Какое сопротивление нужно для светодиода на 12 вольт

Содержание

Подключение светодиода к 12 вольтам в машине (расчет сопротивления) (видео)

Светодиоды – это современные, экономичные, надежные радиоэлементы, применяемые для световой индикации. Мы думаем об этом знает каждый и все! Именно исходя из этого опыта, столь высоко желание применить именно светодиоды, для конструирования самых различных электрических схем, как в бытовой электронике, так и для автомобиля. Но здесь возникают определенный трудности. Ведь самые распространенные светодиоды имеют напряжение питания 3…3,3 вольта, а бортовое напряжение автомобиля в номинале 12 вольт, при этом порой поднимается и до 14 вольт. Само собой здесь всплывает закономерное умозаключение, что для подключения светодиодов к 12 вольтовой сети машины, необходимо будет понизить напряжение. Именно этой теме, подключению светодиода к бортовой сети автомобиля и понижению напряжения, будет посвящена статья.

Содержание статьи:

Как подключить светодиод к 12 вольтам: варианты подключения диода к аккумулятору в авто, какой нужен для этого резистор, схема включения

Как подключить светодиод к 12 вольтам: варианты подключения диода к аккумулятору в авто, какой нужен для этого резистор, схема включения

Для световой индикации дома или в машине хочется использовать надежные и экономичные источники света, но не все знают, как подключить светодиод на 3-3,5 В (или несколько) к 12 вольтам автомобильного аккумулятора (на самом деле может быть 14 или больше). Первое предположение – требуется снижение напряжения. Но это не единственное условие – необходимо учитывать так же вольтаж, мощность и ток лампы.

В жилых помещениях чаще всего используются светодиоды на 3 вольта, в автомобиле – 6 или 12 вольт.

Схема подключения имеет всего 2 варианта: через драйвер или резистор.

Расчет резистора для светодиода: как правильно рассчиатть и подобрать сопротивление для светодиода в сети на 12 вольт, какая нужна формула, пример расчета ограничительного резистора

Расчет резистора для светодиода: как правильно рассчиатть и подобрать сопротивление для светодиода в сети на 12 вольт, какая нужна формула, пример расчета ограничительного резистора

Светодиоды для индикации и освещения используются с целью снизить затраты на электроэнергию.

Чтобы создать схему подключения к любому источнику питания, требуется расчет ограничивающего резистора для светодиодов.

Мощность и сопротивления рассчитываются при помощи несложных формул с учетом цвета лампочек и вида схемы.

Таблица напряжения светодиодов в зависимости от цвета

Рабочие напряжения светодиодов разные. Они зависят от материалов полупроводникового p-n перехода и связаны с длиной волны излучения света, т.е. оттенка цвета свечения.

Таблица номинальных режимов разных оттенков цвета для расчета гасящего сопротивления приведена ниже.

Цвет свечения Прямое напряжение, В
Оттенки белого 3–3,7
Красный 1,6-2,03
Оранжевый 2,03-2,1
Желтый 2,1-2,2
Зеленый 2,2-3,5
Синий 2,5-3,7
Фиолетовый 2,8-4,04
Инфракрасный Не более 1,9
Ультрафиолетовый 3,1-4,4

Из таблицы видно, что на 3 вольта можно включать излучатели всех видов свечения, кроме устройств с белым оттенком, частично фиолетовых и всех ультрафиолетовых. Это вязано с тем, что нужно какую-то часть напряжения источника питания «израсходовать» на ограничение тока через кристалл.

При источниках питания 5, 9 или 12 В можно питать единичные диоды или последовательные их цепочки из 3 и 5-6 штук.

Последовательные цепочки снижают надежность устройств, в которых они используются, примерно в число раз, соответствующее количеству светодиодов. А параллельное включение повышает надежность в той же пропорции: 2 цепочки – в 2 раза, 3 – в 3 раза и т.д.

Но небывалая для источников света длительность их работы от 30-50 до 130-150 тысяч часов оправдывает падение надежности, т.к. от нее зависит срок службы устройства. Даже 30-50 тыс. часов работы по 5 часов в сутки – 4 часа вечером и 1 утром каждый день – это 16-27 лет работы. За это время большинство светильников морально устареет и будет утилизировано. Поэтому последовательное соединение широко используется всеми производителями светодиодных устройств.

Расчет резистора для светодиода: как подобрать токоограничивающий элемент

Расчет резистора для светодиода

Компоненты электрической цепи

Что это такое

Светодиоды уже давно стали популярными осветительными приборами. Это связано с их отличной энергоэффективностью и большим сроком службы (в сравнении с обычными лампочками). Кроме того, цены продолжают падать по мере увеличения производства данных изделий.

