Ток потребления сверхяркого светодиода
Всё о светодиоде
Что такое светодиод
Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED, по-русски — СИД.
Из чего состоит светодиод?
Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного современного светодиода схематически изображена на рисунке.
Чем хорош светодиод?
В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы,электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.
Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?
Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4В постоянного напряжения при токе до 50 мА.Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение,но ток выше — от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности.Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.
Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.
Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?
В рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.
Чем определяется срок службы светодиода?
Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 50 — 100тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости.
Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?
Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо — доподлинно не известно, потому что, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют. Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально.
Где сегодня целесообразно применять светодиоды?
Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах.Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию и где высоки требования по электробезопасности.
Возможности и применение
Изобретение первых светодиодов — полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку -относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.
Появление сверхярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов(в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе — мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного,синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков,а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.
Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий,отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными-газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого светодиоды еще недостаточно распространены является пока еще высокая стоимость светодиодов.
Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения — максимальный срок работы газоразрядных и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов.
За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать»от 30 до 40 раз. Использование светодиодных модулей позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!
Работа при низких температурах
Благодаря полупроводниковой природе светодиодов их яркость обратно пропорциональна температуре окружающей среды, что делает их применение особенно актуальным в наших климатических условиях. Диапазон температуры эксплуатации светодиодов от -50. +60 град С.
Стойкость к механическим воздействиям
Отсутствие стеклянных деталей, нитей накаливание делает светодиоды устойчивыми к механическим воздействиям, ударам и вибрации.
Яркость светодиодов сравнима с неоном. Для сравнения: обычная лампа накаливания дает до 10 люмен на 1 Вт потребленной энергии, светодиоды — 70 люмен и выше.Сверхяркие светодиоды обеспечивают сильный световой поток для изделий такого класса.
Возможность получения любого цвета и оттенка излучения светодиодов: например,чистый синий, чистый белый, оранжевый, сине-зеленый и десятки других чистых цветов и оттенков — чего нельзя получить, используя лампы накаливания.
Высокий уровень безопасности
Обеспечивается малым тепловыделением светодиодов и низким питающим напряжением.
А также легкое крепление к любой поверхности существенно облегчают монтаж и ремонт, и соответственно расходы связанные с ними.
Возможность управления через контроллеры, диммеры, в том числе с плавным изменением яркости и цвета свечения. Управляя интенсивностью и режимом свечения можно достичь фантастического эффекта «живого света».
Замена существующих источников света
Светотехнические и электрические параметры модулей позволяют легко заменить любые ранее установленные источники света и значительно сократить расходы на эксплуатацию и обслуживание.
Экологическая и пожарная безопасность
Не содержат вредных веществ, побочного ультрафиолетового или инфракрасного излучения и почти не нагреваются.
Поверхностный взгляд на использование светодиодов сразу отмечает их высокую стоимость — главный недостаток по сравнению с лампами накаливания и газоразрядными лампами различных типов. Если говорить о цене изделия как таковой, то LED-изделия действительно «не каждому по карману». Однако производители по всему миру продолжают наращивать мощности по изготовлению светодиодов, и цены на данные источники света неуклонно понижаются. Практика показывает, что совокупные затраты на приобретение и эксплуатацию светодиодных изделий, в конечном итоге оказываются в 2 — 2,5 раза ниже затрат на обычные светильники.
Светодиоды и их применение
Данная статья призвана немного прояснить принципы использования светодиодов на практике.
Светодиоды обладают многими достоинствами, так то : долговечность,виброустойчивость,экономичность,малые габариты. Эти несомненные плюсы привлекают,но зачастую не реализуются на практике в виду не совсем полного понимания работы этих устройств.
Светодиод-в первую очередь необходимо рассматривать как нелинейный полупроводниковый прибор,а не как обычный аналог лампы накаливания.
Полупроводниковые диоды имеют нелинейную зависимость прямого тока от напряжения на его выводах. До достижения порогового напряжения на его выводах-ток через прибор минимален, диод закрыт.но по достижению порогового напряжения диод открывается, ток резко возрастает.
Для наглядности приведены вольт-амперные характеристики (ВАХ) обычного кремниевого диода и светодиодов
Эта характеристика даёт понять нам,что светодиод имеет малое дифференциальное сопротивление в диапазоне рабочих токов. Небольшое приращение напряжения приводит к резкому росту тока через прибор. Отличия от ламп накаливания, имеющих чисто активное сопротивление (как следствие-практически прямую ВАХ) ,как говорится –налицо.
Поэтому использование светодиодов напрямую от источника напряжения, без токоограничительных или токостабилизирующих устройств настоятельно не рекомендуется. Не лишним будет упомянуть и зависимость порогового напряжения от температуры,с повышением температуры оно снижается.
