Setzenergo.ru

Строительный журнал
10 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем ограничить ток светодиодной ленты

Как рассчитать резистор для светодиода

При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор. Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих драйверов. Однако, при всей ее простоте, для обеспечения оптимального режима работы необходимо провести расчет резистора для светодиода.

  1. Светодиод как нелинейный элемент
  2. Как подобрать резистор для одиночного светодиода
  3. Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов
  4. Программы для расчета сопротивления
  5. Заключение

Светодиод как нелинейный элемент

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.

На рисунке показаны типовые значения рабочих точек для красных, зеленых, белых и голубых светодиодов при токе 20 мА. Здесь можно заметить, что led разных цветов при одинаковом токе имеют разное падение напряжения в рабочей области. Эту особенность следует учитывать при проектировании схем.

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

Полная же ВАХ выглядит следующим образом:

Здесь видно, что обратное включение бессмысленно, поскольку светодиод не будет излучать, а при превышении некоторого порога обратного напряжения выйдет из строя в результате пробоя. Излучение же происходит только при включении в прямом направлении, причем интенсивность свечения зависит от тока, проходящего через led. Если этот ток ничем не ограничивать, то led перейдет в область пробоя и перегорит. Если нужно установить рабочий светодиод или нет, то Вам будет полезна статья подробно раскрывающая все способы проверки led.

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:

Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:

где U пит — напряжение питания,

U пад- падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:

Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять

Из стандартного ряда сопротивлений Е24 подбираем наиболее близкое значение номинала – 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе, составит

Таким образом, потребуется гасящий резистор номиналом 510 Ом и мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Может сложиться впечатление, что при низких напряжениях питания можно подключать led без резистора. На этом видео наглядно показано, что произойдет со светоизлучающим диодом, включенного таким образом, при напряжении всего 5 В:

Светодиод сначала будет работать, но через несколько минут просто перегорит. Это вызвано нелинейным характером его ВАХ, о чем говорилось в начале статьи.

Никогда не подключайте светодиод без гасящего резистора даже при низком напряжении питания. Это ведет к его выгоранию и, в лучшем случае, к обрыву цепи, а в худшем – к короткому замыканию.

Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов

Подключить несколько led можно двумя способами: последовательно и параллельно. Схемы включения показаны ниже. Не забудьте почитать более подробно про способы подключения светодиодов.

При последовательном соединении используется один резистор, задающий одинаковый ток всей цепочке led. При этом следует учитывать, что источник питания должен обеспечивать напряжение, превышающее общее падение напряжения на диодах. То есть при соединении 4 светодиодов с падением 2.5 В потребуется источник напряжением более 10 В. Ток при этом для всех будет одинаковым. Сопротивление резистора в этом случае можно рассчитать по формуле:

где — напряжение питания,

— сумма падений напряжения на светодиодах,

Так, 4 зеленых светодиода Kingbright L-132XGD напряжением 2.5 В и током 10 мА при питании 12 В потребуют резистора сопротивлением

При этом он должен рассеивать мощность

При параллельном подключении каждому светоизлучающему диоду ток ограничивает свой резистор. В таком случае можно использовать низковольтный источник питания, но ток потребления всей цепи будет складываться из токов, потребляемых каждым светодиодом. Например, 4 желтых светодиода BL-L513UYD фирмы Betlux Electronics с потреблением 20 мА каждый, потребуют от источника ток не менее 80 мА при параллельном включении. Здесь сопротивление и мощность резисторов для каждой пары «резистор – led» рассчитываются так же, как при подключении одиночного светодиода.

Обратите внимание, что и при последовательном, и при параллельном соединении используются источники питания одинаковой мощности. Только в первом случае потребуется источник с большим напряжением, а во втором – с большим током.

Нельзя подключать параллельно несколько светодиодов к одному резистору, т.к. либо они все будут гореть очень тускло, либо один из них может открыться чуть раньше других, и через него пойдет очень большой ток, который выведет его из строя.

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. Очень удобным в этом плане является онлайн калькулятор на сайте cxem.net:

Читать еще:  Механический автоматический выключатель света

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.

Например, с помощью этого калькулятора был рассчитан резистор для трех светодиодов CREE XLamp MX3 при напряжении питания 12 В:

Также программа обладает очень полезной функцией: она подскажет цветовую маркировку требуемого резистора.

