Напряжение светодиодов: потребление тока, напряжение, мощность и светоотдача

потребление тока, напряжение, мощность и светоотдача

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Времена, когда светодиоды использовали только в качестве индикаторов включения приборов, давно прошли. Современные светодиодные приборы могут полностью взаимозаменить лампы накаливания в бытовых, промышленных и уличных светильниках. Этому способствуют различные характеристики светодиодов, зная которые можно правильно подобрать LED-аналог. Использование светодиодов, учитывая их основные параметры, открывает обилие возможностей в сфере освещения.

Основой светодиода является искусственный полупроводниковый кристаллик

Какие бывают светодиоды

Светодиод (обозначается СД, СИД, LED в англ.) представляет собой прибор, в основе которого лежит искусственный полупроводниковый кристаллик. При пропускании через него электротока создается явление испускания фотонов, что приводит к свечению. Данное свечение имеет очень узкий диапазон спектра, и цвет его находится в зависимости от материала полупроводника.

Светодиоды вполне могут заменить обычные лампы накаливания

Светодиоды с красным и желтым свечением производят из неорганических полупроводниковых материалов на базе арсенида галлия, зеленые и синие изготавливают на основе индия-галлия-нитрида. Чтобы увеличить яркость светового потока используют различные присадки или применяют метод многослойности, когда слой чистого нитрида алюминия размещают между полупроводниками. В результате образования в одном кристаллике нескольких электронно-дырочных (p-n) переходов, яркость его свечения возрастает.

Различают два типа светодиодов: для индикации и освещения. Первые используют для индикации включения в сеть различных приборов, а также как источники декоративной подсветки. Они представляют собой цветные диоды, помещенные в просвечивающийся корпус, каждый из них имеет четыре вывода. Приборы, излучающие инфракрасный свет, используют в устройствах для удаленного управления приборами (пульт ДУ).

В области освещения используют светодиоды, излучающие белый свет. По цвету различают светодиоды с холодным белым, нейтральным белым и теплым белым свечением. Существует классификация применяемых для освещения светодиодов по способу монтажа. Маркировка светодиода SMD означает, что прибор состоит из алюминиевой или медной подложки, на которой размещен кристаллик диода. Сама подложка располагается в корпусе, контакты которого соединены с контактами светодиода.

Применение светодиодной подсветки в интерьере кухни

Другой тип светодиодов обозначается OCB. В таком приборе на одной плате размещается множество кристаллов, покрытых люминофором. Благодаря такой конструкции достигается большая яркость свечения. Такую технологию используют при производстве светодиодных ламп с большим световым потоком на относительно малой площади. В свою очередь это делает производство светодиодных ламп наиболее доступным и недорогим.

Обратите внимание! Сравнивая лампы на SMD и COB светодиодах можно отметить, что первые поддаются ремонту путем замены вышедшего из строя светодиода. Если не работает лампа на COB светодиодах, придется менять всю плату с диодами.

Характеристики светодиодов

Выбирая для освещения подходящую светодиодную лампу, следует учитывать параметры светодиодов. К ним относят напряжение питания, мощность, рабочий ток, эффективность (светоотдача), температуру свечения (цвет), угол излучения, размеры, срок деградации. Зная основные параметры, можно будет без труда выбрать приборы для получения того или иного результата освещенности.

LED-технологии используются в оформлении табло аэропортов и вокзалов

Величина тока потребления светодиода

Как правило, для обычных светодиодов предусмотрена сила тока величиной 0,02А. Однако бывают светодиоды, рассчитанные на 0,08А. К таким светодиодам относят более мощные приборы, в устройстве которых задействованы четыре кристалла. Они располагаются в одном корпусе. Так как каждый из кристаллов потребляет по 0,02А, в сумме один прибор будет потреблять 0,08А.

Стабильность работы светодиодных приборов зависит от величины тока. Даже незначительное увеличение силы тока способствует снижению интенсивности излучения (старению) кристалла и увеличению цветовой температуры. Это в конечном результате приводит к тому, что светодиоды начинают отливать синим цветом и преждевременно выходят из строя. А если показатель силы тока увеличивается существенно, светодиод сразу перегорает.

Чтобы ограничить потребляемый ток, в конструкциях LED-ламп и светильников предусмотрены стабилизаторы тока для светодиодов (драйверы). Они преобразуют ток, доводя его до нужной светодиодам величины. В случае, когда требуется подключить отдельный светодиод к сети, нужно использовать токоограничительные резисторы. Расчет сопротивления резистора для светодиода выполняют с учетом его конкретных характеристик.

Полезный совет! Чтобы правильно подобрать резистор, можно воспользоваться калькулятором расчета резистора для светодиода, размещенным в сети интернет.

Светодиодная гирлянда может использоваться в качестве декора помещения

Напряжение светодиодов

Как узнать напряжение светодиодов? Дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на кристалле напряжение. Именно это значение берется во внимание при расчетах.

Учитывая применение различных полупроводников для светодиодов, напряжение у каждого из них может быть разным. Как узнать, на сколько Вольт светодиод? Определить можно по цвету свечения приборов. Например, для синих, зеленых и белых кристаллов напряжение составляет около 3В, для желтых и красных – от 1,8 до 2,4В.

При использовании параллельного подключения светодиодов идентичного номинала с величиной напряжения в 2В можно столкнуться со следующим: в результате разброса параметров одни излучающие диоды выйдут из строя (сгорят), а другие будут очень слабо светиться. Это произойдет ввиду того, что при увеличении напряжения даже на 0,1В наблюдается увеличение силы тока, проходящего через светодиод, в 1,5 раза. Поэтому так важно следить, чтобы ток соответствовал номиналу светодиода.

100Вт лампы накаливания эквивалентно 12-12,5Вт LED-светильника

Светоотдача, угол свечения и мощность светодиодов

Сравнение светового потока диодов с другими источниками света проводят, учитывая силу издаваемого ими излучения. Приборы размером около 5 мм в диаметре дают от 1 до 5 лм света. В то время как световой поток лампы накаливания в 100Вт составляет 1000 лм. Но при сопоставлении необходимо учитывать, что у обычной лампы свет рассеянный, а у светодиода – направленный. Поэтому необходимо принимать во внимание угол рассеивания светодиодов.

Угол рассеивания разных светодиодов может составлять от 20 до 120 градусов. При освещении светодиоды дают более яркий свет по центру и снижают освещенность к краям угла рассеивания. Таким образом, светодиоды лучше освещают конкретное пространство, используя при этом меньше мощности. Однако если требуется увеличить площадь освещенности, в конструкции светильника используют рассеивающие линзы.

Как определить мощность светодиодов? Чтобы определить мощность светодиодной лампы, требующейся для замены лампы накаливания, необходимо применять коэффициент, равный 8. Так, заменить обычную лампу мощностью 100Вт можно светодиодным прибором мощностью не менее 12,5Вт (100Вт/8). Для удобства можно воспользоваться данными таблицы соответствия мощности ламп накаливания и LED-источников света:

Мощность лампы накаливания, Вт	Соответствующая мощность светодиодного светильника, Вт
100	12-12,5
75	10
60	7,5-8
40	5
25	3

 

При использовании светодиодов для освещения очень важен показатель эффективности, который определяется отношением светового потока (лм) к мощности (Вт). Сопоставляя эти параметры у разных источников света, получаем, что эффективность лампы накаливания составляет 10-12 лм/Вт, люминесцентной – 35-40 лм/Вт, светодиодной – 130-140 лм/Вт.

Цветовая температура LED-источников

Одним из важных параметров светодиодных источников является температура свечения. Единицы измерения этой величины – градусы Кельвина (К). Следует отметить, что все источники света по температуре свечения разделяют на три класса, среди которых теплый белый имеет цветовую температуру менее 3300 К, дневной белый – от 3300 до 5300 К и холодный белый свыше 5300 К.

Обратите внимание! Комфортное восприятие человеческим глазом светодиодного излучения непосредственно зависит от цветовой температуры LED-источника.

Цветовая температура обычно указывается на маркировке светодиодных ламп. Она обозначается четырехзначным числом и буквой К. Выбор LED-ламп с определенной цветовой температурой напрямую зависит от особенностей применения ее для освещения. Предложенная ниже таблица отображает варианты использования светодиодных источников с разной температурой свечения:

Цвет свечения светодиодов		Цветовая температура, К	Варианты использования в освещении
Белый	Теплый	2700-3500	Освещение бытовых и офисных помещений как наиболее подходящий аналог лампы накаливания
	Нейтральный (дневной)	3500-5300	Отличная цветопередача таких ламп позволяет применять их для освещения рабочих мест на производстве
	Холодный	свыше 5300	Используется в основном для освещения улиц, а также применяется в устройстве ручных фонарей
Красный		1800	Как источник декоративной и фито-подсветки
Зеленый		—	Подсветка поверхностей в интерьере, фито-подсветка
Желтый		3300	Световое оформление интерьеров
Синий		7500	Подсветка поверхностей в интерьере, фито-подсветка

 

Волновая природа цвета позволяет выразить цветовую температуру светодиодов, используя длину волны. Маркировка некоторых светодиодных приборов отражает цветовую температуру именно в виде интервала различных длин волн. Длина волны имеет обозначение λ и измеряется в нанометрах (нм).

Типоразмеры SMD светодиодов и их характеристики

Учитывая размер SMD светодиодов, приборы классифицируются в группы с различными характеристиками. Наиболее популярные светодиоды с типоразмерами 3528, 5050, 5730, 2835, 3014 и 5630. Характеристики SMD светодиодов в зависимости от размеров рознятся. Так, разные типы SMD светодиодов отличаются по яркости, цветовой температуре, мощности. В маркировке светодиодов первые две цифры показывают длину и ширину прибора.

Светодиоды SMD 5630 на LED-ленте

Основные параметры светодиодов SMD 2835

К основным характеристикам SMD светодиодов 2835 относят увеличенную площадь излучения. В сравнении с прибором SMD 3528, который имеет круглую рабочую поверхность, площадь излучения SMD 2835 имеет прямоугольную форму, что способствует большей светоотдаче при меньшей высоте элемента (около 0,8 мм). Световой поток такого прибора составляет 50 лм.

