alexxlab Напряжение питания светодиодов
Светоизлучающему диоду, как и человеку, необходимо питаться правильно. Только в этом случае он гарантирует многолетнюю и безотказную работу. Светодиоды имеют нелинейную вольтамперную характеристику, схожую с обычным диодом. Поэтому их питание должно осуществляться стабильным током – это один из ключевых принципов. Если его не соблюдать, последствия для светодиодов могут быть самые плачевные.
Чтобы определить, какая схема питания будет оптимальной в том или ином случае, необходимо для начала узнать исходные данные:
- параметры светодиода, нормируемые производителем;
- параметры питающей сети (сеть 220 В, аккумулятор, батарейки или что-то другое).
Содержание статьи
- 1 Параметры светодиода
- 2 Параметры питающей сети
- 3 Простейшая схема
- 4 Развиваем тему
Параметры светодиода
Самые важные параметры – это номинальный и максимальный ток. При номинальном обычно нормируются световые характеристики – сила света в канделах или световой поток в люменах.
Максимальный ток – это предельное значение, при котором можно эксплуатировать данный прибор. Значения этих параметров в современных однокристальных приборах варьируются от нескольких мА до 3 А.
Прямое падение напряжения – напряжение питания светодиодов, которое падает на p-n-переходе при номинальном токе. Его значение пригодиться при расчете выходных параметров источника питания.
Максимальная температура корпуса и p-n-перехода, максимальное обратное напряжение — параметры тоже важные, но в случаях, когда соблюдаются токовые режимы и схема не предусматривает обратного включения, на них можно не обращать внимания.
Параметры питающей сети
При изготовлении любого устройства своими руками, необходимо определить параметры источника, который будет осуществлять питание светодиодов. Сеть 220 В, автомобильный аккумулятор на напряжение 12 В или простые батарейки – в любом случае необходимо определить диапазон питающего напряжения, то есть минимальное и максимальное его значение.
На сеть 220 В дается (но не всегда соблюдается) допуск ±10%. Для аккумулятора берется в расчет напряжение при полной зарядке и в разряженном состоянии. С батарейками и так всё понятно.
В случае с автономными источниками питания важно также узнать их емкость и максимальный выходной ток.
Простейшая схема
Пусть стоит задача сделать своими руками примитивный светодиодный фонарик, питающийся от одной батарейки. Возьмем, к примеру, светодиод C503C (CREE) с номинальным током ILED=20 мА и падением напряжения ULED =3,2 В.
В качестве источника питания используем литиевую батарейку на 3,7В (если использовать пальчиковые батарейки, то одной не обойдешься).
Если включать светодиод напрямую, то сила тока через светодиод будет ограничиваться только внутренним сопротивлением батарейки, что в лучшем случае будет приводить к очень быстрому ее разряду, а в худшем к выходу из строя светодиода. Простейшая схема включения показана на рисунке ниже.
Для ограничения тока используется резистор, сопротивление которого определяется по формуле R=(UБ-ULED)/ ILED. В нашем случае сопротивление составит 25 Ом.
При увеличении мощности диода, схема будет усложняться, т.к. при больших токах применять резистор нецелесообразно – слишком большие потери мощности. Если напряжение питания имеет большой диапазон, эта схема тоже не годится, потому что не обеспечивает стабилизацию тока.
Развиваем тему
Питание мощных светодиодов осуществляется с применением стабилизаторов тока – драйверов. Они могут быть выполнены как на основе дискретных компонентов, так и с применением специализированных микросхем. Драйвер можно приобрести в готовом виде, а можно изготовить своими руками – это не сложно, учитывая, что схем и рекомендаций в интернете с избытком.
Еще один важный момент организации питания полупроводниковых источников света: при объединении светодиодов в группы, рекомендуется их последовательное соединение.
Это обусловлено тем, что падение напряжения на p-n-переходе имеет определенный разброс от прибора к прибору, и при параллельном включении токи через них будут отличаться.
