Светоизлучающему диоду, как и человеку, необходимо питаться правильно. Только в этом случае он гарантирует многолетнюю и безотказную работу. Светодиоды имеют нелинейную вольтамперную характеристику, схожую с обычным диодом. Поэтому их питание должно осуществляться стабильным током – это один из ключевых принципов. Если его не соблюдать, последствия для светодиодов могут быть самые плачевные.
Чтобы определить, какая схема питания будет оптимальной в том или ином случае, необходимо для начала узнать исходные данные:
- параметры светодиода, нормируемые производителем;
- параметры питающей сети (сеть 220 В, аккумулятор, батарейки или что-то другое).
Немного теории
Для нормальной работы светодиода требуется постоянное напряжение или ток. Они должны быть:
- Постоянными по направлению. Т. е. ток в цепи светодиода при приложении напряжения должен течь от «+» источника напряжения к его «–».
- Стабильными, т. е. постоянными по величине, в течение времени работы диода.
- Не пульсирующими – после выпрямления и стабилизации величины постоянных напряжения или тока не должны периодически изменяться.
Схема формы напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя при фильтрации электролитическим конденсатором (на схеме черный и белый прямоугольники с маркировкой «+»). Пунктир – напряжение на выходе выпрямителя. Конденсатор заряжается до амплитуды полуволны и постепенно разряжается на сопротивлении нагрузки. «Ступеньки» – это пульсации. Отношение амплитуд ступеньки и полуволны в процентах – это коэффициент пульсации.
Для светодиодов вначале использовали имевшиеся источники напряжения – 5, 9, 12 В. А рабочее напряжение p-n перехода от 1,9-2,4 до 3,7-4,4 В. Поэтому включение диода напрямую – это почти всегда его физическое сгорание от перегрева большим током. Ток нужно ограничивать токоограничивающим резистором, тратя энергию на его нагрев.
Светодиоды можно включать последовательно по несколько штук. Тогда, собрав из них цепочку, можно по сумме их прямых напряжений дойти почти до напряжения источника питания. А оставшуюся разницу «погасить», рассеяв ее в виде тепла на резисторе.
Когда диодов десятки, их соединяют в последовательные цепи, которые включают параллельно.
Литература
1. ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия
Исполнения для различных климатических районов.
Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.
2. ГОСТ Р 51317.3.2.-2006 Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail
•••
Виды и основные параметры светодиодов
На схеме светодиод обозначается как обычный диод с двумя параллельными стрелками, направленными наружу и указывающими на его излучающий характер. В продаже имеется большое количество типов светодиодов, которые различаются между собой функциональным назначением, конструкцией, мощностью, цветом свечения и другими свойствами.
По назначению светодиоды разделяют на два вида – индикаторные и осветительные.
Индикаторные:
- светодиоды SMD;
- сверхъяркие Super Flux “Piranha”;
- DIP светодиоды (Direct In-line Package);
- Straw Hat («соломенная шляпа»).
Осветительные:
- COB (Chip On Board) светодиоды;
- SMD LED;
- филаментные (Filament LED).
Индикаторные
Индикаторные светодиоды отличаются малой мощностью и умеренной яркостью свечения. Используются для цветовой индикации режимов работы различных приборов и оборудования, а также для подсветки дисплеев и приборных щитов. Разновидности индикаторных светодиодов:
- DIP-светодиоды. Кристалл-излучатель находится в выводном корпусе, который чаще всего представляет собой выпуклую линзу. Минус – малый угол рассеивания излучения.
- «Пиранья» – излучатель сверхвысокой яркости с четырьмя выводами, обеспечивающими его удобное крепление на плате. Востребован для подсветки приборов в автомобилях и в рекламных вывесках.
- «Соломенная шляпа». Цилиндрический двухвыводный прибор со значительным углом рассеивания излучения и увеличенным диаметром линзы. Применяется в декоративных конструкциях и светосигналах тревоги.
- SMD-светодиоды. Приборы сверхвысокой яркости располагаются в корпусах, рассчитанных на SMT-монтаж. В их маркировке указываются размеры в дюймах (их сотых долях) или в мм. На базе SMD-светодиодов изготавливаются светодиодные ленты.
Осветительные
Осветительные светодиоды встречаются в конструкции фонарей, фар, лент. Отличаются мощностью и яркостью свечения. Большинство осветительных приборов размещают в корпусах для SMT-монтажа. Изготавливаются в двух разновидностях белого цвета:
- cool white – холодный;
- warm white – теплый.
Осветительный SMD-светодиод представляет собой теплоотводящую подложку, на которой смонтирован излучающий кристалл, обработанный люминофорным составом.
