Как подключить несколько светодиодов к 12 вольт

25

Какая схема подключения светодиодов лучше — последовательная или параллельная

Самое правильное подключение нескольких светодиодов — последовательное. Сейчас объясню почему.

Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).

Ток — это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.

Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:

Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.9 до 3.3 Вольта.

Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.

Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.

Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).

Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т.к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожжёте его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).

К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.

Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:

А самое неприятное то, что проводимость любого светодиода (который по сути является p-n-переходом) находится в очень сильной зависимости от температуры. На практике это приводит к тому, что по мере разогрева светодиода, ток через него начинает неумолимо возрастать. Чтобы вернуть ток к требуемому значению, придется понижать напряжение. В общем, как ни крути, а без контроля тока никак не обойтись.

Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.

Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи — почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.

Параллельное подключение

При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).

Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.

Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:

Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.

В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:

Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.

Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.

Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):

При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.

Последовательное подключение

При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.

Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).

Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:

Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ — конечно, последовательным!

Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.

Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.

Вот пример готового устройства:

Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64. 106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток — это от него уже не зависит.

И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В. И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.

Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.

Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:

Вот и все. Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) — либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.

Как выбрать нужный драйвер?

Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:

1. выходной ток;
2. максимальное выходное напряжение;
3. минимальное выходное напряжение.

Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов — это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.

Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для фитолампы:

Номинальный ток этих диодов — 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.

Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3. 4 вольта. Берем по-максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер должен быть в состоянии выдать не менее 40 вольт.

Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).

Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.

Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:

Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.

Примеры драйверов, идеально совместимых с различными типами светодиодов, приведены в таблице:

Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.

Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.

Какое оно – правильное подключение светодиода на 12В?

Подключение светодиода на 12В – вполне выполнимая задача даже для тех, кто не имеет тесного знакомства со схемотехникой. Прежде чем приступать к сборке цепей, рекомендуется рассмотреть типичные ошибки которые допускают не только любители, но и некоторые массовые производители.

Вступление, или как работает светодиод

Следует четко запомнить, что светодиоды относятся к токовым приборам, это значит, что проходимый ток должен быть ограничен посредством резистора.

Для расчета величины можно использовать следующую формулу:
R= (Uпит-Uпад)/0,75I, где
Uпит и Uпад – напряжение питания и падающее;
R – искомая величина сопротивления ограничивающего резистора;
I – проходящий ток.

Данные теоретические выкладки, казалось бы, необходимы для сборки любого работоспособного устройства. На примере разнообразных поделок китайского производства можно заметить, что на деле ограничивающий резистор применяется далеко не всегда.

Подключение светодиода на 12 вольт во всевозможных сувенирах, брелоках и фонариках осуществляется несколько иным способом. Несколько стандартных дисковых батареек подсоединяются напрямую к диоду. Расчет идет на то, что ток будет ограничиваться внутренним сопротивлением батареи, а её мощности не хватит на то чтобы попросту спалить другие элементы.

Некорректное подключение светодиодов на 12 вольт чревато не только их поспешным перегоранием. Важно помнить также о деградации устройств, когда яркость свечения стремительно падает при протекании нормального тока.

Светодиод не полностью перестает гореть, но он уже не сможет эффективно служить не только в составе фонарика, но даже в декоре он будет заметен только в полной темноте. Быстрее всего это можно наблюдать на белых и синих устройствах, поэтому для начала можно выбрать светодиод другого оттенка.

При отсутствии ограничивающего резистора подключение светодиода на 12В можно смело назвать неудачным. Полную деградацию устройства можно наблюдать через считанные минуты после подачи питания.

Схемы подобного образца – явная экономия средств и трудозатрат, но и изделия при этом получаются одноразовыми.

Другие примеры подключений, или как их исправить

Другое, не менее некорректное подключение светодиодов на 12В, можно наблюдать в уже более сложных и мощных устройствах. При увеличении количества диодов производители все так же продолжают надеяться на сопротивление батареи, просто соединив элементы последовательно. Наиболее распространенная причина при сдаче в ремонт таких приспособлений и поделок – банально выгорел отдельный светодиод или же вся их связка.

