Что будет если на светодиод подать большее напряжение

Немного мыслей о светодиодах

Я не считаю себя профи в области светодиодов, но азы я для себя уяснил и знаю лишь только, то с чем сталкивался. Многие задают вопросы как выбрать токоограничивающие резисторы либо стабилизаторы тока и для каких светодиодов что выбрать. Почти всех отправляю почитать умную статью, но люди все равно возвращаются с огромными глазами. Сам я прочитал несколько раз эту статью, многое не понимал потом снова читал, экспериментировал и снова ее читал. В итоге у меня сложилось определенное понимание. На самом деле в светодиодной теме очень много нюансов в которых я еще не разобрался, но для начинающих попытаюсь изложить часть своих мыслей.

Для светодиодов до 0,5Вт (например 5050) можно использовать токоограничивающие резисторы либо в отдельных случаях стабилизаторы тока (регуляторы тока) 20мА NSI45020AT1G
Так же для них желательно стабилизировать напряжение. Например вот такими стабилизаторами напряжения (СН). Для того, что бы избежать больших перепадов напряжения.

Вообще светики питаются током, то есть напруга им почти по барабану. Как таковое значение напряжения они не имеют, а имеют значение падения напряжения (ПН). Если взять светодиод 20мА, с ПН 3 вольта и подадим напряжение на светодиод 12 вольт, то напряжение после светодиода упадет на 3 вольта и составит 9 вольт. Если последовательно подключим еще один такой же светодиод, то напряжение упадет еще на 3 вольта и составит уже 6 вольт.
На светодиод можно подать хоть 50В, хоть 100В, лишь бы ограничить ток до номинального в 20мА (для данного светодиода). А ток мы ограничиваем как я уже говорил либо резисторами, либо стабилизаторами тока.

Пример 1:
1. Светик 5050 с параметрами 20мА (0,02А) и ПН 3,5В.
2. Напряжение питания 14,5В
Нужно подобрать резистор.
Решение:
1. 14,5-3,5=11В
2. R=U/I R=11/0,02=550Ом
Выбираем резистор 550Ом.
Но это плохой вариант, так как лишние 11В будет рассеиваться в резисторе т.е. превратится в тепло и получится печка. Чтобы этот резистор не грелся его нужно ставить очень мощным, а это значит большого размера.

Пример 2:
1. Три светика 5050 с параметрами 20мА (0,02А) и ПН 3,5В.
2. Напряжение питания 14,5В
Нужно подобрать резистор.
Решение:
1. 14,5-(3*3,5)=4В
2. R=U/I R=4/0,02=200Ом
Выбираем резистор 200Ом.
Вот это уже лучше, так как в резисторе будет рассеиваться в тепло 4В, а это уже значит резистор можно выбрать меньшей мощности и соответственно меньшего размера.

В этих примерах мы ограничили ток до 20мА при максимальном напряжении 14,5В. Соответственно если в этой цепочке будет напряжение ниже, то ток будет меньше и светики будут гореть тусклее.
14,5 вольт взято за основу от бортовой сети авто при заведенном двигателе.
Как известно, что в бортовой сети напряжение постоянно меняется (12-14,7В), бывают даже скачки напряжения еще больше. Для этого стабилизатором напряжения можно задать максимальное напряжение, тем самым ограничим максимальный ток на светодиодах.

Вообще для быстрого выбора резисторов имеется куча калькуляторов, вот один из них

Для светодиодов выше 0,5Вт нужно использовать уже импульсные стабилизаторы тока (СТ).

Подобрать его для светодиодов также просто.
Например мы имеем светодиод на 1Вт, ток 350мА и ПН 3,5В

Для этого светодиода подбираем драйвер (Стабилизатор тока) с этими же параметрами: 350мА, 1Вт.