Распиновка светодиода
Полярность светодиода – анод или плюс и катод – минус определить легко по картинкам:
У цилиндрических корпусов катод обозначен срезом на боковой части, у анода вывод длиннее, а у катода – короче.
Катод у SMD светодиодов обозначен срезом на корпусе.
В матрицах мощных COB светодиодов «+» и «-» выдавлены на контактных площадках для пайки.
Схема подключения светодиода
В классической схеме рекомендуют производить подключение через токоограничительный резистор. Действительно, правильно подобрав резисторное или индуктивное сопротивление, можно подключить диод, рассчитанный на напряжение питания 3В, даже к сети переменного тока.
Советуем к прочтению: О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи
Главное требование к параметрам питания – ограничение тока цепи.
Поскольку сила тока – параметр, отображающий плотность потока электронов по проводнику, при превышении этого параметра диод просто взорвется из-за мгновенного и значительного выделения тепла на полупроводниковом кристалле.
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.
Кратко об эффективности
Эффективностью осветительного прибора принято считать соотношение вырабатываемого светового потока (измеряется в люменах) к потребляемой электроэнергии (ватт). Качественная лампа с нитью накала имеет эффективность около 16 люменов на ватт, флуоресцентная (энергосберегающая) — в четыре раза больше (64 лм/Вт), для длинных дневных ламп этот показатель в районе 80 лм/Вт.
КПД сверхярких светодиодов, выпускающихся массово на текущий момент, примерно такой же, как у ламп дневного света. Обратите внимание, что мы говорим именно про массовую продукцию. Что касается теоретического предела для сверхярких светодиодных источников, то он определен порогом в 320 лм/Вт.
Как обещают многие производители, в ближайшие несколько лет КПД можно будет повысить до уровня 213 лм/Вт.
Подключение светоизлучающего диода к сети 220 В
Если запитать светодиод прямо от 220 В с ограничением его тока, то светить он будет при положительной полуволне и гаснуть при отрицательной. Но это только в том случае, когда обратное напряжение p-n перехода будет много больше 220 В. Обычно это в районе 380-400 В.
Второй способ включения– через гасящий конденсатор.
Сетевое напряжение подают на «мост» на диодах VD1-VD4. Конденсатор С1 «погасит» около 215-217 В. Остаток выпрямится. После фильтрации конденсатором С2 постоянное напряжение подают на светодиод. Не забудьте об ограничении тока через диод резистором
Еще одна схема подключения – с однополупериодным выпрямителем на диоде и с ограничивающим резистором, величиной 30 кОм.
ВНИМАНИЕ! Большинство схем с прямым подключением в сеть 220 В имеют серьезный недостаток – они опасны поражением человека высоким напряжением – 220 В. Поэтому их следует использовать аккуратно, с тщательной изоляцией всех токоведущих частей.
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:
Советуем к прочтению: Доработка китайского супер яркого фонарика UltraFire XML-T6
Светодиоды, ленты и их питание от ЭТ переменного тока
Наверное, не ошибусь, если скажу, что более 90% жителей России знающих, что такое светодиодные ленты, на вопрос «можно ли трансформаторы от „галогенок“ использовать для питания светодиодных лент?» ответят «нет, нельзя!». Самым распространенным объяснением станет банальное «электронный трансформатор – это переменный ток, а светодиодам нужен постоянный». Именно так нам говорят в магазинах, именно такой лейтмотив имеют подавляющее большинство «профессиональных» статей на эту тему, чем, в общем-то, и приучили людей тратить заметно больше денег. Всегда ли это оправдано и как на самом деле ведут себя светодиоды в самых распространенных СД лентах при питании переменным током мы и попробуем узнать в процессе изложения чтения этой статьи.
Сразу оговорюсь, что для обозначения «светодиод» я и далее буду применять само собой напрашивающееся и вполне естественное сокращение СД и намеренно не буду использовать для этого понятия английскую техническую аббревиатуру LED (Light Emitting Diode). В нашей нынешней стране отсутствие какой либо должной технической подготовки менеджеров и продавцов в магазинах уже привело к замусориванию и появлению таких неестественных для технического языка, юродивых для слуха и ужасных в написании буквосочетаний «леды», «led’ы», «ледовые», или как недавно увидел бегущей строкой — «LEDовые светодиоды». Мало того, что «масло – масляное», я просто вторить и плодить это «словомутие» не хочу…
Идейным источником написания исследования стало давнее желание опровергнуть необоснованные и безаппеляционные утверждения о недопустимости питания СД переменным током. В общем-то спорность этого утверждения наверняка бросается в глаза любому специалисту (а равно и «неспециалисту»), понимающему, что светодиод, хоть и излучает свет, есть прежде всего – ДИОД. А это значит, что излучать под воздействием переменного напряжения он все же будет, но только в свой полупериод.
