Підключення світлодіода до 12 вольтів

Світлодіод – це надійний елемент, який ефективно працюватиме лише в тому випадку, якщо правильно встановити його. Вмикання світлодіода на 12 вольт має здійснюватися особливо уважно. Так, обов'язково повинен бути струмообмежуючий резистор, не можна забувати про полярність, а також про використання однакових діодів в одному ланцюжку.

Що це таке

Світлодіоди вже давно стали популярними освітлювальними приладами. Це пов'язано з їхньою відмінною енергоефективністю та великим терміном служби (порівняно зі звичайними лампочками). Крім того, ціни продовжують падати зі збільшенням виробництва даних виробів.

• довговічність – до 10 років безперервного світіння;
• міцність – не бояться ударів та вібрацій;
• різноманітність – безліч типорозмірів та кольорів світіння;
• низьке енергоспоживання - економічніше звичайної лампочки приблизно в 10 разів при подібних характеристиках;
• пожежна безпека – через мале енергоспоживання не перегріваються, тому не здатні призвести до пожежі.

LED (light emitting diode) - це абревіатура, що позначає світлодіод. Зі шкільного курсу фізики відомо, що він полярний. Тому світлодіод не буде працювати, якщо не дотримується полярності, а також є ймовірність його згоряння (трапиться пробою). Зворотне напруження пробою напівпровідникової структури становить 4-5 вольт. При цьому він все одно може заробити при правильному підключенні, однак у ньому розпочнуться деструктивні процеси, що значно зменшить термін служби.

LED елемент крупним планом

Простіше кажучи, світлодіод (LED) є напівпровідниковим пристроєм, який світиться при проходженні через нього електричного струму.Оскільки світло генерується у твердому напівпровідниковому матеріалі, світлодіоди описуються як твердотільні пристрої. Термін «твердотільне освітлення» відрізняє цю технологію від інших джерел, які використовують нитки, що підігріваються (лампи розжарювання і вольфрам-галогенові), а також газорозрядні (флуоресцентні лампи).

Як вибрати світлодіод для підключення до 12 вольтів

Необхідний вид діодів підбирають з конкретних завдань. На ринку існує безліч варіантів, від індикаторних до надпотужних. Для підсвічування кнопок та індикаторів на панелі приладів в авто можна використовувати малопотужні діоди. Для підсвічування інтер'єру квартири або машини застосовують прості надяскраві. Для встановлення в головну оптику, денні головні вогні автомобілів або ліхтарики встановлюють потужні світлодіоди.

З технічної точки зору немає жодних обмежень за потужністю та споживаним струмом. Головне, щоб напруга діода не перевищувала напруги джерела живлення.

Важливим фактором є розмір та форма корпусу. Залежно від призначення можуть використовуватись діоди в круглому корпусі або деталі поверхневого монтажу (SMD). Все залежить від потреби та завдань.

Які діоди можна підключити до 12 вольтів

Для світлодіодів практично немає обмеження напруги. Тому до 12 вольт можна підключити майже будь-який з них. Головне — дотримуватись правил. LED лампочкам зазвичай необхідно від 1,5 до 3,5 вольт залежно від кольору та яскравості. Якщо на прилавку магазину ви зустрінете світлодіод на 12 вольт, то насправді вам пропонують складання з декількох кристалів, включених послідовно.

Варіанти підключення

Саме час ознайомитись з основними варіантами підключення.

До одного резистори

Як ми з'ясували вище, світлодіод має полярність. Тому він підключається до джерела живлення постійної напруги. Найпоширеніші види споживають близько 10-20 мА. По суті, це головна характеристика деталі. Другим параметром вказують падіння напруги. Для звичайних світлодіодів воно знаходиться в межах 2-4 ст.

Єдина правильна схема підключення здійснюється з струмообмежуючим резистором. Він підбирається згідно із законом Ома. Опір розраховується як різниця напруги джерела та падіння напруги, поділена на добуток максимального струму діода та коефіцієнта надійності (зазвичай дорівнює 0,75).

