Параметры белого светодиода ток и напряжение. Особенности питания белых светодиодов. Схема, описание

Светодиод представляет собой полупроводниковый прибор, следовательно, включать его нужно строго соблюдая полярность. Для этого его выводы имеют соответствующие названия: Анод – «плюс» и катод – «минус».

Светодиод будет гореть только при прямом включении, как показано на рисунке. При включении обратном, в большинстве случаев, он безвозвратно выходит из строя.

Так как светодиод будет работать только при определённых значениях напряжения и силе проходящего через него тока, в схему подключения вводится дополнительно ограничивающее сопротивление, которое рассчитывается исходя из закона Ома для участка цепи:

R =U гасящее/I светодиода,

где R – сопротивление токоограничивающего резистора в омах,

I светодиода – сила тока, при которой светодиод будет нормально работать,

U гасящее – напряжение которое нужно погасить резистором. Оно рассчитывается по формуле:

U гасящее=U ист.питания - U светодиода, где

U ист.питания – напряжение источника питания к которому нужно подключить светодиод,

U светодиода – рабочее напряжение светодиода (при котором он будет работать нормально).

Теперь рассмотрим непосредственно различные схемы подключения светодиодов.

Как подключить один светодиод?

Допустим у нас есть светодиод с рабочим напряжение 3 В и рабочим током 20 мА. Нам необходимо подключить его к источнику питания с напряжением 12 В.

Переведем единицы измерения данных к используемым в формуле:

20мА = 0,02А.

Теперь найдем нужные величины:

Uгасящее = 12 – 3 = 9 В – «лишнее» напряжение, которое необходимо погасить резистором.

R = 9В/0,02А = 450 Ом.

Таким образом, один светодиод с рабочим напряжением 3 В и рабочим током 20мА необходимо подключать согласно рисунку 1 через сопротивление 450 Ом. Если в качестве источника питания используется не стабилизированный источник (значение напряжения может колебаться), то сопротивление можно взять немножко большего номинала, например, 490 Ом.

Как подключить несколько светодиодов?

Рассмотрим схему подключения нескольких светодиодов показанную на рисунке 2. Из школьного курса физики известно, что при последовательном соединении, которое наблюдается на рисунке 2, общее рабочее напряжение светодиодов будет равняться их сумме рабочих напряжений каждого, а сила тока, протекающего через полученную цепочку, будет одинакова в любых ее точках. Из последнего можно сделать вывод: включать светодиоды по данной схеме можно только с одинаковым рабочим током, иначе их яркость будет отличатся. Например, по цепочке будет течь ток силой 20мА, а рабочий ток светодиода – 30мА, значит он будет светить тускнее чем при нормальной работе.

Перейдем к расчетам. Так как общее рабочее напряжение цепочки равно сумме рабочих напряжений каждого светодиода в ней, то

Uгасящее=Uист.питания – (Uсветодиода 1 + Uсветодиода 2).

Подключим два светодиода с рабочим напряжением 3В и рабочей силой тока 20мА к источнику питания напряжением 12В по схеме на рисунке 2. Опять же нужно перевести миллиамперы в амперы: 20мА=0,02А

R=6/0,02=300 Ом

Таким образом, два светодиода с рабочим напряжением 3 В и рабочим током 20мА необходимо подключать согласно рисунку 2 через сопротивление 300 Ом. Не забываем, что если в качестве источника питания используется не стабилизированный источник (значение напряжения может колебаться), то сопротивление можно взять немножко большего номинала, например, 330 Ом.

Как подключить разные светодиоды к одному источнику питания?

Существует большое количество разнообразных светодиодов, которые могут отличатся как по цвету свечения, так и по мощности излучения светового потока, а, следовательно, и рабочие параметры тоже будут отличаться между собой. Если же необходимо подключить разные светодиоды к одному источнику питания, необходимо отсортировать их по одинаковой рабочей силе тока, после чего подключить по схеме, приведенной на рисунке 3.

Например, нам необходимо подключить 2 красных светодиода с рабочим напряжением 2,5В и рабочей силой тока 20мА, 2 желтых светодиода с рабочим напряжением 3В и рабочим током 25мА и 1 синий светодиод с рабочим напряжением 3,5В и рабочим током 50мА. Сортируем их по одинаковым параметрам. В нашем случае получатся три группы: красные, желтые и синий. Далее для каждой группы в отдельности рассчитываем сопротивление по методике описанной выше.