По сути, нам необходимо будет последовательно ответить на три вопроса:
1) Сможет ли ЭТ «запуститься» при подключении нагрузки в виде полупроводниковых диодов; 2) Если ЭТ запустится, не превысит ли импульсное «переменное» электрическое воздействие допустимых параметров отдельных СД в лент. Если все же превысит, то как долго протянет СД в таких условиях; 3) Какова экономическая эффективность от использования ЭТ в конструкциях освещения на светодиодных лентах.
Итак, полгода назад у меня как раз подвернулся удобный для экспериментов случай.
Мне нужно было осветить пространство в ящиках и тумбах столов моей мастерской. После оборудования кухни в моем распоряжении осталось 1,2 метра одноцветной СД ленты общей мощностью около 17 Вт (Aztech 14Ватт/метр) и один электронный трансформатор от «галогенок» — EAC 12V 20-60Вт, самый распространенный и дешевый, купленный за 74 рубля в июле 2014 года. Для начала, чтобы запустить ЭТ, я нагрузил его обыкновенной галогеновой лампой 20 Вт и затем параллельно подключил все 1,2 метра ленты (Рис. 1). Как и ожидалось, лента зажглась. При этом свечение ленты было равномерным, средней яркости, без какого либо заметного глазу мерцания, что неудивительно, т.к. выходной меандр ЭТ промодулирован по амплитуде малозаметной глазу частой 100Гц. В ходе эксперимента отключение лампы в такой схеме тут же приводило к прекращению свечения СД ленты, что говорило о невозможности запуска ЭТ на одной полуволне напряжения. Тогда я разбил ленту на два участка и включил их встречно-параллельно (Рис.2), что по замыслу должно было обеспечить работу выходного каскада ЭТ на обоих полупериодах. При этом, что бы исключить перекос токов противоположного направления и перегрев выходной обмотки ЭТ от появление постоянной составляющей, я обеспечил равенство (по 8 Вт) количества СД в обоих плечах нагрузки. Сразу после подключения по такой схеме (Рис.2) трансформатор благополучно вышел на режим генерации, а обе светодиодные ленты равномерно зажглись и были оставлены на 1 час, за который ни они, ни сам ЭТ совершенно не нагрелись, что свидетельствовало скорее о вполне нормальных электрических режимах, чем нет.
Итак, ответ на первый вопрос, — запустится ли ЭТ при замене галогеновых ламп на светодиод – положительный. Да, запустится! Если обеспечить встречно-параллельное включение лент как на Рисунке 2.
И забегая вперед …
Забегая вперед, скажу, что как показал дальнейший эксперимент, ЭТ с паспортной минимальной мощностью запуска в 20 Вт, благополучно запускался даже при 10 Вт суммарной светодиодной нагрузки (по 5 Вт в каждом плече). Идем дальше. Теперь пробуем найти ответ на
второй вопрос
нашего исследования. Но сейчас нам одних опытов мало, потребуется знание из ТЭРЦиЭ (Теории электро-радиоцепей и элементов), которое в итоге позволит нам предположить: можно ли долговременно питать СД ленты в таком режиме без серьезного ущерба для их долговечности, если вообще рассуждать об ущербе?
Начнем с устройства СД ленты. Лента состоит из соединенных параллельно рабочих участков (Рис.3) из трех излучателей ( обозначены на схеме — E) представляющих собой три отдельных светодиода под общим слоем люминофора. Каждый диод (на схеме — D) излучателя последовательно соединен в триады с диодами из других излучателей и резистором, устанавливающим расчетную рабочую точку диодов (См. Рис. 4).
Резистор в триаде подобран таким образом, что бы при питании от 12 В и расчетной рабочей точке диода Uпр =3,3 В, Iпр = 14 мА на нем гасился избыток напряжения около 2 Вольт.
Между прочим, интересно…
Такая компоновка триады надежна и практична, ибо в случае выхода из строя одиночного СД в триаде, ни один из излучателей полностью не отключится, а продолжит гореть, хоть и с меньшей на треть яркостью. Можно конечно создать триаду на базе одиночного излучателя (и такие ленты встречаются в продаже). В них, рабочим участком определяющим её нарезку будет фрагмент с одиночным излучателем и резистором, но в таком случае, выход из строя одиночного СД в триаде приведет к потере свечения целым излучателем, что будет сразу заметно в любом светильнике.
