Получаю множество вопросов от читателей, как сделать правильное подключение светодиодов к 12 вольт и к сети 220В. Обычно только знают, что схема подключения светодиодов может быть параллельной или последовательной. Но диоды бывают не только одноцветные, но и трёхцветные RGB и четырехцветные RGBW. Для управления ими требуется RGB контроллер.

• 1. Как подключить светодиод
• 2. Обозначение светодиода на схеме
• 3. Характеристики
• 4. Этапы сборки
• 5. Источники питания
• 6. Подключение к батарейке 1,5В
• 7. Питание от 5В
• 8. Включение на 9V
• 9. Как подключить светодиод к 12 вольтам
• 10. Как подключить светодиод к 220в
• 11. Подключение к 220В без драйвера
• 12. RGB светодиоды и цветные

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 ;
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 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

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.

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.

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.

Как подключить светодиод к 220в

LED driver на 100вт и 50вт

Для подключения светодиода к сети 220В в схеме используют специализированные источники питания, которые могут называться светодиодный драйвер, источник тока, блок питания, стабилизатор. Его основными характеристиками являются силатока в Амперах и мощность. Драйвер может иметь фиксированный ток на выходе или настраиваемый. Если вы собираете осветительный прибор своими руками, то с регулятором будет удобней.

Как правило лед чипы подключаются к драйверу последовательно, что гарантирует одинаковый ток через каждый элемент электрической цепи. Недостатком такой схемы будет выход из строя всей цепи, если 1 ЛЕД сгорит.

Схема драйвера для светодиодов может быть различной, от простой на гасящем конденсаторе до современной, с коэффициентом пульсаций светового потока близкой к 0%.

Последовательное соединение

Классический пример такой конструкции, это светодиодная лампа на 220. Для модернизации старых светильников иногда использую начинку от лампочки. Пластинку с LED элементами ставлю на теплоотвод внутри светильника и рядом размещаю стабилизатор. Такая модернизация актуальна при апгрейде нестандартных люминисцентных ламп.

Теперь подключить светодиод к 220 стало просто, сложней определить коэффициент пульсаций светового потока. Если драйвер некачественный и плохо справляется с нагрузкой, свет будет мерцать с частотой 100 Герц. Реакция на эти пульсации индивидуальна у каждого человека. Чаще всего приводит к головным болям, усталости глаз и большому списку других негативных последствий.

Подключение к 220В без драйвера

Примером простого включения без драйвера будет светодиодная лента на 220V. На ней последовательно соединены 60 штук, которые питаются от выпрямителя состоящего из диодного моста. Недостатком такой схемы является пульсации света с частотой 100 Герц, которые очень вредны для здоровья, но каждый реагирует на это индивидуально. Такую ленту можно резать только по 60 LED.

LED лента с прямым включением в сеть 220

Такую же технологию стали использовать в больших COB диодах, внутри последовательно соединяют 60 кристаллов, чтобы сразу включать в сеть 220В.

Высокотехнологичные китайцы уже продают светодиодные модули и матрицы со стабилизатором, размещенном на одной подложке.

RGB светодиоды и цветные

Другие характеристики имеют LED для растений и цветные, их точные параметры производитель должен указывать при покупке. Одноцветные бывают нескольких видов:

1. красный свет;
2. синие;
3. зеленые;
4. желтые;
5. ультрафиолетовые;
6. инфракрасные.

Падение напряжения на кристалле зависит от излучаемого света, соответственно у них другое потребление энергии. Например, у красных падение в вольтах будет составлять 2 — 2,2В. Поэтому для каждого цвета RGB светодиода необходимо рассчитывать резистор отдельно на калькуляторе. RGB кристаллы не закрыты желтым люминофором, поэтому кристаллы и схему их подключения хороши видно через прозрачное силиконовое покрытие.

В предыдущих статьях были описаны различные вопросы подключения светодиодов. Но в одной статье всего не написать, поэтому придется эту тему продолжить. Здесь речь пойдет о различных способах включения светодиодов.

Как было сказано в упомянутых статьях, т.е. ток через него должен быть ограничен с помощью резистора. Как рассчитать этот резистор, было уже рассказано, повторяться здесь не будем, но формулу, на всякий случай, приведем еще раз.

Рисунок 1.

Здесь Uпит. - напряжение питания, Uпад. - падение напряжение на светодиоде, R - сопротивление ограничивающего резистора, I - ток через светодиод.

Однако, несмотря на всю теорию, китайская промышленность выпускает всевозможные сувениры, брелоки, зажигалки, в которых светодиод включен без ограничительного резистора: просто две-три дисковых батарейки и один светодиод. В этом случае ток ограничивается внутренним сопротивлением батареи, мощности которой просто не хватает, чтобы спалить светодиод.

