Підключення світлодіодів паралельно чи послідовно

Найправильніше підключення кількох світлодіодів – послідовне. Зараз поясню чому.

Справа в тому, що визначальним параметром будь-якого світлодіода є його робочий струм. Саме від струму через світлодіод залежить те, якою буде потужність (а значить і яскравість) світлодіода. Саме перевищення максимального струму призводить до надмірного підвищення температури кристала і виходу світлодіода з ладу - швидкого перегорання або поступового незворотного руйнування (деградації).

Струм - це головне. Він зазначений у технічних характеристиках світлодіода (datasheet). А вже залежно від струму, на світлодіоді буде та чи інша напруга. Напругу теж можна знайти в довідкових даних, але його, як правило, вказують у вигляді деякого діапазону, тому що воно вторинне.

Наприклад, заглянемо в даташит світлодіода 2835:

Як бачите, прямий струм вказаний чітко і безперечно - 180 мА. А ось напруга живлення світлодіодів за такого струму має певний розкид - від 2.9 до 3.3 Вольта.

Виходить, що для того, щоб задати необхідний режим роботи світлодіода, потрібно забезпечити протікання струму через нього певної величини. Отже, для живлення світлодіодів слід використовувати джерело струму, а не напруги.

Джерело струму (або генератор струму) - джерело електричної енергії, яке підтримує постійне значення сили струму через навантаження за допомогою зміни напруги на своєму виході. Якщо опір навантаження, наприклад, зростає, джерело струму автоматично підвищує напругу таким чином, щоб струм через навантаження залишився незмінним і навпаки.Джерела струму, якими запитують світлодіоди ще називають драйверами.

Звичайно, до світлодіода можна підключити джерело стабілізованої напруги (наприклад, вихід лабораторного блоку живлення), але тоді потрібно точно знати, якої величини має бути напруга для отримання заданого струму через світлодіод.

Наприклад, у нашому прикладі зі світлодіодом 2835 можна було б подати на нього десь 2.5 В і поступово підвищувати напругу до тих пір, поки струм не стане оптимальним (150-180 мА).

Так робити можна, але в цьому випадку доведеться налаштовувати вихідну напругу блоку живлення під кожний конкретний світлодіод, т.к. всі вони мають технологічний розкид параметрів. Якщо, підключивши до одного світлодіоду 3.1В, ви отримали максимальний струм в 180 мА, то це не означає, що змінивши світлодіод на такий самий з тієї ж партії, ви не спалите його (т.к. струм через нього при напрузі 3.1В запросто може перевищити максимально допустиме значення).

До того ж, необхідно дуже точно підтримувати напругу на виході блоку живлення, що накладає певні вимоги до його схемотехніки. Перевищення заданої напруги всього на 10% майже гарантовано призведе до перегріву та виходу світлодіода з ладу, оскільки струм при цьому перевищить усі мислимі значення.

Ось чудова ілюстрація до вищесказаного:

Тому найправильнішим і найпростішим рішенням буде використовувати для підключення світлодіодів драйвера струму (він же джерело струму). І тоді буде зовсім неважливо, який ви візьмете світлодіод і якою буде пряма напруга на ньому. Потрібно просто знайти драйвер на потрібний струм і справа в капелюсі.

Тепер повертаємося до головного питання статті — чому все ж таки послідовне підключення, а не паралельне? Давайте подивимося, у чому різниця.

Паралельне підключення

При паралельному підключенні світлодіодів напруга на них буде однаковою. А оскільки не існує двох діодів з абсолютно однаковими характеристиками, то спостерігатиметься наступна картина: через якийсь світлодіод йтиме струм нижче номінального (і світитиме він так собі), зате через сусідній світлодіод херятиме струм вдвічі перевищує максимальний і через півгодини він згорить (а може й швидше, якщо пощастить).

Очевидно, що такого нерівномірного розподілу потужностей слід уникати.

Щоб істотно згладити розкид в ТТХ світлодіодів, краще підключати їх через обмежувальні резистори. Напруга блоку живлення при цьому може бути істотно вищою за пряму напругу на світлодіодах. Як підключати світлодіоди до джерела живлення показано на схемі:

Проблема такої схеми підключення світлодіода в тому, що чим більша різниця між напругою блоку живлення і напругою на діодах, тим більше марної потужності розсіюється на обмежувальних резисторах і тим нижче ККД всієї схеми.