Корпус светодиодов SMD 2835 выполнен из термостойкого полимера и может выдерживать температуру до 240°С. Следует отметить, что деградация излучения в этих элементах составляет менее 5% в течение 3000 часов функционирования. Кроме того, прибор имеет достаточно низкое тепловое сопротивление перехода кристалл-подложка (4 С/Вт). Рабочий ток в максимальном значении – 0,18А, температура кристалла – 130°С.

По цвету свечения выделяют теплый белый с температурой свечения 4000 К, дневной белый – 4800 К, чистый белый – от 5000 до 5800 К и холодный белый с цветовой температурой 6500-7500 К. Стоит отметить, что максимальная величина светового потока у приборов с холодным белым свечением, минимальная – у светодиодов теплого белого цвета. В конструкции прибора увеличены контактные площадки, что способствует лучшему отводу тепла.

Полезный совет! Светодиоды SMD 2835 могут быть использованы для любого типа монтажа.

Размеры светодиода SMD 2835

Характеристики светодиодов SMD 5050

В конструкции корпуса SMD 5050 размещены три однотипных светодиода. LED источники синего, красного и зеленого цвета имеют технические характеристики, аналогичные кристаллам SMD 3528. Значение рабочего тока каждого из трех светодиодов составляет 0,02А, следовательно суммарная величина тока всего прибора 0,06А. Для того, чтобы светодиоды не вышли из строя, рекомендуется не превышать эту величину.

LED приборы SMD 5050 имеют прямое напряжение величиной 3-3,3В и светоотдачу (сетевой поток) 18-21 лм. Мощность одного светодиода складывается из трех величин мощности каждого кристалла (0,7Вт) и составляет 0,21Вт. Цвет свечения, испускаемый приборами, может быть белым во всех оттенках, зеленым, синим, желтым и многоцветным.

Близкое расположение светодиодов разных цветов в одном корпусе SMD 5050 позволило реализовать многоцветные светодиоды с отдельным управлением каждым цветом. Для регулирования светильников с использованием светодиодов SMD 5050 используют контроллеры, благодаря чему цвет свечения можно плавно изменять от одного к другому через заданное количество времени. Обычно такие приборы имеют несколько режимов управления и могут регулировать яркость свечения светодиодов.

Размеры светодиода SMD 5050

Типовые характеристики светодиода SMD 5730

Светодиоды SMD 5730 – современные представители LED-приборов, корпус которых имеет геометрические размеры 5,7х3 мм. Они относятся к сверхярким светодиодам, характеристики которых стабильны и качественно отличаются от параметров предшественников. Изготовленные с применением новых материалов, эти светодиоды отличаются повышенной мощностью и высокоэффективным световым потоком. Кроме того, они могут работать в условиях повышенной влажности, устойчивы к перепадам температур и вибрации, имеют длительный срок службы.

Существует две разновидности приборов: SMD 5730-0,5 с мощностью 0,5Вт и SMD 5730-1 с мощностью 1Вт. Отличительной особенностью приборов является возможность их функционирования на импульсном токе. Величина номинального тока  SMD 5730-0,5 составляет 0,15А, при импульсной работе прибор может выдерживать силу тока до 0,18А. Данный тип светодиодов обеспечивает световой поток до 45 лм.

Светодиоды SMD 5730-1 работают на постоянном токе 0,35А, при импульсном режиме – до 0,8А. Эффективность светоотдачи такого прибора может составить до 110 лм. Благодаря термостойкому полимеру, корпус прибора выдерживает температуру до 250°С. Угол рассеивания обоих типов SMD 5730 равен 120 градусам. Степень деградации светового потока составляет менее 1% при работе в течение 3000 часов.

Размеры светодиода SMD 5730

Характеристики светодиодов Cree

Компания Cree (США) занимается разработкой и выпуском сверхъярких и самых мощных светодиодов. Одна из групп светодиодов Cree представлена серией приборов Xlamp, которые делятся на однокристальные и многокристальные. Одной из особенностей однокристальных источников является распределение излучения по краям прибора. Это инновация позволила выпускать светильники с большим углом свечения, используя минимальное количество кристаллов.

В серии LED-источников XQ-E High Intensity угол свечения составляет от 100 до 145 градусов. Имея небольшие геометрические размеры 1,6х1,6 мм, мощность сверхярких светодиодов – 3 Вольта, а световой поток – 330 лм. Это одна из новейших разработок компании Cree. Все светодиоды, конструкция которых разработана на базе одного кристалла, имеют качественную цветопередачу в пределах CRE 70-90.

Статья по теме:

Как сделать или починить LED-гирлянду самостоятельно. Цены и основные характеристики наиболее популярных моделей.

Компания Cree выпустила несколько вариантов многокристальных LED-приборов с новейшими типами питания от 6 до 72 Вольт. Многокристальные светодиоды делятся на три группы, в которые входят приборы с высоким напряжением, мощностью до 4Вт и выше 4Вт. В источниках до 4Вт собраны 6 кристаллов в корпусе типа MX и ML. Угол рассеивания составляет 120 градусов. Купить светодиоды Cree такого типа можно с белым теплым и холодным цветом свечения.

Полезный совет! Несмотря на высокую надежность и качество света, купить мощные светодиоды серии MX и ML можно по относительно небольшой цене.

В группу свыше 4Вт входят светодиоды из нескольких кристаллов. Самыми габаритными в группе являются приборы мощностью 25Вт, представленные серией MT-G. Новинка компании – светодиоды модели XHP. Один из крупных LED-приборов имеет корпус 7х7 мм, его мощность 12Вт, светоотдача 1710 лм. Светодиоды с высоким напряжением питания объединяют в себе небольшие габариты и высокую светоотдачу.

LED-лампы серии XQ-E High Intensity производителя Cree (США)

Схемы подключения светодиодов

Существуют определенные правила подключения светодиодов. Беря во внимание, что проходящий через прибор ток движется только в одном направлении, для длительного и стабильного функционирования LED-приборов важно учитывать не только определенное напряжение, но и оптимальную величину тока.

Схема подключения светодиода к сети 220В

В зависимости от используемого источника питания, различают два вида схем подключения светодиодов к 220В. В одном из случаев используется драйвер с ограниченным током, во втором – специальный блок питания, стабилизирующий напряжение. Первый вариант учитывает использование специального источника с определенной силой тока. Резистор в данной схеме не требуется, а количество подключаемых светодиодов ограничивается мощностью драйвера.

Для обозначения светодиодов на схеме используются пиктограммы двух видов. Над каждым схематическим их изображением находятся две небольшие параллельные стрелочки, направленные вверх. Они символизируют яркое свечение LED-прибора. Перед тем как подключить светодиод к 220В используя блок питания, необходимо в схему включить резистор. Если это условие не выполнить, это приведет к тому, что рабочий ресурс светодиода существенно сократится или он попросту выйдет из строя.

Схема подключения светодиодов к сети 220В с использованием гасящего конденсатора С1

Если при подключении использовать блок питания, то стабильным в схеме будет лишь напряжение. Учитывая незначительное внутреннее сопротивление LED-прибора, включение его без ограничителя тока приведет к сгоранию прибора. Именно поэтому в схему включения светодиода вводят соответствующий резистор. Следует отметить, что резисторы бывают с разным номиналом, поэтому их следует правильно рассчитывать.

Полезный совет! Негативным моментом схем включения светодиода в сеть 220 Вольт с использованием резистора становится рассеивание большой мощности, когда требуется подключить нагрузку с повышенным потреблением тока. В этом случае резистор заменяют гасящим конденсатором.

Как рассчитать сопротивление для светодиода

При расчете сопротивления для светодиода руководствуются формулой:

U = IхR,

где U – напряжение, I – сила тока, R – сопротивление (закон Ома). Допустим, необходимо подключить светодиод с такими параметрами: 3В – напряжение и 0,02А – сила тока. Чтобы при подключении светодиода к 5 Вольтам на блоке питания он не вышел из строя, надо убрать лишние 2В (5-3 = 2В). Для этого необходимо включить в схему резистор с определенным сопротивлением, которое рассчитывается с помощью закона Ома:

R = U/I.

Резисторы с различными значениями сопротивления

Таким образом, отношение 2В к 0,02А составит 100 Ом, т.е. именно такой необходим резистор.

Очень часто бывает, что учитывая параметры светодиодов, сопротивление резистора имеет нестандартное для прибора значение. Такие ограничители тока нельзя отыскать в точках продажи, например, 128 или 112,8 Ом. Тогда следует использовать резисторы, сопротивление которых имеет ближайшее большее значение по сравнению с расчетным. При этом светодиоды будут функционировать не в полную силу, а лишь на 90-97%, но это будет незаметно для глаза и положительно отразится на ресурсе прибора.

В интернете представлено множество вариантов калькуляторов расчетов светодиодов. Они учитывают основные параметры: падение напряжения, номинальный ток, напряжение на выходе, количество приборов в цепи. Задав в поле формы параметры LED-приборов и источников тока, можно узнать соответствующие характеристики резисторов. Для определения сопротивления маркированных цветом токоограничителей также существуют онлайн расчеты резисторов для светодиодов.

Схемы параллельного и последовательного подключения светодиодов

При сборке конструкций из нескольких LED-приборов используют схемы включения светодиодов в сеть 220 Вольт с последовательным или параллельным соединением. При этом для корректного подключения следует учитывать, что при последовательном включении светодиодов требуемое напряжение представляет собой сумму падений напряжений каждого прибора. В то время как при параллельном включении светодиодов складывается сила тока.

Схемы параллельного подключения светодиодов. В варианте 1 на каждую цепь диодов используется отдельный резистор, в варианте 2 — один общий для всех цепей

Если в схемах используются LED-приборы с разными параметрами, то для стабильной работы необходимо рассчитать резистор для каждого светодиода отдельно. Следует отметить, что двух совершенно одинаковых светодиодов не существует. Даже приборы одной модели имеют незначительные отличия в параметрах. Это приводит к тому, что при подключении большого их количества в последовательную или параллельную схему с одним резистором, они могут быстро деградировать и выйти из строя.

Обратите внимание! При использовании одного резистора в параллельной или последовательной схеме можно подключать лишь LED-приборы с идентичными характеристиками.

