Схема перетворювача живлення білого світлодіода. Особливості живлення білих світлодіодів. Схема, опис

Світлодіод є напівпровідниковим приладом, отже, включати його потрібно суворо дотримуючись полярності. І тому його висновки мають відповідні назви: Анод – «плюс» і катод – «мінус».

Світлодіод горітиме тільки при прямому включенні, як показано на малюнку. При включенні зворотному, як правило, він безповоротно виходить з ладу.

Так як світлодіод буде працювати тільки при певних значеннях напруги і силі струму, що проходить через нього, в схему підключення вводиться додатково обмежує опір, яке розраховується виходячи з закону Ома для ділянки ланцюга:

R=Uгасить/ Iсвітлодіода,

де R- Опір струмообмежувального резистора в омах,

Iсвітлодіода – сила струму, при якій світлодіод нормально працюватиме,

Uгасить – напруга, яку потрібно погасити резистором. Воно розраховується за такою формулою:

Uгасить = Uіст. харчування - Uсвітлодіода, де

Uіст. харчування – напруга джерела живлення до якого потрібно підключити світлодіод,

Uсвітлодіода – робоча напругасвітлодіода (при якому він працюватиме нормально).

Тепер розглянемо безпосередньо різні схемипідключення світлодіодів.

Як підключити один світлодіод?

Допустимо у нас є світлодіод з робочою напругою 3 В і робочим струмом 20 мА. Нам необхідно підключити його до джерела живлення з напругою 12 ст.

Перекладемо одиниці виміру даних до використовуваних у формулі:

20мА = 0,02А.

Тепер знайдемо потрібні величини:

Uгасить = 12 - 3 = 9 В - "зайва" напруга, яку необхідно погасити резистором.

R = 9В/0,02А = 450 Ом.

Таким чином, один світлодіод з робочою напругою 3 і робочим струмом 20мА необхідно підключати згідно з малюнком 1 через опір 450 Ом. Якщо джерелом живлення використовується не стабілізоване джерело (значення напруги може коливатися), то опір можна взяти трошки більшого номіналу, наприклад, 490 Ом.

Як підключити декілька світлодіодів?

Розглянемо схему підключення декількох світлодіодів показану на малюнку 2. Зі шкільного курсу фізики відомо, що при послідовному з'єднанні, яке спостерігається на малюнку 2, загальна робоча напруга світлодіодів дорівнюватиме їх сумі робочих напруг кожного, а сила струму, що протікає через отриманий ланцюжок, буде однакова у будь-яких її точках. З останнього можна зробити висновок: включати світлодіоди за даною схемою можна тільки з однаковим робочим струмом, інакше їхня яскравість буде відрізнятися. Наприклад, по ланцюжку тектиме струм силою 20мА, а робочий струм світлодіода – 30мА, значить він світитиме тьмяніше ніж при нормальній роботі.

Перейдемо до розрахунків. Так як загальна робоча напруга ланцюжка дорівнює сумі робочих напруг кожного світлодіода в ньому, то

Uгасяще = Uист. харчування – (Uсвітлодіода 1 + Uсвітлодіода 2).

Підключимо два світлодіоди з робочою напругою 3В і робочою силою струму 20мА до джерела живлення напругою 12В за схемою на малюнку 2. Знову ж таки потрібно перевести міліампери в ампери: 20мА=0,02А

R=6/0,02=300 Ом

Таким чином, два світлодіоди з робочою напругою 3 і робочим струмом 20мА необхідно підключати згідно з малюнком 2 через опір 300 Ом. Не забуваємо, що якщо як джерело живлення використовується не стабілізоване джерело (значення напруги може коливатися), то опір можна взяти трохи більшого номіналу, наприклад, 330 Ом.

Як підключити різні світлодіоди до одного джерела живлення?

Існує велика кількістьрізноманітних світлодіодів, які можуть відрізнятись як за кольором світіння, так і за потужністю випромінювання світлового потоку, А, отже, і робочі параметри теж відрізнятимуться між собою. Якщо необхідно підключити різні світлодіоди до одного джерела живлення, необхідно відсортувати їх за однаковою робочою силою струму, після чого підключити за схемою, наведеною на малюнку 3.

Наприклад, нам необхідно підключити 2 червоні світлодіоди з робочою напругою 2,5В і робочою силою струму 20мА, 2 жовті світлодіоди з робочою напругою 3В і робочим струмом 25мА і 1 синій світлодіодз робочою напругою 3,5В та робочим струмом 50мА. Сортуємо їх за однаковими параметрами. У нашому випадку вийдуть три групи: червоні, жовті та сині. Далі кожної групи окремо розраховуємо опір за методикою описаної вище.

Для червоних:

Uгасяще = 12 - (2,5 +2,5) = 7В

R=7В/0,02А=350 Ом.