На рис1 приведена простейшая схема включения светодиода с ограничением тока через светодиод резистором. Расчёт схемы довольно прост. Зная (справочные данные) номинальный рабочий ток через светодиод и падение напряжения на нём нетрудно рассчитать номинал резистора R1 и его мощность.
Мощность рассеивания резистора=(Uвх-Uпад)*Iном
Практически выбор резистора выглядит так
— Имеем красный «среднестатистический» светодиод, с падением напряжения
1.9в,рабочим током 10ма,максимальным-20ма ,источник питания-бортовая сеть автомобиля,мотоцикла(12-14.2в). оговоримся-точность расчёта на результат при одиночном включении светодиода фактически не влияет.округлим для простоты расчёта падение напряжения до 2в.
Проверяем не выйдет ли за пределы допустимого рабочего тока при максимальном напряжении в бортсети : (14.2в-
2в):1000=0.0122А(12.2 ма), что много меньше максимально допустимого 20ма. Следовательно выбираем резистор 1к, 0.125вт(или больше)
При необходимости использования нескольких светодиодов в качестве группового излучателя света целесообразно их последовательное включение-сокращается кол-во резисторов,возрастает общий кпд схемы. Прямое параллельное включение нескольких светодиодов с одним резистором нежелательно.
При параллельном соединении токи светодиодов складываются,при последовательном-складывается падение напряжений на светодиоде.
При последовательном включении в изначальную формулу проставляем не падение напряжения одиночного светодиода, а сумму падений на группе последовательно включённых светодиодов.
R1=(Uвх-Uпад*N):Iном где N-количество последовательно включённых светодиодов.
Но тут необходимо небольшое отступление-на практике,как в вышеописанном примере,питающие напряжения редко бывают стабильны,увлекатся большим количеством последовательно включённых светодиодов (для бортсети 12в-это на мой взгляд более 4 шт красных, (с падением
2в)) нецелесообразно, ибо приведёт к увеличению нижнего диапазона питающих напряжений, большому колебанию тока и соответственно яркости свечения светодиодов.
Пример с бортсетью 12в мы рассмотрели выше,при колебаниях напряжения 12-14.2в ток через светодиод составил 10-12.2ма.
Например взять крайний случай-использование 4-х светодиодов в подобной бортсети,включенных последовательно с токоограничительным резистором.
Имеем выходные расчётные данные такими: сопротивление резистора 400ом,ток 10-15.5ма. колебания тока уже составят более 50%,это уже будет визуально довольно заметно
Как вариант-использование вместо токоограничительных резисторов-источника тока.
Намеренно не будем рассматривать стабилизаторы тока на дискретных элементах,ибо выйдем за рамки одной статьи
Современные микросхемы стабилизаторов напряжения (LM317 и её клоны-кр142ен12,ен22,ld1083-ld1085 итд) превосходно справляются с этой задачей.
Использование данной микросхемы (DA1) в таком режиме отображено на рис2.
Резистор R1 задаёт общий ток светодиодов. Расчёт схемы прост.R1=1.25(это напряжение стабилизации мс):I. I-тут общий ток нескольких веток светодиодов.
для запитки одной «ветки» cветодиодов с током 10 ма R1 cоставит 1.25:0.01=125ом.
Хорошо подходит данный стабилизатор для питания «сверхярких» светодиодов с током потребления от 20 ма и выше. Но не лишён и недостатков. Их надо учесть.
Первое, падение напряжение на стабилизаторе такого плана не должно быть меньше 2.5-3-х вольт. Ниже — теряет свои стабилизирующие свойства, ток падает. Неприятно,но не смертельно.
Второе: применяется смешанное соединение светодиодов. Тут есть даже пара подводных камней.точнее в параллельном включении веток светодиодов. Расчёт ведётся по сумме токов нескольких веток. В случае повреждения одной из ветки последовательно соединенных светодиодов-их ток распределяется на остальные ветви.
Не следует использовать светодиоды в таком включении на максимальном токе (если, естественно, количество веток больше 1 😉 ), использовать надо строго одинаковые светодиоды и желательно из одной партии. естественно количество последовательно соединённых должно также совпадать. Но и тут может быть разница в токах разных ветвей. Разброс параметров ,при максимальных токах, приведёт к увеличению сверх расчётного тока через ту ветку, где будет наименьшее суммарное падение напряжения.
Светодиоды, особенно мощные – греются. И как мы знаем — с разогревом уменьшается их пороговое напряжение, что приводит к увеличению тока этой ветви. Выход один — вводить дополнительно последовательно с каждой цепью последовательно включённых светодиодов — резистор, номиналом единицы-десятки Ом (на схеме 2 R2`).