  • долговечность – до 10 лет непрерывного свечения;
  • прочность – не боятся ударов и вибраций;
  • разнообразие – множество типоразмеров и цветов свечения;
  • низкое энергопотребление – экономичнее обычной лампочки примерно в 10 раз при схожих характеристиках;
  • пожаробезопасность – из-за малого энергопотребления не перегреваются, поэтому не способны привести к пожару.

LED (light emitting diode) – это аббревиатура, обозначающая светоизлучающий диод. Из школьного курса физики известно, что он полярен. Поэтому светодиод не будет работать, если не соблюдается полярность, а также есть вероятность его сгорания(случится пробой). Обратное напряжение пробоя полупроводниковой структуры составляет 4-5 вольт. При этом он все равно может заработать при правильном подключении, однако в нем начнутся деструктивные процессы, что значительно снизит срок службы.

светодиод крупным планом

Проще говоря, светоизлучающий диод (LED) является полупроводниковым устройством, которое светится при прохождении через него электрического тока. Поскольку свет генерируется в твердом полупроводниковом материале, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин “твердотельное освещение” отличает эту технологию от других источников, которые используют подогреваемые нити (лампы накаливания и вольфрам-галогеновые), а также газоразрядные (флуоресцентные лампы).

Теория

Математический расчет

Ниже представлена принципиальная электрическая схема в самом простом варианте. В ней светодиод и резистор образуют последовательный контур, по которому протекает одинаковый ток (I). Питается схема от источника ЭДС напряжением (U). В рабочем режиме на элементах цепи происходит падение напряжения: на резисторе (UR) и на светодиоде (ULED). Используя второе правило Кирхгофа, получается следующее равенство: или его интерпретация

В приведенных формулах R – это сопротивление рассчитываемого резистора (Ом), RLED – дифференциальное сопротивление светодиода (Ом), U – напряжения (В).

Значение RLED меняется при изменении условий работы полупроводникового прибора. В данном случае переменными величинами являются ток и напряжение, от соотношения которых зависит величина сопротивления. Наглядным объяснением сказанного служит ВАХ светодиода.


На начальном участке характеристики (примерно до 2 вольт) происходит плавное нарастание тока, в результате чего RLED имеет большое значение. Затем p-n-переход открывается, что сопровождается резким увеличением тока при незначительном росте прикладываемого напряжения.

Путём несложного преобразования первых двух формул можно определить сопротивление токоограничивающего резистора: ULED является паспортной величиной для каждого отдельного типа светодиодов.

Графический расчет

Имея на руках ВАХ исследуемого светодиода, можно рассчитать резистор графическим способом. Конечно, такой способ не имеет широкого практического применения. Ведь зная ток нагрузки, из графика можно легко вычислить величину прямого напряжения. Для этого достаточно с оси ординат (I) провести прямую линию до пересечения с кривой, а затем опустить линию на ось абсцисс (ULED). В итоге все данные для расчета сопротивления получены.

Тем не менее, вариант с использованием графика уникален и заслуживает определенного внимания.

Рассчитаем резистор для светодиода АЛ307 с номинальным током 20 мА, который необходимо подключить к источнику питания 5 В. Для этого из точки 20 мА проводим прямую линию до пересечения с кривой LED. Далее через точку 5 В и точку на графике проводим линию до пересечения с осью ординат и получаем максимальное значение тока (Imax), примерно равное 50 мА. Используя закон Ома, рассчитываем сопротивление: Чтобы схема была безопасной и надёжной нужно исключить перегрев резистора. Для этого следует найти его мощность рассеивания по формуле:

Два основных принципа о том как можно подключить светодиод к 12 вольтам или понизить напряжение на нагрузке

Прежде, чем перейти к конкретным схемам и их описаниям, хотелось бы сказать о двух принципиально разных, но возможных вариантах подключения светодиода к 12 вольтовой сети.

Первый, это когда напряжение падает за счет того, что последовательно светодиоду подключается дополнительное сопротивление потребителя, в качестве которого выступает микросхема-стабилизатор напряжения. В этом случае определенная часть напряжения теряется в микросхеме, превращаясь в тепло. А значит вторая, оставшаяся, достается непосредственно нашему потребителю – светодиоду. Из-за этого он и не сгорает, так как не все суммарное напряжение проходит через него, а только часть. Плюсом применения микросхемы является тот факт, что она способна в автоматическом режиме поддерживать заданное напряжение. Однако есть и минусы. У вас не получиться снизить напряжение ниже уровня, на которое она рассчитана. Второе. Так как микросхема обладает определенным КПД, то падение относительно входа и выхода будет отличаться на 1-1,5 вольта в меньшую сторону. Также для применения микросхемы вам необходимо будет применить хороший рассеивающий радиатор, установленный на ней. Ведь по сути тепло выделяемое от микросхемы, это и есть невостребованные нами потери. То есть то, что мы отсекли от большего потенциала, чтобы получить меньший.