Для жовтих:

Uгасяще = 12 - (3 +3) = 6В

R=6В/0,025А=240 Ом.

Для синього:

Uгасяще = 12-3,5 = 8,5В

R=8,5В/0,05А=170Ом.

Обмежувальні опори розраховані, залишилося лише підключити їх за схемою 3.

Чи можна підключити світлодіод із робочою напругою 3В до джерела живлення 3В (або менше)?

Подібні підключення допускаються, але не бажані, оскільки яскравість залежатиме безпосередньо від джерела живлення.

Чи можна включати паралельно світлодіоди з однаковою робочою напругою?

Таке включення так само припустимо, але параметри діодів, іноді навіть з однієї партії, можуть відрізнятися, що безпосередньо позначиться на їхній яскравості – один яскравіший, інший тьмяніший.

RGB-світлодіоди

Існують напівпровідникові прилади, у яких в корпусі може відразу знаходиться червоний (R-RED), зелений (G-GREEN) та синій (B-BLUE) світлодіоди. Змінюючи їх яскравості, можна досягти загального випромінювання будь-якого кольору типу змішування кольорів на панелі. Наприклад, якщо запалити всі три світлодіоди на повну потужність- Вийде білий. Якщо ж запалити лише червоний та зелений – вийде жовтий. Змінюючи яскравість світлодіодів можна змінювати відтінки отриманих кольорів.

Зверніть увагу, що наведені схеми є найпростішими та приблизними. Для того, щоб підвищити термін роботи світлодіода, необхідно використовувати стабілізовані джерела живлення. Так як яскравість світлодіода, а, значить, і робота залежать безпосередньо від сили струму, що протікає через нього, то стабілізатори необхідно використовувати за струмом, а не за напругою.

Світлодіод пропускає електричний струмтільки в одному напрямку, а це означає, що для того, щоб світлодіод випромінював світло, він повинен бути правильно підключений. У світлодіода два контакти: анод (плюс) та катод (мінус). Зазвичай, довгий контакт у світлодіода - це анод, але бувають і винятки, так що краще уточнити цей факт у технічні характеристикиконкретний світлодіод.

Світлодіоди відносяться до такого типу електронних компонентів, якому, для довгої та стабільної роботи, важлива не тільки правильна напруга, а й оптимальна сила струму – так що завжди, при підключенні світлодіода, потрібно їх підключати через відповідний резистор. Іноді цим правилом нехтують, але результат найчастіше один – світлодіод або одразу згоряє, або його ресурс дуже значно скорочується. У деякі світлодіоди резистор вбудований «із заводу» і їх відразу можна підключати до джерела 12 або 5 вольт, але такі світлодіоди у продажу зустрічаються досить рідко і найчастіше до світлодіоду необхідно підключати зовнішній резистор.

Варто пам'ятати, що резистори також відрізняються своїми характеристиками і, для підключення їх до світлодіодів, вам необхідно вибрати резистор правильного номіналу. Для того, щоб розрахувати необхідний номінал резистора, слід скористатися законом Ома - це один з найважливіших фізичних законів, пов'язаних з електрикою. Цей закон все навчали у школі, але практично ніхто його не пам'ятає.

Закон Ома - це фізичний закон, за допомогою якого ви можете визначити взаємозалежність напруги (U), сили струму (I) та опору (R). Суть его проста: сила струму у провіднику прямо пропорційна напрузі між кінцями провідника, якщо при проходженні струму властивості провідника не змінюються.

Цей закон візуально відображається за допомогою формули: U = I * R
Коли ви знаєте напругу та опір, за допомогою цього закону можна знайти силу струму за формулою: I = U/R
Коли вам відома напруга та сила струму, можна знайти опір: R = U/I
Коли вам відома сила струму та опір, можна обчислити напругу: U = I*R

Тепер розглянемо з прикладу. У вас є світлодіод з робочою напругою 3 В і силою струму 20 мА, ви його хочете підключити до джерела напруги 5В з USB-роз'єму або БП, щоб він не згорів. Значить, у нас є напруга 5 В, але світлодіоду потрібно тільки 3 В, значить від 2 В нам необхідно позбутися (5В - 3В=2В). Щоб позбутися зайвих 2 У нас необхідно підібрати резистор з правильним опором, який розраховується наступним чином: ми знаємо напругу якого необхідно позбутися і знаємо силу струму потрібну світлодіоду - скористаємося формулою викладеної вище R = U/I. Відповідно 2В/0.02 А = 100 Ом. Отже, вам потрібний резистор на 100 Ом.