Покопавшись у производителей SMD светодиодов несложно найти и электрические параметры примененных СД:
Для полноты полученного исследования я дополнительно снял вольтамперную характеристику (ВАХ) рабочего участка ленты (Рис.5), а и путем несложного пересчета получил ВАХ для отдельного СД (Рис.6).
Надеюсь вы…
Надеюсь вы не сомневаетесь, что это можно было сделать и физически, и результаты бы совпали.
Рис.5
Рис.6
Приведенные на рисунках ВАХ не требуют дополнительных пояснений. Добавлю только, что при напряжении менее 2,35 В на отдельном СД его свечение полностью отсутствует, что соответствует напряжению питания рабочего участка около 7 В., а напряжение питания в 15,5 Вольт на ленте является полностью безопасным, т.к. ток через отдельный светодиод не превышает нормальных эксплуатационных 30 мА.
Однако все эти численные выражения рабочих параметров актуальны только для постоянного тока. Мы собираемся испытывать диод при воздействии переменного напряжения, т.е. импульсного напряжения разных направлений. Однако при таком питании предельно допустимые значения токов и напряжений на диоде могут быть в разы, а то и в десятки раз больше пределов для постоянного тока (это общеизвестно и сомневающиеся менеджеры могут почитать лекции по ТЭРЦ) – все зависит от длительности и периодичности воздействия. Но вот беда: выходное напряжение ЭТ имеет достаточно сложную форму, что не позволяет математически достоверно описать его в пределах данной статьи, а ТТХ на светодиоды не снабжены разделом абсолютных значений для импульсных режимов работы. Хотя там, правда, имеется один параметр (Iпр имп), но для какой длительности импульса он актуален – не ясно, для какой скважности воздействия это применимо, тоже можно только догадываться.
Все дело в том….
Все дело в том, что p-n переход полупроводника при работе от переменного (импульсного) тока работает с переменной нагрузкой. Токовые периоды, вызывающие нагрев и работу светодиода по излучению световых волн сменяются паузами покоя (при которых ток через переход не течет) и в которых полупроводник остывает. И вопрос здесь уже не столько в абсолютном значении тока через полупроводник, а сколько в том, успеет ли полупроводник в период безтоковой паузы остыть настолько, что бы скомпенсировать нагрев произошедший в токовый период. Т.е. не допустить теплового пробоя. Здесь, я хочу напомнить «физику» отказа полупроводника. Это нам позволит понять суть происходящих процессов. Она, физика, в общем-то известна, но все же своими словами: долговечность любого прибора определяется его отказоустойчивостью. Отказы диодов при штатной эксплуатации происходят в случае теплового, либо электрического пробоя. Электрический пробой, как правило, возникает при превышении допустимого обратного напряжения (Uобр). При этом диод теряет свойство односторенней проводимости и начинает проводить в обе стороны. В большинстве случаев электрический пробой обратим и работоспособность прибора восстанавливается.
А вот тепловой пробой, напротив, необратим и возникает при избыточном токе прямого (реже обратного, возникшего уже после электрического пробоя) направления и влечет за собой разрушительного изменения в кристалле полупроводника в результате сильного локального перегрева p-n перехода, неспособного пропустить через себя большое количество заряженных частиц.
Суть здесь такова, что пока не созданы условия для возникновения теплового пробоя – полупроводник работает. Повторюсь, что в общем то не важно какое абсолютное значение имеет ток через него протекающий. Он может быть очень большим! Главное, что бы наш диод не успел перегреться. В паспорте на любой диод указываются два максимально допустимых параметра: Максимальный прямой ток Iпр mzx и Максмальное обратное напряжение U обр макс, для длительного воздействия постоянным током, которые при стандартных условиях эксплуатации гарантированно не приведут ни к электрическому, ни к тепловому пробою.
Поэтому для исследования степени воздействия переменного напряжения ЭТ на светодиоды мы оттолкнемся от постулата, что любое длительное импульсное воздействие тока можно привести к такому значению постоянного тока, при котором работа, совершаемая светодиодом под воздействием импульсного тока, будет идентична работе при постоянно токе.
Как же мы оценим производимую светодиодом работу? Да очень просто. Светодиод под действием протекающего через него тока совершает работу по выделению световой энергии и тепловой. А эти два параметра мы как раз очень легко можем замерить и сравнить для обоих видов тока, а значит определить, как сильно нагружает светодиод выходное напряжение ЭТ по сравнению со стандартным 12 В стабилизатором.
Для оценки световой энергии излучаемой отдельным рабочим участком СД ленты я снял зависимость освещенности от напряжения питания. Освещенность замерялась на расстоянии 10 см от излучателей (Рис 7).