Если таки выходит необходимость использования резисторов с каждой веткой последовательно включённых светодиодов-то выходит использование стабилизатора тока не является необходимым. На схеме №3 DA1-обычный стабилизатор напряжения серий кр142ен5, LM7805-7808 или же регулируемые 317,1083-1085 со своими резисторами задающими вых напряжение. расчёт R1 производится как и по схеме №1,исходя из выходного стабилизированного питания мс.
При использовании микросхемных стабилизаторов напряжения и общем потребляемым током свыше 300ма –микросхемы требуют использования радиатора. Даб не углублятся в эти дебри-воспользуйтесь данными производителя этих микросхем (datasheets), оттуда же подчерпнёте и много другой полезной информации по этим микросхемам. Так то –максимальное напряжение на входе устройства,максимальный ток,рассеиваемая мощность итд.
От себя могу лишь вкратце охарактеризовать и дать рекомендации по использованию схем.
По рис 1 плюсы: начинает работать фактически от напряжения ,едва превышающего пороговое светодиода(ов,если последовательно),подходит к использованию на низких напряжениях питания,просто,примитивно.
Минусы… стабилизация тока отсутствует.
По рис 2 плюсы-стабилизация тока ,верхние значения входных напряжений могут быть весма большими-37в+сумма падений на светодиодах. Схема может содержать 1 мс и 1 резистор.и это при работе на … скажем 30 светодиодов 😉
По рис 3. стабилизация тока косвенная.недостатки-использование и мс и резистора на каждую последовательную ветвь светодиодов. На 78й серии стаб имеет большое мин.падение напряжение(до 2.5в),фиксированные вых напряжения.Предпочтительнее 1083 с обвязкой.
В заключении хотелось бы напомнить-светодиоды ,микросхемы боятся статики,неправильного подключения и перегрева.пайка этих деталей должна быть максимально быстрая,не более 2 сек.
Было бы некорректно обойти вниманием светодиоды с интегрированным резистором,рассчитанные на подключение напрямую к источнику напряжения. Но в виду их малораспространенности ,дороговизны ,небольшой яркости- практическое использование под вопросом. Разве что в схемах индикации,где проблематично разместить доп внешний резистор.
Также не лишним будет упомянуть что разработаны и специальные микросхемы-драйвера светодиодов,осуществляющие стабилизацию тока светодиодов. Среди них есть как линейные стабилизаторы(мало отличающиеся по принципу действия от схемы №2),так и импульсные,имеющие повышенный кпд.
Но опять таки –имеют или узкую специализацию или малораспростаненны и дороги.
Для повышения кпд возможно использование неспециализированных распространённых микросхем импульсных стабилизаторов напряжения.например,таких как MC34063.схему включения можно почерпнуть из технической документации. Использование её в качестве источника тока не документировано,но вполне осуществимо.
Рекомендовал бы её включение, как понижающий стабилизатор, нагруженный на группу светодиодов с общим резистором,с которого берется напряжение обратной связи.
Дополнительно будут полезны для ознакомления пара практических схем.
На рис №4 использование одной матрицы из 12 сверхярких светодиодов в качестве габарита и стоп сигнала.
Примененные светодиоды имели параметр в рабочей точке 30ма падение напряжения в 2.2в
R3=10ом 0.125вт(можно исключить,если светодиоды не «Китай» 😉 )
VD1-обычный кремниевый диод с максимальным током 1и более ампер(1n4001-1n4007 итд)
На рис №5 приведена схема замены лампы накаливания в цепи контроля генератора светодиодом.R1 подбор в пределах 1-4.7кОм . зависит от расположения светодиода,от его типа.дабы и «считывание» летним днём обеспечить и ночью не ослепнуть.
Какие бывают сверхяркие светодиоды
Сверхяркие светодиоды – это источники светодиодного освещения мощностью от 1 Ватта с силой тока 300 мА и выше, обладающие высокой яркостью свечения. Светодиод мощностью 10 Ватт получают при использовании 10 таких светоизлучающих диодов в виде матрицы.
Светодиодная матрица мощностью 80 Ватт.
- Как устроен сверхъяркий светодиод
- Разновидности
- Мощные сверхяркие
- Светодиоды SMD
- Характеристики
- Особенности питания
- Особенности монтажа
- Плюсы и минусы
- Особенности применения
- Итоги
Как устроен сверхъяркий светодиод
Ультраяркий светодиод имеет такую же конструкцию, как и обычный, c той лишь разницей, что светоизлучающие кристаллы в нем устанавливаются на специальное основание, а в мощном сверхъярком led в конструкции предусмотрен теплоотвод. Во всем остальном – это такой же светоизлучающий диод с p-n переходом, который в результате протекания электрического тока создает оптическое излучение.
Разновидности
Деление сверхярких светодиодов на виды является довольно условным, т.к. каждый имеет свои уникальные характеристики.
На сегодняшний день основными странами-производителями ультраярких светодиодов являются США (компания «CREE»), Тайвань (компания «Epistar») и, конечно же, Китай.