Второй вариант питания светодиода, когда напряжение ограничивается за счет резистора. Это сродни тому, если бы большую водопроводную трубы взяли бы и сузили. При этом поток (расход и давление) снизились бы в разы. В этом случае до светодиода доходит лишь часть напряжения. А значит, он также может работать без опасности быть сожженным. Минусом применения резистора будет то, что он также имеет свой КПД, то есть также тратит невостребованное напряжение в тепло. В этом случае бывает трудно установить резистор на радиатор. В итоге, он не всегда подойдет для включения в цепь. Также минусом будет являться и то обстоятельство, что резистор не поддерживает автоматического удержания напряжение в заданном пределе. При падении напряжения в общей цепи, он подаст настолько же меньшее напряжение и на светодиод. Соответственно обратная ситуация произойдет при повышении напряжения в общей цепи.

Конечно, тот и другой вариант не идеальны, так при работе от портативных источников энергии каждый из них будет тратить часть полезной энергии на тепло. А это актуально! Но что сделать, таков уж принцип их работы. В этом случае источник питания будет тратить часть своей энергии не на полезное действие, а на тепло. Здесь панацеей является использование широтно-импульсной модуляции, но это значительно усложняет схему… Поэтому мы все же остановимся на первых двух вариантах, которые и рассмотрим на практике.

Немного теории

Для нормальной работы светодиода требуется постоянное напряжение или ток. Они должны быть:

Подробно о методах подключения светодиодов

  1. Постоянными по направлению. Т. е. ток в цепи светодиода при приложении напряжения должен течь от «+» источника напряжения к его «–».
  2. Стабильными, т. е. постоянными по величине, в течение времени работы диода.
  3. Не пульсирующими – после выпрямления и стабилизации величины постоянных напряжения или тока не должны периодически изменяться.

Схема формы напряжения

Для светодиодов вначале использовали имевшиеся источники напряжения – 5, 9, 12 В. А рабочее напряжение p-n перехода от 1,9-2,4 до 3,7-4,4 В. Поэтому включение диода напрямую – это почти всегда его физическое сгорание от перегрева большим током. Ток нужно ограничивать токоограничивающим резистором, тратя энергию на его нагрев.

Светодиоды можно включать последовательно по несколько штук. Тогда, собрав из них цепочку, можно по сумме их прямых напряжений дойти почти до напряжения источника питания. А оставшуюся разницу «погасить», рассеяв ее в виде тепла на резисторе.

Когда диодов десятки, их соединяют в последовательные цепи, которые включают параллельно.

Подключаем светодиоды

1. В продаже продаются светодиодные панельки, так называемые кластеры, они рассчитаны на питание 12в. Их можно просто подключить к бортовой сети и радоваться красивым огонькам. Но есть неприятная особенность – при изменении оборотов двигателя будет меняться яркость свечения светодиодов в кластерах. Незначительно, но заметно глазу. К тому же, по факту, нормально они светят при напряжении около 12,5в, поэтому если у вас низкое напряжение в бортовой сети, светить кластеры будут тускло. Конструктивно кластер состоит из цепочки светодиодов и резистора. На каждые три светодиода — резистор, который гасит лишнее напряжение. Светодиодная лента устроена точно также, поэтому если вам надо отрезать кусок — посмотрите на ленту, на ней есть места, где ее можно резать. Обычно это те же три светодиода и резистор. Где попало резать нельзя

Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон Ома

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где V = напряжение через резистор (V = S – V L в данном случае), I = ток через резистор. Итак R = (V S – V L) / I. Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве какой-то гирлянды. Все светодиоды, которые соединены последовательно, долдны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность и обеспечить соответствующее напряжение.

Пример расчета: Красный, желтый и зеленый диоды – при последовательном соединении необходимо напряжение питания – не менее 8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным источником. V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются). Если напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A, Резистором R = (V S – V L) / I = (9 – 6) /0,015 = 200 Ом. Берём резистор 220 Ом (ближайшего стандартного значения, которое больше).

Как рассчитать резистор для светодиода?

Распиновка светодиода

Полярность светодиода – анод или плюс и катод – минус определить легко по картинкам:

у цилиндрических корпусов катод обозначен срезом

Катод у SMD светодиодов

В матрицах мощных COB светодиодов «+» и «-» выдавлены на контактных площадках

Сколько диодов можно подключить к сети с напряжением 12 В

Возникает вопрос, сколько светодиодов можно включить в такую схему, чтобы мощность не тратилась на тепло. На самом деле много. Из какого-то количества диодов создаются последовательные цепочки, которые подключаются к одному гасящему вольтаж элементу.

