На схеме мы видим традиционное последовательное соединение светодиодов, подключенных к аккумулятору.
Данное соединение предполагает одинаково яркое свечение светодиодов. Но тут нам "мешает" резистор.
Рассмотрим не много другой пример. А именно, возьмем светодиодный драйвер и подключим его к трем последовательным светодиодам.
В результате того, что сила тока в замкнутой цепи одинакова, то и через каждый диод будет течь одинаковый ток I 1 =I 2 =I 3. Соединение без резистора при помощи драйвера также обеспечивает одинаковую яркость, а разница падения напряжения на диодах не играет никакого значения. Отражается только на величине разности потенциалов между точкой 1 и 2.
Расчет драйвера для последовательного соединения светодиодов
Описанное выше последовательное соединение LEDs может вызвать большие вопросы по поводу выбора самого драйвера. Используя ниже приведенный алгоритм расчета Вы всегда самостоятельно сможете рассчитать драйвер, в зависимости от выбранного соединения.
Допустим нам необходимо запитать три светодиода, соединенных последовательно током 700 мА.
Падение напряжения (вымышленно) при таком токе составляет от 3,2 до 3,4 В.
Минимальное напряжение U min =3*3.2=9.6 V
Максимальное напряжение U max =3.4*3=10.2 V
Мощность потребляемая светодиодами составит: Р=10,2*0,7=7,14 Вт.
Итого: наш драйвер должен иметь:
Выходной ток 700 мА
Выходное напряжение 10,2В +- 5%
Выходная мощность не менее 7,2 Вт
Это все! Как видите. никаких проблем. Рассматривать расчет резистора при отсутствии драйвера не буду. Это пережитки прошлого. Любой производитель уже выпускает светодиодные драйверы на любой вкус и цвет. При этом стоимость их ничтожно мала. А эффективность от"коробочки" на много больше, чем от простого резистора.
Подключение светодиодов дело несложное, достаточно помнить школьный курс физики и соблюдать некоторые правила.
На этой страничке мы кратко изложим, как правильно подключить светодиод, чтоб он не сгорел и светил Вам долго.
Надо помнить, что главный параметр у светодиода - ток(I), а не напряжение (V), т.е. светодиод надо запитывать стабилизированным током, величина которого указывается производителем на конкретный тип светодиодов.
Ток на светодиоды можно ограничить резистором, а можно подключить к драйверу светодиодов (стабилизатору тока). Подключение светодиодов через драйвер является предпочтительным, так как драйвер обеспечивает стабильный ток на светодиоде независимо от изменения напряжения на его входе.
Подключение светодиода к драйверу (стабильному источнику тока) следует производить так: сначала подключаем светодиод к драйверу, потом подаём напряжение на драйвер.
Виды подключения:
- Последовательное - Минус светодиода соединяется с плюсом следующего и т.д. до набора требуемого количества. При последовательном подключении светодиодов падение напряжения на светодиоде, указанное производителем, умножается на количество светодиодов в цепочке. Например, у нас 3 светодиода с номинальным током 350 mA. и падением напряжения 3.0 вольта, 3.0х3=9 вольт, т.е. нам будет нужен стабализированный источик тока 350 mA. 10-12 вольт.
- Параллельное - Плюс соединяется с плюсом, минус с минусом. При параллельном соединении суммируется ток, падение напряжения остаётся неизменным, т.е., если у Вас 3 светодиода с характеристиками: 350 mA. 3.0 V., то 0.35+0.35+0.35=1.05 А. Вам нужен источник тока с параметрами 3-5 V. 1.05 А.
- Последовательно-параллельное - При таком подключении несколько последовательных цепочек соединяются параллельно. Следует учитывать, что кол-во светодиодов в цепочках должно быть равным. Источник тока подбирается исходя из падения напряжения на одной цепочке и произведению тока на кол-во цепочек. Т.е. 3 последовательные цепочки с параметрами 12 V 350 A. подключаем параллельно, напряжение остаётся 12 V, ток 0.35х3=1.05 А., значит, нам нужен источник с параметрами 12-15 вольт и током 1050 mA.
Подключение через резистор (сопротивление) .
Закон Ома: U= R*I, отсюда R = U/I , где R - сопротивление - измеряется в Омах, U - напряжение- измеряется в вольтах (В) , I - ток- измеряется в амперах (А). ПРИМЕР: Источник питания Vs = 12 в, светодиод - 2,0 в, 20 мА, найти R. Преобразуем миллиамперы в амперы: 20мА = 0.02 А. Теперь посчитаем R , R = 10/0.02 R = 500 Om. Так как на сопротивлении у нас рассеивается 10 вольт (12 - 2.0), необходимо посчитать мощность сопротивления (чтоб оно не сгорело) Р = U *I, считаем: P = 10*0.02A = 0.2Bт. R = 500 Om , 0.2Bт.