Рис.7
Таким образом, на данном этапе, у нас все готово для того, что бы получить ответ на второй и третий вопросы нашего исследования. Приступим.
Для начала исследуем выходное напряжение нашего ЭТ:
Рис.8
Сразу скажу, что использовать бытовой электронный тестер-ампервольтметр для измерения амплитуды напряжения такой формы нельзя. Он рассчитан на измерение строго гармонического колебаний, а в нашем случае он будет очень сильно врать, ибо мы имеем дело с переменным импульсным напряжением промодулированным по амплитуде током удвоенной промышленной частоты. Частота модуляции 100 Гц, частота заполнения: 10КГц – двунаправленный меандр, амплитуда сигнала Uа = 18 Вольт. Отдельных выбросов амплитудой более 18 В осциллограф не зафиксировал. Так как заполнение меандр, то действующее значение напряжения будет целиком подчиняться закону модулирующего сигнала, а поэтому в нашем случае Uдейст =Uа/√2= 18/1,41 = 12,7В. Именно поэтому в паспорте на ЭТ указано, что выходное напряжение составляет ~12В.
Глядя на эпюры и сопоставляя их с ТТХ и ВАХ становится ясно, что при действии прямого тока на СД, мы едва ли выйдем за пределы допустимых параметров. Заявленный предельный прямой импульсный ток для одиночного СД в 60 мА достижим только при Uпр > 3,9 В, т.е. при напряжении питания на ленте более 20 В (см. вольт-амперные характеристики), но таких значений мы, как видим все равно не достигаем. С другой стороны, легко видно, что длительность воздействия напряжения свыше упомянутых и совершено безопасных 15,5 В (при которых ток через СД не более 30 мА) составляет не более 8% от общего времени питания от рассматриваемого ЭТ. Думаю едвали это опасно для СД. Ок. Запомним. Проверим чуть позже. Теперь прикинем, не выйдем ли мы за пределы допустимого обратного напряжения и при воздействии обратного полупериода напряжения. В этом случае сопротивлением R в триаде можно пренебречь, Uа (18В) равномерно распределится по СД в триаде, и амплитудное значение напряжения на диода составит 6 В, что больше заявленных 5В. Но, длительность превышения опять не превысит 8% от общего времени работы СД, и второе, что меня очень сильно смутило, это то, что допустимое обратное напряжение, во всех даташитах как то уж очень подозрительно одинаково для разных серий светодиодов. Оно всегда равно 5В. Ок. Запомним и это и начнем подводить первые итоги.
Итак, теоретически, при прямом полупериоде мы не должны превысить прямых токов для СД, а при обратном полупериоде, превышение заявленного допустимого обратного напряжения мало, — как по продолжительности воздействия, так и по абсолютному значению.
Ну что, же теперь пора проверить наши выводы на практике. Давайте практически оценим световую и тепловую отдачу. Если свет и тепло выделяемые лентой не превысят тех, что выделяются при питании от стандартного источника питания для СД лент, то значит наш положительный теоретический вывод будет подтвержден.
Запитав ленту от ЭТ встречно параллельно измеряем светоотдачу единичного рабочего участка ленты из трех излучаетелей и сравниваем значения с характеристикой на Рис. 7. Люксметр фиксирует значения на уровне 970-990 люкс, что соответствует питанию ленты от источника напряжения чуть ниже 10 В!!! Нагрев ленты оказался ничтожны и через 1 час работы не превысил 35 градусов Цельсия, при температуре окружающего воздуха 25°C. В аналогичных условиях, но при питании постоянным током Uпр=12В, лента нагревалас до 49°C, а создаваемая освещенность составляла около 2000 Люкс. Эти результаты совершенно однозначно говорят о том, что несмотря на все маркетологические увещевания, полупроводник при питании от ЭТ работает в недогруженном режиме и ожидать его скорой смерти едва ли приходится. Кстати, посмотрев на Рис. 9, и произведя замеры площадей фигур светло синего и кирпичного цветов можно понять, почему именно СД светятся так, будто питаются от 10В. Дело в том, что светло-синяя фигура характеризует условия, при которых СД лента совершает полезную работу (помним, что это происходит при Uпит > 7 Вольт). Светло-коричневая фигура за вычетом светло-синей – это условия, при которых СД лента простаивает – не работает! Соотношение их площадей как раз 10 к 8. Все сходится, однако, хе-хе.