Для расчета сопротивления используется формула: R=(Uпит. – nUд)/Iд, где n- количество ламп.

Для подключения к аккумулятору в авто целесообразно использовать цепочки из 3-х элементов (или количества, кратного трем: 6, 9, 12). На трех диодах вольтаж упадет на 10,5 В (в среднем), резистору достанется 1,5 В.

Чтобы подключить 4 элемента, их нужно сгруппировать по парам, каждую из них запитать через резистор и соединить параллельно.

Важно! Для повышения точности расчетов используются калькуляторы, доступные в сети интернет.

Особенности дешёвых LED

При подборе светодиода на рынке можно найти совершенно разные цены. Чем же отличаются дорогие диоды от дешёвых?
Светодиоды за разную стоимость отличаются не только внешними особенностями, но и техническими характеристиками. У дешёвых светодиодов параметры сильно отличаются друг от друга, в то время, как у дорогих они уменьшаются плавно при изменении тока или напряжения сети. Кроме того, дешёвые аналоги могут служить недолго и свет будет более тусклым или режущим глаза. На что нужно обратить внимание при покупке светодиодной лампы и как ее установить читайте тут.

Параллельное и последовательное включение светодиодов

С целью совмещения параметров цепей питания и характеристик светодиодов широко распространены последовательное и параллельное соединение нескольких элементов. У каждого типа соединений есть как достоинства, так и недостатки.

Параллельное включение

Достоинством такого соединения является использование всего одного ограничителя на всю цепь. Следует оговориться, что данное достоинство является единственным, поэтому параллельное соединение практически нигде не встречается, за исключением низкосортных промышленных изделий. Недостатки таковы:

  1. Мощность рассеивания на ограничительном элементе растет пропорционально количеству параллельно включенных светодиодов.
  2. Разброс параметров элементов приводит к неравномерности распределения токов.
  3. Перегорание одного из излучателей ведет к лавинообразному выходу из строя всех остальных ввиду увеличения падения напряжения на параллельно включенной группе.

Несколько увеличивает эксплуатационные свойства соединение, где ток через каждый излучающий элемент ограничивается отдельным резистором. Точнее, это является параллельным соединением отдельных цепей, состоящих из светодиодов с ограничительными резисторами. Основное достоинство — большая надежность, поскольку выход из строя одного или нескольких элементов никаким образом не отражается на работе остальных.

Недостатком является тот факт, что из-за разброса параметров светодиодов и технологического допуска на номинал сопротивлений яркость свечения отдельных элементов может сильно различаться. Такая схема содержит большое количество радиоэлементов.

Параллельное соединение с индивидуальными ограничителями находит применение в цепях с низким напряжением, начиная с минимального, ограниченного падением напряжения на p-n переходе.

parallelnoe-podkluchenie-svetodioda

Последовательное включение

Последовательное включение излучающих элементов получило самое широкое распространение, поскольку несомненным достоинством последовательной цепи является абсолютное равенство тока, проходящего через каждый элемент. Поскольку ток через единственный ограничительный резистор и через диод одинаков, то и рассеиваемая мощность будет минимальной.

Существенный недостаток — выход из строя хотя бы одного из элементов приведет к неработоспособности всей цепочки. Для последовательного соединения требуется повышенное напряжение, минимальное значение которого растет пропорционально количеству включенных элементов.

poaledovatelnoe-podkluchenie-svetodioda

Смешанное включение

Использование большого количества излучателей возможно при выполнении смешанного соединения, когда используют несколько параллельно включенных цепочек, и последовательного соединения одного ограничительного резистора и нескольких светодиодов.

Перегорание одного из элементов приведет к неработоспособности только одной цепи, в которой установлен данный элемент. Остальные будут функционировать исправно.

Подключение светодиода через стабилизатор напряжения к 12 вольтам в машине (через микросхему)

Теперь перейдем к стабилизированной схеме питания светодиодов от 12 вольт. Здесь, как мы уже и говорили, существует схема, которая регулирует собственное внутреннее сопротивление. Таким образом, питание светодиода будет осуществляться устойчиво, независимо от скачков напряжения бортовой сети. К сожалению минусом применения микросхемы является тот факт, что минимальное стабилизированное напряжение, которое возможно добиться будет 5 вольт. Именно с таким напряжением можно встретить наиболее широко известные микросхемы – стабилизаторы КР142 ЕН 5Б или иностранный аналог L7805 или L7805CV. Здесь разница лишь в производителе и номинальном рабочем токе от 1 до 1,5 А.