Іноді, залежно від характеристик світлодіода, необхідний резистор виходить з нестандартним номіналом, який не можна знайти у продажу, наприклад, 129 або 111.7 Ом. У такому разі необхідно просто взяти резистор трохи більшого опору, ніж розрахований - світлодіод працюватиме не на 100 відсотків своєї потужності, а приблизно на 90-95 %. У такому режимі світлодіод працюватиме надійніше, а зниження яскравості візуально не буде помітним.

Також можна розрахувати, який потужності резистор вам потрібен - для цього множимо напругу, яка затримуватиметься на резисторі, на силу струму, яка буде в ланцюгу. У нашому випадку це 2В х 0,02 А = 0,04 Вт. Значить вам підійде резистор такої чи потужної потужності.

Світлодіоди іноді підключають по кілька штук паралельно чи послідовно, використовуючи один резистор. Для правильного підключенняслід пам'ятати що при паралельному підключенніпідсумовується сила струму, а при послідовному підсумовується необхідна напруга. Паралельно і послідовно можна підключати тільки однакові світлодіоди за допомогою одного резистора, а якщо ви використовуєте різні світлодіоди з різними характеристикамикраще розрахувати кожному світлодіоду свій резистор - так буде надійніше. Світлодіоди навіть однієї моделі мають невелику розбіжність у параметрах, і при підключенні великої кількості світлодіодів паралельно або послідовно, ця невелика розбіжність у параметрах може видати результатом багато світлодіодів, що згоріли. Ще одним підводним каменем може стати той факт, що продавець або виробник (набагато рідше) може дати трохи не вірні дані по світлодіодам, а самі світлодіоди можуть мати не чітку робочу напругу, а набір з параметрів мінімальної/оптимальної та максимальної напруги. Даний фактор не буде особливо впливати при підключенні невеликої кількості світлодіодів, а у разі підключення великої кількості - результатом можуть бути ті ж згорілі світлодіоди. Так що з паралельним і послідовним підключенням не варто занадто захоплюватися, надійніше буде, щоб до кожного світлодіода або невеликої групи світлодіодів (3-5 штук) підключався окремий резистор. Розглянемо кілька прикладів підключення.

приклад 1.Ви хочете послідовно підключити три світлодіоди, кожен з яких розрахований на 3 В і 20 мА, до джерела струму з напругою 12 В (наприклад з molex-роз'єму). Три світлодіоди по 3 вольти кожен будуть разом споживати 9 вольт (3 x 3 = 9 В). Наше джерело струму має напругу 12 вольт, відповідно від 3 вольт треба буде позбутися (12 В - 9 В = 3 В). Так як підключення послідовне, то сила струму складе 20мА, відповідно 3 вольта (напруга, якого необхідно позбудеться) ділимо на 0.02 А (сила струму, необхідна кожному світлодіоду) і отримуємо значення необхідного опору - 150 Ом. Отже, потрібний резистор на 150 Ом.

приклад 2.У вас є чотири світлодіоди, кожен з яких розрахований на 3 вольти, і джерело живлення на 12 В. У такій ситуації можна подумати, що резистор не потрібен, проте це не так - світлодіоди дуже чутливі до сили струму і краще додати в ланцюг резистор на 1 Ом. Резистор даного номіналу не вплине на яскравість свічення, а буде чимось на кшталт запобіжника - світлодіоди працюватимуть набагато надійніше. Без застосування резистора, в даному випадку, світлодіоди можуть просто згоріти, швидко або не дуже.

Приклад 3. Ви хочете паралельно підключити три світлодіоди, кожен з яких розрахований на 3 В і 20 мА, до джерела струму з напругою 12 В. Оскільки при паралельному підключенні сумується сила струму, а не напруга, трьом світлодіодам буде потрібна сила струму в 60 мА (20 мА x 3 = 60 мА). Наше джерело струму має напругу в 12 вольт, а світлодіодам необхідна напруга в 3 вольти, відповідно від 9 вольт необхідно позбутися (12 В - 3 В = 9 В). Так як підключення паралельне, то сила струму складе 60мА, відповідно 9 вольт (напруга, якого необхідно позбудеться) ділимо на 0.06 А (сила струму, необхідна всім світлодіодам) і отримуємо значення необхідного опору - 150 Ом. Отже, потрібний резистор на 150 Ом.

Також в інтернеті існує велика кількість різноманітних «калькуляторів для світлодіодів», якими ви можете скористатися. Достатньо зайти на відповідний сайт, вказати характеристики світлодіодом та джерела струму і ви отримаєте всі необхідні дані по резистору, а також його кольорове маркування.

Розміщено компанією

Світлодіоди. Особливості живлення білих світлодіодів

Розглянемо докладніше особливості живлення білих світлодіодів. Як відомо, світлодіод має нелінійну вольтамперну характеристику з характерною "п'ятою" на початковій ділянці (рис. 4.21).

Як бачимо, світлодіод починає світитися, якщо нього подано напруга більше 2,7 У.

Увага!При перевищенні порогової напруги(Вище 3 В) струм через світлодіод починає швидко зростати і тут потрібно обмежити струм, стабілізувати його на певному рівні.

Мал. 4.21. Вольт-амперна характеристика світлодіода білого світіння

Найпростішим обмежувачем струму через світлодіод є резистор. Існує кілька варіантів схемотехнічного вмикання світлодіодів. Вони діляться на схеми з паралельним, послідовним та змішаним включенням. При послідовному включеннісвітлодіодів (як показано рис. 4.22) струм I, що протікає через світлодіоди, буде дорівнювати

Послідовне включення має на меті або підвищити потужність випромінювання, або збільшити випромінювану поверхню.

Мал. 4.22. Схема послідовного включення світлодіодів

Недоліками послідовного включення є:

• по-перше, зі збільшенням числа світлодіодів збільшується і напруга живлення, тому що для проходження струму через послідовно включені світлодіоди необхідне дотримання умови Uпит > Uvd1 + Uvd4 + Uvd3;
• по-друге, збільшення числа світлодіодів знижує надійність системи, при виході з ладу одного зі світлодіодів перестають працювати всі послідовно включені світлодіоди.

При паралельному включеннісвітлодіодів через кожен випромінювач протікає окремий струм, що задається окремим резистором токозадавальної.

На рис. 4.23 показана схема паралельного включення випромінюючих діодів. Сумарний струм, що споживається з джерела живлення, у цьому випадку дорівнює

Мал. 4.23. Схема паралельного включення світлодіодів

Перевагоюпаралельного включення є висока надійність, оскільки при виході з ладу одного з випромінювачів решта продовжує працювати.

Недоліки:

• кожен світлодіод споживає окремий струм та підвищується енергоспоживання;
• збільшуються втрати на токозадавальних резисторах.

Найбільш ефективним є змішане (комбіноване) послідовно-паралельне включення, показане на рис. 4.24. У цьому випадку кількість послідовно включених випромінювачів обмежена напругою живлення, а кількість паралельних гілок вибирається залежно від необхідної потужності.

Мал. 4.24. Схема послідовно-паралельного включення світлодіодів

де n – число послідовно включених світлодіодів в одній гілки; N – число паралельних гілок.

Змішане з'єднання включає в себе позитивні властивостіваріантів паралельного та послідовного включення.

У зв'язку з тим, що зоровий апарат людини є інерційним, часто при живленні світлодіодів використовують імпульсний струм. Величина середнього імпульсного струму, що протікає через світлодіод, визначається виразом

На рис. 4.25 показані часові діаграми імпульсного струму.

Мал. 4.25. Тимчасові діаграми імпульсного струму

Якщо задані тривалість імпульсу і тривалість паузи, можна визначити значення максимально допустимого значенняімпульсного струму:

де Іном - номінальний струмсвітлодіод.

Як уже згадувалося, резистор є елементом, що обмежує струм, що протікає через світлодіод. Але резистор зручно застосовувати, якщо напруга живлення постійно. Насправді часто трапляється, що напруга не стабільна, наприклад, напруга акумуляторної батареїзменшується при її розряді досить у широких межах. У цьому випадку широко застосовують лінійні стабілізатори струму.

Найпростіший лінійний стабілізатор струму можна зібрати на поширених мікросхемах типу КР142ЕН12(А), LM317 (та їх численних аналогах), як показано на рис. 4.26.

Мал. 4.26. Схема найпростішого лінійного стабілізатора струму

Резистор R вибирається в межах 0,25-125 Ом, при цьому струм через світлодіод визначається виразом

Схема побудови таких стабілізаторів струму відрізняється простотою (мікросхема та один резистор), компактністю та надійністю. Надійність додатково обумовлена ​​розвиненою системою захисту від перевантажень та перегріву, вбудованою у мікросхему стабілізатора.

Для стабілізації струмів від 350 мА і вище можна використовувати більш потужні мікросхеми лінійних регуляторів з малим падінням напруги серій 1083, 1084,1085 різних виробниківабо вітчизняні аналогиКР142EH22А/24А/26А.

Але лінійні стабілізатори струму мають суттєві недоліки:

• низький ККД;
• великі втрати сильне нагріванняпри регулюванні великих струмів.

Тому в Наразівсе частіше застосовуються імпульсні перетворювачі та стабілізатори для живлення світлодіодів та світлодіодних модулів. На рис. 4.27 представлені зовнішній вигляд світлодіодного модуля та вторинної оптики.

Мал. 4.27. Зовнішній виглядсвітлодіодного модуля та вторинної оптики

Слід зазначити, що світлодіоди та перетворювач живлення конструктивно виконані на єдиній платі.

Дивіться інші статтірозділу.