, оргстекло др.), предварительно насверлив в нем отверстий нужного размера по диаметру корпуса (придется овладеть еще измерительным инструментом и дрелью).

Помните, что светодиод — нежный прибор и обращаться с ним надо соответственно (при пайке можно спеть песню, чтобы работал долго).

Чтобы Ваше устройство защитить от автомобиля и автомобиль от устройства (ведь теперь не известно, что надежнее) следует ставить предохранители.

В этой статье я постараюсь как можно проще объяснить основные принципы запитывания светодиодов. Приведу примеры схем включения светодиодов, а также постараюсь рассмотреть частые ошибки которые совершают новички в электронике, при выборе схемы подключения светодиода. Если читатель знает закон Ома, умеет применить его на практике, то в этой статье он найдет мало полезной информации для себя.

Актуальность подобных тем растет с тех пор, как появились так называемые мощные светодиоды, которые стали применят практически везде где только можно (освещение дома, участка, рабочего места, различные светодиодные фонари, осветительные приборы авто и не только). Есть большая вероятность того что человеку, никогда не увлекавшемуся электроникой придется столкнутся с такой задачей как подключение светодиода.

У светодиода в отличие от обычной лампы накаливания в технической характеристики гораздо больше различных параметров. Все они нам не к чему, для того чтобы выбрать оптимальный режим светодиоду при запитывании и не сжечь его при первом включении. Достаточно обратить внимание на такие характеристики как:

1. Постоянный прямой ток
2. Постоянное прямое напряжение
3. Сила света
4. Цвет свечения

Постоянный прямой ток (в справочной литературе обозначается как Iпр или зарубежное обозначение Io) определяет какой ток в длительном режиме можно пропускать через светодиод в прямом направлении. Прямое направление тока — это когда на аноде потенциал выше чем на катоде светодиода.

В данном случае нас интересует именно прямое направление, так как в обратном направлении светодиоды не светятся.

Постоянное прямое напряжение (в литературе обозначается как Uпр или зарубежное обозначение VFM) определяет какое напряжение упадёт на светодиоде при протекании через него определенного тока в прямом направлении.

Сила света определяет интенсивность светового потока, излучаемого светодиодом. Тут все просто чем больше, тем ярче светодиод.

Цвет свечения (красный, зелёный синий и т. д.) имеет числовое представление обозначается как длина волны.

В идеале для питания светодиода применяют стабилизированный источник тока, то есть напряжение стабилизировать не обязательно, на светодиоде упадет столько напряжения сколько указано в параметре Uпр. Итак, классическая и самая простая схема включения светодиода.

Из достоинств на ум приходит только простота и надежность, как правило такую схему применяют для питания маломощных светодиодов которые выполняют роль индикаторов в различных устройствах. Такую схему можно встретить в самых простых фонариках. Недостаток этой схемы низкий кпд, чем больше мощность светодиода, тем больше потери на сопротивлении, по этой причине такую схему не используют в экономичных устройствах. Сопротивление резистора рассчитывают по формуле:

R=(Uист-Uпр)/I

R – Сопротивление резистора единицы измерения Ом (ом)

I – Ток который вы хотите пропустить через светодиод единицы измерения А (Ампер)

После того как рассчитали сопротивление резистора, нужно рассчитать его мощность.

P=(Uист-Uпр)*I

P – Мощность выделяемая на сопротивлении единицы измерения Вт (Ватт)
Uист – Напряжение источника единицы измерения В (Вольт)
Uпр – Постоянное прямое напряжение светодиода единицы измерения В (Вольт)
I – Ток через резистор в данном случае совпадает с током через светодиод единицы измерения А (Ампер)

Пример расчета:

То есть при питании 10 ватного светодиода таким способом на резисторе тепловые потери составят 4,86 Вт. Кроме того данная схема включения светодиода не стабилизирует ток через светодиод, то есть если изменится питающее напряжение, то изменится и ток через светодиод. Следующая схема лишена этого недостатка.

Здесь роль стабилизатора тока выполняет широко распространённый интегральный стабилизатор LM317. К сожалению КПД данной схемы, также очень низкое. Всех вышеописанных недостатков лишена схема в основе которой лежит ШИМ стабилизатор.

Подобные схемы часто называют драйвер светодиода, готовые устройства можно приобрести в радиомагазинах, выглядят они следующим образом.