подключение светодиода к 12 вольтам через стабилизатор

Так вот, оставшееся напряжение с 5 до 3,3 вольт придется гасить все по тому же примеру что и в предыдущих случаях, то есть с помощью применения резистора. Однако снизить напряжение резистором на 1,7 вольта это уже не столь критично как на 8-9 вольт. Стабилизация напряжения в этом случае все же будет наблюдаться! Приводим схему подключения микросхемы стабилизатора.
Как видите, она очень простая. Реализовать ее может каждый. Не сложнее чем припаять тот же резистор. Единственное условие это установка радиатора, который будет отводить тепло от микросхемы. Его установить нужно обязательно. На схеме написано что микросхема может питать 10 цепочек со светодиодом, на самом деле этот параметр занижен. По факту, если через светодиод проходит около 0,02 А, то она может обеспечивать питанием до 50 светодиодов. Если вам необходимо обеспечить питание большего количества, то используйте вторую такую же независимую схему. Использование двух микросхем подключенных параллельно не правильно. Так как их характеристики немного, да будут отличаться друг от друга, из-за индивидуальных особенностей. В итоге, у одной из микросхем будет шанс перегореть намного быстрее, так как режимы работы у нее будут иные – завышенные.
О применение аналогичных микросхем мы уже рассказывали в статье “Зарядное устройство на 5 вольт в машине”. Кстати, если вы все же решитесь выполнить питание для светодиода на ШИМ, хотя это вряд ли того стоит, то эта статья также раскроет вам все секреты реализации такого проекта.

Светодиод как нелинейный элемент

Размеры резисторов до 2 Вт

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов. Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему. Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер.

Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения на несколько десятых долей вольта, ток может измениться в несколько раз. Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (т.н. рабочую область) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.

Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду

Варианты подключения

Самое время ознакомиться с основными вариантами подключения.

К одному резистору

Подключение светодиода к 12 вольтам

Как мы уже выяснили выше, светодиод имеет полярность. Поэтому он подключаетсяк источнику питания постоянного напряжения. Самые распространенные виды потребляют около 10-20 мА. По сути – это главная характеристика детали. Вторым параметром указывают падение напряжения. Для обычных светодиодов оно находится в пределах 2-4 В.

Единственная правильная схема подключенияосуществляется с токоограничивающим резистором. Он подбирается по закону Ома. Сопротивление рассчитывается как разница напряжения источника и падения напряжения, деленная на произведение максимального тока диода и коэффициента надежности (обычно равен 0,75).

Закон Ома: «величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению».

Также необходимо вычислить мощность резистора. Она рассчитывается по простой формуле: разница напряжения источника и падения напряжения в квадрате, деленная на сопротивлениев омах.

Последовательное подключение нескольких LED

Подключение светодиода к 12 вольтам

Последовательное подключение – это установка двух и более светодиодов в один ряд. В данной схеме также используется один токоограничивающий резистор. Формула расчета аналогична для единичного диода, но падение напряжения суммируется.

Для примера возьмем наш теоретический светодиод белого цвета на 3 вольта и 20 mA. Мы последовательно подключаем три единицы. Таким образом, сумма нашего падения напряжения составит 9 вольт. Остаток в три вольта делим на силу тока в 0.02 ампера с коэффициентом надежности 0,75. В результате мы узнаем что нам потребуется один резистор на 200 Ом.

Каждый диод к отдельному резистору

Подключение светодиода к 12 вольтам

В данной схеме каждый светодиод подключается к плюсу и минусу источника питания. Несмотря на то, что в Сети можно найти схемы с одним общим резистором, на практике такое решение нецелесообразно. Даже в одной партии диоды различаются по параметрам потребляемого тока и падения напряжения. В итоге мы получим разную интенсивность свечения диодов. Сопротивление рассчитывается для каждого диода отдельно.

Формулы расчета резистора

Расчет сопротивления резистора для светодиодов базируется на законе Ома. Исходными параметрами для того, как рассчитать резистор для светодиода, являются:

  • напряжение цепи;
  • рабочий ток светодиода;
  • падение напряжения на излучающем диоде (напряжение питания светодиода).

Величина сопротивления определяется из выражения:

где U — падение напряжения на резисторе, а I — прямой ток через светодиод.

Падение напряжения светодиода определяют из выражения:

где Uпит — напряжение цепи, а Uсв — паспортное падение напряжения на излучающем диоде.

Расчет светодиода для резистора дает значение сопротивления, которое не будет находиться в стандартном ряду значений. Брать нужно резистор с сопротивлением, ближайшим к вычисленному значению с большей стороны. Таким образом учитывается возможное увеличение напряжения. Лучше взять значение, следующее в ряду сопротивлений. Это несколько уменьшит ток через диод и снизит яркость свечения, но при этом нивелируется любое изменение величины питающего напряжения и сопротивления диода (например, при изменении температуры).