Расхождение в параметрах при параллельном подключении нескольких светодиодов, допустим 4-5 шт., не повлияет на работу приборов. А если в такую схему подключить много светодиодов – это будет плохим решением. Даже если LED-источники имеют незначительный разброс характеристик, это приведет к тому, что некоторые приборы будут излучать яркий свет и быстро сгорят, а другие – будут слабо светиться.  Поэтому при параллельном подключении следует всегда использовать отдельный резистор для каждого прибора.

Что касается последовательного соединения, то здесь имеет место экономное потребление, так как вся цепь расходует количество тока, равное потреблению одного светодиода. При параллельной схеме, потребление составляет сумму расходования всех включенных в схему LED-источников, включенных в схему.

Схема последовательного подключения светодиодов

Как подключить светодиоды к 12 Вольтам

В конструкции некоторых приборов резисторы предусмотрены еще на этапе изготовления, что дает возможность подключения светодиодов к 12 Вольт или 5 Вольт. Однако такие приборы не всегда можно найти в продаже. Поэтому в схеме подключения светодиодов к 12 вольт предусматривают ограничитель тока. Первым делом необходимо выяснить характеристики подключаемых светодиодов.

Такой параметр, как прямое падение напряжения у типовых LED-приборов составляет около 2В. Номинальный ток у этих светодиодов соответствует 0,02А. Если требуется подключить такой светодиод к 12В, то «лишние» 10В (12 минус 2) необходимо погасить ограничительным резистором. С помощью закона Ома можно рассчитать для него сопротивление. Получим, что 10/0,02 = 500 (Ом). Таким образом, необходим резистор с номиналом 510 Ом, который является ближайшим по ряду электронных компонентов Е24.

Чтобы такая схема работала стабильно, требуется еще вычислить мощность ограничителя. Используя формулу, исходя из которой мощность равна произведению напряжения и тока, рассчитываем ее значение. Напряжение величиной 10В умножаем на ток 0,02А и получаем 0,2Вт. Таким образом, необходим резистор, стандартный номинал мощности которого составляет 0,25Вт.

Схема подключения RGB светодиодной ленты к 12В

Если в схему необходимо включить два LED-прибора, то следует учитывать, что напряжение падающее на них, будет составлять уже 4В. Соответственно для резистора останется погасить уже не 10В, а 8В. Следовательно, дальнейший расчет сопротивления и мощности резистора делается на основании этого значения. Расположение резистора в схеме можно предусмотреть в любом месте: со стороны анода, катода, между светодиодами.

Как проверить светодиод мультиметром

Один из способов проверки рабочего состояния светодиодов – тестирование мультиметром. Таким прибором можно диагностировать светодиоды любого исполнения. Перед тем как проверить светодиод тестером, переключатель прибора устанавливают в режиме «прозвонки», а щупы прикладывают к выводам. При замыкании красного щупа на анод, а черного на катод, кристалл должен излучать свет. Если поменять полярность, на дисплее прибора должна отображаться показание «1».

Полезный совет! Перед тем как проверить светодиод на работоспособность, рекомендуется приглушить основное освещение, так как при тестировании ток очень низкий и светодиод будет излучать свет так слабо, что при нормальном освещении этого можно не заметить.

Схема проверки светодиода с помощью цифрового мультиметра

Тестирование LED-приборов можно произвести, не используя щупы. Для этого в отверстия, расположенные в нижнем углу прибора, анод вставляют в отверстие с символом «Е», а катод – с указателем «С». Если светодиод в рабочем состоянии – он должен засветиться. Этот метод тестирования подходит для светодиодов с достаточно длинными контактами, очищенными от припоя. Положение переключателя при таком способе проверки не имеет значения.

Как проверить светодиоды мультиметром, не выпаивая? Для этого необходимо припаять к щупам тестера кусочки от обычной скрепки. В качестве изоляции подойдет текстолитовая прокладка, которая укладывается между проводами, после чего обрабатывается изолентой. На выходе получается своеобразный переходник для подключения щупов. Скрепки хорошо пружинят и надежно фиксируются в разъемах. В таком виде можно подключить щупы к светодиодам, не выпаивая их из схемы.

Что можно сделать из светодиодов своими руками

Многие радиолюбители практикуют сборку различных конструкций из светодиодов своими руками. Собранные самостоятельно изделия не уступают по качеству, а иногда и превосходят аналоги производственного изготовления. Это могут быть цветомузыкальные устройства, мигающие конструкции светодиодов, бегущие огни на светодиодах своими руками и многое другое.

Использование светодиодов в создании сценических костюмов

Сборка стабилизатора тока для светодиодов своими руками

Чтобы ресурс светодиода не выработался раньше положенного срока, необходимо чтобы ток, протекающий через него, имел стабильное значение. Известно, что светодиоды красного, желтого и зеленого цвета могут справляться с повышенной нагрузкой по току. В то время как сине-зеленые и белые LED-источники даже при небольшой перегрузке сгорают за 2 часа. Таким образом, для нормальной работы светодиода необходимо решить вопрос с его питанием.

Если собрать цепочку из последовательно или параллельно соединенных светодиодов, то обеспечить им идентичное излучение можно в том случае, если ток, проходящий через них, будет иметь одинаковую силу. Кроме того, импульсы обратного тока могут негативно повлиять на ресурс LED-источников. Чтобы такого не произошло, необходимо включить в схему стабилизатор тока для светодиодов.

Качественные признаки светодиодных светильников зависят от применяемого драйвера – устройства, которое преобразует напряжение в стабилизированный ток с конкретным значением. Многие радиолюбители собирают схему питания светодиодов от 220В своими руками на базе микросхемы LM317. Элементы для такой электронной схемы имеют небольшую стоимость и такой стабилизатор легко сконструировать.

Схема подключения мощного светодиода с использованием интегрального стабилизатора напряжения LM317

При использовании стабилизатора тока на LM317 для светодиодов регулируют ток в пределах 1А. Выпрямитель на базе LM317L стабилизирует ток до 0,1А. В схеме устройства используют всего лишь один резистор. Его рассчитывают посредством онлайн калькулятора сопротивления для светодиода. Для питания подойдут имеющиеся подручные устройства: блоки питания от принтера, ноутбука или другой бытовой электроники. Более сложные схемы собирать самостоятельно не выгодно, так как их проще приобрести в готовом виде.

ДХО из светодиодов своими руками

Применение на автомобилях дневных ходовых огней (ДХО) заметно повышает видимость автомобиля в светлое время другими участниками дорожного движения. Многие автолюбители практикуют самостоятельную сборку ДХО с использованием светодиодов. Один из вариантов – устройство ДХО из 5-7 светодиодов мощностью 1Вт и 3Вт на каждый блок. Если использовать менее мощные LED-источники, световой поток не будет соответствовать нормативам для таких огней.

Полезный совет! При изготовлении ДХО своими руками, учитывайте требования ГОСТа: световой поток 400-800 Кд, угол свечения в горизонтальной плоскости – 55 градусов, в вертикальной – 25 градусов, площадь – 40 см².

Дневные ходовые огни улучшают видимость автомобиля на дороге

Для основания можно использовать плату из алюминиевого профиля с площадками для крепления светодиодов. Светодиоды фиксируются на плате с помощью теплопроводного клеящего состава. В соответствии с типом LED-источников подбирается оптика. В данном случае подойдут линзы с углом свечения 35 градусов. Линзы устанавливаются на каждый светодиод отдельно. Провода выводятся в любую удобную сторону.

Далее изготавливается корпус для ДХО, служащий одновременно и радиатором. Для этого можно использовать П-образный профиль. Готовый светодиодный модуль располагают внутри профиля, закрепив его на винтах. Все свободное пространство можно залить прозрачным герметиком на силиконовой основе, оставив на поверхности только линзы. Такое покрытие будет служить в качестве влагозащиты.

Подключение ДХО к питанию производится с обязательным использованием резистора, сопротивление которого предварительно просчитывается и проверяется. Способы подключения могут быть разными, учитывая модель автомобиля. Схемы подключения можно отыскать в сети интернет.

Схема подключения ДХО с блоком управления

Как сделать, чтобы светодиоды мигали

Наиболее популярными мигающими светодиодами, купить которые можно в готовом виде, являются приборы, регулируемые уровнем потенциала. Мигание кристалла происходит за счет изменения питания на выводах прибора. Так, двухцветный красно-зеленый LED-прибор излучает свет в зависимости от направления проходящего по нему тока. Эффект мигания в RGB-светодиоде достигается подключением трех выводов для отдельного управления к конкретной системе регулирования.

Но можно сделать мигающим и обычный одноцветный светодиод, имея в арсенале минимум электронных компонентов. Перед тем как сделать мигающий светодиод, необходимо выбрать работающую схему, которая будет простой и надежной. Можно использовать схему мигающего светодиода, которая будет запитана от источника с напряжением 12В.

Схема состоит из транзистора небольшой мощности Q1 (подойдет кремниевый высокочастотный КТЗ 315 или его аналоги), резистора R1 820-1000 Ом, 16-вольтового конденсатора С1 емкостью 470 мкФ и LED-источника. При включении схемы конденсатор заряжается до 9-10В, после этого транзистор на миг открывается и отдает накопленную энергию светодиоду, который начинает мигать. Данную схему можно реализовать только в случае питания от источника 12В.

Мигание светодиодов используется, например, в елочной гирлянде

Можно собрать более усовершенствованную схему, которая работает по аналогии с транзисторным мультивибратором. В схему входят транзисторы КТЗ 102 (2 шт.), резисторы R1 и R4 по 300 Ом каждый, чтобы ограничить ток, резисторы R2 и R3 по 27000 Ом, чтобы задавать ток базы транзисторов, 16-вольтовые полярные конденсаторы (2 шт. емкостью 10 мкФ) и два LED-источника. Данная схема питается от источника постоянного напряжения 5В.

Схема работает по принципу «пары Дарлингтона»: конденсаторы С1 и С2 попеременно заряжаются и разряжаются, что служит причиной открывания конкретного транзистора. Когда один транзистор отдает энергию С1, загорается один светодиод. Далее плавно заряжается С2, а ток базы VT1 снижается, что приводит к закрытию VT1 и открытию VT2 и загорается другой светодиод.