В основе лежит ШИМ стабилизатор. КПД таких стабилизаторов лежит в пределах 90%, то есть включая через него 10 ватный светодиод на нём (драйвере) выделится 1Вт.

И в конце немного о последовательном и параллельном включении светодиодов.

На рисунке слева приведена схема последовательного включения трёх светодиодов, справа параллельного включения трёх светодиодов. В интернете можно встретить схемы параллельного включения светодиодов без индивидуальных тока ограничительных резисторов.

Не рекомендую использовать такое включение, прямое падение напряжения (даже на светодиодах одной партии) разное в итоге через светодиоды потекут существенно разные токи, что приведет к выходу из строя сначала самого прожорливого светодиода, а затем и всех остальных. На этом все.

Хотя светодиоды (светики) используются в мире ещё с 60-х годов, вопрос о том как их правильно подключать, актуален и сегодня.

Начнем с того, что все светодиоды работают исключительно от постоянного тока. Для них важна полярность подключения, или расположения плюса и минуса. При неправильном подключении. светодиод работать не будет.

Как определить полярность светодиода

Полярность светодиода можно определить тремя способами:

N.B. Хотя на практике последний способ иногда не подтверждается.

Как бы там ни было, следует заметить, что если кратковременно (1-2 секунды) не правильно подключить светодиод, то ничего не перегорит и плохого не произойдет. Так как диод сам по себе в одну сторону работает, а в обратную нет. Перегореть он может только из-за повышенного напряжения.

Номинальное напряжение для большинства светодиодов 2,2 — 3 вольта. Светодиодные ленты и модули, которые работают от 12 и более вольт, уже содержат в схеме резисторы.

Как подключить светодиод к 12 вольтам

Подключать светодиод напрямую к 12 вольт — запрещено, он сгорит в долю секунды. Необходимо использовать ограничительный резистор (сопротивление). Размерность резистора высчитывается по формуле:

R= (Uпит-Uпад)/0,75I,

где R –величина сопротивления резистора;

Uпит и Uпад – напряжение питания и падающее;

I – проходящий ток.

0.75 — коэффициент надёжности для светодиода (величина постоянная)

Для большей ясности, рассмотрим на примере подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору 12 вольт.

В данном случае:

• Uпит — 12 вольт (напряжение в авто аккумуляторе)
• Uпад — 2,2 вольта (напряжение питания светодиода)
• I — 10 мА или 0,01 А (ток одного светодиода)

По вышеуказанной формуле, получим R=(12-2.2)/0.75*0.01 = 1306 Ом или 1,306 кОм

Ближайшее стандартное значение резистора — 1,3 килоОм

Это еще не всё. Требуется вычислить требуемую минимальную мощность резистора.

Но для начала определим фактический ток I (он может отличаться от указанного выше)

Формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет)

• Rсвет — Сопротивление светодиода:

Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом,

из этого следует, что ток в цепи

I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А

Фактическое падение напряжения светодиода будет равно:

И наконец, мощность равна:

P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт).

Следует взять чуть больше мощности стандартной величины. В данном случае лучше подойдет 0,125 Вт.

Итак, чтобы правильно подключить один светодиод к 12 вольтам, (авто аккумулятор) потребуется в цепь вставить резистор, сопротивлением 1,3 кОм и мощностью 0,125 Вт.

Резистор можно присоединять к любой ноге светодиода.

У кого в школе, по математике была твердая двойка — есть вариант попроще. При покупке светодиодов в радиомагазине, спросите у продавца какой резистор Вам нужно будет вставить в цепь. Не забудьте указать напряжение в цепи.

Как подключить светодиод к 220в

Размерность сопротивления в данном случае расчитывается подобным образом.

Исходные данные те же. Светодиод потреблением 10 мА и напряжением 2.2 вольт.

Только напряжение питания в сети 220 вольт переменного тока.

R = (Uпит.-Uпад.) / (I * 0,75)

R = (220 — 2.2) / (0,01 * 0,75) = 29040 Ом или 29,040 кОм

Ближайший по номиналу резистор стандартного значения 30 кОм.

Мощность считается по то й же формуле.