Последовательное соединение светодиодов: 
При последовательном подключении порядок расчета тот же, только нужно учесть, что падение напряжения на резисторе будет меньше, т.е. от источника питания (Vs) надо отнять суммарное падение напряжения на светодиодах (VL): VL = 3*2 =6В (источник у нас 12В значит 12 - 6 = 6В), подставляем R = 6/0,02 = 300 Ом. Считаем мощность Р = 6*0.02 = 0.12вт. Берём резистор 300 Ом 0.125 вт.
Последовательно-параллельное подключение:
При таком виде подключения расчёт резистора будет таким же, как и для последовательного, следует лишь учесть, что потребление от источника питания увеличится в 3 раза (0.02 + 0.02 + 0.02 = 0.06 А). При подключении светодиода через резистор необходим стабилизированный источник питания, т.к. при изменении напряжения будет меняться ток, проходящий через диод.
Стабилизатор тока на LM 317.
| R! Ом | Iвых.мА |
| 68 | 18 |
| 10 | 120 |
| 3.9 | 320 |
| 1.8 | 700 |
| 1.3 | 1000 |
В таблице даны значения сопротивления (R1) и выходного тока (Iвых), данную схему можно считать простейшим светодиодным драйвером. Следует учитывать, что при токе больше 350 мА микросхему следует ставить на радиатор. К достоинствам данной схемы можно отнести малое количество деталей и простоту изготовления. Недостаток: низкий КПД.
Драйвер светодиода - источник стабилизированного тока для питания светодиода (светодиодов).
Существует много разновидостей драйверов для светодиодов, что значительно упрощает разработку светотехнических приборов на основе светодиодов для тех или иных условий эксплуатации. Например: AC - DC драйвер работает от переменного входного напряжения. Бывает со входом, рассчитанным на 85 - 280 вольт и 12 - 24 вольта, может иметь в схеме корректор коэффициента мощности (ККМ), фильтры радиопомех, всевозможные защиты, повышающие надёжность и безопасность эксплуатации драйвера, и наличие или отсутствие гальванической развязки выхода и питающей сети. Так как в этих драйверах применяется импульсная схема преобразования входного напряжения, эти драйверы имеют высокий КПД.
При работе с драйвером, не имеющим гальванической развязки по питанию, для избежания поражения электрическим током, следует быть особенно внимательным.
DC - DC драйвер - работающий от постоянного входного напряжения. Бывают понижающие (buck) и повышающие (boost)
Подключение светодиода (светодиодов) к драйверу. Возьмём драйвер MR16 3x1W, выходной ток 300 мА. Этот драйвер относится к понижающим, может работать как от переменного напряжения величиной 12 вольт, так и от постоянного. Драйвер позволяет подключить 3 одноваттных светодиода, соединённых последовательно.
Однако, к нему можно подключить и 6 полуваттных диодов, например (SMD5730). В этом случае светодиоды подключаются последовательно - параллельно. Так как у этих светодиодов максимальный ток 150 мА., а падение напряжения 3-3.2 вольта, то у нас получится две цепочки диодов, соединённых параллельно, а в каждой цепочке по три светодиода соединены последовательно.
Также можно подключать и более маломощные светодиоды, только параллельных цепочек в этом случае будет больше. Этот драйвер хорошо подходит для подключения светодиодов в автомобиле.
Комбинированное (последовательно-параллельное) подключение применяется, в основном, когда есть необходимость в подключении большого количества светодиодов к источнику тока с низким выходным напряжением. Возьмём, к примеру, мощную светодиодную матрицу 50 ватт , она содержит в себе 50 одноваттных кристаллов. Схема включения кристаллов в такой матрице: 5 параллельных групп по 10 кристаллов в каждой группе, соединённых последовательно. При данном включении кристаллов напряжение питания такой матрицы составляет 32-36 вольт, или светодиодную линейку . На этой линейке две последовательные группы полуваттных светодиодов, по девять светодиодов в каждой группе, подключены параллельно. Благодаря такому монтажу появилась возможность запитать линейку от драйвера 10 ватт. Вот ещё пример: в наличии имеем девять одноваттных светодиодов и драйвер R1 . Параметры светодиодов: падение напряжения - 3.2-3.4 вольта, ток 350 мА., параметры драйвера: входное напряжение - 12-14 вольт, напряжение на выходе 10-11 вольт, ток 1000 мА. Подключаем три светодиода последовательно и получаем падение напряжения на цепочке 9.6-10.2 вольт. Делаем ещё две таких цепочки и все три соединяем параллельно, получаем общий ток, необходимый для работы нашей группы светодиодов - 1050 мА., что вполне соответствует выходным параметрам имеющегося у нас драйвера. Таким образом, при комбинировании подключения светодиодов появляется возможность подключить их к источнику тока, который Вам наиболее доступен.
С токоограничивающим резистором для одного светодиода мы разобрались, теперь осталось выяснить, как включить несколько светодиодов. Предположим в нашем распоряжении источник напряжения в 12 В и три светодиода АЛ307И. У нас три варианта.
Первый – включить их каждый через свой токоограничивающий резистор, как мы делали на предыдущем практикуме:
В этом случае расчет токоограничивающих резисторов ничем не отличается от предыдущих расчетов (см. практикум « «) и будет одинаков для всех светодиодов.
Второй вариант – включить все светодиоды параллельно и нагрузить одним резистором, рассчитанным на тройной ток (светодиодов ведь три):
Вроде все верно, но есть одно «но», которое все испортит – разброс параметров даже однотипных светодиодов. В результате через светодиод с самым маленьким внутренним сопротивлением потечет повышенный ток и, в конце концов, он сгорит. Вот тут начнутся настоящие беды – через оставшиеся два потечет ток, больше расчетного минимум в 2 раза и сразу же выйдет из строя следующий, с меньшим «здоровьем». Что останется третьему, когда через него потечет ток, втрое превышающий расчетный? Итак, мы остались без светодиодов. Поэтому бросаем вновь изобретенный велосипед и возвращаемся к старому – ставим каждому светодиоду собственный токоограничивающий резистор:
Но у нас есть еще один вариант – последовательное соединение светодиодов и один токоограничивающий резистор:
В этом случае ток через все светодиоды будет одинаков, единственное условие – напряжение источника питания должно превышать сумму падений напряжений на каждом светодиоде. Как я уже сказал, наш источник питания выдает напряжение 12 В, а рабочее напряжение (U раб) того или иного типа светодиода мы снова смотрим в справочнике по светодиодам . Для АЛ307И Uраб =2.5 В, Iраб = 10 мА. Значит при токе через цепочку светодиодов 10 мА (их номинальный рабочий ток) на ней упадет 7.5 В. Все нормально, нашего источника хватит. Осталось подобрать токоограничивающий резистор. Снова обратимся к и рассчитаем номинал гасящего резистора:
Вполне очевидно, что 3 — число светодиодов в цепи. 0.75 – коэффициент надежности.
(12В-7.5В)/0.01А*0.75 = 600 Ом
Важно! Поскольку через все светодиоды течет одинаковый ток, соединять последовательно можно только прибры одного типа с одними теми же паспортными данными! Если в вашем распоряжении разные типы светодиодов, то резистор придется рассчитать и поставить для каждого прибора отдельно.
При разработке электрических схем, в которых задействовано более одного светодиода, возникает вопрос какое соединение светодиодов лучше выбрать: последовательное или ? Забегая вперед отметим, что последовательное включение всегда более эффективно , но не всегда легко реализуемо. Разберемся почему?
Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)
Светодиод – нелинейный элемент электрической цепи, его ВАХ по форме практически идентична обычному кремниевому диоду. На рисунке 1 приведена ВАХ мощного белого светодиода, одного из ведущих мировых производителей.
По графику видно, что при увеличении напряжения всего на 0,2 В (например, участок 2,9…3,1 В), сила тока увеличивается более чем в два раза (с 350 мА до 850 мА). Справедливо и обратное: при изменении тока в достаточно широких пределах, падение напряжения изменяется весьма незначительно. Это очень важно.
Второй важный момент – падение напряжения от образца к образцу в одной партии может отличаться на несколько десятых долей вольта (технологический разброс). По этой причине должен иметь стабилизацию по току, а не по напряжению. Световой поток, кстати, нормируется также в зависимости от прямого тока. Теперь посмотрим, как эта информация пригодится при выборе схемы подключения.
Последовательное соединение (рисунок 2).
На схеме показано последовательное включение трех светодиодов HL1…HL3 к источнику постоянного тока J. Для простоты возьмем идеальный источник тока, т.е. источник, обеспечивающий постоянный ток одинаковой величины, независимо от нагрузки. Поскольку сила тока в замкнутом контуре одинакова, через каждый элемент, последовательно включенный в этот контур, протекает ток одинаковой величины I 1 =I 2 =I 3 =J. Соответственно обеспечивается одинаковая яркость свечения. Разница в падениях напряжения на отдельных светодиодах не имеет в этом случае никакого значения и отражается только на величине разности потенциалов между точками 1 и 2.
Рассмотрим конкретный пример расчета подобной схемы. Пусть требуется обеспечить питание трех последовательно включенных светодиодов током 350 мА. Падение напряжения при этом токе по данным производителя может составлять значение от 2,8 В до 3,2 В.
Рассчитаем требуемый диапазон выходного напряжения источника тока:
U min =2,8×3=8,4 В;
U max =3,2×3=9,6 В.
Максимальная мощность потребляемая светодиодами составит P=9,6×0,35=3,4 Вт.
Таким образом источник должен иметь следующие параметры:
Выходной стабильный ток – 350 мА;
Выходное напряжение – 9 В ±0,6В (или ±7%);
Выходная мощность – не менее 3,5 Вт.
Все предельно просто.
Серийно выпускающиеся источники питания для светодиодов () обычно имеют более широкий диапазон выходного напряжения, чтобы разработчик светотехнического устройства не был привязан к конкретному количеству излучающих диодов, а имел некоторую свободу действий. В таком случае можно к одному и тому же источнику подключать последовательно, например, от 1-го до 8-ми светодиодов.
Тем не менее, последовательная схема включения имеет свои недостатки.
- Во-первых, при выходе из строя одного из диодов в цепи – по понятным причинам гаснут и все остальные. Исключение – короткое замыкание светодиода – в этом случае цепь не обрывается.
- Во-вторых, при большом количестве светодиодов, сложнее реализовать низковольтное питание.
Например, в случае если стоит задача запитать 10 светодиодов последовательно (это падение напряжения порядка 30 В) от автомобильного аккумулятора, то без повышающего преобразователя не обойтись. А это уже дополнительные затраты, габариты и снижение КПД.
Параллельное соединение (рисунок 3).
Рассмотрим теперь параллельное соединение тех же светоизлучающих диодов.
Согласно первому закону Кирхгофа:
J=I 1 +I 2 +I 3 ,
Чтобы обеспечить каждому светодиоду одноваттный режим (I=350мА), источник тока должен выдавать 1050 мА при выходном напряжении порядка 3 В.
Как уже говорилось выше, светодиоды имеют некоторый технологический разброс параметров, поэтому на самом деле токи поделятся не поровну, а пропорционально своим дифференциальным сопротивлениям.
К примеру, если прямое падение напряжения, измеренное на этих светодиодах при токе 350 мА, составляло 2,9 В, 3 В, 3,1 В для HL1, HL2 и HL3 соответственно. То при включении по представленной схеме токи распределятся следующим образом:
I 1 ≈360 мА;
I 2 ≈350 мА;
I 3 ≈340 мА.
Это значит, что и яркость свечения будет разная. Для выравнивания токов в такие цепи обычно последовательно светодиодам включают резисторы (рисунок 4).
Выравнивающие резисторы увеличивают потребляемую мощность общей схемы, а следовательно снижают эффективность.
Такой способ соединения чаще всего применяют с низковольтными источниками питания, например в портативных устройствах с электрохимическими источниками тока (аккумуляторами, батарейками). В других случаях рекомендуется соединить светодиоды последовательно.
Последовательно-параллельное соединение
Если необходимо соединить большое кол-во светодиодов может быть применено последовательно-параллельное соединение. В этом случае несколько ветвей с последовательно соединенными светодиодами соединяются параллельно.
Учитывая ее простоту, оставила пару не раскрытых вопросов и породила много вторичных. Радиотехника очень объемная наука и не хотелось превратить простую статейку в скучную курсовую про теорию электрических цепей.
Но народ требует, а это для автора закон.
Про простое подключение одного диода через один резистор мы поговорили.
Расчет резистора для одного светодиода
Uпад=Uцепи-Uдиода=14В-3В=11В
Теперь посчитаем резистор, который погасит 11В: R=Uпад/Iд=11В/0,02А= 550 Ом
Где Uдиода и Iд- справочные величины, указанные в даташите на светодиод.
Электрическая цепь, схема
Рассмотрим примитивную электрическую цепь. Токи I1, I2, I3, I4
равны между собой, потому что это, по сути - один и тот же ток. Он так и бегает все время по кольцу: аккумулятор - выключатель - резистор - светодиод - батарейка… Значит, через светодиод и резистор течет один и тот же ток.
Можете спросить у Капитана Очевидность, он подтвердит правдивость этого постулата.
Типы соединений, их три: последовательное, параллельное и смешанное.
1. Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно.