Еще одна простая программа для расчета сопротивления разработана Сергеем Войтевичем. Скачать программу можно по этой ссылке.

Здесь уже вручную выбирается способ подключения светодиодов, напряжение и ток. Программа не требует установки, достаточно распаковать ее в любую директорию.

Заключение

Гасящий резистор – самый простой ограничитель тока для светодиодной цепи. От его подбора зависит ток, а значит, интенсивность свечения и долговечность led. Однако следует помнить, что при больших токах на резисторе будет выделяться значительная мощность, поэтому для питания мощных светодиодов лучше применять драйверы.

Чем ограничить ток светодиодной ленты

При покупке любого товара
Вы гарантированно получаете подарок!

Светодиоды служат долго

В процессе эксплуатации кристаллы LED диодов постепенно теряют свою способность светиться. Но не все так плохо. По разным источникам срок эксплуатации светодиодов превышает срок службы обычных ламп накаливания в 5-100(!) раз.

Если другие лампы перегорают мгновенно и навсегда, то светодиоды будут постепенно тускнеть годами.

1. Как определяют срок службы LED ленты

Для определения срока службы используют 2 порога потери светового потока:

Именно при такой потере яркости свечения, человеческий глаз явно заметит это, если рядом расположены две светодиодные ленты: новая (100%) и бывшая в употреблении (70%). Цифры, конечно, усредненные. При пристальном сравнении, Вы заметите разницу гораздо раньше.

То, что светодиоды потускнели, станет видно, даже если сравнивать не с чем.

2. Что влияет на срок службы светодиодной LED ленты

Момент, когда LED лента отслужила, мы будем определяется первым порогом в 30% (см. п. 1). На то, как скоро наступит этот момент, влияет масса факторов. Мы рассмотрим только основные:

2.1. Условия эксплуатации

Прежде всего, температура воздуха в помещении. Чем она выше, тем срок службы меньше. Для использования вне помещений имеет значение и климат. В этом смысле средняя полоса России в более выгодном положении, чем, скажем, Индия.

2.2. Корпус светодиода

Чем лучше корпус отводит тепло от полупроводникового кристалла, тем дольше будет работать диод.

2.3. Цвет свечения светодиода

Белые светодиоды живут меньше, чем их красные, зеленые, синие и желтые собратья.

2.4. Яркость свечения светодиода

Яркость прямо пропорциональна току, протекающему через кристалл диода.

Ярче светит кристалл = выше ток = выше скорость деградации кристалла.

2.5. Технология выращивания кристаллов светодиода

Очень высокотехнологический процесс. Лишь заметим, что «Китай-неКитай» здесь не работает. США, например, имеют производства кристаллов по всей юго-восточной Азии.

2.6. Частота включения/выключения LED ленты

Вы могли заметить, что в большинстве случаев электроустройства ломаются в момент включения. Вернее, Вы обнаруживаете выход из строя в этот момент. Причем касается это, как обычной лампы освещения, так и телевизора. Причина в том, что в момент включения/выключения любой электропотребитель переживает кратковременный экстремальный процесс, называемый переходным. Чем меньше переходных процессов, тем лучше. Кстати, именно поэтому не рекомендуют выключать дорогостоящие потребители (компьютеры, телевизоры) на 15 мин., если это не продиктовано соображениями безопасности или энергосбережения.

3. Как можно повысить срок службы LED ленты

3.1. Следите за чистотой ленты

У чистой ленты лучше теплообмен с окружающей средой, а значит и температура кристаллов ниже.

3.2. Тускло не значит хуже

Есть комплекты подсветки светодиодными лентами, у которых с пульта управляется не только оттенок свечения, но и яркость. Вы согласитесь, не всегда яркая «кричащая» подсветка уместна. Снизив яркость, Вы снизите величину тока.

3.3. Старайтесь размещать ленту подальше от источников тепла.

Это касается печей, каминов, котлов, радиаторов отопления.

3.4. Для народных умельцев

Если яркость свечения не регулируется, можно ограничить ток радикально. Впаяйте между одним из 2-х любых проводников от блока питания и лентой резистор сопротивлением в несколько Ом. ВАЖНО! При этом яркость свечения ленты снизится. Чем больше Ом, тем более тусклое свечение и дольше срок службы.

Вопрос про подключение диодной ленты в авто.

Собственно суть вопроса вся в заголовке.

А вот затравка для вопроса.