Если же мы хотим подключить последовательно 3 таких светодиода то нам подойдет СТ с параметрами: 350мА, 3Вт. (если напряжение питания будет 12В, то можно подключить только 3 светика, так как ПН светодиода 3,5В -> 3,5+3,5+3,5=10,5 остается 1,5В, соответственно на 4й светодиод напряжения не хварит, да и мощьности СТ тоже)

Если же мы хотим подключить светодиод с параметрами 3Вт и 700мА то нам подойдет СТ с параметрами: 700мА, 3Вт соответственно.

Если кому было полезно мое мнение, то параллельно читайте умную статью. В ней изложено на много больше.

[FAQ] Не сгорит ли светодиод, если подать на него нужный ток, но бОльшее напряжение?

Тем не менее, зависимость вполне однозначна — определенному напряжению соответствует определенный ток и обратно.

Подали 3.3 вольта — получили 1 ампер.
Подали 700мА — получили падение напряжения 3.2 вольта.

Итого: если у вас драйвер обеспечивает нужный ток — будьте спокойны, напряжение будет именно таким, какое диоду нужно.

Потому что иначе ток был бы другим.

Следующий логичный вопрос — а почему тогда говорят о токе, а не о напряжении? Раз они однозначно связаны, то какая разница?

Во-первых, у диодов есть некий индивидуальный разброс параметров. То есть связь-то однозначная, но от экземпляра к экземпляру кривая будет гулять туда-сюда.
Настраивать каждый драйвер на работу с конкретным диодом было бы удовольствием явно ниже среднего.

Во-вторых, кривая плывет еще и от изменения температуры. Если стабилизировать напряжение, то ток будет увеличиваться по мере прогрева диода.

Хотя некоторые драйверы стабилизируют именно напряжение. В принципе это не смертельно, потому что обычно разброс параметров и температурный дрейф не так уж велик.

Но если попытаться от такого драйвера запитать инфракрасный или красный диоды, у которых кривая гораздо "левее" — с немалой вероятностью диоду настанут кранты, если только драйвер не успеет сгореть раньше от повышенного тока.

У меня светодиод работает от 3V, а если к нему подключить 6 или 12 V что будет?

В предельных электрических характеристиках светодиодов НЕТ понятия «Максимально допустимое напряжение», есть «Максимальный допустимый ток в прямом направлении». Зато в параметрах есть пункт «падение напряжения на светодиоде, В, при токе, мА».

Попытаюсь объяснить значения этих характеристик и параметров. Светодиод в прямом направлении (светящийся) работает, как стабилитрон. Т. е пытается стабилизировать напряжение, например, на уровне 2,8 В (паспортное значение для многих сверхярких светодиодов) . Всё, что больше этого напряжения, должно рассеяться в сопротивлении нагрузки. Т. е, и при 3-х вольтах, если бы светодиод и источник питания (батарейка) были бы идеальными, и их внутреннее сопротивление равнялось нулю, избыточное напряжение (при данных параметрах 3-2,8=0,2 В) на коротком замыкании вызвало бы ток, стремящийся к бесконечности, и светодиод изошёл бы дымом. Не вылетает он только потому, что полное сопротивление (сумма внутренних сопротивлений источника напряжения и светодиода) реальной цепи нулю отнюдь не равно, и потому выступает в качестве нагрузочного, ограничивая ток через СД. Кстати, если при некоторых параметрах цепи (ну, например, в данном случае — при разнице напряжений Uип-Uпр. сд=0,2В и при Rполн≥10Ом) обеспечивается безопасный ток светодиода (в данном случае — 20 мА) — это не значит, что другой экземпляр СД безболезненно сможет работать в этой цепи: при установке вместо «испытанного» светодиода СД из другой партии, с Uпр=2,6В, например (вполне паспортный разброс) , разница напряжений составит уже 0,4В, что при том же внутреннем сопротивлении даст ток через СД уже 40 мА, а это для большинства СД — неминучая гибель. Поэтому последовательно со светодиодом ВСЕГДА включают гасящий резистор, на котором и выделяется избыток мощности (кроме особых схем с принятием спец. мер по ограничению тока — типа ограничителя тока на транзисторах в некоторых китайских фонариках) .