Полезный совет! Если использовать напряжение питания свыше 5В, потребуется применить резисторы с другим номиналом, чтобы исключить выход из строя светодиодов.

Схема вспышек на светодиоде

Сборка цветомузыки на светодиодах своими руками

Чтобы реализовать достаточно сложные схемы цветомузыки на светодиодах своими руками, необходимо сначала разобраться, как работает простейшая схема цветомузыки. Она состоит из одного транзистора, резистора и LED-прибора. Такую схему можно запитать от источника с номиналом от 6 до 12В. Функционирование схемы происходит за счет каскадного усиления с общим излучателем (эмиттером).

На базу VT1 поступает сигнал с изменяющейся амплитудой и частотой. В том случае, когда колебания сигнала превышают заданный порог, транзистор открывается и загорается светодиод. Минусом данной схемы является зависимость мигания от степени  звукового сигнала. Таким образом эффект цветомузыки будет проявляться только при определенной степени громкости звука. Если звук увеличить. светодиод будет все время гореть, а при уменьшении – чуть вспыхивать.

Чтобы добиться полноценного эффекта, используют схему цветомузыки на светодиодах с разбивкой диапазона звука на три части. Схема с трехканальным преобразователем звука питается от источника напряжением 9В. Огромное количество схем цветомузыки можно найти в интернете на различных форумах радиолюбителей. Это могут быть схемы цветомузыки с использованием одноцветной ленты, RGB-светодиодной ленты, а также схемы плавного включения и выключения светодиодов. Так же в сети можно отыскать схемы бегущих огней на светодиодах.

Схема для сборки цветомузыки своими руками

Конструкция индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Схема индикатора напряжения включает резистор R1 (переменное сопротивление 10 кОм), резисторы R1, R2 (1кОм), два транзистора VT1 КТ315Б, VT2 КТ361Б, три светодиода – HL1, HL2 (красные), HLЗ (зеленый). X1, X2 – 6-вольтовые источники питания. В данной схеме рекомендуется использовать LED-приборы с напряжением 1,5В.

Алгоритм работы самодельного светодиодного индикатора напряжения представляет собой следующее: когда подается напряжение, светится центральный LED-источник зеленого цвета. В случае падения напряжения, включается светодиод красного цвета, расположенный слева. Увеличение напряжения заставляет светиться красный светодиод, размещенный справа. При среднем положении резистора все транзисторы будут в закрытом положении, и напряжение поступит лишь на центральный зеленый светодиод.

Открытие транзистора VT1 происходит, когда ползунок резистора передвигают вверх, тем самым повышая напряжение. В этом случае поступление напряжения на HL3 прекращается, и оно подается на HL1. При перемещении ползунка вниз (понижение напряжение) происходит закрытие транзистора VT1 и открытие VT2, что даст питание светодиоду HL2. С незначительной задержкой LED HL1 погаснет, HL3 один раз мелькнет и засветится HL2.

Схема сборки индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Такую схему можно собрать, используя радиодетали от устаревшей техники. Некоторые собирают ее на текстолитовой плате, соблюдая масштаб 1:1 c размерами деталей, чтобы все элементы могли разместиться на плате.

Безграничный потенциал LED-освещения дает возможность самостоятельно конструировать из светодиодов различные светотехнические приборы с отличными характеристиками и достаточно низкой стоимостью.

Как понять, на сколько вольт рассчитан светодиод | Энергофиксик

Конечно, мы все прекрасно знаем, что главным параметром всех светодиодов является номинальный ток. Но кроме этого, так же очень важно знать, на какое напряжение рассчитан светодиод.

Хочу сразу сказать, что под аббревиатурой напряжение светодиода подразумевается разница потенциалов на p – n переходе в открытом состоянии. Этот параметр имеет справочный характер и его можно посмотреть в технической документации, где также указаны и другие параметры светодиодов.

Но зачастую у нас нет под рукой документов на светодиод, который мы нашли у себя в запасах. А вот как узнать падение напряжения в этом случае мы и поговорим в статье.

Определяем падение напряжения теоретическим способом

Итак, у вас есть светодиод, но при этом нет на него документов. Цвет, которым светится светодиод, может вам о многом рассказать, как сам корпус, форма и размеры полупроводникового прибора.

Если у светодиода корпус из прозрачного компаунда, то каким цветом он светится без его подключения загадка. Чтобы определить, а заодно и проверить исправность светодиода, нам потребуется мультиметр.

Переводим переключатель в положение прозвонка и щупами касаемся поочередно выводов диода. При этом у рабочего светодиода в прямом смещении вы увидите, что он слегка засветится.

Таким нехитрым способом вы определили цвет и исправность самого светодиода.

Почему именно важен цвет свечения? Да все просто. Светодиоды разных цветов изготавливаются из различных полупроводниковых компонентов. Именно химия полупроводника во многом определяет, какое падение напряжения будет на P-N переходе.

Но так как во время производства применяется множество химических элементов, то лишь по цвету можно определить только приблизительно на какое напряжение рассчитан тот или иной светодиод.

Если вы знаете какого цвета ваш светодиод, то вполне можно найти в интернете техническую документацию на светодиоды похожей конструкции, но обязательно одного цвета. И уже в ней посмотреть примерно какое напряжение на вашем светодиоде.

Теоретические изыскания вам смогут дать лишь приблизительные данные, но практический опыт позволит определить реальное напряжение светодиода.

Практическое определение напряжения светодиода

Для того, чтобы на практике определить напряжение кроме самого светодиода понадобится еще резистор на сопротивление 580 Ом (можно больше), регулируемый блок питания, например как у меня.

Собираем все наши детали вот по этой схеме:

Тут все очень просто: через резистор мы ограничиваем ток, а мультиметром мы контролируем прямое падение напряжения на светодиоде.

И проверка выглядит следующим образом: от регулируемого источника питания плавно (с нуля) начинаем подавать напряжение. Как только его величина подберется к порогу срабатывания, светодиод засветится.

При дальнейшем повышении напряжения яркость свечения достигнет своего номинала и показания мультиметра (в режиме вольтметра) перестанут расти. Это будет указывать на то, что p – n переход полностью открыт и дальнейшее увеличение напряжения на блоке питания будет прикладываться исключительно к резистору.

Вот эти показания на мультиметре и будут указывать на номинальное прямое напряжение светодиода.

Примечание. Если вы увидели, что на мультиметре установилось напряжение в 1,9 Вольта, но при этом светодиод не светится, то вероятнее всего перед вами инфракрасный светодиод. Чтобы убедиться в этом, возьмите телефон, включите камеру и посмотрите на тестируемый светодиод через нее. Если увидите, что в камере он светится ярко, то значит, вы тестируете именно инфракрасный светодиод.

Заключение

Вот такими нехитрыми способами можно найти напряжение светодиода. Если понравилась статья, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Питание светодиодов, блок питания для светодиодов

Постоянные читатели часто интересуются, как правильно сделать питание для светодиодов, чтобы срок службы был максимален. Особенно это актуально для led  неизвестного производства с плохими техническими характеристиками или завышенными.

По внешнему виду и параметрам  невозможно определить качество. Частенько приходится рассказывать как рассчитать блок питания для светодиодов, какой лучше купить или сделать своими руками. В основном рекомендую купить готовый, любая схема после сборки требует проверки и настройки.

Содержание

• 1. Основные типы
• 2. Как сделать расчёт
• 3. Калькулятор для расчёта
• 4. Подключение в автомобиле
• 5. Напряжения питания светодиодов
• 6. Подключение от 12В
• 7. Подключение от 1,5В
• 8. Как рассчитать драйвер
• 9. Низковольтное от 9В до 50В
• 10. Встроенный драйвер, хит 2016
• 11. Характеристики

Основные типы

Светодиод – это полупроводниковый электронный элемент, с низким внутренним сопротивлением. Если подать на него стабилизированное напряжение, например 3V, через него пойдёт большой ток, например 4 Ампера, вместо требуемого 1А. Мощность на нём составит 12W, у него сгорят тонкие проводники, которыми подключен кристалл. Проводники отлично видно на цветных и RGB диодах, потому что на них нет жёлтого люминофора.

Если блок питания для светодиодов  12V со стабилизированным напряжением, то для ограничения тока последовательно устанавливают резистор. Недостатком такого подключения будет более высокое потребление энергии, резистор тоже потребляет некоторую энергию. Для светодиодных аккумуляторных фонарей на 1,5В применять такую схему нерационально. Количество вольт на батарейке быстро снижается, соответственно будет падать яркость.  И без повышения минимум до 3В диод не заработает.

Этих недостатков  лишены специализированные светодиодные драйвера на ШИМ контроллерах. При изменениях напряжения  ток остаётся постоянным.

Как сделать расчёт

Чтобы рассчитать блок питания для светодиодов необходимо учитывать 2 основных параметра:

1. номинальная потребляемая мощность или желаемая;
2. напряжение падения.

Суммарное энергопотреблением подключаемой электрической цепи не должно превышать  мощности блока.

Падения напряжения зависит от того, какой свет излучает лед чип. Я рекомендую покупать фирменные LED, типа Bridgelux, разброс параметров у них минимальный. Они гарантированно держат заявленные характеристики и имеют запас по ним. Если покупаете на китайском базаре, типа Aliexpress, то не надейтесь на чудо, в 90% вас обманут и пришлют барахло с параметрами в 2-5 раз хуже. Это многократно проверяли мои коллеги, которые заказывали недорогие LED 5730 иногда по 10 раз. Получали они SMD5730 на 0,1W, вместо 0,5W. Это определяли по вольтамперной-характеристике.

Пример различной яркости кристаллов

К тому же у дешевых разброс параметров очень большой. Что бы  это определить в домашних условиях своими руками, подключите их последовательно 5-10 штук. Регулирую количество вольт, добейтесь чтобы они слегка светились. Вы увидите, что часть светит ярче, часть едва заметно. Поэтому некоторые в номинальном рабочем режиме будут греться сильнее, другие меньше. Мощность будет на них разная, поэтому самые нагруженные выйдут из строя раньше остальных.

Калькулятор для расчёта

Для удобства читателей опубликовал онлайн калькулятор для расчёта резистора для светодиодов при подключении к стабильному напряжению.