Закон Ома: «величина струму ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі, прикладеному до цієї ділянці, і навпаки пропорційна його опору».

Також необхідно визначити потужність резистора. Вона розраховується за простою формулою: різниця напруги джерела і падіння напруги в квадраті, поділена на опір в омах.

Послідовне підключення кількох LED

Послідовне підключення – це встановлення двох та більше світлодіодів в один ряд. У цій схемі також використовується один струмообмежуючий резистор. Формула розрахунку аналогічна для одиничного діода, але падіння напруги підсумовується.

Для прикладу візьмемо наш теоретичний світлодіод білого кольору на 3 вольти та 20 mA. Ми послідовно підключаємо три одиниці. Таким чином, сума нашого падіння напруги становитиме 9 вольт. Залишок у три вольти ділимо на силу струму 0.02 ампера з коефіцієнтом надійності 0,75. В результаті ми дізнаємося, що нам знадобиться один резистор на 200 Ом.

Кожен діод до окремого резистори

У цій схемі кожен світлодіод підключається до плюсу та мінусу джерела живлення.Незважаючи на те, що в Мережі можна знайти схеми з одним загальним резистором, на практиці таке рішення є недоцільним. Навіть в одній партії діоди розрізняються за параметрами споживаного струму та падіння напруги. У результаті отримаємо різну інтенсивність світіння діодів. Опір розраховується для кожного діода окремо.

Як дізнатися полярність світлодіоду

Розглядаючи звичайний круглий світловипромінюючий діод, можна побачити, що його висновки мають різну довжину. Таким чином позначається катод та анод. Анод довший і підключається до позитивного виходу батареї або блока живлення, а катод до негативного.

Також катод деяких типах корпусів може бути позначений невеликим спилом. Бувають і винятки, тому варто вивчати інструкцію до конкретного діода.

Як підключити до 12 вольтів

Схема підключення світлодіода до джерела живлення 12 не відрізняється від стандартної, але необхідно розрахувати опір і потужність резистора. Для перевірки або попереднього тестування складання достатньо одного резисторану 1 кОм.

Для прикладу візьмемо найпоширеніший тип світлодіода – білий із максимальною силою струму 20 мА. По суті, вольтаж не має особливої ​​ролі. Головне, щоб струм не перевищував максимально дозволених параметрів. Падіння напруги в залежності від моделі становить від 1,8 до 3,6 В. Для зручності розрахунків візьмемо 3 вольти.

Опір для світлодіодів

• Різниця напруги джерела живлення та падіння напруги – 12-3=9.
• Добуток максимальної сили струму (ампер) та коефіцієнта надійності – 0.02*0,75=0,015.
• Розраховуємо опір (кОм) - 9/0.015 = 600 (кОм).

Розрахунок потужності резистора:

• Різниця напруги джерела живлення та падіння напруги – 12-3=9.
• Відповідно до формули, зводимо у квадрат – 9*9=81.
• Ділимо на опір резисторів омах - 81/600 = 0,135 Вт.

Таким чином, ідеально підійде резистор MRS25 (0,6 Вт, 600 Ом, ± 1%). На середину 2020 року його ціна складає близько 8 рублів. Зазвичай не потрібно вираховувати потужність резистора. Тим не менш, це важливо робити для перевірки майбутнього збирання.

Підключення потужних LED діодів до 12В

При підключенні сучасних потужних кристалів або їх складання принцип не змінюється. У ланцюзі також повинен бути присутнім резистор, що гасить. Наприклад можна взяти популярний на китайських торгових майданчиках світлодіод. Це складання з кількох кристалів, з'єднаних паралельно. Споживаний струм становить 350 mA, а напруга, як і раніше, 3,4 вольта.

Підставляючи параметри в нашу формулу, ми легко дізнаємося, що нам потрібно встановити резистор із опором 32 Ома та потужністю 2,2 Вт.

