Подключение светодиода к сети 220в , схема и расчет

Последовательное и параллельное подключение двух и более источников света

Для того чтобы подключить самую простую лампочку накаливания, как в принципе и любую другую, нужно подключить её один контакт к фазе, а другой к нулю, самому распространённому в бытовых условиях стран СНГ переменному напряжению 220 вольт.

Параллельное подключение устройств освещения подразумевает под собой подключение двух и более источников светового потока в параллель, то есть одни контакты ламп подключаются только к фазе, а все другие только к нулю, как показано на рисунке 1.

Через каждую лампочку пройдёт ток, который будет зависеть от её мощности, так же как и яркость светового потока, излучаемого ими, будет тоже зависеть от мощности каждой лампы. Естественно, что ток I будет равен сумме всех трёх токов, поэтому диаметр сечения основных проводников следует выбирать согласно ему. Это подключение считается самым распространённым и приемлемым, так как к нему можно будет, при необходимости в будущем, добавлять источники света и они не будут влиять на уже установленные.

При последовательном соединении, изображённом на рисунке, ток, протекающий по одной лампочке, будет зависеть от мощности, каждого источника света, а напряжение на них будет разделено на количество ламп и при данном входящем напряжении 220 вольт, будет равняется 110 вольт на каждом источнике света.

Такое подключение нужно обязательно выполнять со светильниками, которые имеют равную мощность. Рассмотреть это можно на примере двух ламп накаливания. Так как если подключить одну лампу 20 Ватт, а другую, например, на 200 Ватт, то лампа с меньшей мощностью тут же выйдет из строя, так как по ней пройдёт ток такой же, как и во второй лампе мощностью 200 Ватт, а это в 10 раз больше её номинала. Такое подключение может быть использовано для увеличения срока службы ламп накаливания, например, в подъездах и на лестничных клетках. Подключив две лампы на 220 вольт и мощностью, например, по 60 Ватт, они будут гореть вполсилы и прослужат очень долго. Нужно учесть, что это возможно только при подключении ламп накаливания. Последовательное подключение двух и более светодиодных ламп (светильников) и экономичных ламп нецелесообразно, так как они и так обладают довольно большим сроком службы.

Подключение лампы на один выключатель или на несколько

Как подключить лампу через выключатель? Главным нюансом при подключении является то, что нулевой провод питания непосредственно подключается к сети 220 вольт, а через выключатель разрывается фаза. Это делается для того чтобы можно было смело решать проблемами с патроном осветительного прибора, отключив лишь выключатель. Если подключение двух выключателей выполнить последовательно, то только при нажатии обеих клавиш лампа загорится. Такие виды подключения выключателей освещения очень редко используются, только при определённых индивидуальных условиях.

Интереснее является подключение так называемого проходного выключателя.

Суть такой схемы подключения одной лампы заключается в том, что включение и отключение лампы может быть произведено как от первого, так и от второго выключателя, вне зависимости в каком положении каждый из них. Например, это удобно, допустим, в длинном коридоре при входе в него человек нажимает на клавишу выключателя 2, и спокойно идёт по освещённому помещению, дойдя до конца коридора, не нужно возвращаться для выключения света, а можно лёгким нажатием выключателя 1, установленного в конце коридора, произвести отключение данного источника света. При таком подключении фаза тоже проходит через выключатели.

Усовершенствование освещения путём установки датчика движения

Главная функция установки датчика движения и подключения его к системе освещения, это автоматическое включение освещения без нажатия на клавишу выключателя освещения. То есть человек зашел помещение или в зону срабатывания датчика и свет включился, после ухода свет самостоятельно (автоматически) выключился. При выборе датчика движения необходимо в первую очередь учесть максимальную мощность ламп освещения.

Схема подключения датчика движения тоже не вызывает особых сложностей. Её можно устанавливать как с выключателем, так и без него. Просто при включении контакта выключателя датчик движения выводится из сети освещения, и осветительный прибор включается напрямую без датчика.

В любом случае работая с напряжением обязательно выполнять требования техники безопасности, а в частности:

проверять наличие и отсутствие напряжения на токоведущих элементах, к которым человек дотрагивается при монтаже;
автоматы питания освещения должны быть под замком;
работы производить исправным инструментом.