Можно попытаться доделать схему несколькими способами:
1. Подключение одного резистора.Такое подключение также не принесет ожидаемого результата. Все дело в том, что даже произведенные в одной партии полупроводниковые приборы имеют весьма ощутимые отличия. Дело даже не в том, что может быть заметна разница в яркости свечения светодиодов. Здесь речь пойдет о таком параметре как падение напряжения. Каждый из приборов характеризуется собственным током. Светодиод с наиболее высоким показателем, скорее всего, перегорит, когда его ток превысит номинальный. После этого и остальные светодиоды, питающиеся от 12В, не прослужат долго. Далее перегорит следующий по номиналу тока светодиод, а вслед за ним и оставшийся.
2. По резистору на каждый светодиод. Такое подключение стабилитрон 12 вольт не вступает в конфликт с правилами схемотехники. Токи становятся независимыми, но очевидный минус такой цепочки – громоздкость и неуместная загруженность элементами.
3. Цепочки последовательно соединенных светодиодов.Только такой вариант подключения устройств даст возможность одновременно добиться максимальной компактности при высокой результативности. Единственное, что стоит предусмотреть – увеличение напряжения питания.

Параметры светодиодов зависят и от их цвета, что нужно учитывать, продумывая подключение устройств к 12В.

Сколько светодиодов можно подключить к 12В и как это все рассчитать

Для получения ответа на данный вопрос можно разделить Uпит на Uпад, или же просто исходить из усредненного значения 2 вольт. Получается, что максимальное количество светодиодов, которое можно подключить, равняется 6. Но, определенная часть напряжения должна отходить гасящему резистору, пусть эта величина также будет составлять порядка 2 вольт.

Число элементов продолжает уменьшаться.

К этому стоит добавить, что прямое напряжение светодиодов далеко не всегда равняется 2 В. Следует принимать во внимание не только конкретный тип светодиода, но и оттенок его свечения. При этом лучше отталкиваться от максимальных значений падений напряжения, ведь в противном случае диоды могут просто не зажечься.

Расчеты не обязательно проводить вручную – выручить в любой ситуации сможет специальная программка для подсчета параметров элементов цепи. Полученные значения помогут понять, сколько конкретных диодов можно подключить к имеющемуся источнику питания.

Для чего может понадобиться подключение светодиодов к 12В

Одна из наиболее популярных областей применения таких схем – осветительная система автомобиля. Напряжения аккумулятора машины вполне хватает для реализации различных идей для внутренней подсветки, но вместе с этим светодиоды часто применяются и для внешнего освещения.

Блоки питания на 12 вольт можно назвать довольно распространенными, что позволяет существенно расширить область применения таких подключений. Различные рамки для часов, картинок, фотографий, подсветка аквариумов, террариумов, любых других предметов интерьера – все это можно реализовать на 12 вольтах. Светодиод как прибор довольно универсален, он не особо требователен к питанию и может вынести многие типы воздействий.

При конструировании любых поделок рекомендуется не забывать о правилах монтажа, чтобы сувениры и аксессуары могли служить длительное время.

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:

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.

Подключение светодиода через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)

Начнем, как и в абзаце выше, с варианта подключения светодиода к напряжению в 12 вольт через резистор. Для того чтобы вам лучше было понять как же происходит падение напряжение, мы приведем несколько вариантов. Когда к 12 вольтам подключено 3 светодиода, 2 и 1.

Подключение 1 светодиода через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)

Итак, у нас есть светодиод. Его напряжение питания 3,3 вольта. То есть если бы мы взяли источник питания в 3,3 вольта и подключили к нему светодиод, то все было бы замечательно. Но в нашем случае наблюдается повышенное напряжение, которое не трудно посчитать по формуле. 14,5-3,3= 11,2 вольта. То есть нам необходимо первоначально снизить напряжение на 11,2 вольта, а затем лишь подать напряжение на светодиод. Для того чтобы нам рассчитать сопротивление, необходимо знать какой ток протекает в цепи, то есть ток потребляемый светодиодом. В среднем это около 0,02 А. При желании можете посмотреть номинальный ток в даташите к светодиоду. В итоге, по закону Ома получается. R=11,2/0,02=560 Ом. Сопротивление резистора рассчитано. Ну, а уж схему нарисовать и того проще.