Ефективне підключення до одного ІП

Вище ми вже з'ясували, що до одного джерела живлення можна запитати необмежену кількість світлодіодів. Головне, щоб вистачило потужності. Проте просте паралельне включення лампочок з резистором для кожної з них є неефективним. З попереднього пункту ми побачили, що понад 2/3 потужності розсіюється на струмообмежувальному резисторі. Тому часто виникає питання, скільки всього світлодіодів можна підключити до 12 ст.

Найбільш ефективним підключенням до 12 вольт вважається ланцюжка з трьох послідовних світлодіодів з одним резистором. За такою ж схемою випускаються всі світлодіодні стрічки, що працюють від блоку живлення на 12 ст.

Проблеми при підключенні

Принципова схема підключення світлодіодів:

1. Не використовувати струмообмежуючий резистор. Оскільки через світлодіод проходитиме занадто великий струм, він незабаром вийде з ладу.
2. Послідовне увімкнення без резистора. Навіть якщо вам здається, що запитати чотири 3-вольтові резистори до 12-вольтової мережі - це хороша ідея, ви помиляєтеся. Через слабкий контроль сили струму елементи швидко руйнуються.
3. Використання одного резистора при паралельному підключенні діодів. Через відмінності в характеристиках діоди світитимуть із різною інтенсивністю. Збільшується швидкість руйнування.

Рекомендуємо подивитися відео на тему: Правильне підключення світлодіодів.

Висновок

Надійність світлодіодів набагато вища за лампи розжарювання і газорозрядні моделі, але лише при правильному підключенні. Тому не можна забувати про необхідність струмообмежувального резистора, який підбирається за простою формою. Також обов'язково дотримується полярність, особливо при монтажі діода до 12-вольтової мережі.

Як розрахувати резистор для світлодіодів?

Будь-який світлодіод має невеликий опір. Якщо його підключити прямо до блока живлення, він негайно перегорить, оскільки сила струму буде занадто високою. Провіди, якими він підключається до зовнішніх висновків, зроблені з міді або золота і не можуть витримати стрибка струму. Саме тому важливо правильно здійснити розрахунок резистора для світлодіода.

Від правильності зробленого розрахунку залежить скільки довго буде працювати цей світлодіод. Якщо резистор має недостатній опір, світлодіод може перегоріти, якщо ж навпаки, сила струму буде меншою за номінальну, лампочка матиме тьмяне світло. Для того, щоб провести розрахунки, існують спеціальні формули і зробити це не складно. Крім того, існують спеціальні програми, які автоматично здійснять всі необхідні розрахунки на підставі введених даних.

У цій статті будуть розглянуті всі аспекти та тонкощі твору подібних розрахунків.Також як бонус у статті присутній відеоролик на цю тему та наукова стаття, якою можна скачати.

Розрахунок опору світлодіода.

Результат розрахунку

Як правило, виявиться, що резистори з таким номіналом не випускаються, і вам буде показано найближчий стандартний номінал. Якщо не вдається зробити точний підбір опору, використовуйте більший номінал. Відповідний номінал можна зробити, включаючи опір паралельно або послідовно. Розрахунок опору для світлодіода можна не робити, якщо використовувати потужний змінний або підстроювальний резистор. Найбільш поширені типи 3296 на 0,5W. При використанні живлення на 12В послідовно можна підключити до 3 LED.

Резистори бувають різного класу точності, 10%, 5%, 1%. Тобто їх опір може бути похибкою в цих межах у позитивний або негативний бік. Не забуваємо враховувати і потужність струмообмежувального резистора, це його здатність розсіювати певну кількість тепла. Якщо вона буде мала, то він перегріється і вийде з ладу, тим самим розірвавши електричний ланцюг. Щоб визначити полярність, можна подати невелику напругу або використовувати функцію перевірки діодів на мультиметрі. Відрізняється від режиму вимірювання опору, що зазвичай подається від 2В до 3В.

Таблиця залежності робочої напруги світлодіода від кольору.