Для начала определяем фактический ток потребления:

I = U / (Rрез.+ Rсвет)

Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом,

а из этого следует, что ток в цепи будет:

I = 220 / (30000 + 220) = 0,007 А

Таким образом реальное падение напряжения светодиода будет:

Uпад.свет = Rсвет * I = 220 * 0,007 = 1,54 В

И наконец мощность резистора:

P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59 Вт)

Мощность сопротивления должна быть не менее 1,59 Вт, лучше немного больше. Ближайшее большее стандартное значение 2 Вт.

Итак для подключения одного светодиода к напряжению 220 вольт, нам потребуется в электрическую цепь примостить резистор номиналом 30 кОм и мощностью 2 Вт .

НО! Так как в данном случае ток переменный, то светодиод буде гореть только в одну полуфазу то есть будет очень быстро мигать, приблизительно со скоростью 25 вспышек в секунду. Человеческий глаз это не воспринимает и будет казаться, что светик обычно горит. Но на самом деле он все равно будет пропускать обратные пробои, хоть и работает только в одном направлении. Для этого требуется поставить в цепь обратно направленный диод, дабы сбалансировать сеть и уберечь светодиод от преждевременного выхода из строя.

Или светоизлучающий диод (англ . LED Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Иными словами, светится, когда через него течет ток. Похоже на простую лампу накаливания, но устроен светодиод сложнее. В статье рассказывается об особенностях светодиода, о том как правильно подключать светодиод и о способе расчёта резистора для светодиода.

Особенности светодиода

Что-бы понимать, как правильно подключать светодиоды нужно разбираться в некоторых особенностях:

• светодиод питается током . Напряжение, подаваемое на светодиод не имеет значения. Это может быть и 3В, и 1000В. Главное — выдержать необходимый ток. При нехватке тока, светодиод светится тусклее, чем может. При превышении тока светодиод светит ярче, но сильно греется. Светодиод, через который пропускают ток больше, чем он ожидает, перегреется и проработает совсем недолго. В данном случае всегда лучше «недолить».
• падение напряжения . Важная характеристика светодиода — падение напряжения. Это значение показывает, на сколько вольт уменьшится напряжение при прохождении через светодиод при последовательном соединении. Например, если падение напряжения на светодиоде 3,4 вольта, то при напряжении питания 12 вольт, после первого светодиода остается 12-3,4= 8,6 вольт. На втором потеряется еще 3,4 вольта. Останется 8,6-3,4=5,2В. А после третьего останется 5,2-3,4=1,8 вольта. Это меньше, чем падение напряжения светодиода. Значит, больше светодиодов запитать мы не сможем.
• температурный режим. Светодиод нагревается во время свечения. Чем мощнее светодиод, тем сильнее он нагревается. В случае с маломощными светодиодами в пластиковом корпусе, их нагревом можно пренебречь. Если вы имеете дело со сверхмощными яркими светодиодами, нужно думать об охлаждении.
• полярность . При подключении светодиода нужно соблюдать полярность. Если перепутать плюс и минус, то ничего особенно страшного не случится, но светодиод не будет светить, и ток через него не пройдёт. У светодиода 2 вывода: анод и катод. Анод — положительный вывод. Он подключается к положительному полюсу источника питания. Катод — отрицательный. Его подключают к минусу (земле). Держа светодиод в руке выводы можно отличить по длине: анод делают длиннее катода. Внутри колбы светодиода выводы можно тоже отличить по размеру. Катод более массивен и по форме напоминает чашу.

Светодиод. Видна разница в длине катода и анода.

Светодиод. На крупном плане различим катод, напоминающий по форме чашу.

Необходимый ток и падение напряжения можно узнать из спецификации светодиода. В нашем магазине такая информация обязательно указывается на странице товара. Если у вас уже есть светодиод, но вы не знаете его характеристик, можно считать, что нужен ток 25мА, а падение напряжения считать равным 3В. Казалось бы, эти параметры идеально подходят для того, что-бы светодиод подключить напрямую к выводу Arduino. Но всё не так просто. Как отмечалось выше, светодиод токовый прибор. Если обычная лампочка сама себе выберет ток, то светодиод выбирает себе напряжение. То есть, если светодиод требует для себя 3В, а мы подадим на него 5В, то ток вырастет настолько, что светодиод сгорит. Это происходит потому, что он пытается удержать своё напряжение в 3V, а источник пытается выдать свои 5В. Начинается смертельная схватка. Если источник питания слабый, и светодиод сумеет просадить на нём напряжение до нужного — он уцелеет, а нет — источник питания выиграет битву, и светодиод сгорит. Для того, чтобы избежать проблем, нужно стабилизировать ток для светодиода. Простейший стабилизатор тока — резистор. Включаем последовательно со светодиодом резистор, резистор ослабляет источник питания, стабилизируя ток. При подключении больших и мощных светодиодов используют уже специальные тока, вместо резисторов. Резистор нужно уметь расчитывать.