Для красных:

Uгасящее=12- (2,5+2,5)=7В

R=7В/0,02А=350 Ом.

Для желтых:

Uгасящее=12- (3+3)=6В

R=6В/0,025А=240 Ом.

Для синего:

Uгасящее=12- 3,5= 8,5В

R=8,5В/0,05А=170Ом.

Ограничивающие сопротивления рассчитаны, осталось лишь подключить их по схеме 3.

Можно ли подключить светодиод с рабочим напряжением 3В к источнику питания 3В (или меньше)?

Подобные подключения допускаются, но не желательны, так как яркость будет зависеть непосредственно от источника питания.

Можно ли включать параллельно светодиоды с одинаковым рабочим напряжением?

Такое включение так же допустимо, но параметры диодов, иногда даже из одной партии, могут отличатся, что непосредственно скажется на их яркости – один ярче, другой тускее.

RGB –светодиоды

Существуют полупроводниковые приборы, у которых в корпусе может сразу находится красный (R- RED), зеленый (G-GREEN) и синий (B- BLUE) светодиоды. Изменяя их яркости, можно добиться общего излучения любого цвета на подобии смешивания цветов в палитре. Например, если зажечь все три светодиода на полную мощность – получится белый. Если же зажечь только красный и зеленый – получится желтый. Изменяя яркости светодиодов можно изменять оттенки полученных цветов.

Обратите внимание, что приведенные схемы являются простейшими и приблизительными. По этому, дабы повысить срок работы светодиода, необходимо использовать стабилизированные источники питания. Так как яркость светодиода, а, значит, и работа зависят непосредственно от силы тока протекающего через него, то стабилизаторы необходимо использовать по току, а не по напряжению.

Светодиод пропускает электрический ток только в одном направлении, а это значит что для того чтобы светодиод излучал свет, он должен быть правильно подключен. У светодиода два контакта: анод(плюс) и катод (минус). Обычно, длинный контакт у светодиода - это анод, но бывают и исключения, так что лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.

Светодиоды относятся к такому типу электронных компонентов, которому, для долгой и стабильной работы, важно не только правильное напряжение, но и оптимальная сила тока - так что всегда, при подключении светодиода, нужно их подключать через соответствующий резистор. Иногда этим правилом пренебрегают, но результат чаще всего один - светодиод или сразу сгорает, или его ресурс очень значительно сокращается. В некоторые светодиоды резистор встроен «с завода» и их сразу можно подключать к источнику 12 или 5 вольт, но такие светодиоды в продаже встречаются довольно-таки редко и чаще всего к светодиоду необходимо подключать внешний резистор.

Стоит помнить, что резисторы так же отличаются своими характеристиками и, для подключения их к светодиодам, вам необходимо выбрать резистор правильного номинала. Для того чтобы рассчитать необходимый номинал резистора следует воспользоваться законом Ома - это один из самых важных физических законов, связанных с электричеством. Данный закон все учили в школе, но практически никто его не помнит.

Закон Ома - это физический закон с помощью которого вы можете определить взаимозависимость напряжения (U), силы тока (I) и сопротивления (R). Суть эго проста: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между концами проводника, если при прохождении тока свойства проводника не меняются.

Этот закон визуально отображается при помощи формулы: U= I*R
Когда вы знаете напряжение и сопротивления, с помощью этого закона можна найти силу тока по формуле: I = U/R
Когда вам известно напряжение и сила тока, можно найти сопротивление: R = U/I
Когда вам известна сила тока и сопротивление, можно вычислить напряжение: U = I*R

Теперь рассмотрим на примере. У вас есть светодиод с рабочим напряжением в 3 В и силой тока в 20 мА, вы его хотите подключить к источнику напряжения 5В из USB-разъема или БП, чтобы при этом он не сгорел. Значит у нас есть напряжение 5 В, но светодиоду нужно только 3 В, значит от 2 В нам необходимо избавиться (5В - 3В=2В). Чтобы избавится от лишних 2 В нам необходимо подобрать резистор с правильным сопротивлением, которое рассчитывается следующим образом: мы знаем напряжение от которого необходимо избавиться и знаем силу тока нужную светодиоду - воспользуемся формулой изложенной выше R = U/I. Соответственно 2В/0.02 А= 100 Ом. Значит, вам необходим резистор на 100 Ом.