Но тут, кроме перегорания, есть и еще одно неприятное свойство - деградация светодиодов, более всего присущее светодиодам белого и синего цветов: через некоторое время яркость свечения становится совсем незначительной, хотя ток через светодиод протекает вполне достаточный, на уровне номинального.

Нельзя сказать, что не светит вовсе, свечение еле заметно, но это уже не фонарик. Если при номинальном токе деградация происходит не ранее, чем через год непрерывного свечения, то при завышенном токе дождаться этого явления можно через полчаса. Такое включение светодиода следует назвать плохим.

Подобную схему можно объяснить лишь стремлением сэкономить на одном резисторе, припое, и трудозатратах, что при массовых масштабах производства, видимо, оправдано. Кроме того, зажигалка или брелок вещь одноразовая, копеечная: кончился газ или села батарейка - сувенир просто выкинули.

Рисунок 2. Схема плохая, но применяется достаточно часто.

Очень интересные вещи получаются (конечно, случайно), если по такой схеме подключить светодиод к блоку питания с выходным напряжением 12В и током не менее 3А: происходит ослепительная вспышка, раздается достаточно громкий хлопок, дымок, и остается удушливый запах. Так и вспоминается вот такая притча: «Можно ли посмотреть на Солнце в телескоп? Да, но только два раза. Один раз левым глазом, другой правым». Кстати, подключение светодиода без ограничительного резистора наиболее распространенная ошибка у начинающих, и о ней хотелось бы предупредить.

Чтобы исправить это положение, продлить срок службы светодиода, схему следовало бы чуточку изменить.

Рисунок 3. Хорошая схема, правильная.

Именно такую схему следует считать хорошей или правильной. Чтобы проверить, правильно ли указан номинал резистора R1, можно воспользоваться формулой, показанной на рисунке 1. Будем считать, что падение напряжения на светодиоде 2В, ток 20мА, напряжение питания 3В обусловлено применением двух пальчиковых батареек.

А вообще не надо стремиться ограничить ток на уровне предельно допустимых 20мА, можно запитать светодиод меньшим током, ну, хотя бы, миллиампер 15…18. При этом произойдет совсем незначительное уменьшение яркости, который глаз человека, в силу особенностей устройства, не заметит совсем, а вот срок службы светодиода намного увеличится.

Еще один пример плохого включения светодиодов можно встретить в различных фонариках, уже более мощных, нежели брелоки и зажигалки. В этом случае некоторое количество светодиодов, иногда достаточно большое, просто включено параллельно, и тоже без ограничительного резистора, в роли которого опять же выступает внутреннее сопротивление батареи. Такие фонарики достаточно часто попадают в ремонт именно по причине выгорания светодиодов.

Рисунок 4. Совсем плохая схема включения.

Казалось бы, исправить положение может схема, показанная на рисунке 5. Всего один резистор, и дело, казалось бы, пошло на поправку.

Рисунок 5. Так уже немного лучше.

Но и такое включение поможет мало. Дело в том, что в природе просто не найти двух одинаковых полупроводниковых приборов. Именно поэтому, например, транзисторы одного типа имеют различный коэффициент усиления, даже если они из одной производственной партии. Тиристоры и симисторы тоже бывают разные. Некоторые открываются легко, а другие настолько тяжко, что от их применения приходится отказаться. То же можно сказать и о светодиодах - двух абсолютно одинаковых, тем более трех или целой кучи, найти просто невозможно.

Замечание на тему. В DataSheet на светодиодную сборку SMD-5050 (три независимых светодиода в одном корпусе) включение, показанное на рисунке 5, не рекомендуется. Мол, из-за разброса параметров отдельных светодиодов, может быть заметна разница в их свечении. А казалось бы, в одном корпусе!

Никакого коэффициента усиления у светодиодов, конечно же, нет, зато есть такой важный параметр, как прямое падение напряжения. И если даже светодиоды взяты из одной технологической партии, из одной упаковки, то двух одинаковых в ней просто не будет. Поэтому ток у всех светодиодов будет разный. Тот светодиод, у которого ток будет больше всех, и рано или поздно превысит номинальный, сгорит раньше всех.

В связи с этим прискорбным событием весь возможный ток пойдет через два оставшихся в живых светодиода, естественно, превышая номинальный. Ведь резистор-то рассчитывался «на троих», на три светодиода. Повышенный ток вызовет и повышенный нагрев кристаллов светодиодов, и тот, который окажется «слабее», тоже сгорает. Последнему светодиоду также не остается ничего иного, как последовать примеру своих товарищей. Такая вот цепная реакция получается.