Обмеження струму відбувається за простою схемою: підвищення струму через світлодіод призводить до підвищення струму і через резистор теж (оскільки вони включені послідовно). На резистори збільшується падіння напруги, а на світлодіоді, відповідно, зменшується (т.к. загальна напруга постійно). Зменшення напруги на світлодіоді автоматично призводить до зниження струму. Так усе працює.

Загалом опір резисторів розраховується за законом Ома. Розберемо на конкретному прикладі.Припустимо, у нас є світлодіод з номінальним струмом 70 мА, робоча напруга при такому струмі дорівнює 3.6 В (це все беремо з даташиту до світлодіода). І нам потрібно підключити його до 12 вольтів. Отже, нам потрібно розрахувати опір резистора:

Виходить, що для живлення світлодіода від 12 вольт потрібно підключити через 1-ватний резистор на 120 Ом.

Так само, можна порахувати, яким має бути опір резистора під будь-яку напругу. Наприклад, для підключення світлодіода до 5 вольтів опір резистора треба зменшити до 24 Ом.

Значення резисторів під інші струми можна взяти з таблиці (розрахунок проводився для світлодіодів із прямою напругою 3.3 вольта):

При підключенні світлодіода до змінної напруги (наприклад, до мережі 220 вольт) можна підвищити ККД пристрою, взявши замість баластного резистора (активного опору) неполярний конденсатор (реактивний опір). Детально та з конкретними прикладами ми розбирали цей момент у статті про підключення світлодіода до 220 В.

Послідовне підключення

При послідовному підключенні світлодіодів через них протікає один і той же струм. Кількість світлодіодів не має значення, це може бути лише один світлодіод, а може бути 20 чи навіть 100 штук.

Наприклад, ми можемо взяти один світлодіод 2835 і підключити його до драйвера на 180 мА і світлодіод працюватиме в нормальному режимі, віддаючи свою максимальну потужність.А можемо взяти гірлянду з 10 таких світлодіодів і тоді кожен світлодіод також буде працювати в нормальному паспортному режимі (але загальна потужність світильника, звичайно, буде в 10 разів більша).

Нижче показано дві схеми включення світлодіодів, зверніть увагу на різницю напруги на виході драйвера:

Тож на запитання, яким має бути підключення світлодіодів, послідовним чи паралельним, може бути лише одна правильна відповідь – звісно, ​​послідовною!

Кількість послідовно підключених світлодіодів обмежена лише можливостями драйвера.

Ідеальний драйвер може нескінченно підвищувати напругу своєму виході, щоб забезпечити потрібний струм через навантаження, тому до нього можна підключити нескінченну кількість світлодіодів. Ну а реальні пристрої, на жаль, мають обмеження напруги не тільки зверху, а й знизу.

Ось приклад готового пристрою:

Ми бачимо, що драйвер здатний регулювати вихідну напругу тільки в межах 64 ... 106 вольт. Якщо підтримки заданого струму (350 мА) потрібно буде підняти напруга вище 106 вольт, то облом. Драйвер видасть свій максимум (106В), а який при цьому буде струм — це від нього вже не залежить.

Наявність мінімальної напруги пояснюється (залежно від схемотехнічного рішення) обмеженнями потужності вихідного регулюючого елемента або виходом за граничні режими генерації імпульсного перетворювача.

Зрозуміло, драйвери можуть бути на будь-яку вхідну напругу, не обов'язково на 220 вольт. Ось, наприклад, драйвер, що перетворює будь-яке джерело постійної напруги (блок живлення) від 6 до 20 вольт в джерело струму на 3 А:

Ось і все.Тепер ви знаєте, як увімкнути світлодіод (один або кілька) — або через струмообмежувальний резистор, або через драйвер, що токозадає.

Як вибрати потрібний драйвер?

Тут усе дуже просто. Вибирати потрібно лише за трьома параметрами:

1. вихідний струм;



2. максимальна вихідна напруга;



3. мінімальна вихідна напруга.

Вихідний (робочий) струм драйвера світлодіодів - Це найважливіша характеристика. Струм повинен дорівнювати оптимальному струму для світлодіодів.