Слыхал, что светодиоды чувствительны к нестабильному напряжению питания в части ресурса работы. Потому, их нужно подключать через стабилизатор напряжения. В магазине продаются только ленты с каким-то резистором для ограничения напряжения (назовем его «дополнительный»). Понятное дело, что должен быть резистор на ограничение тока, проходящего через диоды. Если этот «дополнительный» резистор включен по схеме делителя напряжения, то на ленту будет подаваться напряжение в каком-то проценте от напряжения с генератора.

Может кто посоветовать такой стабилизатор за преемлимые деньги и нужен ли он вообще?

Метки: led, светодиодная лента

Комментарии 20

«резистор на ограничение тока, проходящего через диоды» уже есть на каждой секции из трёх светодиодов в ленте. если хочется продлить жизнь ленте, нужен стабилизатор напряжения, который удержит его на заданных 12В. вместо возможных 14В с копейками, вследствие чего может вырасти ток в ленте. последствия соответствующие

у меня диодная лента наклеена в подсветке салона. никаких проблем без всяких драйверов и доп резисторов. в ленте уже какие то резисторы были. проблем не замечено.

работа кратковременная либо на заглушенной дверь открыта и напряжение не высокое.

Читать еще:  Свет не включается розетки работают

в приборке стоят диоды( там никаких стабилизаторов нет) проблем с ними то же нет. часто в комбинацию приборов пихают эти ленты и не знают проблем.

микруху на радиатор, ёмкость кондёров можно увеличить

Это из appnote для стабилизатора взяты значения емкостей? Расчет не проводился?

Это первая попавшаяся наглядная картинка. Lm7812 и её аналоги это вполне самодостаточные устройства способные работать вообще без обвязки. Ёмкости тут в качестве фильтров.

для светодиодной ленты драйвер тока лишний!
подключается через LM7812 и всё. стабилизатор напряжения нужно посадить на радиатор, а то греется.
в зависимости от длины подбирать количество стабилизаторов по току.

Светодиод всегда включается к источнику питания через элемент, ограничивающий ток, вне зависимости от того, что используется в его качестве — обычный резистор или ключ драйвера. Задача не допустить прохождение тока через светодиод большего, чем заявлено заводом-изготовителем светодиодов. Напряжение же, которое может падать на самом светодиоде, в основном зависит от параметров самого светодиода и может находится в пределах от 2,2 В (для красного, зеленого светодиода например) до 12 В (для белых или синих светодиодов, состоящих из нескольких последовательно включенных диодов на одном кристалле). На лентах применяются самые разнообразные светодиоды. Так как же их включить? Лучше всего использовать специальный драйвер — устройство, стабилизирующее ток. Но откуда мы знаем, на какой ток рассчитан тот или иной светодиод или лента? Ну и, соответственно, как выбрать драйвер?
Для этого можно провести лабораторную работу, чтобы добыть эти данные экспериментально. Выбираем одну «жертву» (один светодиод) и подключаем его через резистор на 100 Ом к регулируемому источнику питания, предварительно установив на его выходе «0». Плавно подымаем напряжение на выходе источника и контролируем напряжение и ток. Ну и наблюдаем за яркостью свечения светодиода. Вначале при увеличении тока через светодиод яркость свечения будет существенно возрастать, а при достижении определенной величины тока яркость станет максимальной и увеличиваться будет не значительно. При дальнейшем увеличении тока светодиод сгорит. Если во время этого эксперимента контролировать напряжение на самом светодиоде, то легко заметить, что оно увеличивается не пропорционально возрастанию напряжения источника. Лучше всего нарисовать график на бумажке — по одной координате ток, а по другой напряжение на светодиоде. Получится кривая, на перегибе которой и выбираем параметры для нашего светодиода. Потом считаем параметры для ленты в зависимости от количества и схемы включения светодиодов и идем в магазин за драйвером.
Нихрена не поняли? Тогда проще. Ищем светодиодную ленту на 12 В и покупаем 12-ти вольтовый стабилизатор напряжения на ЕН-ке (буржуйская микросхема 7812). Ленту включаем в бортсеть автомобиля через этот стабилизатор, все будет нормально работать, главное, чтобы микросхема не сильно грелась. Если сильно греется — посадить на радиатор.

