• Как правильно включать светодиоды

      Статья опубликована с разрешения автора: Евзиков Р.Г. Авторское право: http://optron.ru.gg


      Как правильно включать светодиоды



      Блуждая по просторам Интернета, я постоянно натыкаюсь на довольно распространенный вопрос: как правильно подключить светодиод?Вот решил и я добавить свою лепту, написав инструкцию о правильном подключении и соответствующих расчетах. Наверно многих читателей шокировали мои строчки, мол: что там сложного, это для полнейших “чайников” так - как закон Ома знают все. Всех скептиков придется разочаровать, светодиод не лампочка и он использует иные правила работы. Настоящая статья ознакомительная и я постараюсь, как можно проще объяснить все принципы, что бы понял даже тот, кто не когда не держал в руках паяльник. В конце статьи будет дана ссылка, на закачку программы для расчета ограничительного резистора, при подключении светодиодов.
      История



      Для начала я более подробно расскажу о светодиодах.Первый светодиод был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса. В начале 1990-ых годов на свет появились яркие светодиоды, а чуть позже сверх яркие. Преимущество светодиодов перед лампочками не оспоримы, а именно:

      • Низкое электропотребления – в 10 раз экономичней лампочек
      • Долгий срок службы – до 11 лет непрерывной работы
      • Высокий ресурс прочности – не боятся вибраций и ударов
      • Большое разнообразие цветов
      • Способность работать при низких напряжениях
      • Экологическая и противопожарная безопасность – отсутствие в светодиодах ядовитых веществ. светодиоды не греются, от чего пожары исключаются.

      Такие преимущества заставили вытеснить стандартные лампочки накаливания. В настоящее время светодиоды получили статус высокоэффективных источников света и задействованы в таких направлениях как: светофоры, дорожные знаки, подсветка сотовых телефонов, световая реклама, светодиодные дисплеи, архитектура, модинг и прочее. Кроме того сверх яркие светодиоды вытесняют обычные лампы накаливания для освещения помещений (в настоящее время светодиодные лампы слишком новы, а потому и стоят дорого от чего считаются диковинкой. Однако в обозримом будущем цена на них будет соизмерима с ценой стандартной электролампы.Так что же такое светодиод и с чем его едят? Светодиод- это диод способный светится при протекании через него тока. Цвет свечения светодиода зависит от добавок добавленных в полупроводник. Так, например, примеси алюминия, гелия, индия, фосфора вызывают свечение от красного до желтого цвета. Индий, галлий, азот заставляет светодиод светится от голубого до зеленного цвета. При добавке люминофора в кристалл голубого свечения, светодиод будет светиться белым светом. В настоящее время промышленность выпускает светодиоды свечения всех цветов радуги, однако цвет зависит не от цвета корпуса светодиода, а именно от химических добавок в его кристалле. Светодиод любого цвета может иметь прозрачный корпус.


      Обратное напряжении светодиода



      Как выше я и указывал светодиод является разновидностью диода. Он пропускает через себя ток только в одном направлении. Очень важно соблюдать полярность при подключении светодиода к источнику тока.Если к катоду светодиода приложить положительный заряд , а к аноду отрицательный, то светодиод закрывается и ток не пропускает, а значит и не светится. А вот если к катоду приложить отрицательный заряд, а к аноду положительный, то светодиод открывается и начинает пропускать через себя ток в следствии чего он будет светится.




      На схеме понятно , где катод, где анод, а вот что б на настоящем светодиоде их определить воспользуйтесь нижеприведенным рисунком. Обычно катод светодиода имеет небольшой спил корпуса или более короткий вывод нежели анод.




      Довольно грубой ошибкой считается, что если светодиод заперт, то он совсем не пропускает через себя ток. В какой-то мере это так, но все зависит от величины напряжения. Если к запертому светодиоду приложить напряжение больше предельно допустимого обратного напряжения, то происходит пробой, светодиод открывается и выходит из строя.







      Обратное напряжение указывается в паспортных характеристиках светодиода и обычно находится в пределах 5 вольт.Из вышесказанного следует вывод: если вы не хотите сжечь светодиод, то правильно подключайте его, соблюдая полярность. Если в качестве Питающего напряжения используется переменный ток, периодически меняющий полярность ,то запаралельте светодиод обычным диодом.









      Расчет резистора при одиночном включении светодиода


      К светодиоду должен быть последовательно подключен резистор. Резистор ограничивает ток, проходящий через светодиод. Без гасящего резистора светодиод может выйти из строя.Номинал резистора определяется по формуле:
      (1)

      Где:

      • UпитНапряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора. В вольтах.
      • Uпр - Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
      • I - Прямой ток светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 0,01 до 0,02 ампера). В амперах.
      • R - Номинал резистора в Омах.
      • Коэфф. 0,75 - коэффициент надежности.