Мощность резистора рассчитывается по формуле P=UI=11.2*0,02=0,224 Вт. Берем ближайший согласно стандартного типоряда.

Подключение 2 светодиодов через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)

По аналогии с предыдущим примером все высчитывается также, но с одним условием. Так как светодиода уже два, то падение напряжения на них будет 6,6 вольта, а оставшиеся 14,5-6,6=7,9 вольта останутся резистору. Исходя из этого, схема будет следующей.

Так как ток в цепи не изменился, то мощность резистора остается без изменений.

Подключение 3 светодиодов через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)

И еще один вариант, когда практически все напряжение гасится светодиодами. А значит, резистор по своему номиналу будет еще меньше. Всего 240 Ом. Схема подключения 3 светодиодов к бортовой сети машины прилагается.

Напоследок нам лишь осталось сказать, что при расчетах было использовано напряжение не 12, а 14,5 вольт. Именно такое повышенное напряжение обычно возникает в электросети машины, когда она заведена.
Также не трудно прикинуть, что при подключении 4 светодиодов, вам и вовсе не потребуется применение какого либо резистора, ведь на каждый из светодиодов придется по 3,6 вольта, что вполне допустимо.

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.

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.

Подводя итог о подключение светодиода к 12 вольтам в машине своими руками

Подводя итог о подключении светодиода к 12 вольтовой сети можно сказать о простоте выполнения схемотехники. Как со случаем где применяется резистор, так и с микросхемой – стабилизатором. Все это легко и просто. По крайней мере, это самое простое, что может вам встретиться в электронике. Так что осилить подключение светодиода к бортовой сети машины в 12 вольт должен каждый и наверняка. Если уж и это не «по зубам», то за более сложное и вовсе браться не следует.

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Необходимый вид диодов подбирают исходя из конкретных задач. На рынке существует множество вариантов, от индикаторных до сверхмощных. Для подсветки кнопок и индикаторов на панели приборов в авто можно использовать маломощные диоды. Для подсветки интерьера квартиры или машины применяют простые сверхъяркие. Для установки в головную оптику, дневные головные огни автомобилей или в фонарики устанавливают мощные светодиоды.

С технической точки зрения нет каких-либо ограничений по мощности и потребляемому току. Главное, чтобы напряжение диода не превышало напряжение источника питания.

Важным фактором является размер и форма корпуса. В зависимости от предназначения могут использоваться диоды в круглом корпусе или детали поверхностного монтажа (SMD). Все зависит от потребности и задач.

Как подключить светодиод

Основные технические характеристики светодиода описываются тремя параметрами:

1. прямое напряжение;
2. номинальный рабочий ток;
3. номинальная мощность.

Наиболее распространены LED чипы с прямым напряжением в районе 3, 6, и 12 вольт. Модели на 6В и 12В используются преимущественно в автомобильных лампах, в бытовые изделия не устанавливаются.

Существует 2 способа подключения:

1. к источнику напряжения, требуется расчёт резистора для светодиодов;
2. к источнику тока, называется драйвер.

В первом варианте стабилизировано напряжение, оно должно превышать напряжение падения на диоде.

Пример.
Если падение составляет 3V на 1 led, а блок питания для светодиодов на 12 вольт., то для включения 1 диода с номинальным рабочим 0,1 Ампер получим следующий расчёт:

• 12В – 3B = 9В
• 9В / 0,1А = 90 Ом

Параллельное подключение к драйверу для уменьшения тока

Во втором варианте стабилизирована сила тока и схема подключения будет такая я же, как в первом варианте, только надо исключить резистор. Подбираются лед чипы с таким же номинальным током при последовательном подключении. Если ток драйвера слишком велик, а включить очень надо, то можно использовать параллельную схему. При такой схеме в каждой цепочке будет кратно снижаться.

Многие ошибочно думают, если подключить последовательно, то потребляемая мощность останется неизменной, потому что ток не надо будет увеличивать. Они забывают, что придется повысить вольты питания.

Варианты подключения

Самое время ознакомиться с основными вариантами подключения.