Калькулятор учитывает 4 параметра:

• количество вольт на выходе;
• снижение напряжения на одном LED;
• номинальный рабочий ток;
• количество LED в цепи.

Подключение в автомобиле

..

При заведенном двигателе бывает в среднем 13,5В — 14,5В, при заглушенном12В — 12,5В. Особые требования при включении в автомобильный прикуриватель или бортовую сеть. Кратковременные скачки могут быть до 30В. Если у вас используется токоограничивающее сопротивление, то сила тока возрастает прямо пропорционально повышению напряжению питания светодиодов. По этой причине лучше ставить стабилизатор на микросхеме.

Недостатком использования светодиодных драйверов в авто может быть появление помех на радио в УКВ диапазоне. ШИМ контроллер работает на высоких частотах и будет давать помехи на ваш радиоприёмник. Можно попробовать заменить на другой или линейный типа стабилизатор тока LM317 для светодиодов. Иногда помогает экранирование металлом и размещение подальше от головного устройства авто.

Напряжения питания светодиодов

Из таблиц видно, для маломощных на 1W, 3W этот показатель  2В для красного, желтого цвета, оранжевого. Для белого , синего, зелёного он от 3,2В до 3,4В. Для мощных от 7В до 34В. Эти циферки придется использовать для расчётов.

Таблица для LED на 1W, 3W, 5W

Таблица для мощных светодиодов 10W, 20W, 30W, 50W, 100W

Подключение от 12В

Одно из самых распространенных напряжений это 12 Вольт, они присутствуют в бытовой  технике, в автомобиле и автомобильной электронике. Используя 12V можно полноценно подключить 3 лед диода. Примером служит светодиодная лента на 12V, в которой 3 штуки и резистор подключены последовательно.

Пример на диоде 1W,  его номинальный ток 300мА.

• Если на одном LED падает 3,2В, то для 3шт получится 9,6В;
• на резисторе будет 12В – 9,6В = 2,4В;
• 2,4 / 0,3 = 8 Ом номинал нужного сопротивления;
• 2,4 * 0,3 = 0,72W будет рассеиваться на резисторе;
• 1W + 1W + 1W + 0,72 = 3,72W полное энергопотребление всей цепи.

Аналогичным образом можно вычислить и для другого количества элементов в цепи.

Подключение от 1,5В

Источник питания для светодиодов может быть и простой пальчиковой батарейкой на 1,5В. Для LED диода требуется обычно минимум 3V, без стабилизатора тут никак не обойтись. Такие специализированные светодиодные драйвера используются в  ручных фонариках на Cree Q5 и Cree XML T6. Миниатюрная микросхема повышает количество вольт до 3V и стабилизирует  700мА. Включение от 1.5 вольт при помощи токоограничивающего сопротивления невозможно. Если применить две  батареи на  1.5 вольт, соединив их последовательно, получим 3В. Но батарейки достаточно быстро разряжаются,  а яркость будет падать еще быстрее. При 2,5В емкости в батареях останется еще много, но диод уже практически потухнет. А светодиодный драйвер будет поддерживать номинальную яркость даже при 1В.

Обычно такие модули заказываю на Aliexpress,  у китайцев  стоят 50-100руб, в России они дороговаты.

Как рассчитать драйвер

Чтобы рассчитать драйвер питания для светодиодов со стабильным током:

1. составьте на бумаге схему подключения;
2. если драйвер китайский, то желательно проверить выдержит он заявленную мощность или нет;
3. учитывайте, что для разных цветов (синий, красный, зеленый) разное падение вольт;
4. суммарная мощность не должна быть выше, чем у источника тока.

Нарисуйте схему включения, на которой распределите элементы, если они подключены не просто последовательно, а комбинировано с параллельным соединением.

На китайском блоке питания неизвестного производителя мощность может быть значительно ниже. Они запросто  указывают максимальную пиковую мощность, а не номинальную долговременную. Проверять сложнее, надо предельно нагрузить блок питания и замерить параметры.

Для третьего пункта используйте примерные таблицы для  1W,3W, 5W, 10W, 20W, 30W, 50W, 100W, которые приведены выше. Но больше доверяйте характеристикам, которые вам дал продавец. Для однокристальных бывает 3V, 6V, 12V.

Если энергопотребление цепи  в сумме  превысит номинальную мощность  источника питания, то ток просядет и увеличится нагрев. Он восстановится до нормального уровня, если снизить нагрузку.

Для светодиодных лент сделать расчёт очень просто. Измерьте количество Ватт на 1 метр и умножьте на количество метров. Именно измерьте, в большинстве случаем мощность завышена и вместо 14,4 Вт/м получите 7 Вт/м. Ко мне слишком часто обращаются с такой проблемой разочарованные покупатели.

Низковольтное от 9В до 50В

Кратко расскажу, что использую для включения для блоков на 12В, 19V, 24В и  для подключения к автомобильным 12В.

Чаще всего покупаю готовые модули на ШИМ микросхемах:

1. бывают повышающие, например, на входе 12V, на выходе 22В;
2. понижающие, например из 24В до 17В.

Не всем хочется тратить большую денежку на покупку готового прожектора для авто, светодиодного светильника или заказывать готовый драйвер. Поэтому обращаются ко мне, что бы из подручных комплектующих собрать что-нибудь приличное. Цена таких модулей начинается от 50руб до 300руб за модель на 5А с радиатором. Покупаю заранее по несколько штук, расходятся быстро.

Больше всех популярен вариант на линейной ИМС LM317T LM317, простой, надежный устаревший.

Очень популярны модели на LM2596, но она уже устарела и советую обратить внимание на более современное с хорошим КПД. Такие блоки имеют от 1 до 3 подстроечных сопротивлений, которыми можно настроить любые параметры до 30В и до 5А.

Встроенный драйвер, хит 2016

В начале 2016 года стали набирать популярность светодиодные модули и COB диоды с интегрированным драйвером. Они включаются сразу в сеть 220В, идеальный вариант для сборки светотехники своими руками. Все элементы находятся на одной теплопроводящей пластине. ШИМ контроллеры миниатюрные, благодаря хорошему контакту с системой охлаждения. Тестировать надежность и стабильность еще не приходилось, первые отзывы появятся минимум через полгода использования. Уже заказал самую дешевую и доступную модель COB на 50W. Чтобы найти такие на китайском базаре Алиэкспресс, укажите в поиске «integrated led driver».

Характеристики

 

Глобальная проблема, это подделка светодиодов Cree и Philips в промышленных масштабах. У китайцев для этого есть целые предприятия, внешне копируют на 95-99%, простому покупателю отличить невозможно. Самое плохое, когда такую подделку вам продают под видом оригинального Cree T6. Вы будете подключать поддельный по техническим спецификациям оригинального. Подделка имеет характеристики в среднем на 30% хуже. Меньше световой поток, ниже максимальная рабочая температура, ниже энергопотребление. Про обман вы узнаете очень не скоро, он проработает примерно в 5-10 раз меньше настоящего, особенно на двойном токе.

Недавно измерял световой поток своих фонариков на левых Cree производства  LatticeBright. Доставал всю плату с драйвером и ставил в фотометрический шар. Получилось 180-200 люмен, у оригинала 280-300лм. Без серьезного оборудования, которое преимущественно есть в лабораториях, вы не сможете измерить, соответственно узнать правду.

Иногда попадаются разогнанные диоды,  сила тока на которых на 30%-60% выше номинальной, соответственно и мощность. Недобросовестный производитель, особенно  подвально-китайский пользуется тем, что срок службы трудно измерить в часах. Ведь никто не засекает отработанное время, а когда светильник или светодиодный прожектор выйдут из строя продавца уже не найти. Да и искать бессмысленно, срок гарантии на такую продукцию дают всегда меньше периода службы.

Как узнать ток и напряжение светодиода

В связи с глобальным развитием технологий широкое применение в электронике получили светодиоды. Они обладают множеством особенностей, из которых можно выделить компактность и яркое свечение. Помимо номинального тока, который является их главным параметром, нужно знать рабочее напряжение светодиодов. Этот параметр часто используют для проведения расчетов. Если правильно подобрать параметры устройства, можно продлить срок его службы. Напряжение для светодиода является разницей потенциалов на p-n-переходе, что отмечается в паспортных данных прибора. Бывают случаи, когда нет информации о конкретном изделии, тогда возникает вопрос: «Как определить падение напряжения на светодиоде?».

Определение тока

Для осуществления этого есть несколько методов. Рассмотрим наиболее простой из них. Чтобы определить номинальный ток светодиода, потребуется наличие тестера, называемого мультиметром. Такой метод также применяется для обычных диодов.

Измерение силы тока светодиода

Тестирование проводится следующим образом:

• Щупы мультиметра подключаются плюсовым выводом к аноду, а минусовым к катоду.
• Анодный вывод у светодиода делается длиннее, чем катодный.
• Прозванивать можно светодиоды, у которых небольшое напряжение питания. Если у них большая мощность, применять такой метод нельзя.

Лучше воспользоваться проверенным способом измерения характеристик устройства. Для этого понадобятся:

• блок питания, рассчитанный на 12 В;
• мультиамперметр;
• постоянные резисторы – 2,2 и 1 кОм, а также 560 Ом;
• переменный резистор – 470–680 Ом;
• вольтметр, желательно цифровой;
• провода для коммутации схемы.

Как и в предыдущем случае, потребуется узнать полярность диода. Если по его выводам непонятно, где «+» и «-», тогда придется к одному из выводов подсоединить резистор 2,2 кОм. После этого нужно подключить светодиод к блоку питания. При его свечении нужно отключить питание и промаркировать нужный выход «+».

Теперь нужно заменить резистор 2,2 кОм на 560 Ом. В эту цепь последовательно подсоединяется переменный резистор, а также миллиамперметр для проведения замера. Вольтметр, у которого разрешение 0,1 В, подключается параллельно светодиоду. После этого необходимо установить максимальное сопротивление у переменного резистора.