      Подставьте в формулу (1) величину напряжения питания, паспортные характеристики на ваш светодиод и получите требуемый номинал гасящего резистора в Омах.Из нижеуказанной таблице выберите резистор самый близкий по номиналу, в сторону увеличения, с тем который вы рассчитали.
      Международный стандарт номинальных значений резисторов
      Ом кОм мОм
      1 1 1
      1,2 1,2 1,2
      1,5 1,5 1,5
      1,8 1,8 1,8
      2,2 2,2 2,2
      2,7 2,7 2,7
      3,3 3,3 3,3
      3,9 3,9 3,9
      4,7 4,7 4,7
      5,6 5,6 5,6
      6,8 6,8 6,8
      8,2 8,2 8,2
      10 10 10
      12 12 12
      15 15 15
      18 18 18
      22 22 22
      27 27
      33 33
      39 39
      47 47
      56 56
      68 68
      82 82
      100 100
      120 120
      150 150
      180 180
      220 220
      270 270
      330 330
      390 390
      470 470
      560 560
      680 680
      820 820
      Таб.1
      Рассчитать номинал резистора мало, надо еще рассчитать его мощность. Через резистор проходит ток который нагревает его и надо выбрать резистор на такую мощность что бы он не сгорел. Мощность резистора можно высчитать по формуле:
      (2)
      Где:

      • Uпит – Напряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора. В вольтах.
      • Uпр - Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
      • R - Номинал резистора в Омах.
      • P - Мощность рассеиваемая на резисторе в Ваттах

      Подставьте формулу (2) требуемые значения и получите мощность выделяемую резистором. Естественно резистор надо выбрать с номинальной мощностью больше расчетной. Номинальную мощность резистора выберите из таблицы таб.2 так что б она была больше расчетной.
      Стандарт максимально допустимой мощности резисторов в ваттах
      0,05
      0,125
      0,25
      0,5
      1
      2
      Таб.2
      Пример: Предположим, что вы хотите к 12 вольтовом аккумулятору подключить светодиод. Ваш светодиод имеет следующие характеристики:

      • Прямое напряжение (Uпр) – 2 вольта
      • Прямой ток (I) – 15 ма

      Для начала переведем прямой ток светодиода из миллиампер в амперы. Для успешного расчета ток в формулу надо подставлять только в амперах. Если значение в миллиамперах разделить на 1000, то получится ток в амперах.





      Теперь все данные подставляем в формулу и получаем требуемый номинал резистора в Омах.





      Теперь из таблицы таб.1 находим самый ближний по номиналу резистор, в сторону увеличения. Значение 888,8 находится между двумя табличными данными 820 Ом и 1 кОм (1кОм=1000 Ом), однако самый близкий номинал, в сторону увеличения, это 1000 Ом или 1 кОм. Вот теперь мы знаем, что нам нужен резистор номиналом в 1 килоом.Теперь найдем необходимую мощность резистора. В формулу (2) подставим значения





      Из таблицы таб.2 найдем номинал на порядок больше чем 0,1 ватт и получим 0,125 ваттИтак, расчет выполнен. Нам нужен резистор на 1 кОм и мощностью 0,125 ватт


      Параллельное соединение светодиодов



      Если вы хотите подключить к одному источнику питания несколько светодиодов, то можно воспользоваться двумя способами. Первый способ параллельное соединение светодиодов, второй способ последовательное. Если напряжение источника питания светодиода меньше чем паспортное прямое напряжение светодиода умноженное на 3, то следует выбрать параллельное соединение, а если больше то последовательное. Пояснение: Общий Uпр, при последовательном включении двух светодиодов, с учетом возможности его увеличения за счет старения светодиода или изменения температуры равен: Uпр’=1,5*Uпр+ 1,5*Uпр =3*Uпр. Коэффициент 1,5 взят потому, что со старением Uпр может возрасти например с 3 вольт до 4,5 вольт.


      Если Uпит<3* Uпр то следует параллельно соединять светодиоды

      Если Uпит>=3* Uпр то следует последовательно соединять светодиоды

      В настоящей главе, мы ознакомимся с параллельным соединением светодиодов, а о последовательном разговор пойдет в следующей главе.Не в коем случаи нельзя соединять параллельно светодиоды имея общий резистор. Намного правильней к каждому светодиоду подключить ограничительный резистор. Такое решение обусловлено тем, что светодиоды имеют большой разброс параметров и в случаи использования одного резистора на все светодиоды, по светодиодам потекут разные токи. Кроме того, при выходе из строя одного светодиода, по остальным потекут токи выше расчетных , что может привести к перегоранию и других светодиодов. Схема с отдельными резисторами для каждого светодиода решает эти проблемы.




      Номинальное значение резисторов при параллельном включении светодиодов рассчитывается точно так же, как и для одиночного включения. По сути это и есть одиночное включение только из нескольких отдельных светодиодов.