Так само при розрахунках світлодіодів слід враховувати розкид параметрів, для дешевих вони будуть максимальні, для дорогих вони будуть більш однаковими. Щоб перевірити цей параметр, необхідно увімкнути їх у рівних умовах, тобто послідовно.

Зменшення струму або напруга знизити яскравість до крапок, що злегка світяться. Візуально ви зможете оцінити, деякі світяться яскравіше, інші тьмяно. Чим рівномірніше вони горять, тим менший розкид.Калькулятор розрахунку резистора для світлодіода передбачає, що характеристики світлодіодних чіпів ідеальні, тобто відмінність дорівнює нулю.

Напруга падіння для поширених моделей малопотужних до 10W може бути від 2В до 12В. Зі зростанням потужності збільшується кількість кристалів у COB діоді, на кожному є падіння. Кристали включаються ланцюжками послідовно, потім вони поєднуються в паралельні ланцюги. На потужностях від 10W до 100W зниження зростає з 12В до 36В. Цей параметр повинен бути вказаний у технічних характеристиках LED чіпа та залежить від призначення кольору:

• синій;
• червоний;
• зелений;
• жовтий;
• триколірний RGB;
• чотириколірний RGBW;
• двокольоровий;
• теплий та холодний білий.

Перш ніж підібрати резистор для світлодіода на онлайн калькуляторі, слід переконатись у параметрах діодів. Китайці на Aliexpress продають безліч led, видаючи їх за фірмові. Найбільш популярні моделі SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Наприклад, найчастіше китайці обманюють на SMD5630 та SMD5730. Цифри в маркуванні позначають лише розмір корпусу 5,6 мм на 3,0 мм.

[Stextbox фірмових такий великий корпус використовується для встановлення потужних кристалів на 0,5W, тому у покупців діодів СМД5630 безпосередньо асоціюється з потужністю 0,5W. Хитрий китаєць цим користується, і в корпус 5630 встановлює дешевий і слабкий кристал у середньому на 0,1W, при цьому вказуючи споживання енергії 0,5W.

Наочним прикладом будуть автомобільні лампи та світлодіодні кукурудзи, в яких поставлено велику кількість слабеньких та неякісних ЛІД чіпів. Звичайний покупець вважає, чим більше світлодіодів, чим краще світить і вища потужність.Автомобільні лампи на найслабших лід 0,1W Щоб заощадити гріш, мої світлодіодні колеги шукають пристойні ЛІД на Aliexpress. Шукають хорошого продавця, який обіцяє певні параметри, замовляють, чекають на доставку місяць. Після тестів виявляється, що китайський продавець обдурив, продав барахло. Пощастить, якщо на сьоме прийдуть пристойні діоди, а не барахло. Зазвичай зроблять 5 замовлень, і не досягнувши результату та йдуть робити замовлення у вітчизняний магазин, який може зробити обмін.

Обчислення світлодіодного резистора з використанням Закону Ома

Закон Ома свідчить, що опір резистора R = V / I, де V = напруга через резистор (V = S - V L в даному випадку), I = струм через резистор. Отже, R = (V S – V L) / I. Якщо ви хочете підключити кілька світлодіодів відразу – це можна зробити послідовно. Це скорочує споживання енергії і дозволяє підключати велику кількість діодів одночасно, наприклад як якусь гірлянду. Всі світлодіоди, які з'єднані послідовно, повинні бути одного типу. Блок живлення повинен мати достатню потужність та забезпечити відповідну напругу.

Приклад розрахунку: Червоний, жовтий та зелений діоди – при послідовному з'єднанні потрібна напруга живлення – не менше 8V, так 9-вольтова батарея буде практично ідеальним джерелом. V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три діоди, їх напруга підсумовуються). Якщо напруга живлення V S 9 і струм діода = 0.015A, Резистором R = (V S - V L) / I = (9 - 6) / 0,015 = 200 Ом. Беремо резистор 220 Ом (найближчого стандартного значення, яке більше).