Наиболее полную классификацию таких светоизлучающих диодов предоставила компания «CREE», в соответствии с которой их можно разделить на следующие типы:
- в стандартных корпусах круглого (3 и 5мм) или овального (4 и 5мм) сечения с двумя выводами STD (серии 374, 503, 512, 535, 4SM, 5SM и т.д.);
- в корпусе типа P4 («Пиранья») (серии Р41, Р42, Р43);
- в корпусах для поверхностного монтажа PLCC (серии LM1, LM3, LM4, LA1, LN6, LP6 и т.д.).
Последняя группа led является наиболее разнообразной и востребованной. В нее входят светодиоды разных цветов с различным количеством кристаллов. Они также отличаются углами рассеивания и размерами.
На фото показан внешний вид ультраярких и мощных светоизлучающих диодов согласно классификации фирмы «CREE».
Мощные сверхяркие
В отдельную группу можно выделить мощные сверхяркие светодиоды XLamp. Их главной конструктивной особенностью является наличие радиатора для отвода тепла, вызванного большим рабочим током (350мА и выше).
Чем эффективнее отвод тепла – тем больше время работы сверхъяркого мощного светодиода.
Данная группа имеет три варианта исполнения – XR, XP и MC. Они отличаются между собой формами и размерами корпусов. Именно они нашли широкое применение во внутреннем и наружном освещении автомобилей.
Светодиоды SMD
LED SMD также можно условно отнести к мощным сверхъярким светоизлучающим диодам. Они имеют несколько серий (3528, 5050,3014, 3020, 2835 и т.д.). Но самым востребованным на рынке светодиодного освещения является SMD 5050.
Он нашел широкое применение в светильниках благодаря белому цвету свечения. Мощность такого led может достигать 1Вт, поэтому его корпус имеет теплоотвод.
На фото мы можем увидеть, как выглядит LED SMD 5050.
Характеристики
Самой важной из всех характеристик является рабочий ток. Ультраяркие мощные светодиоды работают на постоянном токе, и превышение его значения приводит к выходу из строя led. Средний рабочий ток сверхъяркого равняется 15 – 20мА, ток мощного ультраяркого светодиода может достигать и 1А.
Рабочим напряжением (далее U) называют величину падения напряжения на светодиоде. Светоизлучающие диоды выпускаются с рабочим U равным 1,5 – 4 В. Диоды разных цветов имеют различное U(самое низкое имеют диоды инфракрасного цвета – 1,5-1,9В, а самое высокое – белый диод – 3-3,7В). Одним драйвером с постоянным выходным U = 12В возможно подключение, например, четырех светоизлучающих диодов с рабочим U = 3В или двенадцати светодиодов с рабочим U = 1В.
Средний показатель мощности для ультраярких светодиодных источников составляет 0,2-0,3Вт, а для мощных сверхярких источников — 1 Вт.
Если на коробке мощного светодиода указаны ток и напряжение, но не указана мощность, определить ее довольно легко, перемножив указанные значения между собой.
Для получения необходимой интерьерной подсветки важными показателями будут: цвет свечения, угол рассеивания, световой поток.
Сверхяркие мощные светодиоды представлены в следующей цветовой гамме: янтарный, оранжевый, синий, зеленый, красный и белый. В свою очередь белый цвет может выдавать холодный белый свет (5000 – 7000K), белый (3500-5000К), теплый белый (2700-3500К).
Угол рассеивания варьируется от 15º до 120º в зависимости от типа. Самый маленький угол рассеивания имеет серия в стандартном корпусе круглого сечения, а самый большой – серия PLCC. Использование сверхярких светодиодов с разными углами рассеивания дает возможность расставлять необходимые акценты в интерьере.
Световой поток играет важную роль для получения заданного уровня освещенности помещения.
Особенности питания
Перед подключением светодиода необходимо внимательно изучить, на какой ток и напряжение он рассчитан. Ультраяркие подключают через драйвер, который дает возможность стабилизировать ток, необходимый для нормальной работы LED. Драйвер с выходным напряжением 12В подключается к сети 220В.
Ниже приведена простейшая схема подключения нескольких светодиодов через драйвер.
Особенности монтажа
Основным условием при установке и подключении led является необходимость соблюдения полярности питания.
Мощные сверхяркие светодиоды нуждаются в дополнительном охлаждении, так как во время работы они интенсивно нагреваются.
В мощных ультраярких led температура нагрева кристалла влияет на нормальную работу сверхяркого светодиода, поэтому при его монтаже необходимо сделать теплоотвод, который можно осуществить с помощью радиатора.
Применяемые теплопроводящие основания являются проводниками электричества, поэтому при установке светоизлучающего диода необходимо обеспечивать их электроизоляцию.