Устройство и характеристика

LED-ленты выглядит как сплошная пластичная плата со встроенными светодиодами и прочими микроэлементами, нужными для поддержания функциональной схемы. Непосредственно источники света могут размещаться в один либо два ряда с равным шагом. Эти лампы потребляют до 3 ампер. Использование таких элементов позволяет добиться равномерности рассеивания искусственной подсветки. Недостаток у LED-лент на 12В лишь один — высокая цена по сравнению с остальными источниками освещения.

А вот преимуществ у них намного больше.

Простота монтажа. Благодаря клейкому слою на тыльной стороне и гибкости ленты становится возможным монтаж на самые сложные основания. Еще одно преимущество заключается в том, что ленту можно разрезать по специальным меткам — это существенно упрощает процесс их фиксации.
Экономичность. Расход электрической энергии при использовании светодиодов намного ниже, чем у традиционных ламп накаливания.
Долговечность. Если установка выполнена с соблюдением всех норм и правил, то диоды перегорают крайне редко.

Какие виды коммутации LED-элементов существуют

Различают два основных типа соединения – последовательное и параллельное. Каждый из них применяется в своей области. Например, если речь идет о новогодних электрических гирляндах, то здесь чаще выполняется последовательное соединение. Оно позволяет использовать лампочки накаливания или неон, предназначенные для низкого напряжения. К примеру, соединенные последовательно лампочки 4.5 В в количестве 50 шт. свободно выдерживают напряжение 220 В. При подобной коммутации плюс одного излучателя соединяется с минусом другого, и так на протяжении всей цепи.

Но подобное правило не касается светодиодных новогодних электрических гирлянд. Дело в том, что для корректной работы LED-компонентов не подходит переменный ток домашней сети. Для нормального функционирования им необходим стабилизирующий блок питания. Это значит, что напряжение в любом случае должно быть низким. Ведь намного проще стабилизировать 12В, нежели 220 В.

Как определить полярность светодиода — 2 простых способа

Светодиод – полупроводниковый оптический прибор, пропускающий электрический ток в прямом направлении. При подключении инверсионно тока в цепи не будет, и, естественно, не произойдет свечения. Чтобы этого не случилось, нужно соблюдать полярность светодиода.

Светодиод на схеме обозначается треугольником в кружке с поперечной чертой – это катод, который имеет знак «-» (минус). С противоположной стороны находится анод, имеющий знак «+» (плюс).

Обозначение светодиода в схеме

В монтажных схемах должна присутствовать цоколевка (или распиновка) выводов для идентификации всех контактов соединения.

Как определить полярность диода, держа в руках крохотную лампочку? Ведь для правильного подключения нужно знать, где у него минус, а где плюс. Если распайка выводов будет попутана, схема не заработает.

Визуальный метод определения полярности

Первый способ определения – визуальный. У диода два вывода. Короткая ножка будет катодом, анод у светодиода всегда длиннее. Запомнить легко, так как присутствует начальная буква «к» и в том и другом слове.

Длина выводов светодиода

Когда оба вывода согнуты или прибор снят с другой платы, их длину бывает сложно определить. Тогда можно попробовать разглядеть в корпусе небольшой кристалл, который выполнен из прозрачного материала. Он располагается на небольшой подставке. Этот вывод соответствует катоду.

Также катод светодиода можно определить по небольшой засечке. В новых моделях светодиодных лент и ламп применяются полупроводники для поверхностного монтажа. Имеющийся ключ в виде скоса указывает на то, что это отрицательный электрод (катод).

Иногда на светодиодах стоит маркировка «+» и «-». Некоторые производители отмечают катод точкой, иногда линией зеленого цвета. Если нет никакой отметки или ее трудно разглядеть из-за того, что светодиод был снят с другой схемы, нужно произвести тестирование.

Тестирование с применением мультиметра или аккумулятора

Хорошо, если под рукой есть мультиметр. Тогда определение полярности светодиода произойдет за одну минуту. Выбрав режим омметра (измерение сопротивлений), нетрудно произвести следующее действие. Приложив щупы к ножкам светодиода, производится замер сопротивления. Красный провод должен подключаться к плюсу, а черный – к минусу.

При правильном включении прибор выдаст значение, примерно равное 1,7 кОм, и будет наблюдаться свечение. При обратном включении на дисплее мультиметра отобразится бесконечно большая величина. Если проверка показывает, что в обе стороны диод показывает малое сопротивление, то он пробит, и его следует утилизировать.