Ничего сложного в расчёте резистора нет. Из формул нам понадобится разве что закон Ома : сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Для расчёта сопротивления резистора для светодиода (R ) нужно знать: напряжение питания (Uпит ), падение напряжения на светодиоде (Uсв ) и необходимый светодиоду ток(I ).

Формула очень простая: R = (Uпит — Uсв) / I

Для простоты расчёта принимается ряд «стандартных» параметров:

Uпит=5 В, Uсв=3 В, I=25 мА=0,025 А

R = 5 — 3 / 0.025 = 80 Ом

Ближайшее стандартное сопротивление резистора — 100 Ом.

Однако, поскольку часто приходится иметь дело со светодиодами, точные параметры которых неизвестны, лично моя рекомендация: исключить падение напряжения из формулы. Так мы получим универсальную формулу для расчёта резистора для любого светодиода, при этом ограничим ток с запасом и не сильно потеряем в яркости. Однако, если вы собираете осветительный прибор и вам важно добиться максимальной светимости светодиода, используйте полную формулу, описанную выше. Итак, по моей упрощённой формуле расчёт будет таким:

R = 5 / 0.025 = 200 Ом

Ближайшее стандартное сопротивление резистора — 220 Ом. С помощью него и будем подключать. Резистор следует включать в цепь между положительным полюсом источника и анодом светодиода.

Теперь вы знаете, как правильно подключить один светодиод. Но что делать. когда вам нужно подключить несколько светодиодов к одному источнику питания?

При подключении одного светодиода ничего сложного нет. Мы только что обсудили это чуть выше. Но как правильно поступить, если одного светодиода недостаточно? Например, мы хотим подключить 15 светодиодов от источника питания 12В. Параметры светодиода для расчётов возьмём стандартные. Для дальнейших рассуждений придётся опять потормошить старика Ома и вспомнить, что при последовательном соединении напряжение складывается (в данном случае речь о падении напряжения на каждом светодиоде), а сила тока остаётся неизменной. При параллельном — наоборот. Теперь рассмотрим различные варианты подключения светодиодов.

Наиболее простой способ. Все светодиоды подключаем гирляндой друг за другом. Катод первого к аноду второго и т.д. Необходимый светодиодам при параллельном соединении ток не зависит от количества светодиодов и составляет 25мА. Ещё потребуется учесть падение напряжения на каждом светодиоде. Пытливый читатель, дружащий с математикой, сейчас должен был запнуться. Падение напряжения рассчитывается как сумма падения напряжения для всех светодиодов. Да ещё и нужно оставить запас. Запас стоит оставлять из-за того, что светодиоды не идеальны. Падение напряжения сильно колеблется даже у светодиодов одного производителя и в одной партии. Падение зависит от температуры, да ещё и растёт по мере старения светодиода. У нас падение составит 15*3 = 45В. А источник всего на 12 вольт. Этот вариант отпадает. Последовательно мы можем позволить себе подключить только 12/4 = 4 светодиода. С запасом всего 3 светодиода в параллели. Теперь можно подключить перед цепочкой из трёх светодиодов токоограничительный резистор на 480 Ом (R = 12/0.025 = 480) и радоваться. Все три светодиода теперь получают ток в 25мА. Но неидеальность светодиодов означает, что нам может попасться экземпляр, который рассчитан на ток всего лишь в 20мА. Или чуть меньше. Или чуть больше. Неважно. Важно то, что наши рассчитанные 25mA окажутся избыточными. Такой светодиод начнёт греться и перегорит раньше других. Он перестанет пропускать через себя ток. Тогда все остальные светодиоды тоже погаснут. Последовательное подключение — недостаточно надёжная схема. Один перегоревший светодиод нарушает работу всей цепочки.