Рис.9
И тем не менее, на фоне положительного ответа второй вопрос нашего исследования, мысль о пусть и незначительном, но все же превышении допустимого обратного напряжения мне не давала покоя. Короче, я решил по жесткому: подключил ленту к источнику постоянного тока и плавно увеличивая обратное напряжение стал ожидать, когда же миллиамперметр зафиксирует электрический пробой. Доведя обратное напряжение на отдельном светодиоде почти до 20 Вольт я так и не добился пробоя. Обратный ток при этом не превышал 15 мкА. Оставив все это дело почти на сутки – я убедился, что ничего с излучателями не случилось, а уж видимо от коротких импульсных воздействий 6В против 5В и подавно ничего не должно произойти в обозримой перспективе.
Конечно, надо признать….
Конечно, я признаю, что это, пожалуй, самый спорный момент в моём исследовании, но практический результат, есть опыт более ценный, чем математические расчеты. Ведь опыт есть отражение сути, а теория это всего лишь попытка эту суть просчитать в мозгах.
Выводы и ответ на третий вопрос
Использовать ЭТ от галогенок для питания светодиодных лент можно и похоже это вовсе не скажется на долговечности работы СД лент и источников света. Скорее даже наоборот скажется, но служить они будут дольше. Наверное. Пока получается, что так. Незабудьте только про встречно параллельное включение и равенство плеч.
Теперь главный вопрос не в том, что — можно ли? Вопрос в том, — А стоит ли? Ответ следующий – если вы собираете смонтировать систему освещения с нови, то наверное не стоит
. Так дешевизна ЭТ будет перекрыта покупкой большего количества, либо большей мощности светодиодов, ведь при 10 В световой поток создаваемый СД лентой в два раза меньше того, что имеем при 12В (см. Рис. 7)
Питание от ЭТ оправдано в случаях, когда:
- — у вас уже есть действующее световое решение на галогенках, и вам хотелось бы без дополнительных затрат на БП и лишних проводов поставить еще и светодиоды. У меня, например, так на кухне сделано;
- — у вас остались незадействованные ЭТ (коих сейчас будет высвобождаться все больше и больше), а требования к мощности планируемого освещения не велики;
- — когда у вас созрело решение заменить галогеновые лампы на светодиодные, а изменения в проводку внести по каким то соображениям не получается.
Спасибо. Vink01
Параллельное соединение светодиодов не правильное
Параллельное соединение светодиодов используют, когда напряжение блока питания (источника) не хватает, для того, чтобы запитать ряд последовательных светодиодов. Если «конкретно теоретически», то параллельно светодиоды можно подключать и «тупо» — соединить все аноды и катоды LEDs. После чего подключить их к батарее и вуаля… Светодиоды горят! Причем единожды и на краткое время при подключении. Далее — конец им.
Такая схема подключения параллельно светоизлучающих диодов — не работоспособна, ввиду того, сопротивление диода маленькое и спокойно провоцирует режим КЗ (короткого замыкания).
Сразу откину некоторых злопыхателей. Есть, конечно, исключения… Ими грешат китайские производители дешевизны. Но это исключение из правил. Если кто-то разбирал китайские игрушки или зажигалки, то наверняка видел именно такую схему подключения. Где диоды подключены параллельно, не имея в свей цепи никаких посторонних электронных компонентов. Почему? Да все просто — в таких цепях ток ограничивается внутренним сопротивлением батареек AG1 (таблетка). Мощность в таких таблетках минимальна и не может нанести вред диоду. Т.е. мы опять приходим к выводу, что для нормального функционирования, диодам нужен резистор.
Повторюсь еще раз — параллельное соединение светодиодов используют только тогда, когда источник питания низковольтный.
Не смотря на то, что такой тип соединения не очень приветствуется, его частенько используют. В таких типах соединений есть одно правило — параллельное соединение светодиодов никогда не происходит с использованием ТОЛЬКО ОДНОГО резистора!!!
Ну или для тех, кто понимает только визуальные картинки, то не правильное параллельное соединение будет выглядеть так:
К сожалению, не смотря на то. что такое подключение не правильное, опять же, вездесущие китайцы тоже используют его во всю… Особенно в фонариках. Для этого им завышают номинал резистора, дабы не было перегрузки и товар преспокойненько может проработать год… А может и не проработать… Тут уж как повезет.
Плюсы и минусы параллельного соединения светодиодов
Большим плюсом параллельного соединения стоит отметить, что в случае правильного соединения светодиодов при перегорании одного из них, остальные будут работать. Диоды будут работать если и большее количество LEDs перегорит, здесь основным остается правило — чтобы работала хотя бы одна ветка. При последовательном соединении светодиодов выход из строя одного из них приведет к тому, что строка из последовательно соединенных чипов перестанет светиться.