Мультиметр для замера силы тока и напряжения светодиода

Можно подсоединить собранную схему к блоку питания, соблюдая полярность. После включения у светодиода будет блеклое свечение. Сопротивление постепенно снижают и следят за вольтметром. Определенное время напряжение будет расти до 0,5 В, расти будет и ток, что влияет на увеличение яркости светодиода. Необходимо фиксировать показания каждые 0,1 В. Оптимальный рабочий ток будет достигнут, когда величина напряжения станет расти медленнее силы тока, а яркость перестанет увеличиваться.

Как узнать падение напряжения?

Для того чтобы определить, на сколько вольт светодиод, можно воспользоваться теоретическим и практическим методами. Они оба хороши и применяются в зависимости от ситуации и сложности испытуемого прибора.

Теоретический метод

Для анализа характеристик светодиода таким способом большую подсказку дают габариты прибора, цвет и форма его корпуса. Примеси различных химических элементов вызывают свечение кристаллов от красного до желтого цвета. Конечно, если видна расцветка корпуса, тогда можно определить некоторые параметры светодиода по внешнему виду. Но при его прозрачности придется воспользоваться мультиметром. Выставляем тестер на «обрыв» и щупами прикасаемся к выводам светодиода. Ток, проходящий через светодиод, вызывает слабое свечение кристалла.

Типы и виды светодиодов

В состав этих изделий входят различные полупроводниковые металлы. Этот фактор и влияет на падение напряжения на p-n-переходе. Чтобы обозначить такие характеристики, независимо от марок и производителей светодиода, их окрашивают в различные цвета. Но стоит знать, что конкретно утверждать, на сколько вольт светодиод, опираясь только на его окраску, будет неверно. Цвета этих приборов дают приблизительные значения для проведения измерений. Примерные параметры по цветовому признаку приведены в таблице.

Цвет прибора	Напряжение, В
Красный	1,63–2,03
Желтый	2,1–2,18
Зеленый	1,9–4,0
Синий	2,48–3,7
Оранжевый	2,03–2,1
Инфракрасный	до 1,9
Фиолетовый	2,76–4
Белый	3,5
Ультрафиолетовый	3,1–4,4

Примерные характеристики светодиода можно определить по цвету его корпуса и размерам

На прямое напряжение светодиода не воздействуют габариты или вариации корпуса, однако может проглядываться количество кристаллов, которые излучают свет и соединяются последовательно. Бывают виды элементов SMD, где люминофор прячет цепочку кристаллов.

В корпусе SMD-светодиода последовательно соединяются три кристалла белого цвета. Наиболее часто они применяются в лампах на 220 В китайского производства. Из-за того, что такие светодиоды начинают реагировать только от 9,6 вольт, протестировать их мультиметром не удастся, так как его батарейка питания рассчитана на 9,5 В.

Теоретически можно воспользоваться интернетом, скачав специальную программу datasheet, в поисковике которой вписать известные параметры светодиода, его цвет. Это позволит найти приблизительные характеристики, где падение напряжения и значения тока могут быть неточными.

Практический метод

Проведение тестирования практическим способом позволяет получить наиболее точные значения силы тока и падения напряжения. Рассчитанная таким образом характеристика прибора позволяет безопасно и долговременно использовать его по назначению. Для получения неизвестных параметров потребуется вольтметр, мультиметр, блок питания, рассчитанный на 12 В, резистор от 510 Ом.

Принцип измерений аналогичен описанному выше для тестирования светодиода на номинальный ток. Необходимо собрать схему с резистором и вольтметром, после чего увеличивать постепенно напряжение до начала свечения кристалла. При достижении яркости высшей точки показания замедляют рост. Можно снимать с экрана номинальное напряжение светодиода.

При 1,9 вольт может отсутствовать свечение. В этом случае часто проверяется инфракрасный диод. Чтобы это уточнить, необходимо перевести излучатель в телефонную камеру. Если будет видно на экране белое пятно, то это и есть инфракрасный диод.

Схема проверки падения напряжения на светодиоде

Если нет возможности применить блок питания на постоянные 12 В, можно использовать батарейку «Крона», рассчитанную на 9 вольт. При отсутствии вышеперечисленных источников питания отлично подойдет стабилизатор сетевого напряжения, который может выдавать необходимое выпрямленное напряжение, только потребуется заново рассчитать номинал сопротивления резистора, задействованного в схеме. В этом случае также нужно повышать напряжение до засвечивания светодиода. Напряжение, при котором произойдет свечение, и будет номинальным, на которое он рассчитан.

При неизвестных характеристиках светодиода обязательно необходимо рассчитывать его значения номинального тока и падения напряжения, чтобы предотвратить быстрый выход из строя.

Питание светодиодов, простейшие драйверы

На эту тему:  Электронный балласт для светодиодной лампы. Схемотехника.
Стабилизатор тока светодиода. Схемотехника.
Драйверы светодиодов

Очень часто при покупке светодиода задаётся вопрос: «На сколько он вольт?» Разумеется, если речь идёт о LED-лампе, модуле, ленте, панели – законченном устройстве, уже содержащем схему управления или хотя бы просто резистор – то да, они выпускаются на стандартные напряжения. В подавляющем большинстве это 12В постоянного тока или 220 переменного. В промышленной аппаратуре встречаются и другие значения питающего напряжения, но в данной статье мы не будем касаться таких устройств, а рассмотрим, как правильно запитать дискретные светодиоды простейшими средствами – без готовых (и недешёвых) промышленных драйверов.

Прежде всего, следует помнить, что практически для всех электрических процессов в основном важно не напряжение, а ток. Физика описывает механическое действие тока, химическое действие тока, тепловое действие тока… Не напряжения, а именно тока. А какое напряжение необходимо приложить, зависит от требуемого тока и сопротивления нагрузки: U=IR (производное закона Ома).

И вот это самое R (сопротивление) зачастую непостоянно, и зависимость тока от напряжения нелинейная. Даже в обычной лампочке накаливания сопротивление нити возрастает (как и у всех металлов) с повышением температуры. Но такая нелинейность нам на руку: как бы сам собой стабилизируется ток – его увеличение ведёт к разогреву волоска, это повышает  сопротивление и, следовательно, противодействует дальнейшему увеличению тока. Именно поэтому лампы накаливания можно питать фиксированным напряжением: необходимый ток установится автоматически.

Со светодиодами – сложнее. Их вольтамперная характеристика (ВАХ), как и у всех полупроводниковых диодов, при достижении некоторого напряжения становится очень крутой, почти вертикальной, и малейшее его отклонение может вызвать значительное изменение тока. И даже при очень точном и стабильном напряжении к тем же результатам может привести тепловое смещение характеристики. Наконец, светодиоды имеют разброс параметров, и при одном и том же напряжении ток может сильно отличаться даже у приборов из одной партии.

Рабочий участок характеристики лежит в очень узком диапазоне напряжений и зависит от длины волны излучаемого света и материала светодиода: 1,5…2,1 В для арсенида галлия (красных, оранжевых, желтых), но более 2,4 В для красных же из AlInGaP… Таблица по всем цветам и материалам обширна, а для расчетов, в общем, не нужна. С достаточной точностью можно считать напряжение светодиодов

• красных – 2 В,
• желтых – 2,5 В,
• зелёных – 3 В,
• синих и белых – 3,5 В.

В принципе так можно было бы и отвечать на вопрос из первого предложения статьи, но с оговоркой, что любое отклонение напряжения приведет либо к перегоранию светодиода, либо к тому, что он будет излучать лишь несколько процентов своего номинального светового потока.

Таким образом, светодиоды следует питать только фиксированным током (не напряжением!), а уж просто его ограничить или стабилизировать с высокой точностью – зависит от того, какое качество освещения, эффективность и долговечность излучателя необходимы.

При использовании светодиодов для индикации или подсветки небольшой мощности, вполне допустимо погасить ток до уровня 60-70% максимально допустимого просто последовательно включенным резистором с сопротивлением:

R=(U-UVD)/I, где U – напряжение питания, UVD – рабочее напряжение светодиода (или суммарное нескольких, включенных последовательно), I – необходимый ток.

Мощность, выделяющаяся на резисторе P=I2R при питании маломощных светодиодов от низковольтных источников, обычно не превышает 100 мВт и позволяет использовать маленькие детали.

Максимально допустимый ток практически всех маломощных диодов (полностью пластиковых, не имеющих площадки для радиатора) составляет 20 мА, а мощность – не более 50 мВт. Исключение – квадратные «Пираньи», которые могут содержать несколько кристаллов, включенных параллельно, или кристаллы большой площади, и рассеивать, соответственно, до 200 мВт. Это немного, но в случае близкого расположения нескольких светодиодов может вызвать ощутимый нагрев, что необходимо учитывать в конструкции – обеспечивать конвекцию воздуха, не заливать теплоизолирующими полимерами и т.д.

Из формулы видно, что тот же самый ток можно получить при различном сопротивлении – в зависимости от напряжения и количества светодиодов. Например, около 14 мА будет протекать через диод с рабочим напряжением 3 В при его питании от 12-вольтового источника через резистор 643 Ом. И такой же ток, но через 3 аналогичных диода, обеспечит резистор в 214 Ом. В первом случае существенно меньше будет изменение тока при отклонениях напряжения питания и температурном дрейфе ВАХ, зато во втором – в 9 раз меньше потери энергии на резисторе (относительно потребляемой излучателями). Палка о двух концах: экономичность против стабильности и долговечности. Практически для нормальной работы светодиодов достаточно, чтобы на резисторе падала где-то треть-четверть напряжения питания.

Если количество светодиодов не укладывается в это условие (их суммарное напряжение превосходит или незначительно меньше напряжения источника), применяют групповое включение нескольких параллельно соединённых последовательных цепочек с резистором в каждой. Просто параллельное соединение светодиодов используется только в дешёвых китайских фонарях и не может гарантировать равномерного распределения тока между излучателями даже одной партии, не говоря уже о раздельно приобретенных компонентах.

Например, необходимо запитать 10 белых маломощных светодиодов от источника в 9 В (достаточно стабильного, не «гуляющего», как бортовая сеть автомобиля на 30-40%). В таком случае можно выбрать ток достаточно близкий к максимально допустимому. Скажем, 17 мА.