Питание светодиодов от 220 В сети , организуется с помощью так называемых сетевых драйверов. По сути, это импульсные источники питания для светодиодов, они преобразуют сетевое напряжение в стабильный постоянный ток. Изготавливать такой источник своими руками – довольно сложно, если вы не специалист в этой области, а учитывая широкую номенклатуру, представленную на современном рынке еще и нецелесообразно.
Светодиод | Электронные печеньки
Светодиод 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.
- 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.
Внутри колбы светодиода выводы можно тоже отличить по размеру. Катод более массивен и по форме напоминает чашу.Изображение светодиода на схеме
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. 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.
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
Тогда:
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.
Подключение одиночного 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 
Достоинства: простая и дешёвая схема, низкое потребление тока.
Недостатки: необходимость в источнике питания с большим вольтажом, крайне низкая надёжность схемы.
Последовательное подключение трёх светодиодов
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 ~ 35 Ом. Подключим его между источником питания и анодами светодиодов:
Неправильное параллельное подключение трёх 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.
Правильное параллельное подключение трёх светодиодов
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 (стабилизаторы тока), 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.
Прямое напряжение различных светодиодов
Опубликовано
Светодиоды (светоизлучающие диоды) имеют много преимуществ перед другими типами освещения. Они ударопрочные и довольно жесткие. Они очень эффективны по сравнению с другими технологиями освещения.
Прямое напряжение
Одной из характеристик, на которую следует обратить внимание при планировании использования светодиода, является прямое напряжение (V F ). V F — это напряжение, потребляемое светодиодом или падающее при протекании тока в соответствующем направлении вперед. Номинальное прямое напряжение должно быть соблюдено, чтобы зажечь светодиод, и это номинальное значение зависит от цвета светодиода. Причина этого в том, что для получения разных цветов в полупроводниковой части светодиода используются разные материалы.
Сверхяркий красный светодиод Kingbright (APT2012SRCPRV)Цвета и материалы светодиодов
Способность генерировать разные цвета — это характеристика, которую мы учитываем при использовании светодиода, поскольку ее можно использовать для индикации состояния цепи.
Иногда мы используем зеленые светодиоды, чтобы указать, что цепь находится в хорошем состоянии, или красные светодиоды, чтобы указать на наличие проблемы. Светодиоды могут быть красными, оранжевыми, желтыми, зелеными, синими, белыми или фиолетовыми, и этот цвет определяется используемыми в них полупроводниковыми материалами. Если у вас есть светодиод RGB, в котором красный, зеленый и синий светодиоды расположены очень близко друг к другу, вы даже можете получить практически любой цвет в спектре.
Способ определения цвета отдельных светодиодов определяется энергией, которую электрон теряет, когда электрон перемещается с одной стороны светодиода на другую. Количество энергии, которую электрон излучает в виде света, определяется материалами светодиода. Генерируемый фотон будет иметь характеристическую длину волны, и производители выбирают материалы для получения желаемых цветов. Ознакомьтесь с этой таблицей с диапазоном цветов и их длин волн, материалов и светодиода V 9.
0013 F , это также находится в разделе ссылок здесь, на CircuitBread.com. Цвет светодиода
Быстрый способ проверить светодиоды, чтобы узнать V F и цвет (если это еще не очевидно), — это использовать цифровой мультиметр (DMM), который всегда должен быть под рукой. Большинство цифровых мультиметров могут управлять большинством светодиодов, однако есть некоторые цифровые мультиметры, которые не обеспечивают напряжение или ток, необходимые для освещения светодиода. Еще одна причина, по которой тест может не сработать, заключается в том, что для вашего светодиода требуется большой ток (по сравнению со стандартными светодиодами) или падение напряжения больше, чем может обеспечить цифровой мультиметр. Вы должны обнаружить, что красные, зеленые или желтые светодиоды имеют относительно низкое прямое напряжение в диапазоне 1,6–2,2 В. Однако синие и белые светодиоды могут начать проводить от 2,5 до 4 В.
Во многих проектах и продуктах используются светодиоды, и при их использовании важно знать напряжение и силу тока, необходимые для их использования.
Ознакомьтесь с потребностями V F в техническом описании ваших светодиодов, пока вы планируете их питание, и вы будете рады видеть, как светодиоды разных цветов могут улучшить ваш проект.
Источник изображений:
- http://www.kingbrightusa.com/images/catalog/SPEC/APT2012SRCPRV.pdf
- https://commons.wikimedia.org/wiki/File:RBG-LED.jpg , СС BY-SA 3.0
Какое напряжение используется для питания светодиодов внутри светодиодной лампочки?
спросил
Изменено 1 год, 11 месяцев назад
Просмотрено 817 раз
Сегодня вскрыл светодиодную лампочку, а там из центра торчат два толстых провода для питания светодиодов.
Я знаю, что он будет отличаться по конструкции, но я не могу найти даже диапазон напряжений, поэтому и спрашиваю. Какое типичное напряжение используется для питания светодиодов в такой светодиодной лампочке?
\$\конечная группа\$
8
\$\начало группы\$
Белые светодиоды запускаются при напряжении 2,85 В и работают при напряжении около 3 В. Разработчик выбирает серии и, возможно, шунтирующие массивы для резервирования, чтобы они соответствовали генерируемому напряжению. Итак, если бы было 80 светодиодов, это почти цепочка на 240 В или две цепочки на 120 В.
Большие контакты в центре предназначены для механической жесткости, а не для тока.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Подсчитайте светодиоды (последовательно) и умножьте на ~2,8 В
Я сделал это на днях, получил переменный источник питания, который может достигать 50 В и имеет ограничение по току.
Подключите светодиоды к источнику питания, соблюдая правильную полярность (и убедитесь, что электроника удалена).
Затем установите ограничение тока, скажем, 50 мА и установите высокое напряжение, например, 40 или 50 В. Затем продолжайте увеличивать ограничение тока и наблюдайте, как растет напряжение. Когда светодиоды станут такими же яркими, как в лампе, запишите напряжение, и это то, сколько они будут потреблять.
Убедитесь, что вы не подаете слишком большое напряжение, потому что это может сжечь их.
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Вопрос
Какое типичное напряжение используется для питания светодиодов в такой светодиодной лампочке, как показано ниже?
Ответ
Краткий ответ
Учебное пособие по работе со светодиодами мощностью 1 Вт.
Компоненты 101
Напряжение между анодом и катодом) Рабочее напряжение: от 3,0 до 3,5 В (T)
Ток через светодиод (светоизлучающий диод): от 300 мА до 350 мА (350 мА — абсолютный максимальный прямой ток, допустимый через светодиод)
Срок службы: 100000 часов
Длинный ответ (TL;DR)
Ссылки
(1) 6W Светодиодная лампа схема — Big Clive, 2017Jul04
(2) Светодиодный учебник (в том числе светодиод Power) — Ник Пул, Bboyho, Sparkfun
(3 (3 30009 (3 30002 (3 3000 2 (3 3000 2 (3
(3 3000 2 (3
(3 3000 2 (3
(3
(3 ) Светодиодная лампа 1 Вт (3 В ~ 3,5 В, 300 мА ~ 350 мА) Учебное пособие — Компоненты 101
(4) Что это за емкостные блоки питания для светодиодов? — Lee Teschler 2017jun14
(5) Зачем вообще нужны все эти драйверы для светодиодов? — Ли Тешлер, 2017jun14
(6) WS3441 Неизолированный понижающий автономный светодиодный драйвер, техническое описание — WinSemi
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Обычно светодиоды POWER питаются постоянным током от светодиодного драйвера.