Как правильно подключать светодиоды

  • Введение
  • Напряжение питания
  • Ток
  • Параллельное и последовательное включение светодиодов
  • Часто задаваемые вопросы

Ранее я уже писал о том, как правильно подключать светодиоды. Статья получилось подробной, большой, но трудной для восприятия. Люди в основной своей массе не хотят вникать в суть вещей, и хватают информацию лишь сверху. А потом тратят уйму времени на задавание вопросов, уже пояснённых в статье. Сейчас я постараюсь изложить основное, не углубляясь в разъяснение причин тех или иных правил, а если что будет непонятно, отсылаю вас к своей предыдущей статье.

Изложенные в статье утверждения и расчёты справедливы только для обычных светодиодов, не имеющих в своём составе электронных драйверов и прочих элементов.

Расчет светодиодов

Расчет светодиодов — LED-диод, это неотъемлимый элемент современной электроники, который используется практически во всех радиоэлектронных устройствах. Принцип его работы следующий: при подачи на него определенного значения постоянного тока, прибор начинает светится.

Существуют светодиоды различных цветов свечения, которое обусловливается применяемым материалом для его изготовления.

Специфика включения светодиодного прибора

Вольт-Амперная характеристика у светодиода аналогична той, которую имеет стандартный диод полупроводникового типа. Вместе с тем, когда в цепи светодиода возрастает напряжение прямой направленности, идущий через него ток стремительно увеличивается. Взять для примера фирменный светодиод зеленого свечения, то если подавать на него прямое напряжение в диапазоне от 1.8v до 2v, ток может увеличиться в пять раз, то есть составит 10мА.

Следовательно, включение светодиода по схеме прямой направленности напряжения, даже при незначительном увеличении напряжения, постоянный ток может повысится до критической величины. А при возрастании тока до пикового значении, чревато выходом из строя светодиода.

Поэтому, что бы предохранить данный полупроводниковый прибор от возможного пробоя, подавать на него напряжение необходимо от стабилизированного источника тока, то есть — драйвера.

При использовании драйвера с постоянным стабилизированным током обеспечиваются лучшие характеристики излучения светодиода, и, кроме того, увеличивается срок его работы. Однако такие источники тока дорогие и используются только для ответственных случаев.

В случае, если цепь со стабилизированным напряжением в схеме отсутствует, тогда для защиты светодиода применяется постоянный резистор в качестве ограничивающего ток сопротивления. Такой гасящий резистор включается последовательно в цепь светодиода. Чтобы точно определить номинальное значение такого резистора, нужно воспользоваться ниже приведенной формулой:

Это популярный в радиоэлектронике закон Ома, с помощью которого можно легко определить номинальное значение сопротивления на определенном участке электрического тракта.

R — сопротивление, Ом;
U — напряжение на участке цепи, В;
I — ток, протекающий в цепи, А.

В общем, принцип расчета сопротивления такой: определяем требуемую величину рабочего тока прибора — Iсв и номинальное напряжение для его работы — Uсв. При этом нужно учитывать постоянное напряжение, от которого питается вся схема — Uпит, далее уже высчитывается номинальное значение ограничительного сопротивления — Rогр:

Коэффициент 0,75 в этом случае применяется для сохранения определенного запаса.

Получив номинальное значение сопротивления, теперь необходимо найти наиболее приближенный к нему номинал постоянного резистора.

Теперь нужно определить мощность рассеивания гасящего резистора:

Pрас — мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе, Вт;
Iсв — ток светодиода, А;
Rогр – сопротивление ограничивающего резистора, Ом.

Узнав мощность рассеивания ограничительного резистора, теперь нужно найти компонент с предельно допустимыми параметрами.

Включение светодиодов по параллельной и последовательной схеме

Используя параллельное включение LED-источника, следует помнить, что в случае задействования только одного гасящего сопротивления может привести к его перегреву.

Применяя схему параллельного включения LED-приборов, необходимо в разрыв цепи диода всегда устанавливать свой, персональный резистор ограничения тока. Способ расчета номинальной мощности и сопротивления этого резистора высчитывается аналогичным методом, приведенным выше. Используя схему последовательного включения, цепь желательно составлять из идентичных друг другу приборов.