Кроме того, светоизлучающий диод — хрупкое изделие, следует осторожно устанавливать во избежание деформации его корпуса.
Автор видео рассказывает про виды и применение мощных светодиодов, а в конце дает не большой, но познавательный урок по монтажу smd led, показывает, как определить полярность и припаять.
Плюсы и минусы
Сверхъяркие led становятся все более востребованными на рынке освещения. Причина кроется в преимуществах, которыми обладают данные источники света:
- большой срок эксплуатации (50 000-100 000 часов);
- высокая экономичность;
- устойчивость к перепадам напряжения;
- возможность работы при низких температурах окружающей среды;
- компактность. Сверхяркие светодиоды имеют небольшие размеры, что позволяет монтировать их в совсем маленькие приборы;
- экологичность (отсутствие ртути, паров газов или других опасных веществ);
- ударопрочность и виброустойчивость;
- светодиодные технологии обеспечивают большое разнообразие при проектировании интерьерного, декоративного освещения, а также цифровой контроль цвета и интенсивности света;
- устойчивость к многократным включениям.
Как видим, параметры работы подобных устройств выгодно отличаются от других источников света. Но кроме достоинств, имеются и некоторые недостатки:
- высокая цена, значительно увеличивающая срок окупаемости осветительного прибора;
- низкие технические характеристики в некачественных изделиях;
- необходимость применения драйверов, что увеличивает стоимость;
- невозможность использования регуляторов освещения для всех видов сверхярких светодиодов. Устройство этих регуляторов сложнее, чем для традиционных источников света, что также сказывается на их стоимости;
- заявленные названия цветопередачи не всегда соответствуют реальным характеристикам;
- небольшой угол рассеивания света;
- сложности в получении равномерного освещения из-за уникальности характеристик каждого LED и т.д.
Несмотря на перечисленные недостатки при правильном подходе к выбору и монтажу часть их можно нивелировать.
Особенности применения
Сегодня, благодаря положительным качествам, сверхяркие светодиоды нашли широкое применение:
- в качестве светоизлучающих элементов в светофорах, дорожных знаках и светодиодных экранах;
- в автомобилестроении (приборы освещения и индикации внутри автомобиля и снаружи); Существуют комплекты, в которых ультраяркие светодиоды на напряжение 12В уже готовы к подключению в электрическую схему питания автомобиля;
- в рекламной сфере;
- в ландшафтном освещении, освещении жилых и общественных зданий и т.д.
Светодиодный светофор — не редкость в современном мире
Итоги
Сверхяркие светодиоды позволяют получать большой световой поток при малом потреблении электроэнергии. Такие свойства позволят решить вопрос с большими затратами электроэнергии на освещение, которые на сегодняшний день остаются значительными, а также создать необходимый уровень освещения внутри зданий и снаружи.
Справочная таблица параметров
популярных SMD светодиодов с даташитами
Воспользовавшись справочными данными из нижеприведенной таблицы с техническими характеристиками наиболее популярных SMD светодиодов, Вы сможете при самостоятельном изготовлении подсветок и светильников, или, покупая готовые источники света, рассчитать и оценить их светотехнические возможности. С помощью данных из таблицы сможете определить параметры светодиодной ленты в случае отсутствия на ней маркировки.
Кликнув по надписи синего цвета, обозначающей типа светодиода, Вы можете ознакомиться с даташитом от производителя, хранящегося непосредственно на сайте. В даташитах приведены более подробные технические характеристики обыкновенных и сверхярких светодиодов с учетом величины протекающего через них тока и температуры окружающей среды.