Достоинства : простая и дешёвая схема, низкое потребление тока.
Недостатки : необходимость в источнике питания с большим вольтажом, крайне низкая надёжность схемы.

Итак, последовательно нам удалось соединить только 3 светодиода. Но что если требуется подключить все 15?

Параллельное подключение светодиодов

Здесь у нас всё наоборот. Силу тока нужно умножить на количество светодиодов, а падение напряжения посчитать только 1 раз.
Сила тока: I = 0,025 * 15 =0,375 А
Нам потребуется источник питания, способный выдать максимальный ток в 0,375 А. Округлим до 0,35 (помните, что лучше «недолить»?). По напряжению тоже укладываемся: 12 — 2 = 10. Остаётся с большим запасом.

Пытливый читатель, запнувшийся парой абзацев ранее, может воскликнуть: «Погодите! Так зачем нам 12 вольт, если мы можем обойтись и пятью?». «Можем!» — ответим ему мы. Но не торопитесь с выводами, это ещё не конец .

Мы определились, что светодиоды будут подключены параллельно. Необходимо ограничить ток в цепи. Допустим, специального драйвера у нас нет. Возьмём резистор. Рассчитаем необходимое сопротивление по давно известной формуле: 12 В * 0,35 А = 4,2 Ом. Подключим его между источником питания и анодами светодиодов:

Вот, казалось бы, и всё. Но есть проблема:

Как отмечалось выше, светодиоды не обязательно имеют те характеристики, которые заявлены производителем. Всегда есть разброс. И вот мы задали ток в 0,35 ампер и смотрим на светящуюся линейку светодиодов. Но всем им нужен разный ток. Одному, как мы и рассчитывали 25мА, другому — 20мА, третьему 21мА, а вот нашёлся совсем кривой светодиод, ему нужно всего 15мА. А мы пропускаем через него 25 — почти в 2 раза больше. Светодиод греется и быстро перегорает. В линейке стало на 1 светодиод меньше. Теперь для питания оставшихся светодиодов нам требуется 35мА. Пока всё не выглядит особенно плохо. Мы ограничили ток с запасом. Мы молодцы. Но не выдержал ещё один светодиод. Осталось 13. Теперь весь наш ток делится не на 15, а на 13 светодиодов. На каждый из них приходится по 26мА. Теперь абсолютно все светодиоды работают на повышенном токе. Очень скоро перегреется следующий. Самые стойкие получат уже по 29мА — 116% от номинала. Всего 2 перегоревших светодиода запустили цепную реакцию. Скоро вся линейка перегорит, а вы так и не поймёте почему (ну или поймёте, мы же только что всё разобрали). Собственно, избавиться от такого печального сценария просто. Нужно к каждому светодиоду поставить по собственному токоограничительному резистору. Для тока в 25мА и напряжения 12В нужен резистор на 480 Ом. Это не спасёт от проблемы «кривых» светодиодов, но их перегорание никак не повлияет на остальные.

Достоинства : высочайшая надёжность.
Недостатки : высокое потребление тока, высокая стоимость схемы.

Параллельное подключение светодиодов — идеальный вариант. Всегда стремитесь к тому, чтобы подключать светодиоды параллельно и ограничивать ток каждого светодиода по отдельности своим резистором. Если вы используете светодиодные драйверы (), то каждому светодиоду нужно подключать свой драйвер. Именно поэтому параллельные схемы с большим количеством светодиодов становятся слишком дорогими. В реальности приходится идти на компромисс и объединять светодиоды в цепочки.

Комбинированный способ подключения светодиодов

Итак. Подключим наши 15 светодиодов комбинированным способом. Вспомним расчёт для последовательного подключения. Там мы выяснили, что от 12 вольт можем безболезненно запитать 3 светодиода. На каждый из 3-х светодиодов потребуется резистор в 480 Ом. Это и будет наша цепочка — 3 светодиода и резистор. Теперь мы параллельно подключим 5 таких цепочек. При параллельном соединении напряжение питания остаётся неизменным, а сила тока для каждой цепочки умножается на количество цепочек. Получается, нужен источник на 12В и 5*0,025=0,125А. Как видим, такой способ подключения сильно экономит ток.

Достоинства : низкое потребление тока при большой плотности светодиодов, каждая цепочка не зависит от соседних, благодаря наличию собственного токоограничительного резистора.
Недостатки : внутри цепочки мы получаем те же проблемы, что и при обычном параллельном соединении. При наличии «кривых» светодиодов в цепочке, она выйдет из строя раньше других.