В данном случае под словом «сгорит» подразумевается просто разрыв цепи. Но может произойти, что в одном из светодиодов получится элементарно короткое замыкание, шунтирующее остальные два светодиода. Естественно, что они обязательно погаснут, хотя и останутся в живых. Резистор при такой неисправности будет усиленно греться и в конце концов, может быть, сгорит.

Чтобы такого не произошло, схему надо немного изменить: для каждого светодиода установить свой резистор, что и показано на рисунке 6.

Рисунок 6. А вот так светодиоды прослужат очень долго.

Здесь все, как требуется, все по правилам схемотехники: ток каждого светодиода будет ограничен своим резистором. В такой схеме токи через светодиоды не зависят друг от друга.

Но и это включение не вызывает особого восторга, поскольку количество резисторов равно количеству светодиодов. А хотелось бы, чтобы светодиодов было побольше, а резисторов поменьше. Как же быть?

Выход из этого положения достаточно простой. Каждый светодиод надо заменить цепочкой последовательно включенных светодиодов, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Параллельное включение гирлянд.

Платой за такое усовершенствование будет увеличение напряжения питания. Если для одного светодиода достаточно всего трех вольт, то даже два светодиода, включенных последовательно, от такого напряжения уже не зажечь. Так какое же напряжение понадобится для включения гирлянды из светодиодов? Или по-другому, сколько светодиодов можно подключить к источнику питания с напряжением, например, 12В?

Замечание. Под названием «гирлянда» здесь и далее следует понимать не только елочное украшение, но также любой осветительный светодиодный прибор, в котором светодиоды соединены последовательно или параллельно. Главное, что светодиод не один. Гирлянда, она и в Африке гирлянда!

Чтобы получить ответ на этот вопрос, достаточно напряжение питания просто разделить на падение напряжения на светодиоде. В большинстве случаев при расчетах это напряжение принимается 2В. Тогда получается 12/2=6. Но не надо забывать, что какая-то часть напряжения должна остаться для гасящего резистора, хотя бы вольта 2.

Получается, что на светодиоды остается только 10В, и количество светодиодов станет 10/2=5. При таком положении дел, чтобы получить ток 20мА, ограничительный резистор должен иметь номинал 2В/20мА=100Ом. Мощность резистора при этом составит P=U*I=2В*20мА=40мВт.

Такой расчет вполне справедлив, если прямое напряжение светодиодов в гирлянде, как было указано, 2В. Именно это значение часто принимается при расчетах, как некоторое среднее. Но на самом деле это напряжение зависит от типа светодиодов, от цвета свечения. Поэтому при расчетах гирлянд следует ориентироваться на тип светодиодов. Падения напряжения для светодиодов разных типов приведены в таблице, показанной на рисунке 8.

Рисунок 8. Падение напряжения на светодиодах разных цветов.

Таким образом, при напряжении источника питания 12В, за вычетом падения напряжения на токоограничивающем резисторе, всего можно подключить 10/3,7=2,7027 белых светодиодов. Но кусочек от светодиода не отрежешь, поэтому подключить возможно только два светодиода. Такой результат получается если из таблицы взять максимальное значение падения напряжения.

Если же в расчет подставить 3В, то совершенно очевидно, что подключить возможно три светодиода. При этом каждый раз придется кропотливо пересчитывать сопротивление ограничительного резистора. Если реальные светодиоды окажутся с падением напряжения 3,7В, а может выше, три светодиода могут и не зажечься. Так что лучше остановиться на двух.

Принципиально не важно, какого цвета будут светодиоды, просто при расчете придется учитывать разные падения напряжений в зависимости от цвета свечения светодиода. Главное, чтобы они были рассчитаны на один ток. Нельзя собрать последовательную гирлянду из светодиодов, часть которых с током 20мА, а другая часть из 10-ти миллиамперных.

Понятно, что при токе 20мА светодиоды с номинальным током 10мА попросту сгорят. Если же ограничить ток на уровне 10мА, то 20-ти миллиамперные засветятся недостаточно ярко, примерно как в выключателе со светодиодом: ночью видно, днем нет.

Чтобы облегчить себе жизнь, радиолюбители разрабатывают различные программы-калькуляторы, облегчающие всевозможные рутинные расчеты. Например, программы для расчета индуктивностей, фильтров различного типа, стабилизаторов тока. Есть такая программа и для расчета светодиодных гирлянд. Скриншот такой программы приведен на рисунке 9.

Рисунок 9. Скриншот программы «Расчет_сопротивления_резистора__Ledz_».

Программа работает без установки в системе, просто ее надо скачать и пользоваться. Все настолько просто и понятно, что никаких пояснений к скриншоту совсем не требуется. Естественно, что все светодиоды должны быть одного цвета и с одинаковым током.