| Справочная таблица основных технических характеристик и типоразмеров наиболее популярных марок SMD светодиодов используемых для освещения с даташитами от производителей | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Внешний вид | Тип светодиода | Цвет свечения | Размер, мм | Световой поток, лм | Угол, град. | Ток, мА | Напряжение, В |
 | LED-508H184WC-HD | белый | ∅5,0 | 0,5 | 15 | 20 | 2,8-3,6 |
| LED-508H238WC-HD | |||||||
| LED-508H256WC-HD | |||||||
 | LED-HK5H4ULC-WW | белый теплый | ∅5,9 | 2,5-10,4 | 160 | 20 | 2,1-3,4 |
| LED-HK5H4ULC-W | белый | 2,5-10,4 | |||||
| LED-HK5H4UBC | синий | 3,1-4,4 | |||||
| LED-HK5H4UGC | зеленый | 2,6-10,4 | |||||
| LED-HK5H4URC | красный | 3,1-4,4 | |||||
| LED-HK5H4UYC | желтый | 3,1-4,4 | |||||
| LED-HK5H4UOC | оранжевый | 3,1-4,4 | |||||
 Сверхяркие | LED-WW-SMD2835 | белый теплый | 2,8×3,5 | 50 | 120 | 150 | 2,9-3,3 |
| LED-NW-SMD2835 | нейтральный белый | 55 | |||||
| LED-PW-SMD2835 | чистый белый | 60 | |||||
| LED-CW-SMD2835 | холодный белый | 60 | |||||
 Сверхяркие | LED-WW-SMD3014 | белый теплый | 3,0×1,4 | 11,5 | 120 | 30 | 2,1-3,4 |
| LED-NW-SMD3014 | белый | 11,5 | |||||
| LED-CW-SMD3014 | холодный белый | 12,0 | |||||
| LED-B-SMD3014 | синий | 0,85 | |||||
| LED-G-SMD3014 | зеленый | 2,5 | |||||
| LED-Y-SMD3014 | желтый | 1,88 | |||||
| LED-R-SMD3014 | красный | 2,45 | |||||
| LED-O-SMD3014 | оранжевый | 0,66 | |||||
 | LED-WW-SMD3020 | белый теплый | 3,0×2,0 | 5,0 | 120 | 20 | 2,1-3,4 |
| LED-NW-SMD3020 | белый | 5,5 | |||||
| LED-CW-SMD3020 | холодный белый | 5,5 | |||||
| LED-B-SMD3020 | синий | 0,87 | |||||
| LED-G-SMD3020 | зеленый | 3,1 | |||||
| LED-Y-SMD3020 | желтый | 0,7-2,2 | |||||
| LED-R-SMD3020 | красный | 0,85 | |||||
| LED-O-SMD3020 | оранжевый | 0,5 | |||||
 | LED-WW-SMD3528 | белый теплый | 3,5×2,8 | 4,5-5,0 | 120-140 | 20 | 2,8-3,2 |
| LED-CW-SMD3528 | белый | 4,5-5,0 | 2,8-3,2 | ||||
| LED-B-SMD3528 | синий | 0,6-0,85 | 2,8-3,2 | ||||
| LED-G-SMD3528 | зеленый | 2,8-3,5 | 2,8-3,2 | ||||
| LED-Y-SMD3528 | желтый | 1,2-1,6 | 1,8-2,0 | ||||
| LED-R-SMD3528 | красный | 1,2-1,6 | 1,8-2,0 | ||||
| LED-RGB-SMD3528 | R G B | 3,5×2,8 | 0,6 | 120-140 | 20 | 2,0-2,8 | |
| 1,6 | 20 | 3,2-4,0 | |||||
| 0,3 | 20 | 3,2-4,0 | |||||
 | LED-WW-SMD4008UWC Бокового свечения | белый | 4,0×0,8 | 5 | 120 | 20 | 3,0-3,6 |
 | LED-WW-SMD4014 | белый теплый | 4,0×1,4 | 22 | 120 | 60 | 2,8-3,4 |
| LED-PW-SMD4014 | белый | 23 | |||||
| LED-CW-SMD4014 | холодный белый | 23 | |||||
 | LED-SMD4020 | белый | 4,0×2,0 | 72 | 120-140 | 150 | 6,0 |
 | LED-WW-SMD4530-1 | белый теплый | 4,5×3,0 | 70 | 120-140 | 600 | 2,9-3,8 |
 | LED-WW-SMD5050 | белый теплый | 5,0×5,0 | 10,0-12,0 | 120-140 | 3×20 | 3,2-3,4 |
| LED-W-SMD5050 | белый | 11,0-14,0 | 3,2-3,4 | ||||
| LED-B-SMD5050 | синий | 2,0-2,5 | 3,1-3,6 | ||||
| LED-G-SMD5050 | зеленый | 8,0-8,5 | 3,1-3,5 | ||||
| LED-Y-SMD5050 | желтый | 4,5-5,0 | 1,9-2,2 | ||||
| LED-R-SMD5050 | красный | 4,5-5,0 | 1,8-2,2 | ||||
| LED-RGB-SMD5050 | R G B | 5,0×5,0 | 1,6 | 120-140 | 20 | 1,6-2,0 | |
| 2,5 | 20 | 2,8-3,2 | |||||
| 0,6 | 20 | 2,8-3,2 | |||||
 | LED-WS2812S с ШИМ-контроллером WS2811 | R G B | 5,0×5,0 | 2,5 | 120-140 | 20 | 1,8-2,2 |
| 5,4 | 20 | 3,0-3,2 | |||||
| 1,2 | 20 | 3,2-3,4 | |||||
 | LED-WS2812B с ШИМ-контроллером WS2811 | R G B | 5,0×5,0 | 2,5 | 120-140 | 20 | 1,8-2,2 |
| 5,4 | 20 | 3,0-3,2 | |||||
| 1,2 | 20 | 3,2-3,4 | |||||
 | LED-SMD5630-05 | белый | 5,6×3,0 | 40 | 120 | 150 | 3,3 |
 | LED-SMD5730-05 | белый | 5,7×3,0 | 45 | 120 | 180 | 3,1-3,3 |
| LED-SMD5730-1 | 110 | 350 | |||||
 | LED3500Am1W-A120 | белый теплый | ∅8,0 | 40-60 | 120-140 | 350 | 3,2-4,0 |
| LED6000Am1W-A120 | белый | 75-85 | 3,0-4,0 | ||||
| LED470Am1W-A120 | синий | 15-20 | 3,2-4,0 | ||||
| LED515Am1W-A120 | зеленый | 40-50 | 3,2-4,0 | ||||
| LED625Am1W-A120 | красный | 30-40 | 2,0-2,8 | ||||
 | LED Luminus SST-50 | белый | платы ∅21 | 100 | 125 | 1750 | 3,2 |