Комбинированное подключение светодиодов. 3 цепочки по 3 светодиода.

При подключении светодиодов к источнику питания предпочтительно использовать параллельное соединение, снабжая каждый светодиод отдельным стабилизатором. При подключении большого количества светодиодов, для удешевления конструкции возможно комбинирование последовательного и параллельного способов соединения светодиодов для достижения оптимального результата.

Аналоговая схема для включения светодиода на 10 секунд сразу после подачи питания?

Есть ли способ сделать это с помощью комбинации конденсатор / резистор вместо IC?

A: Конденсатор от + 5В к резистору, светодиод к земле.
Обратный диод поперек светодиода.

Когда шаги 5 В o -> +5 загорится.

I_LED начальный для красного светодиода ~ = (Vcc-Vled) / R = (5-2) / R = 3 / R для красного светодиода
Или R = 3 / I

Светодиод будет уменьшаться по экспоненте.

Постоянная времени ~~~ = RC.
Итак, C = ~ T / R

Например, 20 МА, начальный R = 3 / I = 3 / 0,020 = 150 Ом.
C = t / R = 10/150 = ~ 0,06 Фарад = 60000 мкФ.
Это выполнимо с нормальными заглавными буквами, но большими.
Надлежащим образом оцененный суперкап будет легче сделать.

Делать это с одним супер дешевым транзистором и несколькими Rs и CS так легко и так превосходно, что решение cap и R не имеет смысла практически в любом контексте.

Supercap против стандартного электролита Al — не такая большая разница, как многие полагают:

Призрачный безмолвный даунотер вернулся.
Если это для утверждения, что

• «это выполнимо с нормальными заглавными буквами, но большими»

тогда это показывает отсутствие понимания того, что было сказано
И отсутствие оценки того, что доступно.

Суперкап, вероятно, был бы лучшим выбором, но суть была (как говорят слова), что вы МОЖЕТЕ сделать это с обычными заглавными буквами, НО это находится на очень высоком конце диапазона, где вы бы это сделали.

Вы можете купить, например, суперкап в 47 мФ 5V5 здесь за $ 1,58 / 1.
и вы можете купить стандартный алюминиевый электролитический колпачок 47 мФ 10 В здесь за 3,75 долл. США / л. В этом случае суперкап составляет около 42% от цены алюминиевого колпачка, НО алюминиевый колпачок рассчитан на 10 В, поэтому может иметь = 3,3 раза больше энергии при полной зарядке, так что с точки зрения накопления энергии на 1 долл., Колпачок дешевле. т. е. если немного осмотреться, то, вероятно, найдет более низкое напряжение Al стандартного колпачка, который дешевле для суперкапа с той же требуемой спецификацией. НО различия достаточно близки, что в большинстве случаев не очень важно. Другие атрибуты будут иметь значение.
например, крышка стандартного отклонения гораздо менее подвержена повреждению от перенапряжения,
НО это намного больше — во многих случаях суперкап будет предпочтительным выбором. Но не все.

«Лошади на курсы», и будьте осторожны при формировании мнений о том, на что способна «старая технология» только потому, что «новая технология», кажется, намного лучше. Часто это может быть. Иногда это не так.

Схема подключения светодиодов на 5 и 12 вольт

Светодиоды широко используются для устройства освещения и индикации из-за своей надежности и экономичности. Имеют достаточно высокий коэффициент полезного действия, безопасны и долговечны по сравнению с обычными лампами накаливания.

Чтобы светодиод светился

Через него необходимо пропустить электрический ток в направлении одной стороны – от анода к катоду. При этом его невозможно подключить напрямую к источнику питания, поскольку он немедленно сгорит. Чтобы обеспечить нормальную работу, необходим ограничитель, которым служит резистор, устанавливаемый в цепь последовательно со светодиодом.

По цветам светодиоды разделяются на красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Цвет можно определить, лишь включив его, поскольку почти все они изготовлены из прозрачного бесцветного пластика.

Кроме того их также различают по номинальному току потребления. В основном, широкое распространение получили изделия с потребляемым током 10 и 20 миллиампер.