Перед тем как выбрать значение сопротивления, следует оценить возможное снижение тока и яркости по сравнению с заданным по формуле:

Если полученное значение составляет менее 5%, то нужно взять большее сопротивление, если от 5 до 10%, то можно ограничиться меньшим.

Не менее важный параметр, сказывающийся на надежности работы — рассеиваемая мощность токоограничительного элемента. Ток, проходящий через участок с сопротивлением, вызывает его нагрев. Для определения мощности, которая будет рассеиваться, используют формулу:

Используют ограничивающий резистор, чья допустимая мощность рассеивания будет превосходить расчетную величину.

Имеется светодиод с падением напряжения на нем 1.7 В с номинальным током 20 мА. Необходимо включить его в цепь с напряжением 12 В.

Падение напряжения на ограничительном резисторе составляет:

U = 12 — 1.7 = 10.3 В

R = 10.3/0.02 = 515 Ом.

Ближайшее большее значение в стандартном ряду составляет 560 Ом. При таком значении уменьшение тока по сравнению с заданным составляет чуть менее 10%, поэтому большее значение брать нет необходимости.

Рассеиваемая мощность в ваттах:

P = 10.3•10.3/560 = 0.19 Вт

Таким образом, для данной цепи можно использовать элемент с допустимой мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Подключение светоизлучающего диода к сети 220 В

Если запитать светодиод прямо от 220 В с ограничением его тока, то светить он будет при положительной полуволне и гаснуть при отрицательной. Но это только в том случае, когда обратное напряжение p-n перехода будет много больше 220 В. Обычно это в районе 380-400 В.

Второй способ включения– через гасящий конденсатор.

Сетевое напряжение подают на «мост»

Еще одна схема подключения

ВНИМАНИЕ! Большинство схем с прямым подключением в сеть 220 В имеют серьезный недостаток – они опасны поражением человека высоким напряжением – 220 В. Поэтому их следует использовать аккуратно, с тщательной изоляцией всех токоведущих частей.

Подробная информация о подключении светодиода к сети 220 В описана тут.

Можно ли обойтись без резисторов

Если подсоединить светодиоды без резистора, то при небольшом изменении напряжения в сети, ток, подаваемый в диод, изменится в несколько раз. Даже если вы подключили несколько диодов, и они работают без резистора, нет гарантии, что напряжение сети не поднимется выше допустимого. Поэтому, если вы не хотите, чтобы диоды сгорели, нужно либо воспользоваться резистором, ограничивающим поток тока, либо использовать драйвер.

Справка! драйвер — блок питания для светодиодов, в нём стабильно поддерживается определённый ток на выходе. Драйверы часто используют в качестве источника питания для светодиода.

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор

В некоторых случаях подключение светодиодов возможно не через драйвер, а токоограничительный резистор.

  • Если свечение нужно в качестве индикатора, где не имеет значения, насколько ярко будет гореть диод, а важен сам факт свечения.
  • Для проверки работоспособности диодов их подключают через резистор к аккумулятору с высоким напряжением, из-за которого ЛЕД элемент может сломаться. Резистор ограничивает поступающее на диод напряжение и можно проверить его работоспособность без риска поломки деталей.
  • Для определения отрицательного и положительного полей светодиода.
  • При исследовании, как будет работать новый светодиод, используют ограничительные резисторы, чтобы элемент не перегорел при тестировании.

Как правильно включить диод в электрическую схему автомобиля

Схема подключения светодиодов к аккумулятору автомобиля 12 вольт не отличается от схемы для любого другого источника питания, имеющего такое же напряжение. Используется один из двух способов – через резистор или через стабилизатор (специальную микросхему). Однако необходимо учесть, что напряжение 12 вольт – условная величина. Чаще бывает 14 В и даже больше (до 17 В). Скачки обусловлены отсутствием в автомобиле стабилизатора. При расчетах в формулу нужно вставлять именно такие цифры.

Включением резистора из цепочки убирается часть напряжения, которое может вывести из строя светодиод. Основной недостаток этой схемы – превращение невостребованного тока в тепло. Это требует установки сопротивления на радиатор, что создает дополнительные сложности. Кроме того, резистор не контролирует напряжение. Если оно падает, снижается свечение лампы, если значительно повышается, лампочка может сгореть.

При использовании стабилизатора микросхема тоже излишний вольтаж превращает в тепло. Основное преимущество этого варианта – способность поддерживать определенный уровень напряжения. Это значит, что при необходимости подключить несколько лампочек, общая мощность которых меньше мощности стабилизатора, используется параллельное соединение. К микросхеме тоже необходимо подключить радиатор.

