Как правильно подключать светодиоды

(версия для торопящихся)

Новиков М.Г.
02.04.2007

Содержание

Введение

Ранее я уже писал о том, как правильно подключать светодиоды. Статья получилось подробной, большой, но трудной для восприятия. Люди в основной своей массе не хотят вникать в суть вещей, и хватают информацию лишь сверху. А потом тратят уйму времени на задавание вопросов, уже пояснённых в статье. Сейчас я постараюсь изложить основное, не углубляясь в разъяснение причин тех или иных правил, а если что будет непонятно, отсылаю вас к своей предыдущей статье.

Изложенные в статье утверждения и расчёты справедливы только для обычных светодиодов, не имеющих в своём составе электронных драйверов и прочих элементов.

[Вернуться в начало]

Напряжение питания

Напряжение, указанное на упаковке светодиодов — это не напряжение питания. Это величина падения напряжения на светодиоде. Эта величина необходима, чтобы вычислить оставшееся напряжение, «не упавшее» на светодиоде, которое принимает участие в формуле вычисления сопротивления резистора, ограничивающего ток, поскольку регулировать нужно именно его (ток).

[Вернуться в начало]

Ток

Величина тока для светодиода является основным параметром, и в большинстве случаев составляет 10 или 20 миллиампер. Неважно, какое будет напряжение. Главное, чтобы ток, текущей в цепи светодиода, соответствовал номинальному для светодиода. А ток регулируется включённым последовательно резистором, номинал которого вычисляется по формуле:

R = (Uпит. − Uпад.) / (I * 0,75)

  • R — сопротивление резистора в омах.
  • Uпит. — напряжение источника питания в вольтах.
  • Uпад.— прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
  • I — максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т.е. 0,01 или 0,02 ампера). При последовательном соединении нескольких светодиодов прямой ток не увеличивается.
  • 0,75 — коэффициент надёжности для светодиода.

Не следует также забывать и о мощности резистора. Вычислить мощность можно по формуле:

P = (Uпит. − Uпад.)2 / R

  • P — мощность резистора в ваттах.
  • Uпит. — действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
  • Uпад.— прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
  • R — сопротивление резистора в омах.

[Вернуться в начало]

Параллельное и последовательное включение светодиодов

Параллельное включение светодиодов с общим резистором — плохое решение. Светодиоды имеют разброс характеристик, в результате чего по ним потекут разные токи, и светиться они будут с разной яркостью. Более того, при выходе из строя одного из светодиодов по другим потечет больший ток. Всё это нехорошо.

При последовательном подключении светодиодов сопротивление ограничивающего резистора рассчитывается также, как и с одним светодиодом, просто падения напряжений всех светодиодов складываются между собой. Так, к автомобильному аккумулятору 12 вольт можно подключить 12 / 2 = 6 светодиодов с падением напряжения 2 вольта. В этом случае теоретически можно обойтись вообще без резистора, однако из-за расброса характеристик светодиодов проверить ток в цепи будет не лишним. Он не должен превышать номинального тока светодиода. Если ток выше, следует включить в цепь резистор сопротивлением несколько ом.

[Вернуться в начало]

Часто задаваемые вопросы

1. Я знаю электротехнику и уверяю вас, что ток прекрасно регулируется напряжением! Мне не нужен резистор, я отрегулирую ток напряжением источника питания, и запитаю от него сразу несколько светодиодов!

Было бы хорошо, если помимо электротехники Вы бы знали и электронику. Регулировка тока напряжением — мероприятие довольно грубое. Изменение напряжение питания всего на одну десятую вольта у условного светодиода (с 1,9 до 2 вольт) вызовет пятидесятипроцентное увеличение тока, протекающего через светодиод (с 20 до 30 миллиампер). Поэтому вам будет необходим очень точный источник питания. Кроме того, включив в него параллельно несколько диодов и померив их токи, Вы сможете убедиться, что они будут иметь существенный разброс. Это результат расброса характеристик полупроводниковых приборов.

2. Я втыкал один и тот же светодиод и в 2 и в 3 вольта, и он нормально светился и не перегорал! Нафига мне мерить ток, если всё и так работает?

Весь вопрос в том, как долго светодиод должен быть исправным. Если Вам достаточно нескольких дней (недель, при качественных светодиодах — месяцев), то втыкайте их как хотите. Если вам нужно надёжное изделие, стабильно работающее годами, потрудитесь посчитать резисторы.

3. Я правильно подсчитал резистор для питания светодиода от сети 220 вольт переменного тока. Однако светодиоды постоянно перегорают.