Иногда, в зависимости от характеристик светодиода, необходимый резистор получается с нестандартным номиналом, который нельзя найти в продаже, например 129 или 111.7 Ом. В таком случае, необходимо просто взять резистор немного большего сопротивления, чем рассчитанный - светодиод будет работать не на 100 процентов своей мощности, а примерно на 90-95 %. В таком режиме светодиод будет работать более надежно, а снижение яркости визуально не будет заметно.

Также можно рассчитать, какой мощности резистор вам нужен - для этого умножаем напряжение, которое будет задерживаться на резисторе, на силу тока, которая будет в цепи. В нашем случае это 2В х 0.02 А = 0.04 Вт. Значит вам подойдет резистор такой мощности или большей.

Светодиоды иногда подключают по несколько штук параллельно или последовательно, используя один резистор. Для правильного подключения следует помнить что при параллельном подключении суммируется сила тока, а при последовательном суммируется требуемое напряжение. Параллельно и последовательно можно подключать только одинаковые светодиоды с использование одного резистора, а если вы используете разные светодиоды с разными характеристиками, то лучше рассчитать каждому светодиоду свой резистор - так будет надежней. Светодиоды даже одной модели имеют небольшое расхождение в параметрах, и при подключении большого количества светодиодов параллельно или последовательно, это небольшое расхождение в параметрах может выдать результатом много сгоревших светодиодов. Еще одним подводным камнем может стать тот факт, что продавец или производитель (намного реже) может дать немного не верные данные по светодиодам, а сами светодиоды могут иметь не четкое рабочее напряжение, а набор из параметров минимального/оптимального и максимального напряжения. Данный фактор не будет особо влиять при подключении небольшого количества светодиодов, а в случае подключения большого количества - результатом могут быть все те же сгоревшие светодиоды. Так что с параллельным и последовательным подключением не стоит чересчур увлекаться, надежней будет, чтобы к каждому светодиоду или небольшой группе светодиодов (3-5 штук) подключался отдельный резистор. Рассмотрим несколько примеров подключения.

Пример 1. Вы хотите подключить последовательно три светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 В и 20 мА, к источнику тока с напряжением 12 В (например из molex-разъема). Три светодиода по 3 вольта каждый будут вместе потреблять 9 вольт (3 В x 3=9 В). Наш источник тока обладает напряжением в 12 вольт, соответственно от 3 вольт надо будет избавиться (12 В - 9 В = 3 В). Так как подключение последовательное, то сила тока составит 20мА, соответственно 3 вольта (напряжение, от которого необходимо избавится) делим на 0.02 А (сила тока, необходимая каждому светодиоду) и получаем значение необходимого сопротивления - 150 Ом. Значит, нужен резистор на 150 Ом.

Пример 2. У вас в наличии четыре светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 вольта, и источник питания на 12 В. В такой ситуации можно подумать, что резистор не нужен, однако это не так - светодиоды очень чувствительны к силе тока и лучше добавить в цепь резистор на 1 Ом. Резистор данного номинала не повлияет на яркость свечения, а будет чем-то на подобии «предохранителя» - светодиоды будут работать намного надежней. Без применения резистора, в данному случае, светодиоды могут попросту сгореть, быстро или не очень.

Пример 3 . Вы хотите параллельно подключить три светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 В и 20 мА, к источнику тока с напряжением 12 В. Поскольку при параллельном подключении суммируется сила тока, а не напряжение, трем светодиодам потребуется сила тока в 60 мА (20 мА x 3 = 60 мА). Наш источник тока обладает напряжением в 12 вольт, а светодиодам необходимо напряжение в 3 вольта, соответственно от 9 вольт необходимо избавиться (12 В - 3 В = 9 В). Так как подключение параллельное, то сила тока составит 60мА, соответственно 9 вольт (напряжение, от которого необходимо избавится) делим на 0.06 А (сила тока, необходимая всем светодиодам) и получаем значение необходимого сопротивления - 150 Ом. Значит, нужен резистор на 150 Ом.

Так же в интернете существует большое количество разнообразных «калькуляторов для светодиодов», которыми вы можете воспользоваться. Достаточно зайти на соответствующий сайт, указать характеристики светодиодом и источника тока и вы получите все необходимые данные по резистору, а так же его цветовую маркировку.

Размещено компанией

Светодиоды. Особенности питания белых светодиодов

Рассмотрим более подробно особенности питания белых светодиодов . Как известно, светодиод имеет нелинейную вольтамперную характеристику с характерной "пяткой" на начальном участке (рис. 4.21).

Как мы видим, светодиод начинает светиться, если на него подано напряжение больше 2,7 В.