Наприклад, у нашому розпорядженні опинилося 10 штук повноспектральних світлодіодів для фітолампи:

Номінальний струм цих діодів – 700 мА (береться з довідника). Отже, нам потрібний драйвер струму на 700 мА. Ну чи трохи менше, щоб продовжити термін життя світлодіодів.

Максимальна вихідна напруга драйвера має бути більше, ніж сумарна пряма напруга всіх світлодіодів. Для наших фітосвітлодіодів пряма напруга лежить у діапазоні 3…4 вольта. Беремо по максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер повинен мати можливість видати не менше 40 вольт.

Мінімальна напругавідповідно розраховується за мінімальним значенням прямої напруги на світлодіодах. Тобто воно має бути не більше ніж 3В х 10 = 30 Вольт. Іншими словами, наш драйвер повинен вміти знижувати вихідну напругу до 30 вольт (або нижче).

Таким чином, нам потрібно підібрати схему драйвера, розрахованого на струм 650 мА (нехай буде трохи менше номінального) і здатного по необхідності видавати напругу в діапазоні від 30 до 40 вольт.

Отже, для наших цілей підійде щось на кшталт цього:

Зрозуміло, при виборі драйвера діапазон напруги завжди можна розширювати в будь-який бік.Наприклад, замість драйвера з виходом на 30-40 В чудово підійде той, що видає від 20 до 70 Вольт.

До речі, для правильного підключення світлодіодів зовсім не обов'язково купувати готовий драйвер, можна просто взяти якийсь відповідний блок живлення (наприклад, зарядник від телефону) і прикрутити до нього найпростіший стабілізатор струму на одному транзисторі або на LM317.

Готові схеми стабілізаторів струму для світлодіодів можна взяти із цієї статті.

У світильниках та ліхтариках застосовується дві схеми – послідовне та паралельне з'єднання світлодіодів. У цих схем є маса варіацій та комбінованих варіантів, кожен з них має свої переваги та недоліки.

Щоб зрозуміти, яка схема з'єднань краще – потрібно дізнатися, що таке вольт-амперна характеристика і яка вона у LED.

На фото LED матриця для підключення до мережі 220В

Основні теоретичні питання

Вольт-амперна характеристика (скор. ВАХ) – це графік, що відображає залежність величини струму, що протікає через будь-який прилад від напруги, прикладеного до нього. Проста та дуже ємна характеристика для аналізу нелінійних компонентів. З її допомогою можна вибрати режими роботи та визначити характеристики джерела живлення для приладу.

Погляньте на приклад лінійної та нелінійної ВАХ.

Графік під номером 1 малюнку відображає лінійну залежність струму від напруги, таку мають всі прилади резистивного характеру, наприклад:

Графік номер 2 – це ВАХ характерна для p-n переходів діодів, транзисторів та діодів.

Докладніше про роботу діодів

Яке вибрати підключення світлодіодів: послідовно чи паралельно? Це дуже залежить від умов роботи та джерела живлення, а також системи стабілізації напруги та струму.Для правильного вибору потрібно розглянути обидва варіанти.

Спочатку йшлося про вольт-амперну характеристику не просто так, докладно розглянемо її форму для Led приладів.

Зверніть увагу, що в області напруг нижче ніж 2,5В струм через світлодіод протікає вкрай малий або взагалі не протікає. Подолавши рівень 2,5 вольта через діод починає протікати струм і він запалюється на ділянці від 2,5 до 3 вольт. Після цього рівня струм починає швидко наростати.

Для 5 мм діодів білого світіння робочий струм - 20мА при 3В, а при 3.5 вольта струм дорівнюватиме 80 мА, що вчетверо перевищує номінал.

Яскравість діода хоч і залежить від струму, що протікає через нього, але при надмірно великих значеннях LED світиться не набагато яскравіше, ніж при номіналі. Тому не варто експериментувати з високими показниками – ваші діоди просто перегорять.

Значення напруги можуть відрізнятися в залежності від типів і конструкції LED, на це впливає їх кількість в одному корпусі, колір, і навіть матеріал який був обраний як основа чіпа.

Як правильно підключати?