Помимо этого, нужно взять во внимание то, что действующее в схеме напряжение должно составлять немногим большее значение, чем потребляющее всеми LED-диодами одновременно

Вычисление номинала ограничительного резистора для использования в схеме последовательного соединения, производится таким же образом, как показано выше. Хотя, есть некоторое исключение, состоящее в том, что при подсчете, взамен значения Uсв применяется значение Uсв*N. В приведенном примере буква N означает число соединенных в цепь LED-приборов.

Расчет резистора для подключения светодиодов на видео

Основные характеристики элементов цепи

Слегка подумав, становится понятным, что одна ветка сможет содержать максимальное количество светодиодов такое же, как при последовательном соединении и питании от этого же источника.

Например, у нас есть источник на 12 вольт. К нему можно последовательно подсоединить 5 светодиодов по 2 вольта. (12 вольт:2 вольта:1,15≈5). 1,15- это коэффициент запаса, поскольку необходимо рассчитывать, что в цепь будет включен еще и резистор.

Сопротивление резистора рассчитывается с помощью закона Ома: I=U/R, где I будет допустимым током, взятым из таблицы характеристик прибора. Напряжение U получится, если из максимального напряжения источника питания вычесть падения напряжений на каждом светодиоде, входящем в последовательную цепочку (тоже берется из таблицы характеристик).

Мощность резистора находится из формулы:

При этом все величины записываются в системе Си. Напомним, что 1 A=1000 мA, 1 мA=0,001 A, 1 Ом=0,001 кОм, 1 Вт=1000 мВт.

Сегодня много онлайн калькуляторов, которые предлагают выполнить эту операцию автоматически, просто подставив известные характеристики в пустые ячейки. Но основные понятия знать все-таки полезно.

Системы СД с напряжением 12 В

LED-устройства, рассчитанные на 12 В, как правило принадлежат к классу автомобильного света. Автомобильная сеть имеет стабилизаторы, поэтому необходимости по выравниванию напряжения нет. LED-свет в автомобилях стал популярным – многие фирмы широко применяют светодиодную подсветку в моделях для освещения дороги и работы сигнализации, подсвечивания салона, багажника и приборной панели. Однако применение в автомобилях СД привело к повышению цены световых элементов, особенно головного света и сигнальных светоблоков. В некоторых премиальных моделях стоимость блок-фары сопоставима с ценой недорогого автомобиля.

Также 12-вольтовые LED-диоды используются в строительстве и отделке жилых помещений. Часто это светодиодные ленты, которые не только освещают комнату, но и создают световые инсталляции. Для этого необходима установка понижающих трансформаторов или драйверов, подключенных к домовым электросетям и обеспечивающих долгую работу диодов.

Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

evidence » 09 июн 2014, 02:17

Собственно, в предыдущую тему о создании 20 прожекторов в цех, столкнулся с тем, что хочу использовать массив из 50-ти светодиодов Кри — 3в, 500-550мА, но не соображаю ничего в электрике, и хочу пододбрать максимально эффективный драйвер.
Т.е., если я запитываю последовательно все 50 штук, то мне нужен драйвер, способный выдавать, к примеру, 550ма и 150 с лишним вольт. А если я хочу запитать параллельно по 25 штук? Мне нужен драйвер на 1100мА, но сколько нужно вольт? 150 или же тоже в два раза меньше, т.е. 75 ?

Смотрю в сторону Meanwell LPC серии. А может и HLG, но они в 3 раза дороже. В раздумиях, вообщем

Читайте также  Перья по дереву

Заранее благодарен за разъяснения

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

Invisible_Light » 09 июн 2014, 03:27

При параллельном соединении токи суммируются 550*25=13.750 мА (13,75А). Напряжение равно одному диоду =>3V. Итого 6-7V. Но какой смысл?? При параллельном соединении большого количества далеко разнесённых диодов начнёт сильно влиять сопротивление проводов. Как следствие, будет большое падение на проводах, перекос напряжений и токов на диоды. Ближние к подключению диоды будут в дикой перегрузке, дальние в недогрузке. Вся схема посыплется как карточный домик, если будет предусмотрена стабилизация выходного тока с источника.
Неспроста предпочтительно именно последовательное соединение диодов — ток единый во всей цепи, независимо от возможной разности падений напряжения на разных диодах.

Похоже, вы хотите запитать две параллельные цепи по 25 последовательно? Из ваших расчетов так получается.
Лучше запитывать раздельными драйверами последовательные цепи.