Определение полярности светодиода при помощи мультиметра

В некоторые приборах существует специальный режим. Он предназначен для проверки полярности диода. Прямое включение будет сигнализировать подсветкой диода. Этот метод подходит для красных и зеленых полупроводников.

Синие и белые светодиоды выдают индикацию только при напряжении более 3 вольт, поэтому нельзя достигнуть нужного результата. Для их тестирования можно использовать мультиметры типа DT830 или 831, в которых предусмотрен режим определения характеристик транзисторов.

Используя PNP-часть, один вывод светодиода вставляют в коллекторное гнездо, второй – в эмиттерное отверстие. В случае прямого подключения появится индикация, инверсионное включение не даст подобного эффекта.

Как определить полярность светодиода, если под рукой нет мультиметра? Можно прибегнуть к обычной батарейке или аккумулятору. Для этого понадобится еще любой резистор. Это нужно для защиты светодиода от пробоя и выхода из строя. Последовательно соединенный резистор, величина сопротивления которого должна быть примерно 600 Ом, позволит ограничить ток в цепи.

Проверка полярности при помощи источника питания

И еще несколько советов:

если известна полярность светодиода, впредь нельзя подавать на него обратное напряжение. В противном случае есть вероятность пробоя и выхода из строя. При правильной эксплуатации светодиод будет служить исправно, так как он долговечен, а также его корпус хорошо защищен от попадания влаги и пыли;
некоторые типы светодиодов чувствительны к воздействию статического электричества (синие, фиолетовые, белые, изумрудные). Поэтому их нужно предохранять от влияния «статики»;
при тестировании светодиода мультиметром желательно это действие произвести быстро, касание к выводам должно быть кратковременным, чтобы избежать пробоя диода и вывода его из строя.

Как определить полярность светодиода

Определение полярности светодиода по внешнему виду

Все светодиоды на 12 вольт (белые, красные, синие и других цветов) имеют анод и катод (полярности). Их нужно учитывать при подключении LED. Определить полярности можно одним из способов:

По конструкции. Одна из ножек на цоколе лампочки всегда длиннее на несколько мм. Это и есть анод. Он маркируется значком « » или зеленой точкой.
По чаше внутри колбы. Если внимательно присмотреться, на ней можно увидеть два кристалла. Больший обозначает катод. Меньший — анод.
С использованием мультиметра. Для этого устройство нужно выставить в режим «Прозвонка». Затем щупы аппарата подводят к катоду и аноду. К первому — черный, ко второму — красный. При правильном их расположении лампочка должна светиться. Если этого не произошло, значит, мастер неправильно определил « » и «-». Нужно изменить положение щупов. Если и это не помогло, светодиод просто неисправен.

Основные неисправности светодиодных ламп на 220 вольт

Исходя из многолетнего опыта, если не горит светодиодная лампа 220 в, то причины могут быть следующими:

Выход из строя светодиодов

Поскольку в светодиодной лампе все светодиоды подключены последовательно, если выходит хотя бы один из них, вся лампочка перестает светится поскольку возникает обрыв цепи. В большинстве случаев светодиоды в лампах на 220 применяются 2-х типоразмеров: SMD5050 и SMD3528.

Для устранения этой причины необходимо найти вышедший из строя светодиод и заменить его на другой, или же поставить перемычку (перемычками лучше не злоупотреблять — так как они могут увеличить ток через светодиоды в некоторых схемах). При решении проблемы вторым способом незначительно уменьшится световой поток, однако лампочка опять станет светить.

Чтоб найти поврежденный светодиод нам понадобится источник питания с низким током (20 мА) или мультиметр.

Для этого подаем «+» на анод, а «–» на катод. Если светодиод не засветится, значит он вышел из строя. Таким образом нужно проверить каждый из светодиодов лампы. Также вышедший из строя светодиод можно определить визуально, это выглядит примерно так:

Причиной данной поломки в большинстве случаев является отсутствие какой-либо защиты светодиода.

Выход из строя диодного моста

В большинству случаев при таковой неисправности основная причина — заводской брак. И в таком в случае зачастую «вылетают» и светодиоды. Для решения данной проблемы необходимо заменить диодный мост (или диоды моста) и проверить все светодиоды.

Чтобы проверить диодный мост необходим мультиметр. Необходимо подать на вход моста переменное напряжение 220 В, и проверить напряжение на выходе. Если на выходе оно остается переменным, то значит диодный мост вышел из строя.