Ваши светодиоды не выдерживают постоянный электрический пробой обратным полупериодом. В результате происходит необратимый тепловой пробой. Чтобы этого избежать, параллельно светодиоду, но с обратной полярностью, включите любой кремниевый диод, например КД522Б. Он пропустит через себя обратный полупериод, не давая ему пробить светодиод в обратном направлении. Также обратите внимание на то, что в расчёте номинала резистора следует использовать не среднеквадратичное напряжение 220 вольт, а амплитудную его величину 311 вольт. При расчёте же мощности резистора используем привычное нам среднеквадратичное значение напряжения в 220 вольт.

4. У меня светодиоды подключены вместо контрольных ламп в системе автоматики. Из-за большой длинны кабельной линии они постоянно подсвечиваются от наводок. Как этого избежать?

Самый удачный способ избежать свечения отключенных светодиодов — занулить питающий провод при снятии напряжения питания со светодиода. Обычно это делается на противоположной светодиоду стороне переключающим реле. Общий контакт реле подключается к жиле, питающей светодиод, нормально замкнутый контакт зануляется, а на нормально разомкнутый подаётся напряжение. Теперь срабатывание реле зажжёт светодиод, а при его отключении питающая жила будет занулена и все наводки стекут в ноль.

Часто такое подключение требует переделки схемы автоматики. Если на это пойти нельзя, можно придумать альтернативные варианты. Например, использовать рядом со светодиодами промежуточные реле, или извратиться и включить две связки «светодиод-диод-резистор» последовательно — один на стороне автоматики, другой на удалённой панели индикации, поставить их под напряжение, а отключение производить замыканием средней точки на ноль. Тогда светодиод на стороне панели индикации погаснет, а на стороне автоматики загорится ярче. Минусы такого подключения — дополнительные детали (светодиод, диод и резистор), а также более тусклое горение основного индикатора. Можно также попробовать погасить паразитное подсвечивание светодиода резистором, включённым параллельно связке «светодиод-диод-резистор».

5. У меня есть светодиод, но я не знаю его марку, а значит, мне неизвестен ни его ток, ни величина прямого падения напряжения на нём.

Для простейшего способа определения характеристик светодиода вам понадобится источник питания постоянного тока с плавно регулируемым выходным напряжением (например, от 0 до 12 вольт, хотя в большинстве случаев подойдет  диапазон 1,5—2,5 вольта), вольтметр и амперметр. Ставим регулятор напряжения на минимум и, соблюдая полярность, подключаем светодиод к блоку питания. В цепь последовательно со светодиодом включаем амперметр, а параллельно источнику питания — вольтметр.

Напряжение: регулятором медленно поднимаем напряжение до тех пор, пока светодиод не начнет приемлемо светиться. При этом следим, чтобы ток случайно не превысил 20 миллиампер (максимум для большинства светодиодов). Смотрим напряжение (например, 1,82 В). Округляем его до десятых вольта (1,8). Это и будет величина прямого падения напряжения.

Ток: теперь проверяем разницу свечения светодиода при токах 5, 10 и 20 миллиампер (наиболее распространенные величины), аккуратно выставляя их регулятором напряжения. Интуитивно по характеру изменения свечения определяем, какой ток для светодиода будет оптимальным. При этом если разница в свечении не существенна, выбираем меньшее значение тока (чаще всего используется 10 миллиампер).

Сегодня также существуют светодиоды повышенной яркости, которые рассчитаны на токи в сотни миллиампер. Поэтому, если светодиод горит явно тускло при 20 миллиамперах, пробуем увеличивать ток далее. При этом, если при увеличении тока светодиод перестаёт увеличивать яркость, значит, вы уже слишком сильно превысили его токовый предел, и он близок к тепловому пробою. Срочно снижаем ток.

6. Я подключил светодиоды к аккумулятору в автомобиле, но когда двигатель работает — они горят ярче. Это не опасно?

Опасно. Генератор автомобиля при работе двигателя даёт напряжение в бортовую сеть 13,6—14,7 вольта, и светодиоды могут быстро выйти из строя. Кроме того, это напряжение постоянно изменяется и сильно падает при пуске двигателя. Поэтому необходимо стабилизировать это напряжение, например, на 9 вольтах специальной микросхемой КРЕН8А (КР142ЕН8А, 7809) с максимальным током 1,5 ампера или КРЕН8Г (КР142ЕН8Г) с максимальным током 1 ампер, и расчёт резисторов производить уже относительно этого напряжения. Не забывайте, что при большом токе микросхема будет греться, поэтому её следует устанавливать на радиатор.

Более подробно о подключении светодиодов можно узнать из моей предыдущей стататьи.

[Вернуться в начало]