При паралельному з'єднанні світлодіодів необхідно скористатися обмежувальним резистором для кожного з діодів, як показано на малюнку нижче. Це дає можливість встановити струм для кожного з елементів електричної схеми.

Схема паралельного з'єднання світлодіодів

Нижче схема НЕ правильного підключення резистора до ланцюга.

Так не правильно підключати

При паралельному підключенні світлодіодів та будь-яких інших споживачів напруга на їх висновках буде рівною. З одного боку, це добре, але не для діодів. Кожен світлодіод, навіть набір, взятий з однієї партії, має невеликий технологічний розкид параметрів.Напруга, необхідне досягнення номінального струму, може незначно відрізнятися не більше десятих часток вольта.

Вище ви бачили вольт-амперну характеристику приладу і зробите висновок, що незначне перевищення номінальної напруги веде до лавиноподібного зростання струму і перегріву. Деякі пропонують виключити і резистор із цієї схеми, таке з'єднання світлодіодів найневдаліше!

Загальний струм у ланцюгу дорівнює сумі струмів у кожній із гілок паралельного ланцюга. Якщо вибирати, як з'єднувати світлодіоди для роботи в ланцюзі з підвищеною напругою (6 і більше вольт), краще використовувати послідовне з'єднання.

Послідовне підключення діодів

За такої схеми ви можете використовувати діоди в ланцюгах з будь-якою напругою.

Напруги між елементами розподіляться в потрібній кількості, а струм ви поставите резистором. Паралельне включення світлодіодів не дозволяє досягти такого результату. При послідовному підключенні загальний струм ланцюга буде рівним струму через один із елементів.

Онлайн калькулятор для розрахунку резистора

Послідовне з'єднання Паралельне з'єднання

Варіанти з'єднань

Щоб виконати послідовне з'єднання світлодіодів на 220В, скористайтеся нижченаведеною схемою.

У разі переважно обмежує струм конденсатор С1, він грає роль реактивного опору. Докладніше про розрахунок конденсатора ми писали в статті. Для отримання необхідного значення ємності конденсатора скористайтесь онлайн калькулятором:

Так можна підключити навіть один світлодіод.

Якщо ви хочете зібрати схему послідовного з'єднання світлодіодів на 100 вольт постійної напруги, в коло потрібно включити близько 30 світлодіодів.Тоді потрібна напруга буде близько 90 вольт. Розрахунок резистора виконати за формулою у попередніх розділах статті.

Конденсатор потрібен для згладжування пульсацій струму, резистор, що стоїть паралельно – для розряду конденсатора після відключення приладу з метою безпеки. Якщо джерело живлення достатньо стабілізоване, їх можна виключити.

Альтернативний тип підключення

Послідовно-паралельне з'єднання світлодіодів – зустрічається в прожекторах та інших потужних світильниках, що працюють як від постійної, так і змінної напруги.

Як бачите, матриця поділена на гілки, кожна з яких має струмообмежуючий резистор. Конкретний екземпляр призначений для заміни штатної лампи плафона у салоні автомобіля. Якщо один діод вийде з ладу – один ланцюг перестане горіти, а решта ланцюжків продовжить свічення.

Якщо ви не можете визначитися, як підключити світлодіоди послідовно чи паралельно, є альтернативний варіант – гібридна сполука. З першого погляду незрозуміло у чому сенс.

Гібридний варіант прийняв переваги від послідовного та паралельного з'єднання світлодіодів. Схема буде працювати повністю, навіть якщо один з елементів у ланцюзі перегорить, в той же час інші елементи не зазнають перевантаження. Напруга на кожному сегменті буде обмежена світлодіодом із найменшим падінням.

Щоб зібрати світильник правильно, а LED працювали довго і не перегрівалися, потрібно визначитися як підключати світлодіоди – послідовно чи паралельно. Ви ознайомилися із сильними та слабкими сторонами кожного з варіантів. Завдяки отриманим знанням можна виконати ремонт LED лампи чи прожектора.

Оцініть, будь ласка, статтю. Ми намагалися:)

Сподобалася стаття? Розкажіть про неї! Ви нам дуже допоможете:)

Підключення одного світлодіода ніколи не створить великих проблем. Що робити, якщо потрібно запитати два, три, чотири і більше світлодіодів? Правильно. Потрібно зібрати LEDs в рядок (ланцюжок). З'єднання можуть бути декількох типів: паралельне з'єднання світлодіодів, послідовне та паралельно-послідовне. Напишу кілька слів про ці сполуки. Може, комусь знадобиться.