Если диодный мост собран на отдельных диодах, их можно поочередно выпаять и проверить прибором. Диод должен пропускать ток только в одном направлении. Если он вообще не пропускает ток или пропускает при подаче на катод положительной полуволны значит он вышел из строя и требует замены.

Плохая пайка выводных концов

В данном случае нам будет необходим мультиметр. Нужно разобраться в схеме светодиодной лампы и далее проверять все точки, начиная со входного напряжения 220 В и заканчивая выводами светодиодов. Исходя из опыта, данная проблема присуща дешевым светодиодным лампам и чтоб ее устранить достаточно паяльником дополнительно пропаять все детали и компоненты.

Сколько LED можно подключить к 12В?

Очевидно, что по простейшей схеме к источнику 12 Вольт можно подключить сколько угодно. Главное, чтобы у подключаемого источника питания хватало мощности. Однако мы видели, что при такой схеме подключения много энергии расходуется бесполезно.

Простейшим выходом из этой ситуации является снижение мощности рассеиваемой на токоограничивающем резисторе. Для снижения бесполезно рассеиваемой мощности, несколько светодиодов подключают последовательно и питают через один гасящий резистор. В этом случае падение напряжения на сопротивлении оказывается значительно меньше. Следовательно, существенно снижаются потери энергии. Расчет сопротивления для последовательного подключения светоизлучающих диодов выполняют по формуле:

Где n – количество последовательно подключенных LED.

В случае источника 12 Вольт разумно подключать последовательно три светодиода и один гасящий резистор. Падение напряжения на светодиодах не превысит 10.5 Вольта и на долю резистора останется всего 1,5 Вольт.

Такое техническое решение широко применяют, когда количество подключаемых к 12 Вольтам светодиодов кратно трем. Т. е. так можно подключить 6, 9, 12, …, 3N LED. Например, так поступают производители светодиодных лент. В них светодиоды сгруппированы по три и питаются через одно общее сопротивление.

Если нужно подключить 4 светодиода к 12 Вольтам, то целесообразно сгруппировать их по 2, и каждую пару питать через токоограничивающий резистор.

Что касается подключения светодиодов «рассчитанных на 12 В» то лучше установить их «рабочее напряжение» опытным путем. Для этого их надо подключить к лабораторному блоку питания и, постепенно поднимая напряжение, контролировать потребляемый ток. Напряжение, при котором рабочий ток будет достигнут, можно использовать для расчета токоограничивающего резистора.

11 лучших производителей

Осветительные приборы некоторых марок превосходят остальные. Лучшие производители светодиодных лент:

Osram;
Cree;
Geniled;
Gauss;
Joliet Technology;
Sveteco;
Arlight;
LEDCraft;
Navigator;
Electrostandard;
Feron.

Ниже будут рассмотрены все марки светодиодной техники, вошедшие в рейтинг. Сравнивать модели необходимо по степени надёжности, яркости освещения.

Osram

Производитель выпускает приборы высокого качества. Среди них есть и светодиодные ленты. Монтажные платы отличаются низким уровнем энергопотребления при высоком качестве освещения. При этом снижается нагрузка на сеть, а дополнительно – расходы. Преимущества:

выпускаются все необходимые комплектующие для светодиодных лент;
предоставляет гарантию (до 5 лет);
производит множество моделей.

Явные минусы у светодиодных лент отсутствуют.

Cree

Светодиодные устройства LED отличаются яркостью, т. к. на ленте устанавливаются мощные источники света. Они универсальны, используются на разных объектах. Явные недостатки, которые бы снижали эффективность работы устройств, отсутствуют. Из-за возросшего спроса на технику Cree увеличилось количество подделок, поэтому нужно более внимательно подходить к вопросу выбора. Кроме того, не всегда можно подобрать комплектующие, т. к. их количество в магазинах пока недостаточно большое.

Geniled

Спросом пользуется линия устройств с повышенной защитой от воздействия внешних факторов. Выделяются светодиодные ленты на фоне аналогов тем, что при производстве применяется не силикон, а эпоксидная смола, за счёт чего повышается надёжность. К недостаткам относят наличие мелких светодиодов на плате.

Gauss

Светодиодная продукция характеризуется компактностью. Это позволяет скрыть полосу от посторонних глаз, за счёт чего создаётся также эффект рассеянного освещения. Такой свет не мешает. Продукция попала в рейтинг лучших светодиодных лент ещё и по причине лёгкости монтажа. Недостатков у приборов практически нет.

Joliet Technology

Производится в Европе. Технику отличает мощность, яркость освещения. По качеству исполнения она не имеет аналогов, поэтому попала в рейтинг производителей светодиодных лент. Но монтажные платы занимают более низкие позиции, чем могли бы, из-за того, что пока не представлены разнотипными вариантами на рынке РФ.

Sveteco

Продукция входит в рейтинг светодиодных лент благодаря надёжности. Осветительные приборы могут функционировать на протяжении длительного периода без риска поломки. При этом гибкая плата не нагревается. Производитель гарантирует высокое качество продукции.

Arlight

Осветительные приборы в виде гибких полос обеспечивают высокую яркость освещения, служат долго, при этом представлены большим количеством вариантов. Класс защиты разный. Представлены модели от IP20 до IP67. Ещё отмечают высокую чувствительность к воздействию влаги. По этой причине лучше не устанавливать плату Arlight в помещениях, где регулярно повышается влажность или могут попасть капли жидкости на устройство.

LEDCraft

Продукция уже некоторое время представлена на рынке России. Её отличает средняя функциональность, но качество приборов достойное

Когда выбирают лучшие светодиодные ленты средней стоимости, можно обратить внимание на модели этой марки

Navigator

Продукция стоит не слишком дорого. Однако нельзя сказать, что цена соответствует низкому качеству. Наоборот, производитель постоянно совершенствует свою технику. При этом контролируется качество светодиодов и процесс сборки осветительных приборов. Преимущество техники – её доступность: можно найти подходящую модель в магазинах светотехнической продукции. Однако есть и явный недостаток – частое отсутствие в продаже необходимых комплектующих для установки.

Elektrostandard

Отмечают возможность выбора, т. к. под этой маркой выпускается большое количество моделей. Производятся гибкие монтажные платы с защитой от влаги и без неё, разных цветов. Однако у них есть недостаток – сравнительно короткий период эксплуатации. Рекомендуется периодически отключать прибор.

Feron

Монтажные платы Feron замыкают рейтинг светодиодных лент по качеству. Это устройства высокого, среднего, а иногда и низкого качества (считаются таковыми из-за брака). Монтажные платы доступны, их несложно найти в ближайшем магазине, следует лишь внимательно выбирать модель.

Принципы подключения

Светоизлучающие диоды активно применяются в подсветке, индикации

Своими руками можно создать устройства, поэтому важно знать, как производить соединение светодиодов

К основным способам подключения относятся:

параллельное;
последовательное;
комбинированное.

Основные причины выхода из строя светодиодных цепочек:

неправильное соединение;
некачественные диоды или блоки питания.

Конструкция излучающего диода подразумевает его подключение к источнику постоянного тока

При соединении важно соблюдать полярность компонента – если перепутать катод и анод, диод не будет излучать световой поток

Полярность

Определить, какой из электродов является плюсом, а какой – минусом, можно несколькими способами.

Первый – конструктивно. Обычный LED компонент имеет две ножки, длинная является плюсом (анодом), а короткая – катодом.

При помощи тестера. Для этого нужно взять мультиметр, перевести его в положение «Прозвонка» и прикладывать щупы к электродам. Когда красный щуп коснется анода, а черный катода – светодиод загорится. Если при перестановке на шкале высвечивается и не меняется «бесконечное» сопротивление, есть неполадка с элементом. Так что мультитестер используется и для проверки работоспособности излучающих приборов.

Визуальный осмотр. Можно посмотреть внутрь колбы. Широкая часть – это катод, а узкая – анод. Мощные светодиоды сверхъяркого типа имеют маркировку выводов «+» и «–». Компоненты для поверхностного монтажа обычно имеют специальный скос, который указывает на катод.

Включение в источник питания. Диод можно подключить к аккумулятору, батарее или другому блоку. Нужно постепенно повышать электропитание, которое вызовет свечение. Если компонент не горит, полярность следует поменять. Собирается такая схема проверки обязательно с использованием токоограничивающего резистора.

По технической документации. В паспорте прибора будет написано, какая полярность.

После определения плюса и минуса электродов нужно разобраться с методом подсоединения.

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.

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.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

Светодиод – нелинейный элемент электрической цепи, его ВАХ по форме практически идентична обычному кремниевому диоду. На рисунке 1 приведена ВАХ мощного белого светодиода, одного из ведущих мировых производителей.