  • найти в документах или измерить вольтаж led-лампочки (лампочек);
  • составить схему;
  • рассчитать и купить резистор (драйвер);
  • найти полярность ножек led-лампочки;
  • припаять компоненты;
  • установить на радиаторы led-лампочку и резистор;
  • подключить аккумулятор.

Желательно измерить напряжение и ток, чтобы вовремя скорректировать показатели.

Если что-то не так, придется подбирать другой светодиод.

Расчет резистора для светодиода при последовательно-параллельном соединении

Последовательно-параллельно светодиоды соединяют в осветительных приборах с высокой мощностью. Соединение универсально: используется и для постоянного, и для переменного тока.
В таком случае последовательно соединённые цепочки светодиодов соединяют параллельно.

Для успешного соединения в каждой цепочке должно быть одинаковое количество диодов.

Нагрузочный резистор должен быть выбран с учётом того, что во всех параллельных ветках будет одинаковое напряжение. Поэтому для вычисления нужно вычислить только сопротивление одного резистора в любой цепи:
R = (Un*ULED)/ ULED,
где n — число светодиодов на ветке.
Лимит по числу диодов на ветке находится по формуле: n = (U = ULED)/ULED.
После проведения необходимых расчётов можно соединить диоды гибридным способом.

Нагрузочный резистор

Плюсы гибридного соединения:

  • При выходе из строя одного диода, остальная часть схемы продолжит полноценно работать и не случится перенапряжения.
  • Для работы нужно меньше резисторов, чем в других соединениях.

Расчет гасящего резистора для светодиода

Первым делом разберемся как выполнить расчет сопротивления гасящего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор для питания светодиода от источника питания. Ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL). Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.

Допустим что мы будем питать светодиод от батареи напряжением 5В, как правило такое питающее напряжение используется при питании микроконтроллерных схем и другой цифровой техники. Вычислим значение напряжения на гасящем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно выяснить по справочнику для конкретного светодиода.

Примерные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и другие маломощные в подобном корпусе):

  • красный – 1,8…2В;
  • зеленый и желтый – 2…2,4В;
  • белые и синие – 3…3,5В.

Допустим что мы будем использовать синий светодиод, падение напряжения на нем – 3В. Производим расчет напряжения на гасящем резисторе – Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 3В = 2В. Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.

Допустим что для нашего светодиода номинальный ток для его достаточно яркого свечения составляет 20мА (0,02А). Получается что на резисторе будет гаситься напряжение 2В и проходить ток 20мА. Выполним расчет по формуле закона Ома:

R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.

В большинстве случаев подойдет маломощный резистор с мощностью 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если же ток и напряжение падения на резисторе будет очень отличаться то не помешает произвести расчет мощности резистора:

P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.

Таким образом, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт). Произведем расчет для красного светодиода (напряжение 2В, ток 15мА).

  • Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 2В = 3В.
  • R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.
  • P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

При подключении светодиодов не нужно забывать что они имеют полярность. Для определения полярности светодиода можно использовать мультиметр в режиме прозвонки или же омметр. Использование гасящих резисторов оправдано для питания маломощных светодиодов, при питании мощных светодиодов нужно использовать специальные LED-драйверы и стабилизаторы.

Расчет гасящего резистора для светодиода

Расчет резистора на примере одного светодиода

Можно на примере посмотреть, какой нужен резистор для конкретного светодиода, чтобы подключить его к аккумулятору автомобиля (12-14, 5 В). При расчетах используется более высокий показатель вольтажа.

Если лампа потрeбляет 3,3 В, то на сопротивление остается 14,5-3,3=11,2 В.

Для тока 20 мА: R = 11,2/0,02 = 560 Ом.

Мощность: P=0,022 *560 = 0,2240 Вт.

Лучше купить резистор на 0,25 Вт. Припаять его можно как к аноду, так к катоду, если соблюдается полярность при подсоединении led-лампочки.

Программы для расчета сопротивления

При большом количестве подключаемых led, особенно если они включены и последовательно, и параллельно, рассчитывать сопротивление каждого резистора вручную может быть проблематичным. Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления.

Он включает в себя небольшую базу данных самых распространенных светодиодов, поэтому необязательно вручную набирать значения падения напряжения и тока, достаточно указать напряжение питания и выбрать из списка нужный светоизлучающий диод. Программа рассчитает сопротивление и мощность резисторов, а также нарисует схему подключения или принципиальную схему.

В данной статье были рассмотрены основные вопросы расчета подключения светодиодов посредством резистора. По ссылке можно скачать статью “Как рассчитать резистор для подключения светодиодов”.

