Монтаж мощных светодиодов

Мощные сверхяркие светодиоды — особенности монтажа, питания, конструкции

Осветительными приборами, где в качестве источников света используются сверхяркие светодиоды, уже никого не удивишь. Спрос на такие устройства неизменно растет, это напрямую связано с низким энергопотреблением этих приборов. Учитывая, что на освещение тратится около 25-35% потребляемой электроэнергии, экономия будет весьма ощутимой.

Различные виды сверхярких светодиодных источников освещения

Но учитывая относительно высокую стоимость сверхярких светодиодов, в силу их конструктивных особенностей, говорить о полном переходе на этот тип освещения еще не своевременно. По мнению специалистов, этот процесс займет от 5 до 10 лет, именно столько понадобится на отладку и внедрение новых технологий.

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.

Влияние особенностей конструкции на стоимость

Для изготовления сверхярких светодиодных источников света может применяться один из двух способов:

  • чтобы получить свет, близкий по спектру к белому, используются три кристалла установленных в одном корпусе. Один красный, второй синий и третий зеленый;
  • применяется кристалл, излучающий в голубом или ультрафиолетовом спектре, он подсвечивает линзу покрытую люминофором, в результате излучение преобразуется в свет, близкий по спектру к природному.

Не смотря на то, что первый вариант более эффективен, его реализация обходится несколько дороже, что отрицательно отражается на распространенности. Помимо этого спектр света, излучаемый таким источником, отличается от природного.

У приборов, изготовленных по второй технологии, меньше эффективность. Стоит также учитывать, что люминофор содержит в себе сложный по составу композит на основе церия и иттрия, которые сами по себе стоят недешево. Собственно, этим и объясняется относительно высокая стоимость сверхярких светодиодов белого света. Конструкция такого устройства показана на рисунке.

Устройство сверхяркого светодиода

Обозначения:

  • А – печатный проводник;
  • В – основание с повышенной теплопроводимостью;
  • C – защитный корпус устройства;
  • D – паста-припой;
  • E – кристалл светодиода, излучающий ультрафиолетовый или голубой свет;
  • F –люминофорное покрытие;
  • G – клей (может быть заменен эвтектическим сплавом);
  • H – провод, соединяющий кристалл и вывод;
  • K – отражатель;
  • J – теплоотводящее основание;
  • L – вывод питания;
  • M – диэлектрическая прослойка.

Особенности монтажа

На работу сверхярких светодиодов оказывает влияние степень нагрева кристалла и самого p-n перехода. От первого напрямую зависит срок эксплуатации устройства, от второго – уровень светового потока. Поэтому для длительной службы сверхярких светодиодов необходимо организовать надежный теплоотвод, делается это при помощи радиатора.

Следует принять во внимание, что теплопроводящие основания этих полупроводников, как правило, проводят электричество. Поэтому когда устанавливается несколько элементов на один радиатор, следует позаботиться о надежной электроизоляции оснований.

Хороший теплоотвод значительно увеличивает срок службы сверхярких светодиодов

Остальные правила монтажа практически такие же, как у обычных диодов, то есть необходимо соблюдение полярности, как при установке самой детали, так и подключении питания.

Особенности питания

Учитывая относительно высокую стоимость сверхярких светодиодов, очень важно использовать для их работы надежные и качественные источники питания, поскольку эти полупроводниковые элементы критичны к токовой перегрузке.

После нештатного режима прибор может остаться работоспособным, но мощность излучаемого светового потока существенно сократится. Помимо этого такой элемент с большой вероятностью станет причиной поломки и других, совместно подключенных светодиодов.

Прежде, чем говорить о драйверах для сверхярких светодиодов, коротко расскажем об особенностях их питания. В первую очередь необходимо принять во внимание следующие факторы:

  • мощность светового потока, излучаемая этими элементами, напрямую зависит от величины протекающего через них электротока;
  • для сверхярких светодиодов характерна нелинейная ВАХ (вольт-амперная характеристика);
  • температура оказывает сильное влияние на ВАХ этих полупроводниковых приборов.

Ниже показано изменение ВАХ при температуре полупроводникового элемента (сверхяркий smd-светодиод) 20 °С и 70 °С.

Изменение характеристик от влияния температуры

Как видно из графика, при подаче на полупроводник стабильного напряжения величиной 2 В, электроток, проходящий через него, меняется в зависимости от температуры. При нагреве кристалла 20°С он будет равен 14 мА, когда температура повысится до 70°С, этот параметр будет соответствовать 35 мА.

Результатом такой разницы будет изменение мощности светового потока при одном и том же питающем напряжении. Исходя из этого, необходимо стабилизировать не напряжение, а электроток, проходящий через полупроводник.

Такие блоки питания называются светодиодными драйверами, они представляют собой обычные стабилизаторы тока. Это устройство можно приобрести готовое или собрать самостоятельно, в следующем разделе мы приведем несколько типичных схем драйверов.

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

Правильное подключение светодиодов

Распиновка светодиода

На принципиальных схемах распиновка наглядна. На катод мы всегда подаём «минус», поэтому и обозначается он прямой линией у вершины треугольника. Обычно катод – контакт, на котором располагается светоизлучающий кристалл. Он шире анода.

В сверхъярких LED полярность обычно маркируют на контактах либо корпусе. Если на ножках контактов маркировки нет, ножка с более широким основанием – катод.

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.

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.

Как рассчитать ограничительный резистор

Расчет сопротивления резистора Расчет мощности резистора
  • R — сопротивление ограничительного резистора в омах;
  • Uпит — напряжение источника питания в вольтах;
  • Uпад — напряжение питания светодиода;
  • I — номинальный ток светодиода в амперах.

Если мощность резистора будет значительно меньше требуемой, он просто перегорит вследствие перегрева.

Включение светодиода через блок питания без резистора

У меня уже несколько лет работает модернизированная под LED настольная лампа. В качестве источника света используется шесть ярких светодиодов, а в качестве источника питания – старое зарядное устройство от мобильного телефона Nokia. Вот моя схема включения светодиода:

Номинальное напряжение диодов – 3,5В, ток – 140мА, мощность — 1Вт.

При выборе внешнего источника питания необходимо ограничение по току. Подключение этих светодиодов к современным зарядным устройствам с напряжением питания 5В 1-2А потребует ограничивающий резистор.

Что бы адаптировать эту схему к зарядному устройству, рассчитанному на 5В, используйте резистор на 10-20Ом мощностью 0,3А.

Если у вас другой источник питания, убедитесь, что в нем есть схема стабилизации тока.

Схема зарядного устройства от мобильного телефона

Блок питания большинства низковольтных бытовых приборов

Как правильно подключать светодиоды

Параллельное подключение

Вообще параллельное соединение не рекомендуется. Даже у одинаковых диодов параметры номинального тока могут различаться на 10-20%. В такой цепи диод с меньшим номинальным током будет перегреваться, что сократит срок его службы.

Проще всего определить совместимость диодов при помощи низковольтного либо регулируемого источника питания. Ориентироваться можно по «напряжению розжига», когда кристалл начинает лишь чуть светиться. При разбросе «стартового» напряжения в 0,3-0,5 В параллельное соединение без токоограничивающего резистора недопустимо.

Последовательное подключение

Расчёт сопротивления для цепи из нескольких диодов: R = (Uпит — N * Uсд) / I * 0.75

Максимальное количество последовательных диодов: N = (Uпит * 0,75) / Uсд

При включении нескольких последовательных цепочек LED, для каждой цепи желательно рассчитать свой резистор.

Как включить светодиод в сеть переменного тока

Если при подключении LED к источнику постоянного тока электроны движутся лишь в одну сторону и достаточно ограничить ток с помощью резистора, в сети переменного напряжения направление движения электронов постоянно меняется.

При прохождении положительной полуволны, ток, пройдя через резистор, гасящий избыточную мощность, зажжёт источник света. Отрицательная полуволна будет идти через закрытый диод. У светодиодов обратное напряжение небольшое, около 20В, а амплитудное напряжение сети – около 320 В.

Какое-то время полупроводник будет работать в таком режиме, но в любой момент возможен обратный пробой кристалла. Чтобы этого избежать перед источником света устанавливают обыкновенный выпрямительный диод, выдерживающий обратный ток до 1000 В. Он не будет пропускать обратную полуволну в электрическую цепь.

Читайте также  Как рассчитать трансформатор для блока питания?

Схема подключения в сеть переменного тока на рисунке справа.

Другие виды LED

Мигающий

Особенность конструкции мигающего светодиода – каждый контакт является одновременно катодом и анодом. Внутри него находятся два светоизлучающих кристалла с разной полярностью. Если такой источник света подключить через понижающий трансформатор к сети переменного тока он будет мигать с частотой 25 раз в секунду.

Для другой частоты мигания используются специальные драйверы. Сейчас такие диоды уже не применяются.

Разноцветный

Разноцветный светодиод – два или больше диода, объединенных в один корпус. У таких моделей один общий анод и несколько катодов.

Изменяя через специальный драйвер питания яркость каждой матрицы можно добиться любого света свечения.

При использовании таких элементов в самодельных схемах не стоит забывать, что у разноцветных кристаллов разное напряжение питания. Этот момент необходимо учитывать и при соединении большого количества разноцветных LED источников.

Другой вариант – диод со встроенным драйвером. Такие модели могут быль двухцветные с поочерёдным включением каждого цвета. Частота мигания задаётся встроенным драйвером.

Более продвинутый вариант – RGB диод, изменяющий цвет по заранее заложенной в чип программе. Тут варианты свечения ограниченны лишь фантазией производителя.

Подключение мощных светодиодов

Данный материал условно разделим на 2 части: теория и практика. В первой мы расскажем о видах драйверов и принципах их работы, а в конце статьи кратко распишем, как именно подключаются к питанию мощные светодиоды.

Теория

При разработке схем включения мощных светодиодов справедливы и могут быть использованы те же методики, что и для маломощных. Но при использовании подобных схем включения возникает проблема, обусловленная тем, что для ограничения тока через светодиод используется резистор, на котором падает определенное напряжение, и соответственно выделяется тепло. При рабочих токах в 20-30 мА тепловыделение незначительно и не доставляет проблем, однако при включении мощных светодиодов с рабочим током 0,35А и выше (многие позволяют пропускать через себя ток до 3 А) возникает проблема повышенного тепловыделения. В качестве примера рассмотрим включение светодиода с рабочим током 1А и падение напряжения на переходе 3В, включенного в источник напряжения 5В. По закону Ома сопротивление токоограничивающего резистора равно 2 Ома, и соответственно при токе 1А на нем выделится 2Вт тепла. Может показаться, что это совсем немного, но учитывая современные тенденции к уменьшению размеров корпусов деталей и устройств, может оказаться, что такой резистор просто расплавит корпус устройства, после чего сгорит. КПД такой схемы получается также очень низким, что недопустимо при использовании батарейного питания.

Выходом из этой ситуации является применение импульсных стабилизаторов тока. Они имеют высокий КПД – до 90% (у некоторых типов даже выше), высокую стабильность выходного тока, отсутствие влияния изменений входного напряжения. ‘Такие источники тока (драйверы) можно разделить на две группы – это AC/DC и DC/DCпреобразователи. Вторую группу можно подразделить еще на несколько подгрупп, но об этом позже. Источники первой группы применяются для питания светодиодов от бытовой сети переменного тока 110-220В. Вторая группа применяется при питании от источников пониженного постоянного напряжения, например, аккумулятор, компьютерный БП. Основные характеристики драйверов обеих групп – это диапазон входного напряжения, диапазон выходного напряжения, мощность, ток, наличие дополнительных функций.

Рассмотрим эти характеристики по отдельности.

1. Диапазон входного напряжения. Для драйверов первой группы он обычно лежит в пределе 110 – 220В. Иногда встречаются драйверы, предназначенные для питания только от 110 или 220В. У драйверов второй группы кол-во возможных вариантов гораздо шире. Это связано с тем, что производители оптимизируют КПД в определенном диапазоне напряжений. Поэтому при выборе драйвера по этому параметру следует исходить из характеристик питающего напряжения. Также следует учитывать возможный диапазон изменений напряжения питания, т.к. например на литиевых аккумуляторах обычно указано напряжение 4,2В, но это значение полностью заряженного элемента, а при разряде оно может упасть ниже 3,5В.

2. Диапазон выходного напряжения. Этот параметр показывает в каком диапазоне драйвер может менять выходное напряжение для поддерживания рабочего тока. Обычно указывается в вольтах, но иногда можно встретить и указание того для какого кол-ва светодиодов предназначен драйвер. Эти величины несложно пересчитать друг в друга, зная характеристики светодиодов. Например, для большинства мощных светодиодов падение напряжения составляет около 3В. Т.е. если в характеристиках указан диапазон выходного напряжения 2-4В, то им можно питать только один светодиод, а если 10-24 – то от 4 до 6. На этот параметр следует обратить особое внимание, т.к. в схемах светодиоды включаются последовательно и если выбрать неправильный диапазон выходного напряжения, в лучшем случае светодиоды просто либо не будут светиться вообще, либо не на полную мощность, а в худшем выйдут из строя как светодиоды, так и сам драйвер.

3. Рабочий ток. Этот параметр показывает какой ток драйвер будет пропускать через светодиоды (в случае правильности подключения по предыдущим пунктам). Значение тока следует выбирать исходя из характеристик светодиодов, и не должно превышать максимально допустимого, т.к. это может сказаться на сроке службы светодиодов, а в отдельных случаях приведет в выходу из строя.

4. Мощность. Этот параметр указывается не всегда, т.к. драйвер выдать мощность большую, чем максимально допустимая не сможет в следствии особенности схемотехники.

5. Дополнительные функции. Сюда можно отнести регулировку выходного тока, различные защиты (от повышенного входного напряжения, перегрева). При выборе драйвера желательно выбирать модели с защитой, т.к. это прямо связано с безопасностью, особенно если драйвер находится в труднодоступном месте или рядом с горючими материалами.

Особое внимание следует уделить соотношению входного и выходного напряжений драйвера. И если для AC/DCдрайверов все понятно – там выходное напряжение всегда меньше входного, то для DC/DCвозможны различные варианты. Основываясь на этом можно выделить три группы:
1. Входное напряжение выше выходного. Такие драйверы являются понижающими, т.е стабилизация тока обеспечивается только в этом случае. При падении напряжения ниже чем необходимое для стабилизации тока перестают его стабилизировать.
2. Входное напряжение ниже выходного. В этом случае драйвер преобразует напряжение в повышенное и с помощью него обеспечивает стабилизацию тока. При использовании таких драйверов следует учитывать, что при превышении выходного напряжения входным стабилизация тока прекращается и может превысить допустимые значения.
3. Этот тип объединяет два предыдущих. Такие драйверы являются наиболее универсальными и позволяют работать в наиболее широком диапазоне напряжений, но основной сферой применения является питание светодиодов от литиевых батарей, т.к. рабочее напряжение светодиода может находится в районе 3,8В, а диапазон напряжения одного литиевого элемента в пределах 3,5 – 4,2В, т.е. когда батарея полностью заряжена напряжение необходимо понижать, а при дальнейшем разряде – повышать.

Практика

Случай №1 Подключение без драйвера

Возьмём светодиоды холодного белого свечения 3 Ватт. Вольтаж по нижней границе составляет 3,2V. Соответственно, если подключить последовательно 4 таких светодиода, то суммарное напряжение цепи будет равно 3.2*4= 12,8V , что равно бортовой сети авто (12-13V).
Если необходимо подключить 16 светодиодов. то мы просто делаем 4 параллельные цепочки по 4 последовательных светодиода.

Случай №2 Подключение с драйвером.

Если стоит задача подключить строго определённое количество светодиодов, и набрать ими напряжение равное имеющемуся источнику не представляется возможным, потребуется драйвер. Также драйвер целесообразно использовать, если вы хотите существенно продлить вашим светодиодам жизнь.

Итак, прежде всего, определяемся, где будут использоваться наши светодиоды. Если в машине, то нам потребуется DC/DC драйвер. Если от розетки, то AC/DC.

Подключать мощные светодиоды рекомендуется последовательно, избегая параллельного включения. Также желательно в одной цепи использовать однотипные светодиоды, а в случае невозможности следует выбирать рабочий ток цепи по наиболее маломощному светодиоду. Драйвер, как и сами светодиоды выделяют тепло, поэтому необходимо обеспечивать допустимый тепловой режим работы. Светодиоды необходимо устанавливать на радиаторы размера, соответствующего мощности (рекомендуемые размеры обычно указываются в характеристиках светодиодов), в качестве радиатора может использоваться обычная металлическая пластинка.

На рисунке приведена схема последовательного включения 12-ти трехватных светодиодов к источнику тока с характеристиками 56W, 700mA, PFC.

Данный источник тока имеет входное напряжение в диапазоне 100-240В, а выходное от 40В до 80В, мощность 56Вт и стабилизированный ток — 700мА.

Трехватный светодиод работает на напряжении 3.8В, максимальное напряжение блока на выходе — 80В. Следовательно на данный блок можно подключить максимум 21 трехватный светодиод (80В / 3.8В

21шт) и минимум 11 (40В / 3.8В

11шт). Если на данный блок подключить менее 11 трехватных светодиодов, то они выйдут из строя.

Подключение и установка мощного светодиода на радиатор

Таким образом, исходя из количества и мощности светодиодов, которые нам нужно подключить мы подбираем драйвер.
Ниже приведём для наглядности три примера подключения:

1) Один светодиод 3W или от 1 до 3шт по 1W можно запитать от такого драйвера
2) Светодиод 10W от такого
3) 9 светодиодов по 3 Ватт от такого

Важное замечание! При использовании драйверов стабилизаторы напряжения не требуются т.к. драйвер имеет данную функцию.

Также хотелось бы вновь обратить Ваше внимание на то, что использование драйвера позволяет не использовать резисторы. На фотографиях ниже один и тот же драйвер запитывает 1 светодиод и 3 светодиода.

Правильное подключение светодиодов

На сегодняшний день существуют сотни разновидностей светодиодов, отличающихся внешним видом, цветом свечения и электрическими параметрами. Но всех их объединяет общий принцип действия, а значит, и схемы подключения к электрической цепи тоже базируются на общих принципах. Достаточно понять, как подключить один индикаторный светодиод, чтобы затем научиться составлять и рассчитывать любые схемы.

Читайте также  Как рассчитать количество анодных заземлителей?

Распиновка светодиода

Прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о правильном подключении светодиода, необходимо научиться определять его полярность. Чаще всего индикаторные светодиоды имеют два вывода: анод и катод. Гораздо реже в корпусе диаметром 5 мм встречаются экземпляры, имеющие 3 или 4 вывода для подключения. Но и с их распиновкой разобраться тоже несложно.

Всего существует 3 надёжных способа определения полярности: визуальный, с помощью мультиметра и путём подключения к источнику напряжения. Каждый из них по-своему уникален и интересен, в связи с чем данная тема вынесена в отдельную статью: «Где плюс, а где минус?»

SMD-светодиоды могут иметь 4 вывода (2 анода и 2 катода), что обусловлено технологией их производства. Третий и четвёртый выводы могут быть электрически незадействованными, но использоваться в качестве дополнительного теплоотвода. Приведенное расположение выводов не является стандартом. Для вычисления полярности лучше сначала заглянуть в datasheet, а затем подтвердить увиденное мультиметром. Визуально определить полярность SMD-светодиода с двумя выводами можно по срезу. Срез (ключ) в одном из углов корпуса всегда расположен ближе к катоду (минусу).

Простейшая схема подключения светодиода

Нет ничего проще, чем подключить светодиод к низковольтному источнику постоянного напряжения. Это может быть батарейка, аккумулятор или маломощный блок питания. Лучше, если напряжение будет не менее 5 В и не более 24 В. Такое подключение будет безопасным, а для его реализации понадобится лишь 1 дополнительный элемент – маломощный резистор. Его задача – ограничить ток, протекающий через p-n-переход на уровне не выше номинального значения. Для этого резистор всегда устанавливают последовательно с излучающим диодом.

Всегда соблюдайте полярность при подключении светодиода к источнику постоянного напряжения (тока).

Если из схемы исключить резистор, то ток в цепи будет ограничен только внутренним сопротивлением источника ЭДС, которое очень мало. Результатом такого подключения станет мгновенный выход из строя излучающего кристалла.

Расчёт ограничительного резистора

Взглянув на вольт-амперную характеристику светодиода, становится понятно: насколько важно не ошибиться при расчёте ограничительного резистора. Даже небольшой рост номинального тока приведёт к перегреву кристалла и, как следствие, к снижению рабочего ресурса. Выбор резистора производят по двум параметрам: сопротивлению и мощности. Сопротивление рассчитывают по формуле:

  • U – напряжение питания, В;
  • ULED – прямое падение напряжения на светодиоде (паспортное значение), В;
  • I – номинальный ток (паспортное значение), А.

Полученный результат следует округлить до ближайшего номинала из ряда Е24 в большую сторону, а затем рассчитать мощность, которую должен будет рассеивать резистор:

R – сопротивление резистора, принятого к установке, Ом.

Более подробную информацию о расчётах с практическими примерами можно получить в статье о расчете резистора для светодиода. А тот, кто не желает погружаться в нюансы, может быстро рассчитать параметры резистора с помощью онлайн-калькулятора.

Включение светодиодов от блока питания

Речь пойдёт о блоках питания (БП), работающих от сети переменного тока 220 В. Но даже они могут сильно отличаться друг от друга выходными параметрами. Это могут быть:

  • источники переменного напряжения, внутри которых есть только понижающий трансформатор;
  • нестабилизированные источники постоянного напряжения (ИПН);
  • стабилизированные ИПН;
  • стабилизированные источники постоянного тока (светодиодные драйверы).

Подключить светодиод можно к любому из них, дополнив схему нужными радиоэлементами. Чаще всего в качестве блока питания применяют стабилизированные ИПН на 5 В или 12 В. Данный тип БП подразумевает, что при возможных колебаниях напряжения сети, а также при изменении тока нагрузки в заданном диапазоне напряжение на выходе изменяться не будет. Это преимущество позволяет подключать к БП светодиоды, используя только резисторы. И именно такой принцип подключения реализован в схемах с индикаторными светодиодами. Подключение мощных светодиодов и светодиодных матриц нужно производить через стабилизатор тока (драйвер). Несмотря на их более высокую стоимость, только так можно гарантировать стабильную яркость и продолжительную работу, а также исключить преждевременную замену дорогостоящего светоизлучающего элемента. Такое подключение не требует наличия дополнительного резистора, а светодиод присоединяется непосредственно к выходу драйвера с соблюдением условия:

  • Iдрайвера – ток драйвера по паспорту, А;
  • ILED – номинальный ток светодиода, А.

При несоблюдении условия, подключенный светодиод перегорит от перегрузки по току.

В качестве источника питания можно использовать даже одну пальчиковую батарейку на 1,5 В. Но для этого придётся собрать небольшую электрическую схему, которая позволит повысить напряжение питания до нужного уровня. О том, как это сделать, можно узнать из статьи «Как подключить светодиод от батарейки на 1,5 В».

Последовательное подключение

Собрать рабочую схему на одном светодиоде – несложно. Другое дело, когда их несколько. Как правильно подключить 2, 3 … N светодиодов? Для этого нужно научиться рассчитывать более сложные схемы включения. Схема последовательного подключения представляет собой цепь из нескольких светодиодов, в которой катод первого светодиода соединен с анодом второго, катод второго с анодом третьего и так далее. Через все элементы схемы течёт ток одинаковой величины:

А падения напряжений суммируются:

Исходя из этого, можно сделать выводы:

  • объединять в последовательную цепь целесообразно только светодиоды с одинаковым рабочим током;
  • при выходе из строя одного светодиода произойдёт обрыв цепи;
  • количество светодиодов ограничено напряжением БП.

Параллельное подключение

Если от БП с напряжением, например, 5 В, необходимо зажечь несколько светодиодов, то их придется соединить между собой параллельно. При этом последовательно с каждым светодиодом нужно поставить резистор. Формулы для расчёта токов и напряжений примут следующий вид:

Таким образом, сумма токов в каждой ветви не должна превышать максимально допустимый ток БП. При параллельном подключении однотипных светодиодов достаточно рассчитать параметры одного резистора, а остальные – будут такого же номинала.

Все правила последовательного и параллельного подключения, наглядные примеры, а также информацию о том, как нельзя включать светодиоды, можно найти в данной статье.

Смешанное включение

Разобравшись со схемами последовательного и параллельного подключения, пришло время комбинировать. Один из вариантов комбинированного подключения светодиодов показан на рисунке.

Кстати, именно так устроена каждая светодиодная лента.

Включение в сеть переменного тока

Подключать светодиоды от БП не всегда целесообразно. Особенно, если речь идёт о необходимости сделать подсветку выключателя или индикатор наличия напряжения в сетевом удлинителе. Для подобных целей достаточно будет собрать одну из простых схем подключения светодиода к сети 220 В. Например, схема с токоограничительным резистором и выпрямительным диодом, защищающим светодиод от обратного напряжения. Сопротивление и мощность резистора вычисляют по упрощённой формуле, пренебрегая падением напряжения на светодиоде и диоде, так как оно на 2 порядка меньше напряжения сети:

Из-за большой мощности рассеивания (2–5 Вт), резистор часто заменяют неполярным конденсатором. Работая на переменном токе, он как бы «гасит» лишнее напряжение и почти не нагревается.

Подключение мигающих и многоцветных светодиодов

Внешне мигающие светодиоды ничем не отличаются от обычных аналогов и могут мигать одним, двумя или тремя цветами по заданному производителем алгоритму. Внутреннее отличие состоит в наличии под корпусом ещё одной подложки, на которой расположен интегральный генератор импульсов. Номинальный рабочий ток, как правило, не превышает 20 мА, а падение напряжения может варьироваться от 3 до 14 В. Поэтому перед подключением мигающего светодиода нужно ознакомиться с его характеристиками. Если их нет, то узнать параметры можно экспериментальным путём, подключившись к регулируемому БП на 5–15 В через резистор сопротивлением 51-100 Ом.

В корпусе многоцветного RGB-светодиода расположены 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов нужно помнить, что каждому цвету свечения соответствует своё падение напряжения.

Как и чем крепить 3Вт светодиоды к радиатору. Мой опыт.

3 Вт светодиоды продаются в двух видах:

1. Отдельными смд компонентами

2. И на 20мм подложках (именно этот вариант нас и интересует)

На подложка они выглядят вот так?

При покупке большого количества светодиодов они приходят в соединенные между собой:

Как показывает моя практика, эти китайские светодиоды можно использовать! Даже не смотря на то, что они не отвечают своим заявленным характеристикам ( 3W Kитайские светодиоды выдают только 2,4W )

Главным моментом успешности их функционирования является их температурный режим.

на практике понял, что любые «тонкие» профили для светодиодов не подходят — они перегреваются и выходят из строя.

В качестве основы стал использовать Т — образный алюминиевый профиль 30х30мм из бауцентра.

При наличии 14 светодиодов ( 2,4-2,6Вт) на длину 1,2м. Он греется но руку можно держать свободно — около 50 градусов. При этом светодиоды работают долго время без проблем.

Собственно по теме, чем крепить!

Распространены два способа:

2. Шурупами через термопасту.

Первый способ дает достаточно большой градиент температуры — и как не крути светодиоды перегреваются и со временем выходят из строя.

Второй способ при использовании пасты кпт-8 первое время дает отличные результаты, но спустя полгода, паста рассыхается и значительно теряет свои теплопроводные характеристики, что в свою очередь приводит к повышенному шансу перегрева светодиода.

Пробовал пасту кпт-19, которая не рассыхается и лучше проводит тепло, но у нее есть важное отличие от кпт-8 — она проводит ток. да нам не важно то что изолированная подложка будет иметь хороший контакт с радиатором.

Но как я не старался, при монтаже немного пачкаю подводы этой пастой. И в итоге появляются токи утечки, которые выбивают мой УЗО.

Mihai
Он греется

Крышка аквариума при этом есть и закрыта или вообще нет и конвекция свободная ?

В итоге пришел к самому простому и лучшему способу!

клеить светодиоды на суперклей! (Супер момент или секундный клей, главное не клей-гель)

Читайте также  Физики обнаружили материал, который может быть одновременно проводником и диэлектриком

Да кажется это бредовой идеей! Но!

1. При хорошем прижиме — слой клея получается значительно тоньше чем термоклея или даже термопасты, что явно повышает теплопроводные свойство данного соединения, даже не смотря на то, что он хуже проводит тепло чем таже кпт-8

2. Надежно держит светодиоды.

3. Не портится со временем.

При приклеивании необходимо:

— срезать выступающие заусенцы с подложки светодиода

— при приклеивании хорошо прижать светодиод.

Собственно мой опыт показал, что этот способ не имеет себе равных!

Если у кого есть еще положительный опыт с другими способами крепления — прошу делиться.

IAB83
Крышка аквариума при этом есть и закрыта или вообще нет и конвекция свободная ?

У меня все открыто.

В случае крышки, думаю стоит делать радиатор частью крышки — выводя все тепло наружу крышки.

суперклей. в лучшем случае 2-3 месяца и начинают отслаиваться. Причин много, в застывшем состоянии цианокрилат хрупкий и твердый. Ежедневные температурные противоречивые расширения со временем делают из него труху. Плюс — влажная среда.. Он от нее в труху и без расширений превращается

теплопроводный клей Кетлер. Почти три года, полет нормальный. Решил недавно сменить несколько светиков на другую температуру, с помощью ломика, лезвия и такой-то матери еле оторвал. Ни один светик пока не сдох.

ARTy
суперклей. в лучшем случае 2-3 месяца и начинают отслаиваться.

За два года использования ниодин не отслоился.

ARTy
Решил недавно сменить несколько светиков на другую температуру, с помощью ломика, лезвия и такой-то матери еле оторвал. Ни один светик пока не сдох.

У меня наоборот дохли именно на термоклее и пасте.

Обсуждение реальной мощности 3Вт светодиодов перенес в соответствующую тему:

Клеил вот на такой автомобильный уже три года и все работает отлично.

Сам герметик белого цвета,есть красный серый их не пробовал.

pilot

Так это же не термоклей.

Mihai

Тонким слоем и в перед.

Не одного диода не сгорело и не отвалилось.

Написал свой опыт и он меня устраивает.

Как и чем крепить 3Вт светодиоды к радиатору. Мой опыт.

Светодиоды: виды и схема подключения

Светодиодами называют полупроводниковые приборы, которые при подаче напряжения создают оптическое излучение. Их международное буквенное обозначение – LED (LightEmittingDiode).

Содержание статьи

  • Устройство светодиода
  • Как работает светодиод?
  • Виды и основные параметры светодиодов
  • Применение светодиодов
  • Основные правила подключения светодиодов
  • Основные характеристики светодиодов
  • Способы подключения
  • Как подключить светодиоды к сети переменного тока 220 В через блок питания
  • Способы создания схем из нескольких светодиодов – последовательное и параллельное соединение

Устройство светодиода

Хотя и существует множество светодиодов, самая распространённая форма состоит из 5-миллиметрового полимерного корпуса с линзой, медного или алюминиевого основания, катода, параболического рефлектора (отражателя) и кристалла, который соединяется с анодом при помощи тонкой золотой проволоки.

Как работает светодиод?

Принцип работы изделия основывается на взаимодействии двух полупроводников, положительного и отрицательного типа (p-n-переход). Когда электрический ток проходит через полупроводники, в месте соприкосновения выделяется энергия, излучающая свет. Это обусловлено переходом от одного типа проводимости к другому, когда ионы положительно заряженных дырок соединяются с отрицательными зарядами электронов.

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.

  • светодиоды SMD;
  • сверхъяркие Super Flux “Piranha”;
  • DIP светодиоды (Direct In-line Package);
  • Straw Hat («соломенная шляпа»).
  • COB (Chip On Board) светодиоды;
  • SMD LED;
  • филаментные (Filament LED).

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 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.

Применение светодиодов

Такая продукция активно применяется в разных областях: световая реклама, домашние и промышленные осветительные приборы, автомобильная светотехника, светофоры и дорожные знаки, дизайн помещений, ландшафтная и архитектурная подсветка, а также многое другое.

  • значительная длительность эксплуатации;
  • экологическая безопасность;
  • высокая надежность и безотказность;
  • экономия электроэнергии;
  • высокое качество освещения;
  • низкие эксплуатационные расходы.