Идеальный источник питания для светодиодов – блок питания компьютера. При использовании в качестве обычного освещения применяются разъемы, на выходе у которых 5 или 12 вольт. Когда они используются в качестве светомузыки, то они подключаются через LPT-порт компьютера.

Рассмотрим различные варианты схем подключения светодиодов

При питании номинальным током 5 вольт в цепь включается резистор с сопротивлением 100-200 Ом.

Светодиоды на 12 вольт при подключении питания в цепь, последовательно с ними включается ограничительный резистор с сопротивлением 400-900 Ом.

При подключении на 5 вольт для двух светодиодов, в цепь последовательно включают ограничительный резистор сопротивлением до 100 Ом. В отдельных случаях наблюдается тусклое их свечение даже без использования резистора.

При подключении питания током на 12 вольт для двух светодиодов подключенных в цепь последовательно включается резистор сопротивлением 250-600 Ом.

При использовании источника питания номинальным током 12 вольт для трех светодиодов в цепи применяется резистор 100-250 Ом.

При такой схеме подключения отдельные модели будут тускло светиться даже без использования резистора.

Кроме последовательного подключения в отдельных случаях применяется параллельное их подключение. В этом случае аноды и катоды у них сходятся в две отдельные точки или в два пучка. Такие схемы отличаются низкой экономичностью и небезопасны в эксплуатации.

Параллельное подключение должно осуществляться с применением светодиодов с одинаковыми параметрами, при этом разброс характеристик должен быть минимальным. Расчет сопротивления ограничительного резистора должен быть произведен с достаточно высокой точностью. При перегорании даже одного светодиода – другие сгорают поочередно в течение нескольких минут.

Чаще всего для параллельного подключения используется следующая схема:

При такой схеме используются выпрямительные диоды различных марок, что исключает возможность их выгорания. На диодах происходит падение напряжения и до светодиодов доходит напряжение менее 5 вольт. Такая схема обычно используется для круглосуточного освещения помещения.

При подключении к LPT-порту в цепь последовательно включается резистор сопротивлением до 100 Ом. При приведении порта LPT в режим ЕРР резистор может и не устанавливаться.

Типовые схемы включения мигающих светодиодов типа МСД.

Продолжая знакомить с устройством мигающих светодиодов типа МСД необходимо дополнить данный материал тем, чтобы показать правильность включения и практическое применение данного типа светодиодов в радиолюбительских конструкциях. После тщательного ознакомления со множеством различной документации было выявлено следующее, что ни одна из фирм-разработчиков МСД не потрудилась привести в файлах Datasheet рекомендуемые схемы включения.

Расчет не публиковать полные справочные данные, видимо простой, зачем публиковать и так очевидную информацию, как знать, может быть, эта “очевидность” усыпила бдительность разработчиков и не дала повода исследовать нестандартные области их применения.

Рис.1.

Максимум приводимых сведений — это наличие встроенного ограничительного резистора (built-in resistor) и возможность подключения МСД напрямую к выходам ТТЛ и КМОП-микросхем (easily be driven by TTL & CMOS circuit).

Если перевести язык текста в язык графики, то получится три варианта типовых схем включения — рис.1,2,3. Условное графическое обозначение МСД выполнено по аналогии с обычным светодиодом, но с заменой сплошных стрелок излучения пунктирными.

Итак, пои подаче на анод положительного, а на катод отрицательного напряжения — рис.1, светодиод HL1 начинает постоянно мигать с частотой, определяемой техническими характеристиками согласно таблица 1. Длительности светящегося и несветящегося состояний примерно одинаковы.

Рис.2. Рис.3.

Инвертор DD1 на рис.6 может быть как стандартной ТТЛ, так и буферизированной КМОП-микросхемой, например, К561ЛН2. Инвертор DD1 — рис.3 должен иметь выход с открытым коллектором или открытым стоком, при этом напряжение, питающее светодиод HL1, может быть значительно больше, чем необходимо для микросхемы DD1.

Автогенераторная схема

Кроме типовых, известен целый класс нестандартных схем включения МСД. К примеру, он может служить не только генератором световых “вспышек”, но и автогенератором электрических импульсов [1, 3, 4]. На рис.4, 5 приведены две основные схемы, использующие при работе область микротоков на ВАХ светодиодов.

Рис.4. Рис.5.