 | LED Luminus SST-90 | белый | платы 10×11 | 1300 | 120 | 3150 | 3,25 |
 | LED Luminus CSM-360 Состоит из 4 SST-90 | белый | платы 36×36 | 2100 | 115 | 3150 | 13,14 |
 | LED Cree-XHP50 Состоит из 4 led | белый | 5×5 | 2546 | 120 | 3000 | 6 |
| 1500 | 12 | ||||||
 | LED Cree-XHP70 Состоит из 4 led | белый | 7×7 | 4022 | 120 | 4800 | 6 |
| 2400 | 12 | ||||||
Электрическая схема расположения кристаллов в светодиоде LED-RGB-SMD5050 и схема его включения в светодиодной ленте приведена в статье сайта Подключение R G B светодиодных лент.
В настоящее время подавляющее число ламп, светильников, светодиодных лент и модулей изготовлены с использованием одного из типов светодиодов, приведенных в таблице. Срок службы SMD светодиодов по заявлению производителей составляет не менее 80000 часов.
Калькулятор для расчета
параметров токоограничивающего резистора для LED
При самостоятельном изготовлении светодиодных источников света и светильников необходимо рассчитать номинал и мощность токоограничивающего резистора. Для упрощения этой задачи представляю в помощь специальный онлайн калькулятор, с помощью которого Вы сможете рассчитать сопротивление и мощность требуемого резистора в зависимости от типа светодиода, их количества и напряжения источника питания. Параметр «Напряжение падения на одном LED» берется наибольшее значение из последней колонки таблицы, «Максимально допустимый ток через LED» из предпоследней колонки.
| Онлайн калькулятор для расчета номинала и мощности токоограничивающего резистора | |
|---|---|
| Напряжение источника питания U, В: | |
| Напряжение падения на одном LED, В: | |
| Кол-во последовательно включенных LED, шт: | |
| Максимально допустимый ток через LED, мА: | |
Если в наличии нет резистора нужной мощности, то его можно заменить несколькими резисторами одинакового номинала меньшей мощности, включив их последовательно или параллельно. При этом мощность, рассеиваемая на одном резисторе, будет равна расчетной мощности, деленной на количество резисторов. Величина резисторов при последовательном включении уменьшится и будет равна расчетной величине, деленной на количество резисторов. При параллельном включении нужно брать резисторы, номиналом, равным требуемому умноженному на количество резисторов.
Например, в результате расчета необходим резистор мощностью 1 ватт и номиналом 200 Ом. Этот резистор можно заменить четырьмя включенными последовательно резисторами мощностью 0,25 ватт номиналом по 50 Ом. При этом если светодиодов, например, пять, то впаять резисторы можно по одному между диодами.
Подключать непосредственно к источнику питания, батарейке или аккумулятору один или несколько соединенных последовательно светодиодов без токоограничивающего резистора недопустимо, так как это приведет к выходу их из строя.
При питании светодиодов от аккумулятора (батарейки), необходимо учесть, что во время работы светодиодов происходит, в зависимости от степени разряда и емкости аккумулятора, снижение напряжения на его выводах до 20%. Если напряжение холостого хода аккумулятора будет близко к напряжению падения на светодиоде, то он будет светить с пониженной яркостью.
Онлайн калькуляторы для определения номинала резисторов
по цветовой маркировке
Если номинал резистора на корпусе обозначен в виде четырех или пяти цветных колец, то величину его можно определить с помощью одного из нижеприведенного онлайн калькулятора.
Онлайн калькулятор для определения сопротивления резисторов
маркированных 4 цветными кольцами
Онлайн калькулятор для определения сопротивления резисторов маркированных
5 цветными кольцами
Задать вопрос автору статьи, оставить комментарий
Александр, здравствуй!
Подскажи, будь добр, 12 светодиодов мощностью 3 вата будет 36 ватт. А начинаешь считать по формуле получается другое, 12×3,4В=40,8В×0,7А=28,56 вата.
И ещё, рекомендуют драйвер на 0,6 А, а прислали на ток 0,5 А, говорят пойдёт. Так, то всё работает, но почему драйвер не перегорает?