Ограничительные резисторы это, конечно, хорошо. Но только тогда, когда известно, что вот эта гирлянда будет питаться от постоянного напряжения 12В, и ток через светодиоды не превысит расчетного значения. А как быть, если просто нет источника с напряжением 12В?

Такая ситуация может возникнуть, например, в грузовом автомобиле с напряжением бортовой сети 24В. Выйти из такой кризисной ситуации поможет стабилизатор тока, например, «SSC0018 - Регулируемый стабилизатор тока 20..600мА». Его внешний вид показан на рисунке 10. Такое устройство можно купить в интернет-магазинах. Цена вопроса 140…300 рублей: все зависит от фантазии и наглости продавца.

Рисунок 10. Регулируемый стабилизатор тока SSC0018

Технические характеристики стабилизатора показаны на рисунке 11.

Рисунок 11. Технические характеристики стабилизатора тока SSC0018

Изначально стабилизатор тока SSC0018 был разработан для применения в светодиодных светильниках, но может также применяться для зарядки малогабаритных аккумуляторов. Пользоваться устройством SSC0018 достаточно просто.

Сопротивление нагрузки на выходе стабилизатора тока может быть нулевым, попросту можно замкнуть накоротко выходные клеммы. Ведь стабилизаторы и источники тока не боятся коротких замыканий. При этом ток на выходе будет номинальным. Уж если установили 20мА, то столько и будет.

Из сказанного можно сделать вывод, что к выходу стабилизатора тока можно «напрямую» подключить миллиамперметр постоянного тока. Начинать такое подключение следует с самого большого предела измерений, ведь какой там отрегулирован ток никому не известно. Далее простым вращением подстроечного резистора установить требуемый ток. При этом, конечно, не забыть подключить стабилизатор тока SSC0018 к блоку питания. На рисунке 12 показана схема включения SSC0018 для питания светодиодов, соединенных параллельно.

Рисунок 12. Подключение для питания светодиодов, соединенных параллельно

Здесь все понятно из схемы. Для четырех светодиодов с током потребления 20мА на каждый на выходе стабилизатора надо выставить ток 80мА. При этом на входе стабилизатора SSC0018 потребуется напряжение чуть большее, чем падение напряжения на одном светодиоде, о чем было сказано выше. Конечно, подойдет и большее напряжение, но это приведет только к дополнительному нагреву микросхемы стабилизатора.

Замечание. Если для ограничения тока с помощью резистора напряжение источника питания должно превышать общее напряжение на светодиодах незначительно, всего вольта на два, то для нормальной работы стабилизатора тока SSC0018 это превышение должно быть несколько выше. Никак не меньше, чем 3…4В, иначе попросту не откроется регулирующий элемент стабилизатора.

На рисунке 13 показано подключение стабилизатора SSC0018 при использовании гирлянды из нескольких последовательно соединенных светодиодов.

Рисунок 13. Питание последовательной гирлянды через стабилизатор SSC0018

Рисунок взят из технической документации, поэтому попробуем рассчитать количество светодиодов в гирлянде и постоянное напряжение, потребное от блока питания.

Указанный на схеме ток, 350мА, позволяет сделать вывод, что гирлянда собрана из мощных белых светодиодов, ведь как было сказано чуть выше, основное назначение стабилизатора SSC0018 это источники освещения. Падение напряжения на белом светодиоде находится в пределах 3…3,7В. Для расчета следует взять максимальное значение 3,7В.

Максимальное входное напряжение стабилизатора SSC0018 составляет 50В. Вычитаем из этого значения 5В, необходимых для работы самого стабилизатора, остается 45В. Этим напряжением можно «засветить» 45/3,7=12,1621621… светодиодов. Очевидно, что это надо округлить до 12.

Количество светодиодов может быть и меньше. Тогда входное напряжение придется уменьшить (при этом выходной ток не изменится, так и останется 350мА как был отрегулирован), зачем на 3 светодиода, пусть даже мощных, подавать 50В? Такое издевательство может закончиться плачевно, ведь мощные светодиоды отнюдь недешевы. Какое потребуется напряжение для подключения трех мощных светодиодов желающие, а они всегда найдутся, могут посчитать сами.

Регулируемый стабилизатор тока SSC0018 устройство достаточно хорошее. Но весь вопрос в том, всегда ли оно нужно? Да и цена девайса несколько смущает. Каков же может быть выход из создавшегося положения? Все очень просто. Прекрасный стабилизатор тока получается из интегральных стабилизаторов напряжения, например, серии 78XX или LM317.

Для создания такого стабилизатора тока на базе стабилизатора напряжения потребуется всего 2 детали. Собственно сам стабилизатор и один единственный резистор, сопротивление и мощность которого поможет рассчитать программа StabDesign, скриншот которой показан на рисунке 14.