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

evidence » 09 июн 2014, 21:44

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

Invisible_Light » 09 июн 2014, 22:01

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

казанец » 09 июн 2014, 22:04

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

evidence » 09 июн 2014, 22:46

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

Дилетант » 09 июн 2014, 23:25

При последовательном соединении (в цепочку один за другим) напряжения для отдельных диодов суммируется. Если, например, падение напряжения одного светодиода (это и есть напряжение, требуемое для одного светодиода) 3,2В (вольт) и вы соедините последовательно 25 штук таких светодиодов, то понадобится источник питания, который обеспечивает напряжение не меньше чем 3,2В х 25 = 80В. Если вы соедините 50 таких светодиодов, понадобится 3,2В х 50 = 160В. При этом ток, который потребуется для этой ветки последовательно соединенных светодиодов, нужен будет один и тот же и равен он току, который требуется отдельному светодиоду. Если один светодиод требует, например, 350мА (милиампер), то и 25 и 50 таких светодиодов, соединенных последовательно в одну цепочку, потребуют тоже 350мА.

Если же вы соедините параллельно две, три или более цепочек светодиодов, состоящих из 50 светодиодов каждая, всей конструкции все равно понадобится 160В. Параллельное подсоединение новых веток не увеличивает требуемого напряжения. Параллельное соединение увеличивает потребляемый ток. Например, если отдельный светодиод (и вся последовательная цепочка) требует 350мА, а вы соединяете параллельно две такие ветки, то всей конструкции понадобится уже
350мА х 2 = 700мА. Если соедините 3 такие ветки, то понадобится 350мА х 3 = 1050мА и т.д.

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

evidence » 10 июн 2014, 02:46

Спасибо, доходчиво и понятно! Но меня все же смущает одно: почему в приведенной мной выше ссылке, подключено две параллельные линейки по 12 светодиодов, которые в сумме потребляют 24 * 3.2 = 76,8 вольт к драйверу, который выдает максимум 48В. По амперажу, понятно — суммируется, т.е. диоду нужно 600ма, драйвер выдает 1200ма, но так как параллельных линий две, каждому выдается 600. Но вот с вольтажом не понятно.

А самая нижняя линейка? Все тех же, но уже, 48 диодов, подключено к драйверу, который выдает максимум 48В, но 3.2А. И указано, что они рекомедуют такую конфигурацию и такой драйвер, если нужно запитать 4 линейки по 12 штук светодиодов «прожорливостью» 3.2В и 700-800мА.

Меня ставят в тупик именно эти «маневры» с вольтажом

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

Invisible_Light » 10 июн 2014, 03:03

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

evidence » 10 июн 2014, 04:29

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

Invisible_Light » 10 июн 2014, 08:08

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

evidence » 11 июн 2014, 02:32

Re: Паралельно и последовательно. Объясните чайнику

казанец » 11 июн 2014, 13:07

Специально для Вас!
. Применение драйверов на практике

Большинство людей, планирующих использовать светодиоды, совершают типичную ошибку. Сначала приобретаются сами СИД, затем под них подбирается драйвер. Ошибкой это можно считать потому, что в настоящее время мест, где можно приобрести в достаточном ассортименте драйвера, не так уж и много. В итоге, имея на руках вожделенные светодиоды, вы ломаете голову — как подобрать драйвер из имеющегося в наличии. Вот купили вы 10 светодиодов — а драйвера только на 9 есть. И приходится ломать голову — как быть с этим лишним светодиодом. Может быть, проще было сразу на 9 рассчитывать. Поэтому выбор драйвера должен происходить одновременно с выбором светодиодов. Далее, нужно учитывать особенности светодиодов, а именно падение напряжения на них. К примеру, красный 1 Вт светодиод имеет рабочий ток 300 мА и падение напряжения 1,8-2 В. Потребляемая им мощность составит 0,3 х 2 = 0,6 Вт . А вот синий или белый светодиод имеет при таком же токе падение напряжения 3-3,4 В, то есть мощность 1 Вт. Стало быть, драйвер с током 300 мА и мощностью 10 Вт «потянет» 10 белых или 15 красных светодиодов. Разница существенная. Типовая схема подключения 1 Вт светодиодов к драйверу с выходным током 300 мА выглядит так :

подключение светодиодов к драйверу 300 мА

У стандартных 1 Вт светодиодов минусовой вывод больше плюсового по размеру, поэтому его легко отличить.