Последовательное соединение 3х3,5 В уже неприемлемо: недостаточно напряжения питания. Значит, останавливаемся на схеме из пяти цепочек по 2 диода – как раз треть питания на резисторах, сопротивлением R = (9 В-2*3,5 В)/17 мА=117 Ом. Конечно, не обязательно искать соответствующие прецизионные, вполне подойдёт ближайшее значение из стандартного ряда – 120 Ом.

Ток, потребляемый от источника, составит 5*17=85 мА, а мощность P=U*I=9 В*85 мА=765 мВт. То есть подойдёт блок питания мощностью всего 1 Вт (щелочная батарейка «Крона» прослужит около сотни часов).

Именно так (параллельные группы только не из двух, а из трёх последовательно соединённых диодов и резистора) устроены 12-вольтовые светодиодные ленты. Поэтому резать их можно только по специально отмеченным границам – на целое количество групп.

Стабилизировать ток в маломощной цепочке проще всего полевым транзистором VT с начальным током стока, слегка превышающим рабочий ток светодиодов (КП302, КП307 и т.п.), подобрав его точное значение изменением сопротивления R в пределах нескольких десятков Ом.

Более серьёзные схемы для стабилизации тока, а также для питания светодиодов от сети 220 В рассмотрены в статье про самодельные LED-лампы. В случае же еще больших мощностей или совсем низковольтного питания (менее 3В), или для максимальной эффективности использования самых дорогих излучателей рекомендуется уже применять промышленные драйверы: себестоимость самодельного устройства такой сложности будет выше, чем у серийно выпускаемого.

Назад к каталогу статей >>>

Напряжение питания светодиодов

Светоизлучающему диоду, как и человеку, необходимо питаться правильно. Только в этом случае он гарантирует многолетнюю и безотказную работу. Светодиоды имеют нелинейную вольтамперную характеристику, схожую с обычным диодом. Поэтому их питание должно осуществляться стабильным током – это один из ключевых принципов. Если его не соблюдать, последствия для светодиодов могут быть самые плачевные.

Чтобы определить, какая схема питания будет оптимальной в том или ином случае, необходимо для начала узнать исходные данные:

• параметры светодиода, нормируемые производителем;
• параметры питающей сети (сеть 220 В, аккумулятор, батарейки или что-то другое).

Содержание статьи

Параметры светодиода

Самые важные параметры –  это номинальный и максимальный ток. При номинальном обычно нормируются световые характеристики – сила света в канделах или световой поток в люменах. Максимальный ток – это предельное значение, при котором можно эксплуатировать данный прибор. Значения этих параметров в современных однокристальных приборах варьируются от нескольких мА до 3 А.

Прямое падение напряжения – напряжение питания светодиодов, которое падает на p-n-переходе при номинальном токе. Его значение пригодиться при расчете выходных параметров источника питания.

Максимальная температура корпуса и p-n-перехода, максимальное обратное напряжение  — параметры тоже важные, но в случаях, когда соблюдаются токовые режимы и схема не предусматривает обратного включения, на них можно не обращать внимания.

Параметры питающей сети

При изготовлении любого устройства своими руками, необходимо определить параметры источника, который будет осуществлять питание светодиодов. Сеть 220 В, автомобильный аккумулятор на напряжение 12 В или простые батарейки – в любом случае необходимо определить диапазон питающего напряжения, то есть минимальное и максимальное его значение. На сеть 220 В дается (но не всегда соблюдается) допуск ±10%. Для аккумулятора берется в расчет напряжение при полной зарядке и в разряженном состоянии. С батарейками и так всё понятно.

В случае с автономными источниками питания важно также узнать их емкость и максимальный выходной ток.

Простейшая схема

Пусть стоит задача сделать своими руками примитивный светодиодный фонарик, питающийся от одной батарейки. Возьмем, к примеру, светодиод C503C (CREE) с номинальным током I_LED=20 мА и падением напряжения U_LED =3,2 В.

В качестве источника питания используем литиевую батарейку на 3,7В (если использовать пальчиковые батарейки, то одной не обойдешься).

Если включать светодиод напрямую, то сила тока через светодиод будет ограничиваться только внутренним сопротивлением батарейки, что в лучшем случае будет приводить к очень быстрому ее разряду, а в худшем к выходу из строя светодиода. Простейшая схема включения показана на рисунке ниже.

Для ограничения тока используется резистор, сопротивление которого определяется по формуле R=(U_Б-U_LED)/ I_LED. В нашем случае сопротивление составит 25 Ом.

При увеличении мощности диода, схема будет усложняться, т.к. при больших токах применять резистор нецелесообразно – слишком большие потери мощности. Если напряжение питания имеет большой диапазон, эта схема тоже не годится, потому что не обеспечивает стабилизацию тока.

Развиваем тему

Питание мощных светодиодов осуществляется с применением стабилизаторов тока – драйверов. Они могут быть выполнены как на основе дискретных компонентов, так и с применением специализированных микросхем. Драйвер можно приобрести в готовом виде, а можно изготовить своими руками – это не сложно, учитывая, что схем и рекомендаций в интернете с избытком.

Еще один важный момент организации питания полупроводниковых источников света: при объединении светодиодов в группы, рекомендуется их последовательное соединение. Это обусловлено тем, что падение напряжения на p-n-переходе имеет определенный разброс от прибора к прибору, и при параллельном включении токи через них будут отличаться.

Питание светодиодов от 220 В сети , организуется с помощью так называемых сетевых драйверов. По сути, это импульсные источники питания для светодиодов, они преобразуют сетевое напряжение в стабильный постоянный ток. Изготавливать такой источник своими руками – довольно сложно, если вы не специалист в этой области, а учитывая широкую номенклатуру, представленную на современном рынке еще и нецелесообразно.

 

Напряжение светодиодных ламп | Te4h

Мы привыкли, что лампы накаливания работают от сети с переменным напряжением 220 вольт. Есть, конечно, и другие лампы накаливания, работающие от меньшего напряжения, но и свечение там тоже намного меньше. Здесь можно наблюдать зависимость — чем меньше напряжение светодиодного освещения, тем меньше света получаем от лампы. Но светодиодные лампы работают совсем по-другому. Для светодиода неважно напряжение, сила свечения зависит только от тока, проходящего через диод. В этой статье мы рассмотрим на каком напряжении могут работать светодиодные лампы, а также затронем ток светодиодных ламп.

Содержание статьи:

Напряжение светодиодных ламп

Я думаю что большинство людей давно закончивших школу и не имеющих дела с электричеством еще тогда забыли чем принципиально отличается ток от напряжения. А это желательно понимать.

Во многих книгах для пояснения разницы между током и напряжением проводится аналогия с водопроводной трубой. Но мне не очень нравится это сравнение. Любой предмет, брошенный из определенной высоты будет падать и в определенный момент достигнет поверхности земли. Его притягивает гравитация. Так вот напряжение — это сила, которая заставляет двигаться ток, как и гравитация притягивает предметы. А вот сила тока, если продолжить аналогию, это размер предмета, чем больше, тем сильнее ударит. Гравитация, как и напряжение не убьет если не будет предмета (тока).

А теперь вернемся к светодиодным лампам. Один светодиод или светодиодный чип, это вид полупроводника, который может пропускать ток только в одном направлении. Светодиоды могут работать от напряжения 4-12 Вольт. И даже больше, светодиодам нужно постоянное напряжение для нормальной работы. Но в стандартной электрической сети совсем другие условия.

В светодиодных лампах несколько светодиодов объединяются последовательно в один массив, и все они получают ток светодиодной лампы от общего блока питания. У многих светодиодных ламп, работающих от напряжения сети внутри есть специальное устройство, драйвер, который включает выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный, трансформатор, чтобы снизить очень высокое входящее напряжение, а также, возможно, стабилизационный компонент, чтобы уменьшить колебания тока.

Большинство современных светодиодных ламп, которые предназначены для домашнего использования и промышленности предназначены для напряжения питания 110-220 Вольт. Это достигается путем объединения нескольких чипов, как сказано выше. За остальное понижение напряжения и получение постоянного тока отвечает драйвер, встроенный в каждую лампу.

Но если у такой лампочки нет встроенного драйвера, а вы хотите запустить ее от обычной сети, вам потребуется внешнее устройство, которое будет выполнять те же функции, обеспечит нужное напряжение светодиодных ламп и выпрямит ток светодиодной лампы.

Стандартные настенные адаптеры, рассчитанные для другого оборудования, не подойдут, они не спалят светодиоды, но использовать их не рекомендуется. Они могут вызвать мерцание из-за неправильной светодиодной нагрузки, а также сокращают срок службы лампы. Поэтому нужно использовать драйверы, разработанные только для вашего вида ламп.

В последнее время появились светодиоды, работающие от переменного напряжения. Но так как светодиоды пропускают ток только в одну сторону, по своей природе они все равно остались устройствами, работающими на постоянном токе. В них одна честь диода светится при положительном токе, вторая при отрицательном цикле. Таким образом, мы получаем однородное свечение. Но для таких ламп тоже нужен драйвер, если они не приспособлены для работы от 220 вольт.

Ток светодиодных ламп

Яркость свечения светодиодных ламп зависит от тока, который будет проходить через сам диод. Это позволяет очень легко управлять яркостью таких ламп. Здесь подходит тот же принцип регулировки яркости что и для обычных ламп накаливания, изменяем силу тока — изменяется яркость. Но тут возникает одна проблема, в каждой лампе, которая будет работать от сети переменного напряжения встроен драйвер, который будет препятствовать изменению яркости. Поэтому если драйвер не поддерживает такую опцию регулировать яркость нельзя.

Потребление лампой электричества тоже зависит от тока и пропускаемого напряжения. Сила тока, с которой может работать лампа обычно указана на упаковке. Это может быть от 10-100 мА. Если же не указано и вам нужно знать этот параметр, его очень просто рассчитать по формуле:

I=(Р/U)*1000

Здесь I — это сила тока, P — потребляемая мощность и напряжение. Например, лампа на 220 вольт с потребляемой мощностью 12 Ватт будет иметь силу тока 54 мА. Рассчитанная сила тока может быть ниже, чем указанная на упаковке, потому что некоторые производители указывают на упаковке потребляемую мощность не самой лампы, а светодиода. Кроме светодиода, там есть еще резистор и другие компоненты, которым тоже нужно питание.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели что такое напряжение светодиодных ламп, а также как влияет сила тока на их работу.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оцените статью:

Загрузка…

Об авторе

Администратор te4h.ru, интересуюсь новыми технологиями, криптовалютой, искусственным интеллектом, свободным программным обеспечением и Linux.