Основные выводы

При подключении светодиодной лампы к любому блоку питания учитывается:

  • рабочий ток лампочки;
  • сопротивление и мощность стабилизирующего элемента;
  • для подключения к аккумулятору автомашины при расчетах используется не 12 В, а 14,5 В.

Схема подключения не меняется зависимости от мощности светодиода. При соединении с другими элементами схемы важно учесть полярность, так как ток в этих источниках света течет только в одном направлении.

Если используется драйвер, то перед подключением желательно проверить его мощность (особенно, если деталь китайская). Важно так же учесть, что падение напряжения на лед-лампах зависит от их цвета.

Эффективное подключение к одному ИП

Выше мы уже выяснили, что к одному источнику питания можно запитать неограниченное количество светодиодов. Главное, чтобы хватило мощности. Тем не менее, простое параллельное включение лампочек с резистором для каждой из них является неэффективным. Из предыдущего пункта мы увидели, что более 2/3 мощности рассеивается на токоограничивающем резисторе. Поэтому часто возникает вопрос, сколько всего светодиодов можно подключить к 12 в.

Наиболее эффективным подключением к 12 вольтам считается цепочки из трех последовательных светодиодов с одним резистором. По такой же схеме выпускаются все светодиодные ленты, работающие от блока питания на 12 В.

Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении

Диоды можно соединять последовательно в цепочку. Для этого нужно анод устройства соединить с катодом другого, и так продолжать цепочку, пока не достигнете нужного размера. Соединение происходит с помощью резистора, который ограничивает ток, поступающий на элементы, чтобы избежать их поломки.
Зная закон Ома, можно найти сопротивление включенного в схему резистора:
R=(U-ULED1+…+ULEDn)/ILED
Где U — напряжение сети;
ULED1— ULEDn — сумма напряжений включенных в цепь светодиодов.
ILED — ток, являющийся оптимальным для светодиодов.
Мощность резистора вычисляется по формуле:
P = I 2 *R

Лучше всего поставить резистор с мощностью, в два раза превышающую нужное значение, чтобы при перепаде напряжения устройства продолжало исправно работать.

Пример расчета сопротивления резистора

Преимущества последовательного соединения:

  • В цепочке один ток;
  • Простое и быстрое соединение;
  • Возможное количество светодиодов ограничено уровнем напряжения;
  • При выходе из строя одного диода, перестаёт работать вся цепочка.

Проблемы при подключении

Подключение светодиода к 12 вольтам

Принципиальная схема подключения светодиодов:

  1. Не использовать токоограничивающий резистор. Поскольку через светодиод будет проходить слишком большой ток, он вскоре выйдет из строя.
  2. Последовательное включение без резистора. Даже если вам кажется, что запитать четыре 3-вольтовых резистора к 12-вольтовой сети – это хорошая идея, вы заблуждаетесь. Из-за слабого контроля силы тока элементы быстро разрушаются.
  3. Использование одного резистора при параллельном подключении диодов. Из-за отличий в характеристиках диоды будут светить с разной интенсивностью. Увеличивается скорость разрушения.

Советуем посмотреть видео на тему: Правильное подключение светодиодов.

Вывод

Надежность светодиодов гораздо выше ламп накаливания и газоразрядных моделей, но лишь при правильном подключении. Поэтому нельзя забывать о необходимости токоограничивающего резистора, который подбирается по простой форме. Также в обязательном порядке соблюдается полярность, особенно при монтаже диода к 12-вольтовой сети.

Графический расчёт

В большинстве случаев, пользуются математическими вычислениями, но графический способ более наглядный и в каких-то случаях его применять значительно удобнее.

Для построения графика нужно знать характеристики светящегося элемента: ток и напряжение.
Теперь можно узнать сопротивление резистора по графику:

сопротивление резистора

На нём пунктирной линией показано вычисление для элемента, на работу которого нужно 20мА тока. Далее соединяем точку пересечения пунктирной линии с «кривой ЛЕД», отмеченной голубым цветом, со значением напряжения диода. Линия пересекает шкалу максимального тока, где указано нужное значение.
После этого нужно провести расчёт сопротивления токоограничивающего резистора:
R=ULED/Imax
Его мощность: P=I 2 *R

Схемы подключений светодиодной ленты можно посмотреть здесь.

Светодиоды стали незаменимой частью нашей жизни, они стоят в качестве индикаторов на бытовой технике, в виде декоративных светодиодных лент и в составе оптопары в промышленности, а также в качестве более экологичного и экономного освещения. В использовании светодиодов нет ничего сложного, главное — не забывать использовать балластный резистор, благодаря которому ток будет ограниченно поступать на светящиеся элементы, и они не сломаются. Теперь вы знаете, как рассчитать нужное сопротивление резистора, разные способы соединения диодов и для чего их используют.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий