Какое сопротивление для светодиода на 12 вольт

0
1308

Содержание

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 стабилизатором тока на LM317T.

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=Uпит-(ULED1+ ULED2+…+ ULEDn)/ILED.
P=(Uпит-(ULED1+ ULED2+…+ ULEDn))*ILED.

Более подробно о расчёте и выборе резистора написано в данной статье.

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 подключение светодиодной ленты 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 COB-матрицы 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=PLED1+ PLED1+PLED1+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.

    Светодиоды для автомобиля 12 вольт представляют собой относительно новый источник освещения, который стал использоваться повсеместно не так давно. Наши соотечественники выбирают диоды из-за их эстетической красоты, а также более высокого ресурса эксплуатации. Подробнее о том, как производится подключение диодных элементов и что нужно при этом учитывать — читайте ниже.

    Что необходимо учесть автолюбителю перед заменой?

    Инструкция по подключению светодиодов

    Параллельный способ подключения

    Фотогалерея «Схемы подключения диодов»

    Видео «Особенности подключения диодных ламп в авто»

    Комментарии и Отзывы

    Что необходимо учесть автолюбителю перед заменой?

    Чтобы своими руками правильно, используя схему подключения, подсоединить светодиодные лампочки, в первую очередь нужно разобраться с основной информацией. Для начала нужно понимать, что 12-вольтовый моргающий автомобильный диод — это не лампа.

    Подключение светодиодов к бортовой сети на 12 вольт должно производиться с учетом некоторых моментов:

    1. В первую очередь, чтобы обезопасить подключение, нужно учесть напряжение, которое присутствует в автомобильной электросети. Как правило, этот параметр составляет около 12-13 вольт при отключенном двигателе и около 13-14.5 вольт при заведенном.
    2. В среднем один яркий и мощный диод нуждается в 3.5 вольтах питания, однако данный показатель также может варьироваться в зависимости от цвета. Например, желтый либо красный мигающий светодиод для авто будет потреблять около 2.3 вольт, а белые либо синие элементы — по 3.5 вольт в среднем.
    3. В отличие от стандартных лампочек накаливания, светодиодные сборки позволяют более качественно осветить поверхность вокруг, что особенно хорошо для их установки в приборные панели.
    4. Перед покупкой следует проверить тип линзы, установленной в лампочке. Бывают узконаправленные устройства, оснащенные небольшими по размерам линзами.
    5. Вне зависимости от типа, диодные элементы на двенадцать вольт имеют как положительный вывод, так и отрицательный. Положительный контакт в данном случае, это анод, а отрицательный — катод.

    Светодиоды с разными цоколями

    Чтобы правильно подобрать диодные элементы на 12в, нужно ориентироваться в их разновидностях, а делятся они между собой по мощности:

    1. Маломощные устройства не имеют системы охлаждения, поэтому их ресурс эксплуатации обычно низкий. В автомобилях таких устройства есть смысл использовать только в качестве индикаторов, к примеру, включения дневных ходовых огней или при установке контроллера разряда АКБ.
    2. Мощные диоды 12в имеют более высокий ресурс эксплуатации, при правильном использовании они могут проработать до 10 лет. Нужно учитывать, что такие диодные элементы не подвергаются большим нагрузкам.
    3. Модули. Такие устройства представляют собой стальную пластину, на которую вмонтирован целый ряд диодных элементов. Цена модуля зависит от его надежности и качества производства — чем лучше качество, тем выше цена. Модули не нужно путать с китайскими лентами, поскольку их эксплуатация возможна, разве что, для подсветки контрольного щитка или бардачка.

    Схема подключения диода в авто

    Инструкция по подключению светодиодов

    Как подключить светодиод в свой автомобиль? Какое сопротивление для светодиода нужно подобрать? Нужно ли использовать резисторы?

    Ниже расскажем, как должен подключаться диодный модуль:

    1. Процедура подключения светодиодов к 12 вольтной сети начинается с расчета питания. Основным недостатком кластеров является то, что их яркость будет зависеть от изменения количества оборотов двигателя. Если обороты падают, мощность тоже будет снижаться. Учитывайте тот факт, что наиболее оптимальным показателем для хорошего свечения кластеров является параметр 12.5 вольт напряжения — если оно будет ниже, то свечение будет слабым.
    2. Конструкция кластера включает в себя диодный элементы и резистор, который, кстати, является важной составляющей любого кластера. Резисторное устройство, использующееся для погашения лишнего напряжения, ставится из расчета одна штука на три диодных элемента. Так что если вы купили целую ленту для установки в оптику, то скорее всего, вам нужно будет ее обрезать. Причем обрезание должно осуществляться только на определенных отрезках.
    3. Процедура подключения производится последовательным образом. То есть вам нужно будет сначала сделать кластер, подключив по очередь несколько диодов друг к другу, а конца кластера соединяются с бортовой сетью. В качестве примера рассмотрим белые диодные компоненты с мощностью 3.5 вольт. Для обычной бортовой сети на 12 В вам потребуется три диодной лампочки, которые в общей сложности будут потреблять 10.5 вольт. Последовательное подключение означает, что положительный вывод одного компонента следует подключить к отрицательному выводу другого.
    4. Напрямую подключать кластер пока не нужно, последовательным образом соединяется сопротивление, то есть резистор. Нужно учитывать, что сопротивление должно составлять около 100-150 Ом, а параметр мощности резистора должен быть 0.5 Вт (автор видео — канал Авторемонт и тюнинг).

    Параллельный способ подключения

    Чтобы подключить светодиод к 12 вольтам параллельным способом, выполните следующие действия (рассмотрен пример с диодным элементом на 3.5 вольта и током 20 мА):

    1. Измерьте напряжение на том участке, где будет подключен источник освещения, чтобы удостовериться в том, что соединение будет эффективным. Например, это 13 вольт.
    2. После этого от 13 вольт отнимается 3.5 вольта диода, получается 9.5 вольт. Все замеры делаются по формуле Ома — в нашем случае 20 мА делится на 100, получается 0.02 А.
    3. По этой же формуле производится вычисление сопротивления, для этого 9.5 вольт нужно поделить на 0.02. В результате узнаем, что нам нужен резистор на 475 Ом.
    4. На следующем этапе производится вычисление мощности — это нужно знать для того, чтобы предотвратить перегрев резисторного элемента. По нашим параметрам 9.5 умножается на 0.02 — получаем 0.19 Вт. Для предотвращения возможных сбоев мощность можно взять с запасом.
    5. Далее, при помощи мультиметра осуществляется замер тока на участке между диодным источником освещения и резисторным элементом. После этого на тестере ставится значение 10 ампер, а положительный вывод прибора надо подключить к плюсу аккумулятора, отрицательный вывод — к плюсу лампы.
    6. В конечном итоге на дисплее мультиметра должен появиться показатель в районе 20 мА. В зависимости от источника освещения, а также используемого сопротивления, параметры могут отличаться.

    Фотогалерея «Схемы подключения диодов»

    Заключение

    Что нужно учесть, чтобы система работала правильно:

    1. Чтобы яркость источников освещения не изменялась, можно дополнительно добавить в цепь стабилизатор.
    2. При подключении нужно использовать качественное сопротивление, поскольку эффективность работы подсветки зависит именно от резистора. Кроме того, если в не хотите регулярно менять диоды, то они тоже должны быть качественными.
    3. Если вы не уверены в том, что сможете подключить подсветку правильно, то лучше обратиться за помощью к электрику.
    4. Перед подключением обязательно проверьте напряжение в бортовой сети — если оно пониженное, то нужно проверять работоспособность аккумулятора и генератора.

    Цена вопроса

    Стоимость диодов отличается в зависимости от их типа и предназначения. К примеру, за одну лампу головного освещения автовладельцу придется выложить от 300 до 5 тысяч рублей. Обычные диоды для установки в приборную панель стоят около 75 копеек за штуку. Отрезок диодной ленты длиной 30 см будет стоить около 600 рублей.

    Видео «Особенности подключения диодных ламп в авто»

    Что нужно учесть и каких ошибок нельзя допустить — рекомендации от специалиста по подключению диодных источников освещения приведены на видео ниже (автор — канал Радиолюбитель).

    Каждый из нас видел светодиод. Обычный маленький светодиод выглядит как пластиковая колбочка-линза на проводящих ножках, внутри которой расположены катод и анод. На схеме светодиод изображается как обычный диод, от которого стрелочками показан излучаемый свет. Вот и служит светодиод для получения света, когда электроны движутся от катода к аноду — p-n-переходом излучается видимый свет.

    Изобретение светодиода приходится на далекие 1970-е, когда для получения света во всю применяли лампы накаливания. Но именно сегодня, в начале 21 века, светодиоды заняли наконец место самых эффективных источников электрического света.

    Где у светодиода «плюс», а где «минус»?

    Чтобы правильно подключить светодиод к источнику питания, необходимо прежде всего соблюсти полярность. Анод светодиода подключается к плюсу «+» источника питания, а катод — к минусу «-». Катод, подключаемый к минусу, имеет вывод короткий, анод, соответственно, — длинный — длинную ножку светодиода — на плюс «+» источника питания.

    Взгляните во внутрь светодиода: большой электрод — это катод, его — к минусу, маленький электрод, похожий просто на окончание ножки, — на плюс. А еще рядом с катодом линза светодиода имеет плоский срез.

    Паяльник долго на ножке не держать

    Паять выводы светодиода следует аккуратно и быстро, ведь полупроводниковый переход очень боится лишнего тепла, поэтому нужно краткими движениями паяльника дотрагиваться его жалом до припаиваемой ножки, и тут же паяльник отводить в сторону. Лучше в процессе пайки держать припаиваемую ножку светодиода пинцетом, чтобы обеспечить на всякий случай отвод тепла от ножки.

    Резистор обязателен при проверке светодиода

    Мы подошли к самому главному — как подключить светодиод к источнику питания. Если вы хотите проверить светодиод на работоспособность, то не стоит напрямую присоединять его к батарее или к блоку питания. Если ваш блок питания на 12 вольт, то используйте для подстраховки резистор на 1 кОм последовательно с проверяемым светодиодом.

    Не забывайте о полярности — длинный вывод на плюс, вывод от большого внутреннего электрода — к минусу. Если не использовать резистор, то светодиод быстро перегорит, в случае если вы нечаянно превысите номинальное напряжение, через p-n-переход потечет большой ток, и светодиод практически тут же выйдет из строя.

    Цвет свечения светодиода

    Светодиоды бывают разных цветов, однако цвет свечения не всегда определяется цветом линзы светодиода. Белый, красный, синий, оранжевый, зеленый или желтый — линза может быть прозрачной, а включишь — окажется красным или синим. Светодиоды синего и белого свечения — самые дорогие. Вообще, на цвет свечения светодиода влияет в первую очередь состав полупроводника, и как вторичный фактор — цвет линзы.

    Многоцветные RGB светодиоды содержат в одном корпусе несколько излучающих свет p-n-переходов, каждый из которых дает свой цвет свечения. Комбинируя яркости компонентов токами или частотами импульсов токов (для красного, зеленого и синего кристаллов), можно получить любой оттенок. Здесь, конечно, балансирующие резисторы нужны на каждый цветовой канал.

    Находим номинал резистора для светодиода

    Резистор включается последовательно со светодиодом. Функция резистора — ограничить ток, сделать его близким к номиналу светодиода, чтобы светодиод мгновенно не перегорел, и работал бы в нормальном номинальном режиме. Берем в расчет следующие исходные данные:

    Vps – напряжение источника питания;

    Vdf – прямое падение напряжения на светодиоде в нормальном режиме;

    If – номинальный ток светодиода при нормальном режиме свечения.

    Теперь, прежде чем находить значение необходимого резистора R, отметим, что ток в последовательной цепи у нас будет постоянным, одним и тем же в каждом элементе: ток If через светодиод будет равен току Ir через ограничительный резистор.

    Следовательно Ir = If. Но Ir = Ur/R – по закону Ома. А Ur = Vps-Vdf. Таким образом, R = Ur/Ir = (Vps-Vdf)/If.

    То есть, зная напряжение источника питания, падение напряжения на светодиоде и его номинальный ток, можно легко подобрать подходящий ограничительный резистор.

    Если найденное значение сопротивления не удается выбрать из стандартного ряда номиналов резисторов, то берут резистор несколько большего номинала, например вместо найденных 460 Ом, берут 470 Ом, которые всегда легко найти. Яркость свечения светодиода уменьшится весьма незначительно.

    Пример подбора резистора:

    Допустим, имеется источник питания на 12 вольт, и светодиод, которому нужно 1,5 вольта и 10 мА для нормального свечения. Подберем гасящий резистор. На резисторе должно упасть 12-1,5 = 10,5 вольт, а ток в последовательной цепи (источник питания, резистор, светодиод) должен получиться 10 мА, следовательно из Закона Ома: R = U/I = 10,5/0,010 = 1050 Ом. Выбираем 1,1 кОм.

    Какой мощности должен быть резистор? Если R = 1100 Ом, а ток составит 0,01 А, то, по закону Джоуля-Ленца, на резисторе каждую секунду будет выделяться тепловая энергия Q = I*I*R = 0,11 Дж, что эквивалентно 0,11 Вт. Резистор мощностью 0,125 Вт подойдет, даже запас останется.

    Последовательное соединение светодиодов

    Если перед вами стоит цель соединить несколько светодиодов в единый источник света, то лучше всего соединение выполнять последовательно. Это нужно для того, чтобы к каждому светодиоду не цеплять свой резистор, чтобы избежать лишних потерь энергии. Наиболее подходят для последовательного соединения светодиоды одного и того же вида, из одной и той же партии.

    Допустим, необходимо последовательно объединить 8 светодиодов по 1,4 вольта с током по 0,02 А для подключения к источнику питания 12 вольт. Очевидно, общий ток будет составлять 0,02 А, но общее напряжение составит 11,2 вольта, следовательно 0,8 вольт при токе в 0,02 А должны рассеяться на резисторе. R = U/I = 0,8/0,02 = 40 Ом. Выбираем резистор на 43 Ом минимальной мощности.

    Параллельное соединение цепочек светодиодов — не лучший вариант

    Если есть выбор, то светодиоды лучше всего соединять последовательно, а не параллельно. Если соединить несколько светодиодов параллельно через один общий резистор, то в силу разброса параметров светодиодов, каждый из них будет не в равных условиях с остальными, какой-то будет светиться ярче, принимая больше тока, а какой-то — наоборот тусклее. В результате, какой-нибудь из светодиодов сгорит раньше в силу быстрой деградации кристалла. Лучше для параллельного соединения светодиодов, если альтернативы нет, применить к каждой цепочке свой ограничительный резистор.