Схема на рис.4 более практична, поскольку допускает широкое варьирование номинала резистора R1 (0,1…300 кОм) и применение в качестве DD1 ТТЛ- или КМОП-микросхемы. В схеме на рис.5 можно применять только КМОП-логику (резистор R1 от единиц до сотен килоом).

На выходе инвертора DD1 образуются импульсы, имеющие в первом приближении частоту следования “вспышек” МСД. Скважность импульсов отличается от меандра и в небольших пределах может регулироваться резистором R1. Вместе со скважностью меняется и частота “вспышек”. Небольшой нюанс.

Рис.6. Рис.7.

При внимательном прочтении статьи вы вправе задать вопрос: “Почему форма выходного сигнала не меандр, хотя согласно эквивалентной схеме на электронный ключ МСД подаются импульсы со скважностью 2?” Все дело в разном напряжении, которое прикладывается к МСД в светящемся и несветящемся состоянии.

Виной тому нагрузочный резистор R1 — рис.4, 5, на котором в первом случае падает напряжение значительно большее, чем во втором. Это, в свою очередь, приводит к частотной модуляции сигнала задающего ВЧ-генератора и, как следствие, к изменению отношения длительностей сигналов после счетчиков.

Рис.8. Рис.9.

МСД в качестве ждущего мультивибратора

Если МСД устойчиво генерирует электрические импульсы, то логично предположить возможность его работы в схемах одновибраторов и управляемых мультивибраторов (“заторможенных” генераторов). Однако прежде чем приступить к синтезу подобных схем, необходимо детально исследовать четыре возможных варианта управления МСД от внешнего логического элемента.

Таблица 1.

В таблице 1 приведены сводные результаты опытов по варьированию номинала резистора R1 в схемах рис.6, 7, 8, 9 для разных серий ТТЛ и КМОП-микросхем. В целях объективности во всех случаях применялись одни и те же экземпляры микросхем и МСД.

Если приглядеться повнимательнее, то конфигурация включения цепочек R1-HL1 очень напоминает известные схемы дифференцирования и интегрирования импульсов, следует только поставить вместо светодиода конденсатор. Дальнейшее направление экспериментов очевидно — попытаться заменить времязадающие конденсаторы в схемах одновибраторов и мультивибраторов “мигающими” светодиодами и посмотреть, что из этого получится.

Рис.10. Рис.11. Рис.12.

На рис.10, 11, 12, 13, 14 приведены схемы ждущих мультивибраторов на логических элементах с МСД. По выполняемым функциям это расширители импульсов с дополнительной возможностью генерации одиночной серии импульсов.

Сказанное поясняет временная диаграмма — рис.15, относящаяся к схеме на рис.11. При длительности входного импульса менее 250-300 мс на выходе формируется одиночный импульс длительностью 80 мс. Это стандартный режим работы одновибратора.

При длительности входного импульса более 300 мс начинается постоянная генерация импульсов с частотой, определяемой параметрами МСД и сопротивлением резистора R1. Итого, получается уникальное устройство, формирующее укороченный первый импульс длительностью 80 мс, а все последующие — расширенные до 200-300 мс.

Рис.13. Рис.14. Рис.15.

Аналогичные процессы происходят и в схемах рис. 10-14. Здесь и далее номиналы резисторов R1 выбираются в зависимости от серии микросхем и варианта включения согласно таблице 1. Если заменить логические элементы D-триггером, то получится триггерный одновибратор — рис.16. Номинал резистора R1 влияет на частоту генерации серии расширенных импульсов и может меняться в широких пределах.

Рис.16.

Преимущества схем с МСД.

• Во-первых, при низких номиналах нагрузочных резисторов R1 50…600 Ом одновременно с генерацией импульсов будут наблюдаться достаточно яркие световые “вспышки”.
• Во-вторых, малые габариты по сравнению с электролитическими конденсаторами. Для сравнения, чтобы получить импульсы с частотой 1,5-2,5 Гц в RC-генераторах на ИМС, требуются конденсаторы емкостью от 5-10 мкФ (серия микросхем К561) до 500-1000 мкФ (серия микросхем К155) или применение дополнительных транзисторов, микросхем.
• В-третьих, крутые фронты выходных сигналов, что недостижимо при замене МСД конденсаторами большой емкости.

  Vout = (Напряжение источника x R2) / (R1 + R2)