Рисунок 1

По графику видно, что при увеличении напряжения всего на 0,2 В (например, участок 2,9…3,1 В), сила тока увеличивается более чем в два раза (с 350 мА до 850 мА). Справедливо и обратное: при изменении тока в достаточно широких пределах, падение напряжения изменяется весьма незначительно

Это очень важно

Второй важный момент – падение напряжения от образца к образцу в одной партии может отличаться на несколько десятых долей вольта (технологический разброс). По этой причине источник питания светодиодов должен иметь стабилизацию по току, а не по напряжению. Световой поток, кстати, нормируется также в зависимости от прямого тока. Теперь посмотрим, как эта информация пригодится при выборе схемы подключения.

Последовательное соединение (рисунок 2).

Рисунок 2

На схеме показано последовательное включение трех светодиодов HL1…HL3 к источнику постоянного тока J. Для простоты возьмем идеальный источник тока, т.е. источник, обеспечивающий постоянный ток одинаковой величины, независимо от нагрузки. Поскольку сила тока в замкнутом контуре одинакова, через каждый элемент, последовательно включенный в этот контур, протекает ток одинаковой величины I₁=I₂=I₃=J. Соответственно обеспечивается одинаковая яркость свечения. Разница в падениях напряжения на отдельных светодиодах не имеет в этом случае никакого значения и отражается только на величине разности потенциалов между точками 1 и 2.

Рассмотрим конкретный пример расчета подобной схемы. Пусть требуется обеспечить питание трех последовательно включенных светодиодов током 350 мА. Падение напряжения при этом токе по данным производителя может составлять значение от 2,8 В до 3,2 В.

Рассчитаем требуемый диапазон выходного напряжения источника тока:

U_min=2,8×3=8,4 В;

U_max=3,2×3=9,6 В.

Максимальная мощность потребляемая светодиодами составит P=9,6×0,35=3,4 Вт.

Таким образом источник должен иметь следующие параметры:

Выходной стабильный ток – 350 мА;

Выходное напряжение – 9 В ±0,6В (или ±7%);

Выходная мощность – не менее 3,5 Вт.

Все предельно просто.

Серийно выпускающиеся источники питания для светодиодов (драйверы) обычно имеют более широкий диапазон выходного напряжения, чтобы разработчик светотехнического устройства не был привязан к конкретному количеству излучающих диодов, а имел некоторую свободу действий. В таком случае можно к одному и тому же источнику подключать последовательно, например, от 1-го до 8-ми светодиодов.

Тем не менее, последовательная схема включения имеет свои недостатки.

Во-первых, при выходе из строя одного из диодов в цепи – по понятным причинам гаснут и все остальные. Исключение – короткое замыкание светодиода – в этом случае цепь не обрывается.
Во-вторых, при большом количестве светодиодов, сложнее реализовать низковольтное питание.

Например, в случае если стоит задача запитать 10 светодиодов последовательно (это падение напряжения порядка 30 В) от автомобильного аккумулятора, то без повышающего преобразователя не обойтись. А это уже дополнительные затраты, габариты и снижение КПД.

Параллельное соединение (рисунок 3).

Рисунок 3

Рассмотрим теперь параллельное соединение тех же светоизлучающих диодов.

Согласно первому закону Кирхгофа:

J=I₁+I₂+I₃,

Чтобы обеспечить каждому светодиоду одноваттный режим (I=350мА), источник тока должен выдавать 1050 мА при выходном напряжении порядка 3 В.

Как уже говорилось выше, светодиоды имеют некоторый технологический разброс параметров, поэтому на самом деле токи поделятся не поровну, а пропорционально своим дифференциальным сопротивлениям.

К примеру, если прямое падение напряжения, измеренное на этих светодиодах при токе 350 мА, составляло 2,9 В, 3 В, 3,1 В для HL1, HL2 и HL3 соответственно. То при включении по представленной схеме токи распределятся следующим образом:

I₁≈360 мА;

I₂≈350 мА;

I₃≈340 мА.

Это значит, что и яркость свечения будет разная. Для выравнивания токов в такие цепи обычно последовательно светодиодам включают резисторы (рисунок 4).

Рисунок 4

Выравнивающие резисторы увеличивают потребляемую мощность общей схемы, а следовательно снижают эффективность.

Такой способ соединения чаще всего применяют с низковольтными источниками питания, например в портативных устройствах с электрохимическими источниками тока (аккумуляторами, батарейками). В других случаях рекомендуется соединить светодиоды последовательно.