Для тих, хто ще не знає, найоптимальнішим є послідовне з'єднання світлодіодів. У цьому випадку струм на кожному LED, послідовно з'єднаному, буде однаковим. Таке з'єднання дозволяє легко контролювати струми.

Однак, незважаючи на це, існують джерела живлення, потужність якого не дозволить запитати послідовні світлодіоди. У цьому випадку нам допоможе паралельне з'єднання світлодіодних джерел.

Паралельне з'єднання світлодіодів неправильне

Повторюся ще раз — паралельне з'єднання світлодіодів використовують лише тоді, коли джерело живлення є низьковольтним.

Незважаючи на те, що такий тип з'єднання не надто вітається, його часто застосовують. У таких типах з'єднань є одне правило – паралельне з'єднання світлодіодів ніколи не відбувається з використанням ТІЛЬКИ ОДНОГО резистора.

Ну або для тих, хто розуміє лише візуальні картинки, то не правильне паралельне з'єднання виглядатиме так:

Звісно, ​​постає питання — ЧОМУ не можна з'єднувати так? А справа тут проста…

Розрахунок опору при паралельному з'єднанні світлодіодів

Розглянемо паралельне з'єднання світлодіодів з прикладу двох джерел живлення.Дані будуть отримані з розрахунку подвоєного значення споживаного струму. Тобто. обмежуючий резистор має вдвічі менший опір, ніж. якби ми запитували один світлодіод. У будь-якому випадку варто пам'ятати, що двох однакових LED не буває, навіть якщо вони випущені одним заводом і з однієї партії. Всі діоди мають розкид по споживаному струму, внутрішньому опору. Кристал із меншим опором візьме більше струму. У такий спосіб виникне якийсь перекіс. Це можна визначити візуально. З великим споживанням діод світитиметься сильніше, з меншим слабшим. Якщо діоди з однієї партії, то перекіс не буде помітний, а якщо LEDs ще й від різних виробників, то цілком можлива ситуація коли діод перегорить.

Повернемося «до наших баранів»… Резистор розраховується на подвійне споживання струму, а отже, при перегоранні одного — другого отримує подвійну напругу та подвійний струм. Це також критично. Це правило справедливе не тільки для паралельного з'єднання двох світлодіодів, але і для більшої кількості з одним резистором. При перегоранні одного, інші вийдуть з ладу в найкоротші терміни, через напругу і струм, що пропорційно зростає.

Правильне паралельне з'єднання світлодіодів

На зображенні показано правильне паралельне з'єднання світлодіодів. Від варіанта з одним резистором, даний спосіб відрізняється тим, що кожен діод з'єднують у паралель через резистор. Таке з'єднання не дозволить з'явитися перекосу. Навіть якщо з якихось причин світлодіод перегорить, другий не отримає збільшеної напруги.

Плюси та мінуси паралельного з'єднання світлодіодів

Великим плюсом паралельного з'єднання варто відзначити, що у разі правильного з'єднання світлодіодів при перегоранні одного з них, решта буде працювати. При послідовному з'єднанні світлодіодів вихід з ладу одного з них призведе до того, що рядок із послідовно з'єднаних чіпів перестане світитися.

Мінусом паралельного з'єднання світлодіодів відзначимо - подорожчання конструкції, за рахунок того, що в ланцюзі з'являються нові елементи. В результаті кінцевий продукт може виявитися досить громіздким.

Варто уявити ялинкову гірлянду з таким з'єднанням діодів… Для її працездатності доведеться з'єднувати ще один провідник до пари світлодіод-резистор. Тому 99,9% всіх гірлянд зібрані із послідовно з'єднаних світлодіодів.

Відео на тему паралельного з'єднання світлодіодів

Ну як завжди. Насамкінець подивимося досить цікаве відео на тему паралельного з'єднання світлодіодів зарубіжного колеги. Всі російські відео на цю тему мало інформативні, в цьому ж творі все зрозуміло і без перекладу.