Параллельное соединение позволяет соединить от двух и более светодиодов. Ограничения могут возникнуть только по мощности батареи (источника питания) и габаритов самого прибора, в который вы захотите поместить свое «детище».
Минусом параллельного соединения светодиодов отметим — удорожание конструкции, за счет того, что в цепи появляются новые элементы. В результате конечный продукт может оказаться достаточно громоздким.
Стоит представить себе елочную гирлянду с таким соединением диодов… Для ее работоспособности придется соединять еще один проводник к паре светодиод-резистор. Поэтому 99,9 % всех гирлянд собраны из последовательно соединенных светодиодов.
Технические особенности диода
По определению светодиод, схема которого схожа с обычным диодом, – это тот же полупроводник, пропускающий ток в одном направлении и излучающий свет при его протекании. Его рабочий переход не рассчитан на высокие напряжения, поэтому для загорания светодиодного элемента вполне достаточно всего нескольких вольт. Другой особенностью этого прибора является необходимость подачи на него постоянного напряжения, так как при переменных 220 Вольт светодиод будет мигать с частотой сети (50Герц). Считается, что глаз человека не реагирует на такие мигания и что они не причиняют ему вреда. Но все же согласно действующим стандартам для его работы нужно использовать постоянный потенциал. В противном случае приходится применять особые меры защиты от опасных обратных напряжений.
Большинство образцов осветительной техники, в которых диоды используются в качестве элементов освещения, включаются в сеть через специальные преобразователи – драйверы. Эти устройства необходимы для получения из исходного сетевого напряжения постоянных 12, 24, 36 или 48 Вольт. Несмотря на их широкое распространение в быту нередки ситуации, когда обстоятельства вынуждают обходиться без драйвера. В этом случае важно уметь включать светодиоды в 220 В.
Полюса светодиода
Полярность светодиода
Чтобы ознакомиться со схемами включения и распайкой диодного элемента, нужно узнать, как выглядит распиновка светодиода. В качестве его графического обозначения используется треугольник, к одному из углов которого примыкает короткая вертикальная полоса – на схеме она называется катодом. Он считается выходным для постоянного тока, втекающего с обратной стороны. Туда подается положительный потенциал от источника питания и поэтому входной контакт называется анодом (по аналогии с электронными лампами).
Выпускаемые промышленностью светодиоды имеют всего два вывода (реже – три или даже четыре). Известны три способа определения их полярности:
- визуальный метод, позволяющий определить анод элемента по характерному выступу на одной из ножек;
- с помощью мультиметра в режиме «Проверка диодов»;
- посредством блока питания с постоянным выходным напряжением.
Для определения полярности вторым способом плюсовой конец измерительного шнура тестера в красной изоляции подсоединяется к одному контактному выводу диода, а черный минусовой – к другому. Если прибор показывает прямое напряжение порядка полвольта, со стороны плюсового конца расположен анод. Если на табло индикации появляется знак бесконечности или «0L», с этого конца располагается катод.
При проверке от источника питания на 12 Вольт его плюс следует соединить с одним концом светодиода через ограничивающий резистор 1 кОм. Если диод загорается, его анод находится со стороны плюса блока питания, а если нет – с другого конца.
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.
Советуем к прочтению: Стабилизатор AMS1117-3
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.
Самодельный светодиодный драйвер
Предоставим вашему вниманию несколько вариантов драйверов на основе специализированных микросхем компании Monolithic Power System, использование которых существенно упрощает конструкцию. Схемы приводятся в качестве примера, полное описание типового включения можно найти в даташит на микросхемы.
Вариант первый на базе понижающего преобразователя МР4688.
Пример включения МР4688
Данный драйвер может работать с напряжениями от 4,5 до 80 В, порог максимального выходного электротока 2 А, что позволяет запитать светильник на сверхярких светодиодах большой мощности. Уровень электротока, проходящего через светодиоды, регулируется сопротивлением RFB . Реализация ШИМ-диммирования с частотой 20 кГц позволяет плавно изменять протекающий через светодиод электроток.
Второй вариант драйвера на базе микросхемы МР2489. Ее компактный корпус (QFN8 или TSOT23-5) делает возможным размещение драйвера в цоколе MR16, используемый галогенными лампами, что позволяет заменить последние светодиодными. Типовая схема подключения МР2489 показана на рисунке.
Драйвер на базе МР2489
Приведенная выше схема позволяет включать два параллельных светодиода, у каждого из которых рабочий ток 350 мА.
Последний вариант драйвера на базе микросхемы МР3412, который может быть использован в переносных фонариках. Отличительная особенность такой схемы – возможность работы от пальчикового элемента питания АА.