[stextbox підключення світлодіодів у паралелі![/stextbox]

Світлодіод як нелінійний елемент

Розглянемо сімейство вольт-амперних характеристик (ВАХ) для світлодіодів різних кольорів.Ця характеристика показує залежність струму, що проходить через світловипромінюючий діод, від напруги, що додається до нього. Як видно на малюнку, характеристики мають нелінійний характер.

Це означає, що навіть при невеликій зміні напруги на кілька десятих вольтів струм може змінитися в кілька разів. Однак при роботі зі світлодіодами зазвичай використовують найбільш лінійну ділянку (т.зв. робочу область) ВАХ, де струм змінюється не так різко. Найчастіше виробники вказують на характеристики світлодіода положення робочої точки, тобто значення напруги і струму, при яких досягається заявлена ​​яскравість свічення.

Представлені вище характеристики були отримані для світлодіодів, що включені в прямому напрямку. Тобто негативний полюс живлення підключений до катода, а позитивний – до анода

Розрахунок резистора для світлодіода

Розрахунок резистора для світлодіода – дуже важливий момент перед підключенням світлодіода до джерела живлення. Адже від цього залежить те, як працюватиме світлодіод. Якщо резистор матиме занадто маленький опір, то світлодіод може вийти з ладу (перегоріти), а якщо опір буде занадто велике, то світлодіод випромінюватиме світло слабко. Розрахунок резистора для світлодіода проводиться за такою формулою:

• R = (V_S – V_L) / I
• V_S - Напруга джерела живлення (В).
• V_L – напруга живлення світлодіода (зазвичай 2 вольти та 4 вольти для блакитних та білих світлодіодів).
• I - Струм світлодіода (наприклад 10 мА = 0.01 А або 20 мА = 0.02 А)

[stextbox що вибраний вами електричний струм менший за максимальний, на який розрахований світлодіод. Переведіть цю величину з міліампер в ампери. Таким чином, результатом обчислення буде величина опору резистора в омах (Ом).Якщо розрахована величина опору резистора не співпадає зі стандартним номіналом резисторів, необхідно вибрати найближчий більший номінал. [/stextbox]

Втім, Ви можете спочатку захотіти вибрати дещо більший опір, для економії електрики, наприклад. Але треба пам'ятати, що випромінювання світлодіода у цьому випадку буде менш яскравим. Якщо напруга джерела живлення = 9 Вольт і у Вас червоний світлодіод (VL = 2V), то струм I = 20 мА = 0.02A, R = (9V – 2V) / 0.02A = 350 Ом. Необхідно вибрати резистор опором 390 Ом (найближче значення).

Розрахунок резистора для світлодіода.

Миготливі світлодіоди

Миготливі світлодіоди виглядають як звичайні світлодіоди, вони можуть блимати самостійно тому, що містять інтегральну вбудовану схему. Світлодіод блимає на низьких частотах, як правило, 2-3 спалахи в секунду. Такі дрібнички роблять для автомобільних сигналізацій, різноманітних індикаторів чи дитячих іграшок. Світлодіодні цифробуквенні індикатори зараз застосовуються дуже рідко, вони складніші і дорожчі за рідкокристалічні. Раніше, це було практично єдиним і найпросунутішим засобом індикації, їх ставили навіть на мобільні телефони.

При послідовному з'єднанні треба враховувати падіння напруги на кожному діоді, цю суму скласти і з напруги живлення відняти вищезазначену суму і вже для неї порахувати струм, який розрахований один світлодіод. При паралельному дещо складніше, коли ставиш у паралель другий діод, резистор, необхідний одного, ділиш навпіл, а коли три – тоді номінал резистора для двох діодів треба помножити на 0.7, коли чотири діода – номінал для трьох множиш на 0.69, для п'яти – номінал для чотирьох множиш на 0.68 і т.д.