Сопротивление гасящего резистора легко расчитать по формуле
Rнагр=(Uип-Uсд) /Iсд, Ом, где:
Uип — напряжение источника питания, В
Uсд — падение напряжения на светодиоде, В — паспортная хар-ка светодиода
Iсд — номинальный ток через светодиод в прямом направлении, А — предельно допустимые параметры светодиода.
Для большинства светодиодов Uсд=1,8. 2,8В, для белых сверхярких может достигать 4,2В.
Iсд — для большинства — 15. 20 мА, однако существуют мощные СД с током до 500 мА (на радиаторах) . При Uип более 10В можно при расчёте отбросить Uсд как малую величину, тем более, что номинал Rнагр всё равно прийдётся округлять до стандартного номинала в большую сторону.

ЗЫ: кстати, с повышением напряжения КПД системы ИП-резистор-СД падает, из-за увеличения рассеиваемой резистором мощности. Поэтому при необходимости подключить к ИП 12В, например, 3-х СД с Uпр=3,5В (некоторые белые светодиоды) , имеет смысл включить их последовательно, и Rнагр для цепочки расчитать по формуле:
Rнагр=(Uип-3Uсд) /Iсд (примерно: (12-3х3,5)/0,02=75 Ом) . Такое включение обеспечит втрое больший КПД по сравнению с включением одного светодиода при том же напряжении.

Что будет если на dcdc преобразователь подать немного большее напряжение, чем в спецификациях?

Есть некоторая ненулевая вероятность, что у автора там какой-нибудь светодиодный фонарь со своим преобразователем.

PsihXMak — какой у вас там конкретно девайс, который вы обозвали «светодиод»?

Армянское Радио, Да, там старый светодиодный фонарик. Хочу поставить его на электровелосипед.
Светодиод стоит на плате с резистором номиналом 5.2 Ом (Зелёный, красный, золотой и серый). Раньше питался от аккумулятора 9 вольт. Но, аккумулятор сдох, по этому хотел бы его запитать сразу от сети.

Да, мои познания в электронике довольно низкие. На уровне «перепаять конденсатор».

Ну раз уж я упомянул про резистор и закон Ома — так и быть, покажу, как его рассчитать (да я бы сразу вам рассчитал, но вы же не даёте значения тока, который полагается вашему светодиоду).
Итак, на белом светодиоде обычно рабочее напряжение — 3,6 вольт (это ни в коем случае не означает, что таким напряжением его можно питать. ). Входное — 42 вольта. Значит, в последовательной цепи «диод+резистор» напряжение распределится так: 3,6 — на диод, остальные 38,4 — на резистор. Далее 38,4 (в вольтах) делим на ток (в миллиамперах), результат деления — это сопротивление резистора в килоомах.
Далее, резистор превращает энергию проходящего по нему тока в тепло, т.е. греется. Чтобы он не перегрелся и не сгорел, он должен быть достаточной мощности. Умножаем значение тока (в амперах) на 38,4 — получаем мощность резистора в ваттах, причём бОльшую, чем рассчитано, брать можно, а меньшую — нет, такой слабый резистор почернеет и сгорит.

Но я бы так подключать фонарик на аккум электровела не стал. Причина — зряшный расход дорогого и ограниченного бортового электричества. Имеется ввиду, такой фонарик будет отжирать слишком много электроэнергии и тем самым заметно сокращать запас хода. Правильнее будет установить на руль фару с отдельным аккумулятором.

В общем, я подключил dcdc преобразователь. Вроде ничего не сгорело, всё работает.

Вообще, удивляет, сколько сложностей с обычным подключением светодиода. У меня есть штук 10 блоков питания, которые преобразуют 220 вольт из сети в ток для самых разных приборов, от телефона до ноутбука. Но, что бы просто запитать фонарик на велосипеде, приходится перерыть пол интернета.