Драйвер для фонарика на базе МР3412
Распространенные ошибки при подключении
Самые часто встречающиеся ошибки при соединении светодиодов:
- Выбор резистора не того номинала – если подобрать слишком маленькое сопротивление, светодиод может перегореть. При большом значении светить диод будет не в полную силу.
- Подключение напрямую к источнику питания без токоограничивающего резистора. Излучающий компонент сразу сгорит.
- Соединение по параллельной схеме с одним резистором для всех диодов. Компоненты начнут выходить из строя, так как рабочий ток у каждого различный.
- Соединение по последовательной схеме светодиодов, рассчитанных на разный ток. В таком случае часть диодов перегорит, а часть будет светить тусклее.
- Подключение напрямую к сети 220 В без защиты.
Важно! Совершение описанных ошибок повлечет за собой негативные последствия в виде поломки диода или нанесения себе травм.
О том как запитать светодиод от одной пальчиковой батарейки
Зажечь светодиод от одной пальчиковой батарейки напряжением 1,5 Вольт можно при помощи простой схемы с минимумом деталей:
Такая схема по сути является простейшим светодиодным драйвером.
Необходимые детали:
- Трансформатор, который изготавливается на ферритовом кольце намоткой провода сечением 0,25 мм, сложенным вдвое, приблизительно 25 витков;
- Биполярный Н-канальный транзистор;
- Подстроечный резистор необходим для регулирования номинального рабочего тока преобразователя;
- Диод шотке с малым падением напряжения;
- Конденсатор.
Альтернативный тип подключения
Последовательно-параллельное соединение светодиодов – встречается в прожекторах и других мощных светильниках, работающих как от постоянного, так и от переменного напряжения.
Как видите, матрица поделена на ветки, каждая из которых имеет токоограничивающий резистор. Конкретный экземпляр предназначен для замены штатной лампы плафона в салоне автомобиля. Если один диод выйдет из строя – одна цепь перестанет гореть, а остальные цепочки продолжат свечение.
Если вы не можете определиться, как подключить светодиоды последовательно или параллельно, есть альтернативный вариант — гибридное соединение. С первого взгляда непонятно в чем смысл.
Гибридный вариант принял достоинства от последовательного и параллельного соединения светодиодов. Схема будет работать полностью, даже если один из элементов в цепи перегорит, в тоже время остальные элементы не испытают перегрузки. Напряжение на каждом сегменте будет ограничено светодиодом с наименьшим падением.
Чтобы собрать светильник правильно, а LED работали долго и не перегревались, нужно определиться как подключать светодиоды — последовательно или параллельно. Вы ознакомились с сильными и слабыми сторонами каждого из вариантов. Благодаря полученным знаниям можно выполнить ремонт LED лампы или прожектора.
Применение в быту
Чаще всего такие схемы встречаются в выключателях с подсветкой. Типичная схема правильного использования указана ниже:
Подключение светодиода в выключателе
Ввиду маленькой мощности световых устройств в них нет защищающих обратных диодов. Резистор установлен таким образом, чтобы ограничить прямой ток значением 1 мА. Такая схема подключения светодиода к сети 220 вольт не особо эффективна в плане яркости свечения, оно очень тусклое, но свою роль играет хорошо – в темной комнате выключатель видно. Здесь обратное напряжение при размыкании контактов цепи направлено на резистор, в качестве дополнительной нагрузки также выступает наличие светодиодной или любой другой лампочки, а также блока питания. Таким образом, светодиод защищен он обратного пробоя током.
Про светодиодные матрицы
| Готовые светодиодные матрицы большой яркости, работающие напрямую от 220 Вольт — удобная штука. Светодиодная матрица на 20 Ватт светит как 100 Ваттная лампа накаливания. |
Такие матрицы можно применять как для уличного освещения, конечно помещая их в защитный корпус, так и для дома, там где требуется яркий свет. Не следует забывать, что эти матрицы имеют алюминиевую подложку и для отвода тепла их следует крепить к металлическим частям корпуса.
Техника безопасности
Кратко о нюансах подключения, которое выполняется в большинстве домов – для обеспечения безопасности при работе с электрической цепью часто бывает мало выключить один только выключатель. Дело в том, что он, как правило, размыкает фазу, но при этом из-за отсутствия заземления на ноле остается остаточное напряжение. Если заземление неправильное, например, люди подключаются к батарее или водопроводу, есть риск попасть на напряжение между фазой и заземлением. Отключайте питание полностью на рубильнике или счетчике на входе в дом или квартиру, и сделайте уже правильное заземление, если у вас его нет.