Последовательное сопротивление нескольких светодиодов
Все светодиоды, которые соединены последовательно, должны быть одного типа. Расчет прост. Напряжения последовательных светодиодов складываются. Полное напряжение Uдиодов равно сумме напряжений каждого диода. Uдиодов=Uдиода1+Uдиода2+Uдиода3+Uдиода4=3+3+3+3=12В
. (Почему 4 диода?, потому как очень удобно для 12В борт сети).
Напряжение, которое должен погасить резистор: Uпад=Uцепи-Uдиодов=14В-12В=2В
Теперь посчитаем резистор, который погасит 2В: R=Uпад/Iд=2В/0,02А= 100 Ом
Расчет резистора для 4-х последовательно соединенных светиков
Про ток вы ж не забыли? Одинаковый на всех элементах этой цепи из 4-х диодов и 1-го резистора.
При последовательном соединении следует учитывать тот факт, что при выходе хотя бы одного элемента из строя- неработоспособна будет все цепь. (Кто в детстве чинил елочную гирлянду из 36 последовательных 6,3В лампочек- жмите лайк!)
2. Параллельное соединение. Самые неприятные формулы, есть ограничения.
Я сразу скажу суть, а вы дальше решайте, читать про это или нет.
Избегайте подключения светодиодов в параллели! Подключение несколько светодиодов в параллели с помощью одного резистора не очень хорошая идея…
параллельное подключение светодиодов через один общий резистор
И вот почему. Как правило, светодиоды все таки имеют небольшой разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый, что делает такое подключение практически пагубным. 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.
Почему же так? давайте разжуем вместе. Для этого от светодиодов перейдем к сопротивлению.
параллельное содинение елементов
Резистор - это элемент, обладающий определенным электрическим сопротивлением. Но сопротивлением обладают не только резисторы, но и все остальные элементы: лампы, двигатели, светодиоды, транзисторы и даже простые провода. Однако у всех остальных элементов сопротивление - это не главная характеристика, а так скажем - побочная. На самом деле- лампочка - светит, двигатель - вращается, светодиод - тоже светит, но красивее, транзистор - усиливает, а провод - проводит. А вот у резистора нет иной "профессии", кроме как оказывать сопротивление идущему через него току.
Поэтому упрощаем для понимания и вместо светодиодов говорим о резисторах.
При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратно пропорциональные сопротивлению:
1/R=1/R1+1/R2+1/R3+1/R4…
Ко всем элементам в цепи приложено одно и то же напряжение. А вот силы токов в отдельных элементах цепи обратно пропорциональны их сопротивлениям. И если сопротивления разные, то и токи разные.
А для наших светодиодов это нежелательно, потому как из N-го количества параллельных диодов наиболее ярко будет гореть тот, чье внутреннее сопротивление наименшее.(на нем будет наибольший ток).
Uдиодов=Uдиода1=Uдиода2=Uдиода3=Uдиода4=3В
Uпад=Uцепи-Uдиодов=14В-3В=11В
Силы токов на каждом параллельно соединенном элементе не равны и складываются в общую силу тока цепи
Iдиодов=Iд1+Iд2+Iд3+Iд4=0,02+0,02+0,02+0,02=0,08 мА
Теперь посчитаем общий резистор для всех 4- х параллельно включенных диодов: R=Uпад/Iдиодов=11В/0,08А= 137,5 Ом
Расчет общего резистора для 4-х параллельных диодов
Использовать параллель или нет- решайте сами. Если светодиоды из одной партии- то можно пренебречь разбросом, взять меньший расчетный ток и не переживать про срок службы. Или запаралелить сколько угодно диодов, снабдив каждый своим резистором.
Старался описать кратко и доступно. Но для закрепления материала давайте вообразим что ток- это напор воды, а резистор- это кран. Чем сильнее откручен кран(меньше сопротивление потоку воды, меньший номинал резистора)- тем сильнее напор воды. Если прикрутить общий вентиль на квартиру, то на кухне, и в обеих ванных комнатах будет одинаково слабый напор. Но отдельно на каждом кране можно срегулировать свой поток, который лимитирован только общим краном и насосом(читай аккумуляторной батареей).
Про смешанный тип подключения говорить не хочу, потому как без Кирхгофа там не обойтись. Он мужик очень умный, но речи скучные для драйверов.
Стандартный резистор всегда берется в сторону увеличения до ближайшего номинала.
Нельзя рассматривать токи и напруги, забыв про мощность и нагрев. На резисторе будет выделятся тепло, соответственно мощность тоже учитываем. Прога подскажет.
Не гоняйте двигатель в красной зоне, а резисторы на максимальном токе:)
За сим откланяюсь, всех благ!
4 года Метки: led, подключение светодиодов, закон ома