Рисунок14. Расчет стабилизатора тока с помощью программы StabDesign.

Особых пояснений программа не требует. В выпадающем меню Type выбирается тип стабилизатора, в строке Iн задается требуемый ток и нажимается кнопочка Calculate. В результате получается сопротивление резистора R1 и его мощность. На рисунке расчет проведен для тока 20мА. Это для случая, когда светодиоды соединены последовательно. Для параллельного соединения ток подсчитывается так же, как показано на рисунке 12.

Светодиодная гирлянда подключается вместо резистора Rн, символизирующего нагрузку стабилизатора тока. Возможно даже подключение всего одного светодиода. При этом катод подключается к общему проводу, а анод к резистору R1.

Входное напряжение рассмотренного стабилизатора тока находится в пределах 15…39В, поскольку применен стабилизатор 7812 с напряжением стабилизации 12В.

Казалось бы, на этом рассказ о светодиодах можно закончить. Но есть еще светодиодные ленты, о которых будет рассказано в следующей статье.

С тех пор, как сверхъяркие светодиоды (LED) стали доступны широкому кругу потребителей, к ним сразу проявился большой интерес. На основе LED можно создавать множество интересных светотехнических конструкций. Однако, подключение светодиода к 12 вольтам, принципиально отличается от подключения к 12 вольтам той же лампы накаливания. В этом материале будет подробно рассказано о подключении светоизлучающих диодов к источникам питания, имеющим различное напряжение.

Какие светодиоды подключают к 12 вольтам?

Если коротко ответить на вопрос, вынесенный в качестве подзаголовка, то ответ будет звучать так: никакие! Неспециалисту такой ответ покажется парадоксальным, ведь в продаже имеются светодиоды, которые, как заявляют продавцы, рассчитаны на питание от источника 12 вольт.

Возьмемся утверждать, что на конкретное напряжение могут быть рассчитаны только изделия на основе светодиодов. Говорить о конкретном рабочем напряжении LED не корректно. Это связанно с физическими процессами, протекающими в нем при испускании света.

Главными характеристиками этих процессов являются рабочий ток и максимально допустимый ток прибора. В справочниках и даташитах указывают напряжения на светодиодах при протекании рабочего тока. Эти величины используют для расчетов LED конструкций, а не для выбора источника питания.

Кстати, напряжение в рабочем режиме лежит всего лишь в пределах от 1.5 В до 3.5 В. Величина зависит, в основном, от цвета испускаемого LED. Меньшие напряжения падают на красных светодиодах, большие значения относятся к сверхъярким. Имеющиеся в продаже светоизлучающие диоды на 12 вольт не являются единичными приборами.

Двенадцативольтовые LED это матрицы, состоящие из нескольких светоизлучающих диодов. Матрицы представляют собой светодиодные сборки, собранные из цепочек последовательно подключенных приборов.

В каждой матрице имеется несколько цепочек, которые подключены параллельно между собой. Когда говорят, что светодиод рассчитан на двенадцать вольт, то подразумевают, что падение напряжения на последовательной цепочке из них при протекании рабочего тока составляет примерно 12 В.

Подключение сверхярких и мощных LED к 12В

Сначала рассмотрим способ подключения одного мощного сверхъяркого светодиода к 12 Вольтам. Допустим, в нашем распоряжении имеется прибор, рабочий ток которого 350 мА. При этом падение напряжения на нем в рабочем режиме составляет примерно 3.4 Вольта. Нетрудно подсчитать, что потребляемая мощность такого прибора составляет 1 W.

Понятно, что подключать его напрямую к 12 Вольтам нельзя. Нам придется, каким-то образом, «погасить» часть напряжения. В простейших случаях для этих целей применяются гасящие (токоограничивающие) резисторы. Его соединяют со светодиодом последовательно. Схема питания одного LED показана на фото.

R=(U пит – U раб)/I раб.

В нашем примере мощность составит около 3 ватт. Найти сопротивление такой мощности довольно трудно, поэтому в качестве гасящего резистора можно применить два резистора по 100 Ом мощностью 2 Вт, соединенные параллельно.

В принципе на основе этих расчетов уже можно создавать практическую конструкцию. Выполнив подключение светодиода к 12В через выключатель, можно организовать дополнительную подсветку подкапотного пространства автомобиля, багажника или перчаточного бокса.

Мы показали, что создание такой схемы возможно, но применение ее нерационально. Нетрудно заметить, что две трети мощности потребляемой конструкцией приходится на гасящий резистор и, следовательно, тратится впустую. Ниже мы расскажем, как избежать ненужных потерь.

Сколько LED можно подключить к 12В?