      Последовательное соединение светодиодов





      Как я раньше и говорил, последовательный метод включения светодиодов следует применить только в том случаи, если выполняется условие: Uпит>=3* Uпр

      При последовательном включении светодиодов важно знать о том, что все светодиоды, используемые в гирлянде, должны быть одной и той же марки. Предлагаю данное высказывание взять не за правило, а за закон.

      Что б узнать какое максимальное количество светодиодов, возможно, использовать в гирлянде, следует воспользоваться формулой (3)

      (3)

      Где:

      • Nmaxмаксимально допустимое количество светодиодов в гирлянде
      • UпитНапряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора. В вольтах.
      • Uпр - Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
      • При изменении температуры и старения светодиода Uпрможет возрасти. Коэфф. 1,5 дает запас на такой случай.

      При таком подсчете “N” может иметь дробный вид, например 5,8. Естественно вы не сможете использовать 5,8 светодиодов, посему следует дробную часть числа отбросить, оставив только целое число, то есть 5, это я к примеру.

      Ограничительный резистор, для последовательного включения светодиодов рассчитывается точно также как и для одиночного включения. Но в формулах добавляется еще одна переменная “N” – количество светодиодов в гирлянде. Очень важно что б количество светодиодов в гирлянде было меньше или равно “Nmax”- максимально допустимому количеству светодиодов. В общем, должно выполнятся условие: N=<Nmax

      Теперь приведу модернизированные формулы (1) и (2) под последовательное включение.

      (4)



      (5)


      Все остальные действия по расчетам производятся в аналогии описанной в главе “Расчет резистора при одиночном включении светодиода”.
      Если вам надо установить больше светодиодов чем позволяет одна гирлянда, то можете использовать несколько гирлянд, как показано на рисунке ниже.



      Как определить характеристики светодиода
      Для успешного расчета токоограничительного резистора, надо знать такие характеристики светодиода, как: прямое напряжение светодиода (рабочие напряжение светодиода); ток светодиода (рабочий ток светодиода). Однако на корпусе светодиода такие характеристики не ставят. А как быть, если у вас в запчастях, нашлась масса светодиодов, а какие у них характеристики, ни кто понятия не имеет? Можно приблизительно получить нужные параметры, путем проведения, несложного эксперимента. Для снятия характеристик с неопоздного светодиода, потребуется: четыре пальчиковые батарейки на 1,5 вольт; прибор для измерения тока и напряжения; переменный резистор номиналом не менее 5.6 ком, мощностью не менее 0.2 ватт.
      Соединяем все как показано на схеме ниже. Перед тем как подключить батарейки, переменный резистор устанавливаем в такое положение, при котором он будет иметь максимальное сопротивление.



      Плавно выставляем переменный резистор в такое положение, при котором светодиод будет, нормально светится. Не следует бездумно накручивать переменный резистор, пытаясь сделать яркость светодиода, как можно ярче. Ярче того, что в него заложил производитель, “выжать” не получится, а вот испортить его, удастся наверняка (Хорошо все в меру и если светодиод нормально светится, не увеличивайте ток переменным резистором).
      После данной манипуляции снимите показания с миллиамперметра,- это будет рабочий ток (I) светодиода.
      Немного переделайте схему, как указано ниже. Не в коем случаи, не сбейте ранее установленное положение переменного резистора.
      Снимите показания с вольтметра.





      Вольтметр показывает прямое напряжение (Uпр) светодиода.
      Вот теперь есть все данные, для успешного расчета токаограничительного резистора.


      Программа для расчета резистора, при подключении светодиодов



      Что б автоматизировать и упростить процедуру расчета токоограничительного резистора, была разработана данная программа. Назвать ее калькулятором не совсем правильно. Данная программа больше похожа на экспертную систему. Программа не только считает, но и принимает всевозможные решения о выборе методик при подключении светодиодов.
      Программа бесплатная и предоставляется как есть. Автор не несет ответственности за возможное причинение вашему программному обеспечению вреда. Хотя вред она вряд ли нанесет, так-как: реестр не использует, файлы не создает, установщика не имеет. Однако настоятельно рекомендую, после закачки программы, проверить ее антивирусником. Это была лицензия, а ссылка для закачки ниже.
      В старой программе была допущена ошибка. Программа неправильно рассчитывала количество светодиодов при последовательном соединении. В Diode v02 данная ошибка устранена.

      Название ПО: Diode v02
      Дата выпуска: 3.08.09г
      Автор: Евзиков Р.Г.
      Авторское право: http://optron.ru.gg
      Язык интерфейса: русский
      Статус прогаммы: бесплатно
      Тип файла: diode.rar
      Размер файла: 1.06 Мб
      Совместимость: Windows XP, Vista
      , Windows 7