К одному резистору

Типичная схема подключения.

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

Принципиальная схема последовательного подключения.

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

Принципиальная схема параллельного подключения.

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.

Обозначение светодиода на схеме

Обозначается на схеме двумя типами пиктограмм. Две стрелочки показывают что он излучает свет.

Характеристики

Перед расчётом схемы подключения светодиодов убедитесь в их параметрах и качестве. Китайцы очень часто обманывают, подсовывая LED с другими параметрами или с более низкой мощностью. Особенно хорошо у китайцев получается обманывать на SMD 5630 и SMD5730, общеизвестная мощность у них 0,5W. Цифры 5630 и 5730 обозначают только размер корпуса, например, 5,7мм на 3,0мм.

Пользуясь этим они устанавливают в стандартный корпус кристалл на 0,07W – 0,1W и затем продают их как с мощностью 0,5W. То есть световой поток будет в 5 раз меньше, чем вы ожидали. Хорошим примером будут светодиодные лампы кукурузы, которые просто утыканы маломощными LED в количестве от 20 до 130 штук. За счёт такого внешнего вида, кукуруза в глазах покупателя кажется мощнее, чем диодная лампа с 10 диодами, аналогичного энергопотребления.

Так же они изготавливают копии общеизвестных производителей особенно Cree и Philips. На настоящие КРИ и Флипсы они похожи только внешне, технические характеристики хуже на 30-40%.

Этапы сборки

Примерная последовательность сборки и проверки в рабочем режиме.

1. найдите в документации технические характеристики, сколько вольт падает на каждом LED;
2. составьте схему подключения учитывая напряжение питания;
3. вычислите потребляемую мощность всей электрической цепи;
4. подберите блок питания или драйвер подходящий по мощности;
5. рассчитайте резистор в случае использования питания стабилизированным напряжением;
6. найдите правильную полярность на ножках LED;
7. припаяйте провода диодным компонентам;
8. подключите источник питания;
9. плотно установите диоды на радиатор и закрепите их;
10. включаем всю конструкцию в сеть 220V предварительно зажмурившись;
11. если ничего не взорвалось, то измеряем потребление энергии, нагрев, потребляемый ток;
12. корректируем ток, если он оказался выше или ниже расчётного;
13. прогреваем в течение 30 минут
14. для китайских диодов температура на электрическом контакте не должна превышать 60°, для фирменных это указано в спецификациях, может быть максимум до 130° — 150°.

Алюминиевая звезда

Установка на систему охлаждения чаще всего требует хорошего оборудования и навыков. Поэтому диоды невысокой мощности 1W, 3W, 5W лучше покупать сразу на подложке из алюминия или меди в виде звезды. Таким образов вы не перегреете ножки и не испортите диодный чип. Затем звезду ставят на радиатор с использованием теплопроводной пасты.

Для припаивания проводов к звезде нужен паяльник помощней, потому что алюминий быстро забирает тепло от места контакта с припоем.

Источники питания

Чтобы подключить сверхяркие светодиоды к постоянному стабилизированному напряжению необходимо использовать токоограничивающий резистор. При мощности потребления энергии более 10W его использовать не рационально.

Самые распространённые имеют мощность:

1. 0,5W в корпусе SMD;
2. 1W, 3W, 5W в корпусе Эмиттер, круглый с ножками;
3. квадратные COB диоды от 5W, 10W.

Самые распространённые стабилизированные источники:

1. 1,5V – пальчиковые батарейки;
2. 3,7V – литиевые аккумуляторы от телефонов;
3. 5 Вольт — это USB зарядные устройства для смартфоном и планшетов;
4. 9V – батарейка Крона;
5. 12 вольт – бортовая сеть автомобиля, блоки питания от бытовой электроники;
6. 19V – блоки питания от ноутбуков, хорошо стабилизированы, и выдают до 90W.

Модуль стабилизатора за 100 руб

Для снижения количества вольт с источника питания нужен стабилизатор с возможностью регулировки. Обычно покупаю их на Aliexpress в средне по 2$ за модели на 2 Ампера, и 5$ за мощный модуль на 5 Ампер. В России на них цена слишком высокая, лучше купить заранее, но в 2-3 раза больше.

Подключение к батарейке 1,5В

Для подключения диода напрямую к батарейке с 1,5В требуется повышение до 3В. Это реализуется на небольших специализированных микросхемах. Чаще всего используется в аккумуляторных фонариках на одной пальчиковой батарее. Микросхема может быть стабилизатором Ампер или повышать только вольты. Если стабилизировано только напряжения, то для включения диода потребуется ставить сопротивление, которое тоже расходует энергию. Светодиодный драйвер более экономичен для фонарика.

Китайцы по 100руб. продают готовые платы со стабилизаторами, которые из 1.5 могут сделать от 2В до 5В. Кто дружит с паяльником, может сделать своими руками, микросхеме практически не требуется дополнительных элементов.

Питание от 5В

Самый популярный источник, в каждом доме есть несколько зарядных устройств и куча старых от кнопочных телефонов. При 5В подключать можно только параллельно по одному. Для последовательного соединения требуется минимум 6В.

Наглядным примером будет светодиодная лента на 5В. Из такой ленты и старых зарядных устройств делаю светодиодные светильники-ночники. На корпус клеится отрезок ленты длиной 3-4 см и подключается в USB гнездо. Если корпус разборный, то припаиваю провода внутрь, прямо к плате.

Светодиодная лента на 5В с питанием от USB

Включение на 9V

Батарейка Крона на 9В и регулятор яркости

Наиболее известным источником девяти вольт является батарея типа Крона. При небольших размерах она имеет очень малую емкость. Девять вольт позволят включить последовательно до 3 iner. Если 3 штуки включены последовательно, то небольшое снижение будет приводить к значительному уменьшению яркости. Если невозможно обеспечить хорошую стабилизацию, то придется уменьшить до 2 ЛЕД чипов.

Для регулировки яркости можно использовать миниатюрный диммер, цена которого 50 руб.

Как подключить светодиод к 12 вольтам

Стабилизатор на 12V

12 вольт уже обеспечивает широкие возможности по включению. Схема подключения светодиодов может быть последовательной по 3 штуки. Четыре штуки таким образом не включают, потому что следует учитывать снижение напряжения под нагрузкой. Например оно может снизится с 12В до 11В, что приведет к значительной потере светового потока.

Лучше всего использовать низковольтный драйвер, чтобы не использовать резистор. Такой стабилизатор работает от 12V имеет регулятор напряжения на выходе и настройку Ампер. К тому же по конструкции он проще, чем на 220В и не имеет трансформатора, только дроссель.

Примером будет светодиодная лента на 12В, в которой 3 LED и резистор включены последовательно.

В автомобильной сети, в том числе и прикуривателе, при заведенном двигателе бывает от 13,5В до 15В. Но скачки могут быть и до 30В. На заглушенном авто будет от 12В до 13В, зависит от уровня заряда автомобильного аккумулятора. Поэтому очень не рекомендуется включать LED без стабилизированного блока питания или стабилизатора тока. Китайские очень плохо переносят такие скачки, из-за низкого качества и плохих проводников у кристалла. Фирменные типа Cree Philips Osram могут долго работать в автомобиле и без стабилизатора, это было протестировано на светодиодных лампах для габаритных огней.

Сопротивление для светодиодов

Формула расчета сопротивления.

• Разница напряжение источника питания и падения напряжения – 12-3=9.
• Произведение максимальной силы тока (ампер) и коэффициента надежности – 0.02*0,75=0,015.
• Рассчитываем сопротивление(кОм) – 9/0.015 = 600 (кОм).

Формула расчета мощности.

Расчет мощности резистора:

• Разница напряжения источника питания и падения напряжения – 12-3=9.
• Согласно формуле, возводим в квадрат – 9*9=81.
• Делим на сопротивлениерезисторав омах – 81/600=0,135 Вт.

Таким образом, нам идеально подойдет резистор MRS25 (0,6 Вт, 600 Ом, ± 1%). На середину 2020 года его стоимость составляет около 8 рублей. Обычно нет необходимости высчитывать мощность резистора. Тем не менее, это важно делать для проверки будущей сборки.

Последовательное подключение

При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:

В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.

Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).

Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта. Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.

После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему параллельного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).

Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.

Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.

Недостатки последовательного подключения

1. При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема;
2. Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.

Параллельное подключение

В данной ситуации все происходит наоборот. На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.

Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002).

Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).

Это глубокое заблуждение. Почему? Ответ Вы найдете ниже

Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.

Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.

Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.

Недостатки параллельного подключения:

1. Большое количество элементов;
2. При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.

Смешанное подключение

Подобный способ подключения является самым оптимальным. По такому принципу собраны все светодиодные ленты. Он подразумевает комбинацию параллельного и последовательного подключения. Как он выполняется можно увидеть на фото:

Схема подразумевает включение параллельно не отдельных светодиодов, а последовательных цепочек из них. В результате этого даже при выходе из строя одной или нескольких цепочек, светодиодная гирлянда или лента будут по-прежнему одинаково светить.

Мы рассмотрели основные способы подключения простых светодиодов. Теперь разберем методы соединения мощных светодиодов, и с какими проблемами можно столкнуться при неправильном подключении.

Сколько светодиодов можно подключить к 12 Вольт

Чтобы выяснить, сколько светодиодов можно подключить к 12 В, необходимо поделить Uпит на Uпад. Либо разрешено исходить из среднего значения 2 Вольта на каждую лампочку. Таким образом на каждые 12 В разрешено монтировать не больше 6 LED. Если учесть, что какая-то часть напряжения (примерно 2 В) обязательно должна уходить к гасящему резистору, количество диодов уменьшится на один.

Напряжение светодиода не всегда равно 2 В. К тому же при подключении и соединении ЛЕД стоит учитывать оттенок свечения лампочки и его яркость. Для определения точного количества ламп на один БП двенадцать Вольт можно воспользоваться специальной программой.

Подключение мощных LED диодов к 12В

При подключении современных мощных кристаллов или их сборок принцип не меняется. В цепи также должен присутствовать гасящий резистор. Для примера можно взять популярный на китайских торговых площадках светодиод. Это сборка из нескольких кристаллов, соединенных параллельно. Потребляемый ток составляет 350 mA, а напряжение по-прежнему 3,4 вольта.

Подставляя параметры в нашу формулы, мы легко узнаем, что нам потребуется установить резистор с сопротивлением 32 Ома и мощностью 2,2 Вт.

Как подключить мощный светодиод?

Для работоспособности мощных светоизлучающих диодов, так же, как и простых нам потребуется источник питания. Однако в отличии от предыдущего варианта, он должен быть на порядок мощней.

Чтобы засветить мощный светодиод номиналом 1W, источник питания должен выдерживать не менее 350 мА нагрузки. Если номинал 5W, то источник питания постоянного тока должен выдержать нагрузку тока не менее 1,4А.

Для корректной работы мощного светодиода обязательно необходимо использовать интегральный стабилизатор напряжения типа LM, который защищает его от скачков напряжения.

Если необходимо подключить не один, а несколько мощных LED, рекомендуем ознакомиться с правилами последовательного и параллельного подключения, которые были описаны выше.

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.

Ошибки при подключении

1. Прямое подключение к источнику питания.
   В данном случае светодиод моментально сгорит, поскольку отсутствует ограничивающий ток резистор.
2. Параллельное подключение через один резистор.
   Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный.
3. Последовательное подключение с различным током потребления.
   При такой схеме подключения есть 2 варианта: либо просто одни будут светить тусклее других, либо те, что рассчитаны на меньший ток – сгорят.
4. Неправильно подобранный ограничивающий резистор.
   При неправильно подобранном сопротивлении через светодиоды будет проходить большой ток, в результате чего, они будут перегреваться и со временем перегорят. При большом сопротивлении они будут светить не в полную силу.
5. Подключение к сети переменного напряжения номиналом 220В без диода или других компонентов защиты. Если при подключении с сети 220В, е
   сли не установить дополнительный диод, то на светодиоде возникнет амплитудное значение напряжения в 315В, которое моментально выведет его из строя.

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.