При послідовному з'єднанні потужність резистора для одного діода, незалежно від кількості, а при паралельному, при кожному додаванні діода, потужність треба пропорційно збільшувати. Тільки в паралельному та послідовному з'єднанні мають бути діоди одного типу. Але я завжди ставлю на кожен діод свій резистор, тому що діоди мають досить великий розкид параметрів. І, як показує практика, обов'язково є слабка ланка.

Розрахунок резистора, що гасить, для світлодіода.

Насамперед розберемося як виконати розрахунок опору резистора, що гасить, від чого воно залежить і якої потужності повинен бути резистор для живлення світлодіода від джерела живлення. Струм (I) через резистор і світлодіод протікає один і від того ж. Напруга на резистори дорівнює різниці напруг живлення і напруги на світлодіоді (VS-VL). Тут нам потрібно розрахувати опір резистора (R), при якому через ланцюг протікатиме напруга I, а на світлодіоді буде напруга VL.

Припустимо, що ми будемо живити світлодіод від батареї напругою 5В, як правило така напруга живлення використовується при живленні мікроконтролерних схем та іншої цифрової техніки. Обчислимо значення напруги на резисторі, що гасить, для цього нам потрібно знати падіння напруги на світлодіоді, це можна з'ясувати за довідником для конкретного світлодіода.

Зразкові значення падіння напруги для світлодіодів (АЛ307 та інші малопотужні у подібному корпусі):

• червоний - 1,8 ... 2В;
• зелений та жовтий – 2…2,4В;
• білі та сині – 3…3,5В.

Припустимо, що ми будемо використовувати синій світлодіод, падіння напруги на ньому – 3В. Проводимо розрахунок напруги на резисторі, що гасить - Uгрез = Uпіт - Uсвітло = 5В - 3В = 2В. Для розрахунку опору резистора, що гасить, нам потрібно знати струм через світлодіод.Номінальний струм конкретного типу світлодіода можна дізнатися за довідником. У більшості малопотужних світлодіодів (подібно до АЛ307) номінальний струм знаходиться в межах 10-25мА.

Припустимо, що для нашого світлодіода номінальний струм для його досить яскравого світіння становить 20мА (0,02А). Виходить, що на резисторі буде гаситися напруга 2В і проходити струм 20мА. Виконаємо розрахунок за формулою закону Ома:

R=U/I=2В/0,02А=100 Ом.

Найчастіше підійде малопотужний резистор з потужністю 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 і МЛТ-0,25). Якщо струм і напруга падіння на резисторі буде дуже відрізнятися то не завадить зробити розрахунок потужності резистора:

P = U * I = 2В * 0,02 А = 0,04 Вт.

Таким чином, 0,04 Вт явно менше номінальної потужності навіть для малопотужного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт). Зробимо розрахунок для червоного світлодіода (напруга 2В, струм 15мА).

• Uгрез = Uпіт - Uсвітло = 5В - 2В = 3В.
• R=U/I=3В/0,015А=200 Ом.
• P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

При підключенні світлодіодів не слід забувати, що вони мають полярність. Для визначення полярності світлодіода можна використовувати мультиметр у режимі продзвінка або омметр. Використання резисторів, що гасять, виправдано для живлення малопотужних світлодіодів, при живленні потужних світлодіодів потрібно використовувати спеціальні LED-драйвери і стабілізатори.

Розрахунок резистора, що гасить, для світлодіода.

Програми для розрахунку опору

При великій кількості led, що підключаються, особливо якщо вони включені і послідовно, і паралельно, розраховувати опір кожного резистора вручну може бути проблематичним. Найпростіше у разі скористатися однією з численних програм розрахунку опору.

Він включає невелику базу даних найпоширеніших світлодіодів, тому необов'язково вручну набирати значення падіння напруги і струму, достатньо вказати напругу живлення і вибрати зі списку потрібний діод. Програма розрахує опір та потужність резисторів, а також намалює схему підключення або принципову схему.

У цій статті розглянуто основні питання розрахунку підключення світлодіодів за допомогою резистора. За посиланням можна завантажити статтю "Як розрахувати резистор для підключення світлодіодів".