Основные правила подключения светодиодов

Конструкция светодиодов рассчитана на их подключение только к источникам постоянного тока с соблюдением полярности. Существует три варианта определения полярности:

  • По длине ножки (кроме SMD). Более длинная ножка является катодом, а короткая – анодом. В SMD-светодиодах имеется срез (ключ), который всегда располагается ближе к катоду.
  • С помощью мультиметра. Прибор устанавливают в режим «Прозвонка». Красный и черный щупы устанавливают на выводы. Если прибор засветился, то, значит, что красный щуп был подключен к аноду, а черный – к катоду. Если свечение не возникло, значит, надо поменять положение щупов. Если результат не изменился (свечение отсутствует), значит, прибор вышел из строя.

Основные характеристики светодиодов

Две главные характеристики, указываемы в паспорте светоизлучающего прибора:

  • Падение напряжения на приборе. Типичное значение – 3,2 В. Также для каждого светодиода существуют максимально допустимые напряжения Umax и Umaxобр – для прямого и обратного включений.
  • Номинальный ток. Обычно эти приборы рассчитаны на силу тока в 20 мА.

Способы подключения

Простейший вариант – подключение к низковольтному источнику постоянного тока.

Самый удобный и безопасный вариант – подключить светодиод к батарейке или аккумулятору с помощью включения в схему маломощного резистора. Его функция – ограничение тока, протекающего через p-n-переход, определенным значением. Без этого элемента LED быстро утратит рабочие свойства.

Резистор выбирают по сопротивлению и мощности. Расчет сопротивления по формуле:

R = (Uпитания – Uпаспорт.)/Iном., Ом, в которой:

  • Uпитания – напряжение электропитания, В;
  • Uпаспорт. – падение напряжения, паспортное значение, В;
  • Iном. – номинальный ток.

Полученное значение округляют в большую сторону до ближайшей номинальной величины из ряда Е24. После этого рассчитывают мощность, которую должен рассеивать резистор.

P = Iном. 2 х R, где R – выбранное по таблице значение сопротивления.

Провести все эти действия можно быстро и просто с использованием онлайн-калькулятора.

Как подключить светодиоды к сети переменного тока 220 В через блок питания

Существует несколько типов блоков питания:

  • Стабилизированные источники постоянного напряжения для светодиодов на 5 Вольт и 12 Вольт. При колебаниях параметров сети напряжение на выходе такого источника питания остается постоянным и равным заявленной в паспорте величине. LED-светильники подсоединяют через резисторы.
  • Драйвер – импульсный блок питания со стабилизированным током. Характеристики, которые учитывают при его выборе: максимальное и минимальное выходное напряжение, выходной (рабочий) ток. В драйвере присутствует схема, стабилизирующая ток при скачках входного напряжения 220 В. При подключении светодиодного излучателя к драйверу резистор не требуется.

Способы создания схем из нескольких светодиодов – последовательное и параллельное соединение

При подключении нескольких светоизлучающих приборов к источнику питания может использоваться два варианта соединения – последовательное и параллельное.

Последовательное соединение представляет цепь полупроводниковых приборов, в которой катод первого излучателя спаян с анодом следующего – и так далее. Через все элементы последовательной цепи протекает ток одного значения, а падение напряжения суммируется. Мощность БП выбирается равной или превышающей сумму мощностей каждого элемента.

Минусы последовательного соединения:

  • При значительном количестве элементов цепи необходимо выбирать БП большого вольтажа.
  • При выходе из строя одного LED-диода перестает работать вся цепь.

В длинных лентах на 60-70 диодов на каждом элементе происходит падение напряжения примерно на 3 В, то есть такие ленты можно присоединять к сети 220 В через выпрямитель.

При параллельном подсоединении напряжение на всех элементах цепи будет равным, а суммируются токи каждого LED. Основная проблема в данном случае состоит в том, что LED-светильники, даже из одной партии, часто имеют различные характеристики. Поэтому, если поставить один общий резистор, на лампочки может подаваться ток разного значения, вследствие чего некоторые элементы будут светить слишком ярко, а некоторые – тускло. Решение проблемы – установка отдельных резисторов для каждого диода.

Минусы параллельного подключения:

  • большое количество элементов цепи из-за необходимости использования индивидуальных резисторов для каждого диода;
  • существенный рост нагрузки при перегорании одного LED-диода (если используется один мощный резистор на всю цепь).

Это самый подходящий вариант соединения светодиодов, поскольку он позволяет хотя бы частично скомпенсировать недостатки последовательного и параллельного подключений. В этом случае параллельно соединяются цепочки последовательно расположенных элементов. Этот способ применяется в современных елочных гирляндах или лентах. Преимущество такого решения: если даже выйдут из строя одна или несколько параллельных цепочек, остальные будут исправно светить.