это драйвер называется. в авто с ними заморачиваться смысла нет, резистора достаточно. а если заморачиваться, то резистор надо выкинуть и подключать через драйвер. но конструкция будет уже размерами крупнее. а оно нафиг не надо. гадай потом, диод сдох или драйвер 🙂

На хонде делал подсветку номера ( лентой ), два года проездил и новый хозяин 3 года ездит никаких проблем . Думаю от качества самих лент зависит .

Стабилизатор нужен. В профессиональном магазине радиотоваров где есть лента по полочкам все разложат и подскажут. Я вообще на всю электрику в дальнейшем поставлю стабилизатор. Диоды горят от перегрева и нестабильного напряжения

на нестабильное напряжение им пофиг, перегрев и превышение тока да = повешенное напряжение.

Превышение тока это разве стабильность? Я про это и имею ввиду

от 5В до 12 это не стабильно. линейный стабилизатор не справится, будет так же скакать. кратковременные скачки до 14В не страшны. страшно если долгое время напряжение больше 12В. это чисто про светодиодные ленты.
это я к тому что на нестабильное напряжение светодиодам пофиг, только яркость свечения меняется.

Где-то тут читал, что светодиод потребляет ток, а не напряжение. Т.е. нужен стабилизатор тока… А напряжение светодиод просто не пропускает после себя на величину своего питания… Обычно светодиоды 3в, по три в цепочке с токоограничивающим резистором. После каждого светодиода в цепочке напряжение падает на 3в. А яркость зависит от потребляемого тока.

По своему опыту скажу, светодиоды погибают больше от перегрева и влаги чем от напряжения выше 13в…

Ликбез о питании светодиодов

Очень часто при покупке светодиода задаётся вопрос: «На сколько он вольт?» Разумеется, если речь идёт о LED-лампе, модуле, ленте, панели – законченном устройстве, уже содержащем схему управления или хотя бы просто резистор – то да, они выпускаются на стандартные напряжения. В подавляющем большинстве это 12В постоянного тока или 220 переменного. В промышленной аппаратуре встречаются и другие значения питающего напряжения, но в данной статье мы не будем касаться таких устройств, а рассмотрим, как правильно запитать дискретные светодиоды простейшими средствами – без готовых (и недешёвых) промышленных драйверов.

Прежде всего, следует помнить, что практически для всех электрических процессов в основном важно не напряжение, а ток. Физика описывает механическое действие тока, химическое действие тока, тепловое действие тока. Не напряжения, а именно тока. А какое напряжение необходимо приложить, зависит от требуемого тока и сопротивления нагрузки: U=IR (производное закона Ома).

И вот это самое R (сопротивление) зачастую непостоянно, и зависимость тока от напряжения нелинейная. Даже в обычной лампочке накаливания сопротивление нити возрастает (как и у всех металлов) с повышением температуры. Но такая нелинейность нам на руку: как бы сам собой стабилизируется ток – его увеличение ведёт к разогреву волоска, это повышает сопротивление и, следовательно, противодействует дальнейшему увеличению тока. Именно поэтому лампы накаливания можно питать фиксированным напряжением: необходимый ток установится автоматически.

Читать еще:  Ток потребления светодиода при последовательном соединении

Со светодиодами – сложнее. Их вольтамперная характеристика (ВАХ), как и у всех полупроводниковых диодов, при достижении некоторого напряжения становится очень крутой, почти вертикальной, и малейшее его отклонение может вызвать значительное изменение тока. И даже при очень точном и стабильном напряжении к тем же результатам может привести тепловое смещение характеристики. Наконец, светодиоды имеют разброс параметров, и при одном и том же напряжении ток может сильно отличаться даже у приборов из одной партии.

Рабочий участок характеристики лежит в очень узком диапазоне напряжений и зависит от длины волны излучаемого света и материала светодиода: 1,5. 2,1 В для арсенида галлия (красных, оранжевых, желтых), но более 2,4 В для красных же из AlInGaP. Таблица по всем цветам и материалам обширна, а для расчетов, в общем, не нужна. С достаточной точностью можно считать напряжение светодиодов

  • красных – 2 В,
  • желтых – 2,5 В,
  • зелёных – 3 В,
  • синих и белых – 3,5 В.

В принципе так можно было бы и отвечать на вопрос из первого предложения статьи, но с оговоркой, что любое отклонение напряжения приведет либо к перегоранию светодиода, либо к тому, что он будет излучать лишь несколько процентов своего номинального светового потока.