Очевидно, что по простейшей схеме к источнику 12 Вольт можно подключить сколько угодно. Главное, чтобы у подключаемого источника питания хватало мощности. Однако мы видели, что при такой схеме подключения много энергии расходуется бесполезно.

Простейшим выходом из этой ситуации является снижение мощности рассеиваемой на токоограничивающем резисторе. Для снижения бесполезно рассеиваемой мощности, несколько светодиодов подключают последовательно и питают через один гасящий резистор. В этом случае падение напряжения на сопротивлении оказывается значительно меньше. Следовательно, существенно снижаются потери энергии. Расчет сопротивления для последовательного подключения светоизлучающих диодов выполняют по формуле:

R=(U пит – nU раб)/I раб.

Где n – количество последовательно подключенных LED.

В случае источника 12 Вольт разумно подключать последовательно три светодиода и один гасящий резистор. Падение напряжения на светодиодах не превысит 10.5 Вольта и на долю резистора останется всего 1,5 Вольт.

Такое техническое решение широко применяют, когда количество подключаемых к 12 Вольтам светодиодов кратно трем. Т. е. так можно подключить 6, 9, 12, …, 3N LED. Например, так поступают производители светодиодных лент. В них светодиоды сгруппированы по три и питаются через одно общее сопротивление.

Если нужно подключить 4 светодиода к 12 Вольтам, то целесообразно сгруппировать их по 2, и каждую пару питать через токоограничивающий резистор.

Последовательно следует подключать светодиоды с одинаковым рабочим током. Иначе разные приборы будут светить с различной яркостью или будет превышен ток какого-либо LED, и он выйдет из строя.

Что касается подключения светодиодов «рассчитанных на 12 В» то лучше установить их «рабочее напряжение» опытным путем. Для этого их надо подключить к лабораторному блоку питания и, постепенно поднимая напряжение, контролировать потребляемый ток. Напряжение, при котором рабочий ток будет достигнут, можно использовать для расчета токоограничивающего резистора.

Как подключить LED к 3 или 5 вольтам

Большинство маломощных светодиодов нормально работают и от 3 и тем более от 5 вольт. Выполнить для них расчет токоограничивающих сопротивлений можно по приведенной выше формуле.

При изготовлении конструкций с автономными источниками питания, особенно если в них используются сверхъяркие «мощные» LED, такой подход не приемлем. Мощность, рассеиваемая на гасящем резисторе, значительно сокращает время работы устройства.

Поэтому в современных ручных фонарях, работающих от низковольтных батарей применяют электронные преобразователи напряжения – драйверы. Потери в драйверах намного ниже, чем на токоограничивающих резисторах. Сейчас драйверы доступны и их можно легко найти в магазинах.

Имея некоторые познания в электронике и навыки работы с паяльником, простой драйвер можно изготовить самостоятельно. Одна из простых схем преобразователя для мощного светодиода приведена ниже.

Как подключить к 12 вольтам автомобиля

Подключение светодиодов к бортовой сети автомобиля не имеет существенных отличий от подключения к другим источникам питания. Просто не нужно забывать, что аккумуляторная батарея автомобиля в нормальном состоянии выдает не 12 Вольт, а примерно 14 Вольт.

Еще при подключении надо помнить, что не в каждом автомобиле надежно работает система стабилизации напряжения бортовой сети. Поэтому при расчетах гасящих резисторов лучше принимать напряжение питания равным 15 – 17 вольт. Это несколько снизит яркость свечения, но зато значительно продлит срок службы, так как светодиод будут работать в «щадящем» режиме.

Видео о подключении

Перед подключением советуем посмотреть хорошее видео для закрепления полученных знаний. Автор подробно и доступным языком рассказывает, как подключить светодиод к 12 вольтам от блока питания компьютера, как рассчитать резистор и другие нюансы.

Итоги

В заключении можно сказать, что при подключении сверхъярких светодиодах нужно принимать во внимание следующие соображения:

• важнейшим параметром светодиода является его рабочий ток;
• на гасящих резисторах бесполезно рассеивается энергия;
• применяя последовательное подключение можно уменьшить потери, одновременно уменьшив количество и мощность применяемых резисторов;
• в бортовой сети автомобиля не 12 Вольт, а несколько больше, и для надежной работы подключаемых светоизлучающих диодов нужно обязательно учитывать этот фактор.

Запомнив все вышеперечисленные аспекты подключения, Вы с легкостью запитаете любой светодиод, в любом количестве, от любого источника питания постоянного тока 12 Вольт.

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 аматоры, но и некоторые массовые производители.

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.

Источники питания на 12 В находят повсеместное применение ввиду своей универсальности и практичности. Данное напряжение одновременно является безопасным для человека и достаточным для работы многих электрических приборов. Не стали исключением и светодиоды. Сегодня ассортимент светодиодов расширился настолько, что подключить их к 12 вольтам не совсем просто. Даже имеющие аналогичное падение напряжения светодиоды на 12 вольт требуют знаний определенных нюансов. В данной статье постараемся максимально подробно разобраться со всеми источниками питания на 12 В и дать практические рекомендации по подключению к ним любых светодиодов.

Немного теории

Светодиод характеризуется двумя основными параметрами: номинальным прямым током и прямым падением напряжения, измеренным при этом токе. Оба значения являются паспортными и на их основании можно сделать вывод о мощности потребления светодиода. Плавно увеличивая один из параметров (например, напряжение), мультиметром можно фиксировать второй параметр (ток).

В результате получится ещё один важнейший параметр, присущий любому диоду – вольт-амперная характеристика (ВАХ). Она является нелинейной и наглядно доказывает то, что даже незначительное превышение номинального прямого напряжения ведёт к резкому росту тока и, следовательно, к деградации кристалла полупроводника.
Кроме этого, все светоизлучающие диоды имеют низкое обратное напряжение (около 5 В). Поэтому перед первым включением светодиода нужно повторно убедиться в соблюдении полярности. Для защиты светодиода от переполюсовки встречно параллельно ему можно установить обычный диод с большим обратным напряжением.

Виды источников питания на 12 В

Светодиод любого типа должен подключаться к источнику питания (ИП) со стабилизированным током на выходе. Однако производители светодиодных светильников часто экономят на качестве и устанавливают в них недорогие блоки питания с отсутствие стабилизации.

Наиболее распространены бестрансформаторные блоки питания (БП) на 12 В с гасящим конденсатором и токозадающим резистором на выходе. В таких схемах отсутствует какая-либо стабилизация и защита. В результате скачки сетевого напряжения ничем не нивелируются и негативно отражаются на работе светильника. Тем не менее, схема настолько дешевая, что часто встречается в светодиодных лампах и прочих устройствах.
При подключении маломощных светодиодов от аккумулятора с напряжением питания 12 В можно ограничиться резистором, правильно подобранным по сопротивлению и мощности. Исключение составляет бортовая сеть автомобиля, в которой напряжение может колебаться в широких пределах. Так что при конструировании светодиодной схемы, например для автомобиля, без стабилизатора тока (драйвера) не обойтись.

В самом простом случае драйвер можно сконструировать своими руками на линейной ИМС LM317T, стоимость которой составляет около 0,2$. В этом случае для получения стабильного напряжения на 12 В достаточно минимального набора элементов в обвязке. При суммарном токе через светодиоды до 300 мА она отлично работает без дополнительного охлаждения. Типовая схема включения LM317T в качестве стабилизатора тока приведена ниже.
Существуют также нестабилизированные блоки питания, в которых последовательно включены: понижающий трансформатор, выпрямитель и емкостной фильтр (конденсатор). Их использование оправдано лишь в жилых районах со стабильным напряжением сети, так как любое проявление скачков и импульсных помех будет отрицательно влиять на работу светодиодов.
Для светодиодов гораздо надёжнее импульсные источники питания на 12 В. Они гарантируют высокий КПД, стабильный выходной ток и напряжение при перепадах сети питания.
Разновидностью импульсного ИП на 12 В можно считать компьютерный блок питания. В старых моделях на 250 Вт нагрузочная способность по выходу +12 В составляет 10 А, что более чем достаточно для включения нескольких мощных светодиодов даже с падением напряжения 12 вольт. Если габариты и шум вентилятора – не помеха, то бывшему в употреблении блоку питания от компьютера можно подарить вторую жизнь.

Если же форм-фактор и эстетические показатели имеют значения, то для светодиода или светодиодной сборки лучше купить готовый БП на 12 В. Его стоимость сильно зависит от мощности и варианта исполнения (в корпусе или без него).

Для тех, кто плохо разбирается в электричестве, напомним, что существуют источники переменного напряжения на 12 В. Внутри такого блока расположен понижающий трансформатор с предохранителем, а на корпусе присутствует надпись: «Output AC 12 V», что означает: «выходное переменное напряжение 12 В». К нему запрещается напрямую подключать светодиоды. Чтобы использовать его в светодиодном освещении, нужно как минимум, дополнить схему диодным мостом, конденсатором и .

Способы подключения светодиодов к ИП на 12 вольт

Чтобы подключить к 12 вольтам стабилизированного источника питания один светодиод на 3 В, придётся компенсировать излишек (примерно 9 В) на резисторе или стабилитроне. Это крайне неэффективно, так как основная часть энергии будет рассеиваться на вспомогательных элементах цепи.