И ещё, советуют драйвер брать на 20-30% мощнее, то получается что который прислали подходит?
Здравствуйте, Игорь.
3 ватта – это паспортная потребляемая мощность светодиода. Расчетная – это реальная. При этом надо учесть, что 3,4 В это тоже справочное значение напряжения и может на практике отличаться, быть от 3,2 до 3,8. Так что рассчитываете вы все правильно. Чем на меньший ток рассчитан драйвер, тем слабее будут светить светодиоды, так как падение напряжения на них будет прежним.
Драйвер должен быть рассчитан не только на ток, но и иметь запас по напряжению. Для вашего случая напряжение должно быть около 55 В, если меньше 40 вольт, то светодиоды могут и не засветить. Если напряжения недостаточно, то нужно уменьшить количество последовательно соединенных светодиодов, например, до 8. Тогда заработают.
Драйвер, рассчитанный на меньший ток, чем номинальный для светодиодов брать можно, просто яркость свечения светодиодов будут немного меньше. Это как раз Ваш случай. А вот на больший ток недопустимо, так как от перегрева кристалла светодиоды быстро выйдут из строя. Запас по мощности рекомендуется для блоков питания, для драйверов мощность должна быть равна расчетной.
Сколько энергии потребляет светодиод?
Светодиоды бесспорно являются самыми экономичными источниками освещения, дешевле только солнечный свет. Но даже несмотря на свою экономичность, некоторые экземпляры могут быть достаточно прожорливыми. И все же, сколько потребляет светодиод электроэнергии?
«Прожорливость» устройства напрямую зависит от его яркости.
Светоизлучающий кристалл работает на напряжении 2,8 – 3,5 В (зависит от цвета свечения). Внутри кристалла диода находится p-n переход, при прохождении через который тока и излучается свет. От скольких вольт работает светодиод зависит от способа соединения модулей на матрице. Это может быть и 3В, и 12В.
Потребление в зависимости от типа светодиода
Индикаторные
Ток потребления у изделий этого класса не превышает 20 мА, при напряжении 3В за час потребление электроэнергии при их работе составит лишь 0,06 Вт или чуть больше 0,5кВт за год непрерывного свечения.
Осветительные
В отличие от индикаторных, у моделей предназначенных для освещения площадь p-n перехода, а соответственно площадь светоизлучающей поверхности и яркость, существенно выше. Ток потребления кристалла может составлять 150-300 мА, при напряжении питания 3,3В это от 0,5 до 1Вт.
В мощных диодах на одной матрице может находится несколько элементов. Мощность светодиодных матрицы, используемой в прожекторах может достигать несколько сот ватт.
Напряжение питания устройств на светодиодах
Независимо от яркости и мощности модуля, все они собираются из светодиодных матриц, которые рассчитаны на питание 3,3В. Для мощных модулей используют различные комбинации соединения с питанием от 12В до 24В. Это необходимая мера для уменьшения нагрузки по току.
Рассмотрим следующую ситуацию:
Необходим источник света мощностью 50Вт. Для его создания потребуется пятьдесят одноваттных модулей. Если все их подключить параллельно, напряжение питания составит лишь 3,3 В, но сила тока в цепи будет достигать 50 х 0,3А = 15 Ампер. Это очень-очень много.
Все электроприборы в квартире при одновременном включении редко требуют больше 10-15 Ампер. Большая сила тока приводит к значительному тепловыделению через проводники, и что бы запитать такой агрегат понадобился бы силовой многожильный медный кабель толщиной в палец.
Для снижения тока в цепи светодиодные модули соединяют последовательно. В классической схеме подключения, рассмотренное выше устройство будет состоять из восьми каскадов, состоящих из шести последовательно включённых светодиодов с напряжением питания 24В. Тогда мощность нагрузки составит лишь 8 х 0,3А = 2,4 А. А это уже ненамного больше мощности обыкновенной зарядки для мобильного телефона.
Напряжение питания бытовых устройств на диодах
Светодиодные фонарики
Диодные фонари существенно различаются по яркости и мощности. Поэтому точно сказать сколько вольт в светодиодной лампочке сложно.
В обыкновенном бытовом фонарике установлен яркий диод на 3,3 В. Благодаря использованию специальных схем повышающих напряжение они комфортно работают от одной пальчиковой батарейки на 1,2В либо аккумулятора на 1,8В.
На сколько вольт светодиоды в фонариках высокой яркости? Сигнальные фонари особого назначения оснащаются специальными диодными матрицами с напряжением питания 3,3В – 4,7В и током до 2000мА.
Для их питания используются мощные литиевые аккумуляторы на 3,7В.
Светодиодные ленты
Напряжение питание ленты и ее мощность зависят от типа используемых светодиодов.