Таким образом, светодиоды следует питать только фиксированным током (не напряжением!), а уж просто его ограничить или стабилизировать с высокой точностью – зависит от того, какое качество освещения, эффективность и долговечность излучателя необходимы.

При использовании светодиодов для индикации или подсветки небольшой мощности, вполне допустимо погасить ток до уровня 60-70% максимально допустимого просто последовательно включенным резистором с сопротивлением:

R=(U-U VD )/I, где U – напряжение питания, U VD – рабочее напряжение светодиода (или суммарное нескольких, включенных последовательно), I – необходимый ток.

Мощность, выделяющаяся на резисторе P=I 2 R при питании маломощных светодиодов от низковольтных источников, обычно не превышает 100 мВт и позволяет использовать маленькие детали.

Максимально допустимый ток практически всех маломощных диодов (полностью пластиковых, не имеющих площадки для радиатора) составляет 20 мА, а мощность – не более 50 мВт. Исключение – квадратные «Пираньи», которые могут содержать несколько кристаллов, включенных параллельно, или кристаллы большой площади, и рассеивать, соответственно, до 200 мВт. Это немного, но в случае близкого расположения нескольких светодиодов может вызвать ощутимый нагрев, что необходимо учитывать в конструкции – обеспечивать конвекцию воздуха, не заливать теплоизолирующими полимерами и т.д.

Из формулы видно, что тот же самый ток можно получить при различном сопротивлении – в зависимости от напряжения и количества светодиодов. Например, около 14 мА будет протекать через диод с рабочим напряжением 3 В при его питании от 12-вольтового источника через резистор 643 Ом. И такой же ток, но через 3 аналогичных диода, обеспечит резистор в 214 Ом. В первом случае существенно меньше будет изменение тока при отклонениях напряжения питания и температурном дрейфе ВАХ, зато во втором – в 9 раз меньше потери энергии на резисторе (относительно потребляемой излучателями). Палка о двух концах: экономичность против стабильности и долговечности. Практически для нормальной работы светодиодов достаточно, чтобы на резисторе падала где-то треть-четверть напряжения питания.

Если количество светодиодов не укладывается в это условие (их суммарное напряжение превосходит или незначительно меньше напряжения источника), применяют групповое включение нескольких параллельно соединённых последовательных цепочек с резистором в каждой. Просто параллельное соединение светодиодов используется только в дешёвых китайских фонарях и не может гарантировать равномерного распределения тока между излучателями даже одной партии, не говоря уже о раздельно приобретенных компонентах.

Например, необходимо запитать 10 белых маломощных светодиодов от источника в 9 В (достаточно стабильного, не «гуляющего», как бортовая сеть автомобиля на 30-40%). В таком случае можно выбрать ток достаточно близкий к максимально допустимому. Скажем, 17 мА.

Последовательное соединение 3х3,5 В уже неприемлемо: недостаточно напряжения питания. Значит, останавливаемся на схеме из пяти цепочек по 2 диода – как раз треть питания на резисторах, сопротивлением R = (9 В-2*3,5 В)/17 мА=117 Ом. Конечно, не обязательно искать соответствующие прецизионные, вполне подойдёт ближайшее значение из стандартного ряда – 120 Ом.

Ток, потребляемый от источника, составит 5*17=85 мА, а мощность P=U*I=9 В*85 мА=765 мВт. То есть подойдёт блок питания мощностью всего 1 Вт (щелочная батарейка «Крона» прослужит около сотни часов).

Именно так (параллельные группы только не из двух, а из трёх последовательно соединённых диодов и резистора) устроены 12-вольтовые светодиодные ленты. Поэтому резать их можно только по специально отмеченным границам – на целое количество групп.

Стабилизировать ток в маломощной цепочке проще всего полевым транзистором VT с начальным током стока, слегка превышающим рабочий ток светодиодов (КП302, КП307 и т.п.), подобрав его точное значение изменением сопротивления R в пределах нескольких десятков Ом.

Более серьёзные схемы для стабилизации тока, а также для питания светодиодов от сети 220 В рассмотрены в статье про самодельные LED-лампы. В случае же еще больших мощностей или совсем низковольтного питания (менее 3В), или для максимальной эффективности использования самых дорогих излучателей рекомендуется уже применять промышленные драйверы: себестоимость самодельного устройства такой сложности будет выше, чем у серийно выпускаемого.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector