Светодиоды (они же led) на протяжении многих лет активно применяются как в производстве телевизоров, так и в качестве основного освещения дома или квартиры, однако вопрос о том, как правильно выполнить подключение светодиодов актуален и по сей день.
На сегодняшний день их существует огромное количество, различной мощности (сверхяркие Пиранья), работающих от постоянного напряжения, которые можно подключать тремя способами:
- Параллельно.
- Последовательно.
- Комбинированно.
Также существуют специально разработанные схемы, позволяющие подключить светодиод к стационарной бытовой сети 220В. Давайте рассмотрим более детально все варианты подключения led, их преимущества и недостатки, а также как это выполнить своими руками.
Основные принципы подключения
Как было сказано ранее, конструкция светоизлучающего диода подразумевает их подключение исключительно к источнику постоянного тока. Однако, поскольку рабочая часть светодиода – это полупроводниковый кристалл кремния, то очень важно соблюдать полярность, в противном случае светодиод не будет излучать световой поток.
Каждый светодиод имеет техническую документацию, в которой содержатся инструкции и указания по правильному подключению. Если документации нет, можно посмотреть маркировку светодиода. Маркировка поможет узнать производителя, а зная производителя, Вы сможете найти нужный даташит, в котором и содержится информация по подключению. Вот, такой не хитрый совет.
Как определить полярность?
Для решения вопроса существует всего 3 способа:
- Конструктивно. Согласно нормам, принятым во всем мире, на обычном светодиоде (не SMD типа), длинная ножка всегда является «+» или же анодом. Для работы светодиода на него должна подаваться положительная полуволна. А короткая – катодом.
- С помощью мультиметра. Для проверки необходимо переключатель прибора поставить в режим «Прозвонка» и установить красный щуп мультиметра на анод, а черный – на катод. В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод). Если результат не меняется, тогда led вышел из строя (для установления более точного диагноза, читайте как проверить светодиод).
- Визуально. Если присмотреться к светодиоду, то можно увидеть 2 кончика возле кристалла. Тот, который больше – катод, тот, что меньше – анод.
С полярностью разобрались, теперь нам нужно определиться с тем, как подключить LED к сети. Для тех, кто не понял, читайте подробную и интересную статью определения полярности у светодиода. В ней мы собрали все возможные способы проверки, и даже при помощи батарейки.
Особенности монтажа
Чтобы правильно подключить точечные светильники надо не только грамотно выбрать схему. Надо соблюсти определенную последовательность действий, которая зависит от типа потолка.
Надо всего лишь подключить несколько точечных светильников — и вы имеете красивый интерьер
В натяжные потолки
Точечные светильники обычно устанавливают с подвесными или натяжными потолками. Если потолки натяжные, все провода укладывают заранее. Их крепят к потолку, не подключая к питанию, размещают и закрепляют на подвесах светильники, затем подключают к ним провода и проверяют работу.
Подготовлено к установке натяжных потолков
Перед монтажом натяжных потолков питание отключают, вынимают лампы и снимают части, которые могут пострадать от температуры. После установки натяжных потолков в материале прорезают отверстия (светильники видны или их можно нащупать), устанавливают уплотнительные кольца, после чего собирают светильники.
В потолки из гипсокартона
Если потолок сделан из гипсокатрона, можно действовать по той же схеме, но монтировать светильники надо после того, как потолок будет зашпаклеван. То есть, развести проводку, оставить свободно свисающие концы проводки. Чтобы не возникли проблемы с определением мест расположения осветительных приборов, необходимо нарисовать подробный план с указанием точных расстояний от стен и друг от друга. По этому плану делают разметку и дрелью с коронкой соответствующего размера вырезают отверстия. Так как небольшие подвижки — в несколько сантиметров — могут быть, нарезая кабель оставляйте запас в 15-20 см. Этого будет вполне достаточно (но не забудьте, что провода крепятся к основному потолку и они должны на 7-10 см выходить за уровень гипсокартона. Если концы окажутся слишком длинными, их всегда можно укоротить, а вот нарастить — большая проблема.
Если необходима установка преобразователя
Есть второй способ подключить точечные светильники на гипсокартонный потолок. Он используется если источников света немного — четыре-шесть штук. Весь монтаж точечных светильников вместе с проводкой делают после того как завершили работу с потолком. До начала монтажа за уровень потолка заводят кабель/кабели от распределительной коробки. После окончания работ по шпаклевке и шлифовке делают разметку, сверлят отверстия. Через них прокидывают кабель, выводя концы наружу. После монтируют сами светильники.
Все несложно, но этот способ нельзя назвать правильным: кабели просто лежат на гипсокартоне, что точно не соответствует противопожарным нормам. На это еще можно закрыть глаза, если перекрытие бетонное, кабель взят негорючий, сечение провода не маленькое, соединение проводов сделано правильно.
Последовательность работ в фото формате
Если же перекрытия деревянные, по ПУЭ требуется прокладка в негорючих цельнометаллических лотках (кабель каналах) или металлических трубах. Смонтировать такую проводку можно только до начала работ с потолком. Нарушать правила монтажа очень нежелательно — дерево, электричество, выделение тепла при работе… не самое безопасное сочетание.
Подключение светодиодов к напряжению 220В
Первое, что нужно знать при подключении к сети 220В, — для номинального свечения через светодиод должен проходить ток в 20мА, а падение напряжения на нем не должно превышать 2,2-3В. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле:
в которой 0,75 – коэффициент надежности led, U пит – это напряжения источника питания, U пад – напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток, I – номинальный ток, проходящий через него, и R – номинал сопротивления для регулирования проходящего тока. После соответствующих вычислений, номинал сопротивления должен соответствовать 30 кОм.
Однако не стоит забывать, что на сопротивлении будет выделятся большое количество тепла за счет падения напряжения. По этой причине дополнительно необходимо рассчитать мощность этого резистора по формуле:
Для нашего случая U – это будет разность напряжения питающей сети и напряжения падения на светодиоде. После соответствующих вычислений, для подключения одного led мощность сопротивления должна равняться 2Вт.
После определения номинала и мощности сопротивления можно собрать схему для подключения одного светодиода к 220В. Для ее надежной работы необходимо ставить дополнительный диод, который будет защищать светоизлучающий диод от пробоя, при возникновении амплитудного напряжения на выводах светодиода в 315В (220*√2).
Схема практически не применяется, поскольку в ней возникают очень большие потери из-за выделения тепла в сопротивлении. Рассмотрим более эффективную схему подключения к 220 В:
На схеме, как видим, установлен обратный диод VD1, пропускающий обе полуволны на конденсатор C1 емкостью 220 нФ, на котором происходит падение напряжение до необходимого номинала.
Сопротивление R1 номиналом 240 кОм, разряжает конденсатор при выключенной сети, а во время работы схемы не играет никакой роли.
Но это упрощенная модель для подключения LED, в большинстве светодиодных ламп уже встроенный драйвер (схема), который преобразует переменное напряжение 220В в постоянное с величиной 5-24В для их надежной работы. Схему драйвера Вы можете видеть на следующем фото:
Несколько советов по созданию гирлянды
Выбирая цвет будущего елочного украшения, не стоит обращать внимания на RGB элементы. Сборка для начинающего мастера может стать слишком сложной, а тратить лишние деньги, чтобы после подключить их как обычные компоненты, будет непозволительной роскошью. Лучше всего выполнить параллельное соединение светодиодов разного цвета. Конечно, придется произвести дополнительные расчеты параметров резисторов, однако результат будет намного интереснее, чем при использовании однотонных излучателей.
Понятно, что готовая гирлянда на светодиодах в магазине стоит довольно дешево. Но следует понимать, что изготовленное своими руками изделие покажется во много раз красивее. А удовлетворение от того, что все получилось так, как задумано не измерить никакими деньгами.
При изготовлении подобных украшений следует быть предельно внимательным, следить, чтобы не осталось оголенных участков, а провода внутри контроллера не перехлестнулись. Контакты должны быть пропаяны качественно, во избежание нагрева. Необходимо понимать, что она будет располагаться на елке, а хвоя очень быстро вспыхивает за счет содержащейся в ней смолы.
Питающий кабель, идущий от контроллера на розетку, имеет смысл заменить – китайские производители стараются экономить на всем. Именно по этой причине жилы этого провода чуть толще волоса. После вскрытия корпуса контроллера имеет смысл проверить качество пайки соединений и контактов – в дешевых моделях это больное место.
Подключение светодиодов к сети 12В
12 вольт – это безопасное напряжение, которое применяется в особо опасных помещениях. Именно к таким и относятся ванные комнаты, бани, смотровые ямы, подземные сооружения и другие помещения.
Для подключения к источнику постоянного напряжения номиналом 12В, аналогично, подключению к сетям 220В необходимо гасящее сопротивление. В противном случае, если подключить его напрямую к источнику, из-за большего проходящего тока светодиод мгновенно сгорит.
Номинал этого сопротивления и его мощность рассчитываются по тем же формулам:
В отличии от цепей 220В, для подключения одного светодиода к сети 12В нам потребуется сопротивление со следующими характеристиками:
- R = 1,3 кОм;
- P = 0,125Вт.
Еще одним достоинством напряжения 12В, является то, что в большинстве случаев оно уже выпрямленное (постоянное), что значительно упрощает схему подключения. Рекомендуется дополнительно монтировать стабилизатор напряжения типа КРЭН или аналога.
Как мы уже знаем, светоизлучающий диод можно подключить как к цепям 12В, так и к цепям 220В, однако существует и несколько вариаций их соединения между собой:
- Последовательное.
- Параллельное.
Последовательное подключение
При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:
В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.
Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).
Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта. Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.
После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему параллельного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).
Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.
Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.
Недостатки последовательного подключения
- При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема;
- Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.
Применение в быту
Где же можно в быту, применить такую казалось бы не практичную схему?
Самое широко известное использование подобных конструкций – это елочные новогодние гирлянды.
Также можно сделать последовательную подсветку в длинном проходном коридоре и без особых затрат получить освещение в стиле лофт.
Постоянно горят лампочки в подъезде или дома из-за большого напряжения? Самый дешевый выход – включить последовательно еще одну.
Вместо одной 60Вт, включаете две сотки и пользуетесь ими практически “вечно”. Из-за пониженного напряжения в 110В, вероятность выхода их из строя снижается в сотни раз.
Еще одно оригинальное применение, которым я все таки не рекомендую пользоваться, но отдельные электрики в безвыходных ситуациях к нему прибегают. Это так называемая фазировка трехфазных цепей.
Параллельное подключение
В данной ситуации все происходит наоборот. На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.
Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002).
Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).
Это глубокое заблуждение!!! Почему? Ответ Вы найдете ниже
Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.
Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.
Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.
Недостатки параллельного подключения:
- Большое количество элементов;
- При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.
ТАК ДЕЛАТЬ НЕЛЬЗЯ!!!
Как отмечалось выше, светодиоды не обязательно имеют те характеристики, которые заявлены производителем. Всегда есть разброс. И вот мы задали ток в 0,35 ампер и смотрим на светящуюся линейку светодиодов. Но всем им нужен разный ток. Одному , как мы и рассчитывали 25мА, другому — 20мА, третьему 21мА, а вот нашёлся совсем кривой светодиод, ему нужно всего 15мА. А мы пропускаем через него 25 — почти в 2 раза больше. Светодиод греется и быстро перегорает. В линейке стало на 1 светодиод меньше. Теперь для питания оставшихся светодиодов нам требуется 35мА. Пока всё не выглядит особенно плохо. Мы ограничили ток с запасом. Мы молодцы. Но не выдержал ещё один светодиод. Осталось 13. Теперь весь наш ток делится не на 15, а на 13 светодиодов. На каждый из них приходится по 26мА. Теперь абсолютно все светодиоды работают на повышенном токе. Очень скоро перегреется следующий. Самые стойкие получат уже по 29мА — 116% от номинала. Всего 2 перегоревших светодиода запустили цепную реакцию. Скоро вся линейка перегорит, а вы так и не поймёте почему (ну или поймёте, мы же только что всё разобрали). Собственно, избавиться от такого печального сценария просто. Нужно к каждому светодиоду поставить по собственному токоограничительному резистору. Для тока в 25мА и напряжения 12В нужен резистор на 480 Ом. Это не спасёт от проблемы «кривых» светодиодов, но их перегорание никак не повлияет на остальные.
Достоинства: высочайшая надёжность.Недостатки: высокое потребление тока, высокая стоимость схемы.
Правильное параллельное подключение трёх светодиодов
Параллельное подключение светодиодов — идеальный вариант. Всегда стремитесь к тому, чтобы подключать светодиоды параллельно и ограничивать ток каждого светодиода по отдельности своим резистором. Если вы используете светодиодные драйверы (стабилизаторы тока), то каждому светодиоду нужно подключать свой драйвер. Именно поэтому параллельные схемы с большим количеством светодиодов становятся слишком дорогими. В реальности приходится идти на компромисс и объединять светодиоды в цепочки.
Смешанное подключение
Подобный способ подключения является самым оптимальным. По такому принципу собраны все светодиодные ленты. Он подразумевает комбинацию параллельного и последовательного подключения. Как он выполняется можно увидеть на фото:
Схема подразумевает включение параллельно не отдельных светодиодов, а последовательных цепочек из них. В результате этого даже при выходе из строя одной или нескольких цепочек, светодиодная гирлянда или лента будут по-прежнему одинаково светить.
Мы рассмотрели основные способы подключения простых светодиодов. Теперь разберем методы соединения мощных светодиодов, и с какими проблемами можно столкнуться при неправильном подключении.
Вместо эпилога
Знать, какое соединение называется последовательным, а какое параллельным и уметь его выполнить обязан каждый уважающий себя домашний мастер. Эти навыки пригодятся не только при изготовлении гирлянд. С различным видами соединений можно столкнуться где угодно. К примеру, в домашней электросети все розетки подключены параллельно, в то время как выключатели имеют последовательную коммутацию. Главное – помнить об основных правилах, соблюдать их и быть внимательным к мелочам. В этом случае любая работа, за которую возьмется домашний мастер, будет выполнена безопасно, надежно и на должном уровне.
Как подключить мощный светодиод?
Для работоспособности мощных светоизлучающих диодов, так же, как и простых нам потребуется источник питания. Однако в отличии от предыдущего варианта, он должен быть на порядок мощней.
Чтобы засветить мощный светодиод номиналом 1W, источник питания должен выдерживать не менее 350 мА нагрузки. Если номинал 5W, то источник питания постоянного тока должен выдержать нагрузку тока не менее 1,4А.
Для корректной работы мощного светодиода обязательно необходимо использовать интегральный стабилизатор напряжения типа LM, который защищает его от скачков напряжения.
Если необходимо подключить не один, а несколько мощных LED, рекомендуем ознакомиться с правилами последовательного и параллельного подключения, которые были описаны выше.
Ошибки при подключении
- Прямое подключение к источнику питания. В данном случае светодиод моментально сгорит, поскольку отсутствует ограничивающий ток резистор.
- Параллельное подключение через один резистор.
Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный. - Последовательное подключение с различным током потребления.
При такой схеме подключения есть 2 варианта: либо просто одни будут светить тусклее других, либо те, что рассчитаны на меньший ток – сгорят. - Неправильно подобранный ограничивающий резистор.
При неправильно подобранном сопротивлении через светодиоды будет проходить большой ток, в результате чего, они будут перегреваться и со временем перегорят. При большом сопротивлении они будут светить не в полную силу. - Подключение к сети переменного напряжения номиналом 220В без диода или других компонентов защиты. Если при подключении с сети 220В, е
сли не установить дополнительный диод, то на светодиоде возникнет амплитудное значение напряжения в 315В, которое моментально выведет его из строя.
Схема ЛЕД драйвера на 220 вольт
Схема ЛЕД драйвера на 220 вольт представляет собой не что иное, как импульсный блок питания.
В качестве самодельного светодиодного драйвера от сети 220В рассмотрим простейший импульсный блок питания без гальванической развязки. Основное преимущество таких схем – простота и надёжность.
Но будьте осторожны при сборке, поскольку у такой схемы нет ограничения по отдаваемому току. Светодиоды будут отбирать свои положенные полтора ампера, но, если вы коснётесь оголённых проводов рукой, ток достигнет десятка ампер, а такой удар тока очень ощутимый.
- Схема простейшего драйвера для светодиодов на 220В состоит их трёх основных каскадов:
- делитель напряжения на ёмкостном сопротивлении;
- диодный мост;
- каскад стабилизации напряжения.
Первый каскад – ёмкостное сопротивление на конденсаторе С1 с резистором. Резистор необходим для саморазрядки конденсатора и на работу самой схемы не влияет. Его номинал не особо критичен и может быть от 100кОм до 1Мом с мощностью 0,5-1 Вт. Конденсатор обязательно не электролитический на 400-500В (эффективное амплитудное напряжение сети).
При прохождении полуволны напряжения через конденсатор, он пропускает ток, пока не произойдет заряд обкладок. Чем меньше его ёмкость, тем быстрее происходит полная зарядка. При ёмкости 0,3-0,4мкФ время зарядки составляет 1/10 периода полуволны сетевого напряжения.
Говоря простым языком, через конденсатор пройдет лишь десятая часть поступающего напряжения.
Второй каскад – диодный мост. Он преобразует переменное напряжение в постоянное. После отсечения большей части полуволны напряжения конденсатором, на выходе диодного моста получаем около 20-24В постоянного тока.
Третий каскад – сглаживающий стабилизирующий фильтр. Конденсатор с диодным мостом выполняют функцию делителя напряжения. При изменении вольтажа в сети, на выходе диодного моста амплитуда так же будет меняться.
Чтобы сгладить пульсацию напряжения параллельно цепи подключаем электролитический конденсатор. Его ёмкость зависит от мощности нашей нагрузки. В схеме драйвера питающее напряжение для светодиодов не должно превышать 12В. В качестве стабилизатора можно использовать распространённый элемент L7812.
Собранная схема светодиодной лампы на 220 вольт начинает работать сразу, но перед включением в сеть тщательно изолируйте все оголённые провода и места пайки элементов схемы.
Вариант драйвера без стабилизатора тока
В сети существует огромное количество схем драйверов для светодиодов от сети 220В, которые не имеют стабилизаторов тока.
Проблема любого безтрансформаторного драйвера – пульсация выходного напряжения, следовательно, и яркости светодиодов. Конденсатор, установленный после диодного моста, частично справляется с этой проблемой, но решает её не полностью.
На диодах будет присутствовать пульсация с амплитудой 2-3В. Когда мы устанавливаем в схему стабилизатор на 12В, даже с учётом пульсации амплитуда входящего напряжения будет выше диапазона отсечения.
Диаграмма напряжения в схеме без стабилизатора
Диаграмма в схеме со стабилизатором
Поэтому драйвер для диодных ламп, даже собранный своими руками, по уровню пульсации не будет уступать аналогичным узлам дорогих ламп фабричного производства.
Как видите, собрать драйвер своими руками не представляет особой сложности. Изменяя параметры элементов схемы, мы можем в широких пределах варьировать значения выходного сигнала.
Если у вас возникнет желание на основе такой схемы собрать схему светодиодного прожектора на 220 вольт, лучше переделать выходной каскад под напряжение 24В с соответствующим стабилизатором, поскольку выходной ток у L7812 1,2А, это ограничивает мощность нагрузки в 10Вт.
Для более мощных источников освещения требуется либо увеличить количество выходных каскадов, либо использовать более мощный стабилизатор с выходным током до 5А и устанавливать его на радиатор.
Видео
Ошибки подключения могут повлечь за собой неприятные последствия, от банальной поломки светодиодов, до нанесения себе повреждений. Поэтому, настоятельно рекомендуем посмотреть видео, где разбирают часто встречающиеся ошибки.
Заключение
Прочитав статью можно сделать вывод, что все светодиоды, вне зависимости от рабочего напряжения, всегда подключаются параллельно или последовательно — школьный курс физики. Еще стоит помнить, что никакой светодиод не подключается напрямую в сеть 220В, всегда нужно использовать защитные элементы в схеме подключения. Тип применяемых защитных элементов зависит от вида подключаемого светоизлучающего диода.
А нужно ли менять люминесцентные лампочки на LED-лампы?
На сегодняшний день можно уверенно сказать, что LED-лампочки любого форм-фактора практически по всем показателям превосходят люминесцентные аналоги. Причём светодиодные технологии продолжают прогрессировать, а значит, изделия на их основе будут ещё более совершенными в будущем. В подтверждение сказанного ниже приведена сравнительная характеристика двух видов трубчатых ламп.
Люминесцентные лампы Т8:
- наработка на отказ составляет порядка 2000 ч. и зависит от количества включений, но не более 2000 циклов;
- свет распространяется во все стороны, в связи с чем они нуждаются в отражателе;
- постепенное увеличение яркости в момент включения;
- пускорегулирующий аппарат (ПРА) служит источником сетевых помех;
- деградация защитного слоя со снижением светового потока на 30%;
- стеклянная колба и пары ртути внутри неё требуют бережного отношения и утилизации.
Светодиодные лампы Т8:
срок службы не менее 10 тыс. ч. и не зависит от частоты вкл./выкл.; имеют направленный световой поток; мгновенно включаются на полную яркость; драйвер не оказывает влияния на электросеть; потеря яркости не превышает 10% за 10 тыс. часов; имеют значительно меньшую мощность электропотребления; полностью экологически безопасны.
Кроме того, светодиодные лампы Т8 обладают вдвое большей светоотдачей при равном энергопотреблении, реже выходят из строя и имеют гарантию от производителя. Возможность размещения внутри колбы разного количества светодиодов позволяет добиться оптимального уровня освещённости. Это означает, что взамен люминесцентной лампы Т8-G13-600 мм на 18 Вт можно установить светодиодную лампу такой же длины на 9, 18 или 24 Вт.
Взвесив все «За» и «Против», можно сделать вывод, что переделка люминесцентного светильника под светодиодную лампочку полностью оправдана, как с технической, так и с экономической точки зрения.