Внимание! При превышении порогового напряжения (выше 3 В) ток через светодиод начинает быстро расти и здесь требуется ограничить ток, стабилизировать его на определенном уровне.

Рис. 4.21. Вольт-амперная характеристика светодиода белого свечения

Простейшим ограничителем тока через светодиод является резистор . Существует несколько вариантов схемотехнического включения светодиодов. Они делятся на схемы с параллельным, последовательным и смешанным включением. При последовательном включении светодиодов (как показано рис. 4.22) протекающий через светодиоды ток I будет равен

Последовательное включение преследует цель либо повысить мощность излучения, либо увеличить излучаемую поверхность.

Рис. 4.22. Схема последовательного включения светодиодов

Недостатками последовательного включения является :

• во-первых, с увеличением числа светодиодов увеличивается и напряжение питания, потому что для прохождения тока через последовательно включенные светодиоды необходимо соблюдение условия Uпит > Uvd1 + Uvd4 + Uvd3;
• во-вторых, увеличение числа светодиодов понижает надежность системы, при выходе из строя одного из светодиодов перестают работать все последовательно включенные светодиоды.

При параллельном включении светодиодов через каждый излучатель протекает отдельный ток, задаваемый отдельным токозадающим резистором.

На рис. 4.23 показана схема параллельного включения излучающих диодов. Суммарный ток, потребляемый из источника питания, в этом случае равен

Рис. 4.23. Схема параллельного включения светодиодов

Преимуществом параллельного включения является высокая надежность, так как при выходе из строя одного из излучателей остальные продолжают работать.

Недостатки :

• каждый светодиод потребляет отдельный ток и повышается энергопотребление;
• увеличиваются потери на токозадающих резисторах.

Наиболее эффективным является смешанное (комбинированное) последовательно-параллельное включение , показанное на рис. 4.24. В этом случае число последовательно включенных излучателей ограничено напряжением питания, а число параллельных ветвей выбирается в зависимости от требуемой мощности.

Рис. 4.24. Схема последовательно- параллельного включения светодиодов

где n - число последовательно включенных светодиодов в одной ветви; N - число параллельных ветвей.

Смешанное соединение включает в себя положительные свойства вариантов параллельного и последовательного включения.

В связи с тем, что зрительный аппарат человека является инерционным, довольно часто при питании светодиодов используют импульсный ток . Величина среднего импульсного тока, протекающего через светодиод, определяется из выражения

На рис. 4.25 показаны временные диаграммы импульсного тока.

Рис. 4.25. Временные диаграммы импульсного тока

Если заданы длительность импульса и длительность паузы, то можно определить значение максимально допустимого значения импульсного тока:

где Iном - номинальный ток светодиода.

Как уже упоминалось, резистор является элементом, ограничивающий ток, протекающий через светодиод. Но резистор удобно применять, если питающее напряжение постоянно. На практике часто случается, что напряжение не стабильно, например, напряжение аккумуляторной батареи уменьшается при ее разряде довольно в широких приделах. В этом случае широко применяют линейные стабилизаторы тока .

Простейший линейный стабилизатор тока можно собрать на широко распространенных микросхемах типа КР142ЕН12(А), LM317 (и их многочисленных аналогах), как показано на рис. 4.26.

Рис. 4.26. Схема простейшего линейного стабилизатора тока

Резистор R выбирается в пределах 0,25-125 Ом, при этом ток через светодиод определяется выражением

Схема построения таких стабилизаторов тока отличается простотой (микросхема и один резистор), компактностью и надежностью. Надежность дополнительно обусловлена развитой системой защиты от перегрузок и перегрева, встроенной в микросхему стабилизатора.

Для стабилизации токов от 350 мА и выше можно использовать и более мощные микросхемы линейных регуляторов с малым падением напряжения серий 1083, 1084,1085 различных производителей либо отечественные аналоги КР142EH22А/24А/26А.

Но у линейных стабилизаторов тока есть существенные недостатки :

• низкий КПД;
• большие потери сильный нагрев при регулировки больших токов.

Поэтому в данный момент все чаще применяются импульсные преобразователи и стабилизаторы для питания светодиодов и светодиодных модулей. На рис. 4.27 представлены внешний вид светодиодного модуля и вторичной оптики.

Рис. 4.27. Внешний вид светодиодного модуля и вторичной оптики

Следует отметить, что светодиоды и преобразователь питания конструктивно выполнены на единой плате.

Смотрите другие статьи раздела .