Как же быть, если доступны только драйвера с током 700 мА ? Тогда придется использовать четное количество светодиодов, включая их по два параллельно.

подключение светодиодов к драйверу 700 мА

Хочу заметить, что многие ошибочно предполагают, что рабочий ток 1 Вт светодиодов — 350 мА. Это не так, 350 мА — это МАКСИМАЛЬНЫЙ рабочий ток. Это означает, что при продолжительной работе необходимо использовать источник питания с током 300-330 мА. Это же верно и для параллельного включения — ток на один светодиод не должен превышать указанной цифры 300-330 мА. Вовсе не значит, что работа на повышенном токе вызовет отказ светодиода. Но при недостаточном теплоотводе каждый лишний миллиампер способен сократить срок службы. К тому же чем выше ток — тем ниже КПД светодиода, а значит, сильнее его нагрев.

Если речь пойдет о подключении светодиодной ленты или модулей, рассчитанных на 12 или 24 вольта, нужно принимать во внимание, что предлагаемые для них источники питания ограничивают напряжение, а не ток, то есть не являются драйверами в принятой терминологии. Это означает, во первых, что нужно внимательно следить за мощностью нагрузки, подключаемой к определенному блоку питания. Во-вторых, если блок недостаточно стабилен, скачок выходного напряжения может погубить вашу ленту. Слегка облегчает жизнь то, что в лентах и модулях (кластерах) установлены резисторы, позводяющие ограничить ток до определенной степени. Надо сказать, светодиодная лента потребляет относительно большой ток. Например, лента smd 5050 , количество светодиодов в которой составляет 60 штук на метр, потребляет около 1,2 А на метр. То есть для запитки 5 метров понадобится блок питания с током не менее 7-8 ампер. При этом 6 ампер потребит сама лента, а один-два ампера нужно оставить про запас, чтобы не перегружить блок. А 8 ампер — это почти 100 ватт. Такие блоки недешевы.
Драйверы более оптимальны для подключения ленты, но найти такие специфические драйвера проблематично.

Читайте также  Что такое лужение

Подытоживая, можно сказать, что выбору драйвера для светодиодов нужно уделять не меньше, а то и больше внимания, чем светодиодам. Небрежность при выборе чревата выходом из строя светодиодов, драйвера, чрезмерным потреблением и другими прелестями

Способы создания схем из нескольких светодиодов – последовательное и параллельное соединение

При подключении нескольких светоизлучающих приборов к источнику питания может использоваться два варианта соединения – последовательное и параллельное.

Последовательное соединение представляет цепь полупроводниковых приборов, в которой катод первого излучателя спаян с анодом следующего – и так далее. Через все элементы последовательной цепи протекает ток одного значения, а падение напряжения суммируется. Мощность БП выбирается равной или превышающей сумму мощностей каждого элемента.

Минусы последовательного соединения:

  • При значительном количестве элементов цепи необходимо выбирать БП большого вольтажа.
  • При выходе из строя одного LED-диода перестает работать вся цепь.

В длинных лентах на 60-70 диодов на каждом элементе происходит падение напряжения примерно на 3 В, то есть такие ленты можно присоединять к сети 220 В через выпрямитель.

При параллельном подсоединении напряжение на всех элементах цепи будет равным, а суммируются токи каждого LED. Основная проблема в данном случае состоит в том, что LED-светильники, даже из одной партии, часто имеют различные характеристики. Поэтому, если поставить один общий резистор, на лампочки может подаваться ток разного значения, вследствие чего некоторые элементы будут светить слишком ярко, а некоторые – тускло. Решение проблемы – установка отдельных резисторов для каждого диода.

Минусы параллельного подключения:

  • большое количество элементов цепи из-за необходимости использования индивидуальных резисторов для каждого диода;
  • существенный рост нагрузки при перегорании одного LED-диода (если используется один мощный резистор на всю цепь).

Это самый подходящий вариант соединения светодиодов, поскольку он позволяет хотя бы частично скомпенсировать недостатки последовательного и параллельного подключений. В этом случае параллельно соединяются цепочки последовательно расположенных элементов. Этот способ применяется в современных елочных гирляндах или лентах. Преимущество такого решения: если даже выйдут из строя одна или несколько параллельных цепочек, остальные будут исправно светить.

Параллельное соединение светодиодов не правильное

Параллельное соединение светодиодов используют, когда напряжение блока питания (источника) не хватает, для того, чтобы запитать ряд последовательных светодиодов. Если «конкретно теоретически», то параллельно светодиоды можно подключать и «тупо» — соединить все аноды и катоды LEDs. После чего подключить их к батарее и вуаля. Светодиоды горят! Причем единожды и на краткое время при подключении. Далее — конец им.

Такая схема подключения параллельно светоизлучающих диодов — не работоспособна, ввиду того, сопротивление диода маленькое и спокойно провоцирует режим КЗ (короткого замыкания).

Сразу откину некоторых злопыхателей. Есть, конечно, исключения. Ими грешат китайские производители дешевизны. Но это исключение из правил. Если кто-то разбирал китайские игрушки или зажигалки, то наверняка видел именно такую схему подключения. Где диоды подключены параллельно, не имея в свей цепи никаких посторонних электронных компонентов. Почему? Да все просто — в таких цепях ток ограничивается внутренним сопротивлением батареек AG1 (таблетка). Мощность в таких таблетках минимальна и не может нанести вред диоду. Т.е. мы опять приходим к выводу, что для нормального функционирования, диодам нужен резистор.

Повторюсь еще раз — параллельное соединение светодиодов используют только тогда, когда источник питания низковольтный.

Не смотря на то, что такой тип соединения не очень приветствуется, его частенько используют. В таких типах соединений есть одно правило — параллельное соединение светодиодов никогда не происходит с использованием ТОЛЬКО ОДНОГО резистора.

Ну или для тех, кто понимает только визуальные картинки, то не правильное параллельное соединение будет выглядеть так:

К сожалению, не смотря на то. что такое подключение не правильное, опять же, вездесущие китайцы тоже используют его во всю. Особенно в фонариках. Для этого им завышают номинал резистора, дабы не было перегрузки и товар преспокойненько может проработать год. А может и не проработать. Тут уж как повезет.

Естественно, возникает вопрос — ПОЧЕМУ нельзя соединять так? А дело тут простое.

Последовательное подключение

Но не надо забывать, что какая-то часть напряжения должна остаться для гасящего резистора, хотя бы вольта 2.

В выпадающем меню Type выбирается тип стабилизатора, в строке Iн задается требуемый ток и нажимается кнопочка Calculate.

Он указан в технических характеристиках светодиода datasheet.

Будем считать, что падение напряжения на светодиоде 2В, ток 20мА, напряжение питания 3В обусловлено применением двух пальчиковых батареек. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле: где: U пит — это напряжения источника питания; U пад — напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток; I — номинальный ток, проходящий через него; R — номинал сопротивления для регулирования проходящего тока. Последнему светодиоду также не остается ничего иного, как последовать примеру своих товарищей.

У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и оказались недолговечны. Резистор сопротивление не требуется. Минус на первую ногу, плюс на вторую.

Простейшая схема подключения светодиода


Падение напряжения на светодиодах разных цветов. Представляется эта характеристика в виде графика, на котором указывается прямой и обратный ток. Прямым потенциалом называется такой сигнал, когда плюсовой полюс источника питания подключён к области p-типа полупроводника, другими словами, полярность внешнего напряжения совпадает с полярностью основных носителей. Так как узнать падение напряжения на светодиоде?

Один из вариантов комбинированного подключения светодиодов показан на рисунке. Голубые светодиоды удалось изготовить на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. А значит, чем больше значение ёмкости конденсатора, тем ток на нагрузке будет более сглажен. Источниками светодиодного питания в условиях токовой стабилизации обеспечиваются постоянные показатели выходного тока в широком диапазоне.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже так как они включены последовательно. К числу самых распространенных вариантов определения полярности светоизлучающих диодов относятся первые три способа, которые должны выполняться с соблюдением стандартной технологии.
Выпрямительные диоды. Диоды шотки. Приблизительный расчет выпрямителя

Основные выводы

Все светодиоды, в не зависимости от их рабочего напряжения или силы тока, подключаются последовательно или параллельно. Способ включения может быть и комбинированным – в таком случае устраняются недостатки последовательного и параллельного соединений. Важно уметь правильно собирать цепь, подбирать источник питания, считать номиналы токоограничивающих резисторов и нужное количество светодиодов, чтобы схема функционировала. Соединение без токоограничивающего резистора и других защитных элементов приведет к поломке диода.