Для повышения КПД схемы светодиоды соединяют последовательно по три штуки. Если учесть, что падение напряжения на наиболее распространенных белых светодиодах примерно 3,3 В, то для погашения оставшихся 2 В (12-3,3*3=2) достаточно одного маломощного резистора. Светодиоды желтого и красного цвета свечения можно объединять последовательно по 5 штук, так как их падение напряжения не превышает 2,2 В.

В идеале, перед расчетом резистора нужно точно знать рабочее напряжение каждого светодиода. Его можно взять из паспорта либо измерить самостоятельно. Замер производят на включенном светодиоде, через который протекает номинальный ток. Затем по закону Ома определяют номинал и мощность токоограничивающего резистора:
R=U пит -(U LED1 + U LED2 +…+ U LEDn)/I LED .
P=(U пит -(U LED1 + U LED2 +…+ U LEDn))*I LED .

Более подробно о расчёте и выборе резистора написано в .

Количество подключаемых светодиодов к источнику питания зависит не только от наличия нужного напряжения, но и от нагрузочной способности блока питания. Это означает, что суммарный ток в нагрузке не должен превышать максимальный выходной ток блока питания.

Сегодня некоторые производители выпускают светодиоды с высоким падением напряжения. К ним можно отнести и светодиоды 12 вольт, подключение которых необходимо выполнять строго через источник стабилизированного тока.

Также отдельным случаем является к источнику питания 12 В. Здесь схема подключения гораздо проще, так как не нужно стабилизировать ток, а ограничительный резистор есть в каждой группе из нескольких светодиодов. Самым простым и недорогим вариантом включения светодиодной ленты является использование блока питания от компьютера. Для этого достаточно соединить плюс ленты с жёлтым (+12 В), а минус ленты – с чёрным (общим) проводом.

Свои нюансы имеют и COB-матрицы. Наравне с другими светодиодами они должны работать от драйвера и, в зависимости от условий, их яркость можно регулировать путём изменения тока. В паспорте к COB-матрице обязательно указывается рабочий ток и примерное падение напряжения при этом токе.

Конструировать светодиодный светильник на базе с питанием от блока 12 В не корректно по нескольким причинам. Даже если падение напряжения на матрице близко к 12 В, то её можно подключить к такому же стабилизированному блоку питания только через ограничительный резистор. В результате ток будет ниже номинала, при этом снижается яркость и эффективность всего устройства.

Разрешить ситуацию можно путём добавления в цепь питания преобразователя напряжения в ток. Для этого к выходу ИП на 12 В подключают плату низковольтного драйвера, выходной ток которого равен току потребления COB-матрицы. Такие преобразователи выпускаются серийно и имеют низкую цену, широкий диапазон рабочих токов и напряжений, компактные размеры. Для высоковольтных светодиодов и сборок (с прямым напряжением более 12 В) подбирать следует драйвер повышающего типа. При желании преобразователь с нужными параметрами можно собрать своими руками.

Подробный алгоритм по включению светодиода к 12 В

Опираясь на вышеизложенную информацию, составим пошаговый алгоритм подключения светодиодов к источнику питания на 12 В.
1) Определить тип блока питания:

• если БП внешне напоминает сетевой адаптер, то узнать его тип можно по массе. Устройство импульсного типа будет весить 100-200 г, что в 2-3 раза меньше массы линейного аналога;
• из надписи на корпусе узнать вид напряжения на выходе (постоянное, переменное);
• из надписи узнать мощность и максимальный ток, который он способен выдать в нагрузку, то есть светодиодам;
• включить БП в сеть и измерить напряжение на выходе мультиметром, чтобы убедиться в его исправности.

2) По типу светодиода узнать его номинальный ток, напряжение и потребляемую мощность.
3) Сделать вывод о возможности подключения светодиода к имеющемуся БП. К примеру, есть импульсный адаптер с параметрами:

• напряжение на входе – AC: 230 V ~50 Hz;
• напряжение на выходе – DC: 12 V = 1 А;
• мощность – 12 W.

К нему можно последовательно подключить 3 однотипных синих, зелёных или белых светодиода через резистор, рассчитав его номинал по приведенной выше формуле. Их номинальный ток не должен превышать 700 мА. Тогда мощность в нагрузке не превысит:
P=P LED1 + P LED1 +P LED1 +PR=3,3*0,7+3,3*0,7+3,3*0,7+2*0,7=8,3 Вт.

Оставшийся запас мощности позволит адаптеру длительно и стабильно работать без перегрузок.
4) Соединять светодиоды следует с соблюдением полярности, а резистор можно разместить в любой части электрической цепи.
5) Все контакты готового устройства должны быть надежно запаяны и после успешного запуска заизолированы.

Читайте так же