Основы мощного светодиодного освещения

Светодиоды

подходят для многих систем освещения, они разработаны для получения большого количества света за счет малого форм-фактора при сохранении фантастической эффективности. Здесь, в LEDSupply, есть множество светодиодов для всевозможных осветительных приборов, главное — знать, как их использовать. Светодиодная технология немного отличается от другого освещения, с которым знакомо большинство людей. Этот пост здесь, чтобы объяснить все, что вам нужно знать о светодиодном освещении: как безопасно подключать светодиоды, чтобы получить как можно больше света и как можно более длительный срок службы.

Что такое светодиод?

Светодиод — это тип диода, преобразующего электрическую энергию в свет. Для тех, кто не знает, диод — это электрический компонент, который работает только в одном направлении. По сути, светодиод — это электрический компонент, который излучает свет, когда электричество проходит в одном направлении, от анода (положительная сторона) к катоду (отрицательная сторона). Светодиод — это аббревиатура, обозначающая ‘ L ight E mitting D iode ‘. По сути, светодиоды похожи на крошечные лампочки, им просто требуется намного меньше энергии для освещения и они гораздо более эффективны в производстве высокой светоотдачи.

Типы светодиодов

В целом мы предлагаем два разных типа светодиодов:

Сквозное отверстие 5 мм и поверхностное крепление.

5мм светодиоды

5-миллиметровые светодиоды — это диоды внутри линзы диаметром 5 мм с двумя тонкими металлическими ножками внизу. Они используются там, где требуется меньшее количество света. 5-миллиметровые светодиоды также работают с гораздо более низкими токами возбуждения, максимально около 30 мА, тогда как светодиоды для поверхностного монтажа требуют минимум 350 мА. Все наши 5-миллиметровые светодиоды от ведущих производителей доступны в различных цветах, интенсивности и схемах освещения.Светодиоды со сквозным отверстием отлично подходят для небольших фонарей, вывесок и всего, где вы используете макетную плату, поскольку их можно легко использовать с их проводами. Ознакомьтесь с нашим руководством по настройке 5-миллиметровых светодиодов, чтобы узнать больше об этих крошечных источниках света.

Светодиоды для поверхностного монтажа (SMD)

Рисунок 1 — Эмиттер без покрытия

Светодиоды для поверхностного монтажа — это диоды, которые можно разместить на подложке (печатной плате) с кремниевым куполом над диодом для его защиты (см. Рис. 1). Мы поставляем мощные светодиоды для поверхностного монтажа от лидеров отрасли Cree и Luxeon.Оба на наш взгляд отличные, поэтому мы их все-таки носим. Некоторые предпочитают одно другому, но это приходит с опытом и знанием того, что искать. Cree, как правило, имеет более высокие показатели мощности Lumen и является лидером на рынке светодиодов высокой мощности. Luxeon, с другой стороны, имеет отличные цвета и терморегулятор.

Светодиоды высокой мощности

поставляются в виде неизолированных эмиттеров (как показано на рис. 1) или устанавливаются на печатную плату с металлическим сердечником (MCPCB). Платы изолированы и содержат токопроводящие дорожки для упрощения подключения цепей.Наши 20-миллиметровые платы со звездообразным расположением 1 и 3 являются бестселлерами. Мы также предлагаем QuadPod, которые могут содержать 4 светодиода высокой мощности на плате, немного превышающей размеры 20-миллиметровых звезд (см. Рис. 2). Все наши варианты светодиодов высокой мощности также могут быть построены на линейной конструкции. LuxStrip вмещает 6 светодиодов на фут и легко подключается до 10 футов в длину.

Рисунок 2 — Опции MCPCB

Полярность имеет значение: светодиоды подключения

Электронная полярность указывает, является ли схема симметричной или нет.Светодиоды представляют собой диоды, поэтому ток может течь только в одном направлении. Когда нет тока, не будет света. К счастью, это означает, что если мы подключим светодиод в обратном направлении, он не сожжет всю систему, он просто не загорится.

Положительная сторона светодиода — это анод, а отрицательная сторона — катод. Ток течет от анода к катоду и никогда не течет в другом направлении, поэтому важно знать, как отличить анод от катода. Для светодиодов для поверхностного монтажа это просто, поскольку соединения промаркированы, но для 5-миллиметровых светодиодов подходит более длинный вывод, который является анодом (положительным), посмотрите на Рисунок 3 ниже.

Рисунок 3 — Поиск анода и катода светодиода

Варианты цвета

Одна из замечательных особенностей светодиодов — это различные варианты и виды света, которые вы можете получить от них.

Белые светодиоды

Коррелированная цветовая температура (CCT) — это процесс создания разного белого света при разных температурах. Цветовая температура указывается в градусах Кельвина (K), которые представляют собой шкалу температур, в которой ноль соответствует абсолютному нулю, а каждый градус равен одному Кельвину.При более низких температурах от 3000K до 4500K белый цвет становится более теплым или нейтральным. Более высокие температуры 5 000K + — это холодные белые цвета, также известные как «дневной белый».

Цветные светодиоды

Для цветов на самом деле важна длина волны в нанометрах (нм). Для некоторых применений цвета необходимы для визуального эффекта, но иногда для таких применений, как лечение, выращивание, освещение рифовых аквариумов и многое другое, необходимы определенные длины волн. См. Рис. 4, где показано, при каких длинах волн и при каких температурах получаются определенные цвета.

Рисунок 4 — Цвета светодиодов и цветовая температура

Мы стараемся обеспечить одинаковую цветовую температуру и длину волны для каждой марки и типа светодиодов. Вы всегда можете найти цвет или длину волны наших светодиодов в подразделе страницы продукта и даже можете выполнить поиск по цвету в раскрывающемся меню светодиодов на главной странице. В белом цвете мы несем 3000K, 4000K, 5000K и 6500K. Что касается цветов, мы работаем от 400 до 660 нм.

Яркость светодиода

Светодиоды

известны не только своими цветами, но и намного ярче, чем другие источники света.Иногда трудно сказать, насколько ярким будет светодиод, потому что он измеряется в люменах. Люмен — это научная единица измерения светового потока или общего количества видимого света от источника. Обратите внимание, что светодиоды диаметром 5 мм обычно указываются в милликанделах (мкд). Угол обзора 5-миллиметровых светодиодов также влияет на световой поток, который они излучают, подробнее об этом см. Здесь.

Почему водить машину так важно…

Количество света (люмен), излучаемого светодиодом, зависит от величины подаваемого тока.Ток измеряется в миллиамперах (мА) или амперах (А). Мощные светодиоды выдерживают ток от 350 мА до 3000 мА. Светодиоды различаются по своим текущим параметрам, поэтому обязательно следите за этим при выборе светодиода и драйвера.

Определение яркости

А теперь самое сложное — выбрать комбинацию светодиода и драйвера, которая будет выдавать необходимый свет. Мы проделали большую работу здесь, в посте, измеряющем яркость каждого светодиода высокой мощности при разных токах возбуждения.Обратите внимание, что это меры для звезд 1-Up, поэтому, если вы хотите больше света, светодиоды 3-Up — хороший вариант, поскольку они в три раза больше света в том же месте.

Указанный выше ресурс всегда можно использовать для определения светоотдачи светодиода, но найти его вручную не очень сложно.

Для этого необходима информация из технического паспорта светодиода. На всех наших светодиодных страницах мы ссылаемся на технические данные производителя в нижней части страницы.

Пример: определение яркости Cree XP-L при 2100 мА

В этом примере мы используем Cree XP-L.Сначала найдите таблицу характеристик потока (рисунок 5). Мы коснемся группировки позже, которая помечена в столбце «Группа», но предположим, что мы собираемся использовать холодный белый XP-L из самого верхнего контейнера (v5). Выделенное число — это типичный поток при 1050 мА, который является током, при котором измеряется XP-L. Справа от него указаны типичные значения люменов для управляющих токов 1500, 2000 и 3000 мА.

Рисунок 5 — Таблица светового потока светодиода

Для этого примера предположим, что мы хотим запустить этот светодиод с драйвером светодиода BuckBlock 2100 мА, и нам нужно определить, какой будет световой поток.При управлении промежуточным приводным током, которого нет в списке, найдите график относительного потока в зависимости от тока в таблице данных, который выглядит как график справа.

Стрелка — проверенный (базовый) выход (при относительном потоке 100%). Следуя кривой до 2100 мА (?), Мы видим, что это увеличение освещенности на 75%. Взяв 460 люмен сверху и умножив его на 1,75, мы увидим, что холодный белый XP-L при 2100 мА дает около 805 люмен.

При переходе на светодиоды может быть трудно найти светодиоды и световой поток, необходимый для этого.Это связано с тем, что свет всегда измерялся мощностью лампочки. Светодиоды имеют гораздо лучшую эффективность, что делает практически невозможным измерение таким образом, поскольку светодиод на 50 Вт будет значительно ярче, чем лампа накаливания на 50 Вт. На рисунке 7 показаны различные лампы накаливания и количество люменов, которые они дают. Это помогает лучше понять, какое количество света ожидать от светодиода и будет ли оно таким же ярким, как и старое освещение.

Рисунок 6 — Мощность лампы накаливания в люменах

Угол обзора и оптика

У наших 5-миллиметровых светодиодов указаны углы обзора для каждого, поэтому просто найдите тот, который вам подойдет.Что касается светодиодов для поверхностного монтажа, большинство из них излучают очень широкий угол в 125 градусов! К счастью, светодиодные звездообразные платы совместимы и просты в использовании со светодиодной оптикой. Эта вторичная оптика используется для фокусировки света, они могут отражать свет от светодиода в пятно, среднее пятно, широкое пятно или эллиптические и овальные узоры.

Как видно на Рисунке 8, оптика 1-Up имеет форму конуса и требует держателя оптики. В случае наших светодиодных панелей держатели оптики имеют четыре ножки, которые входят в пазы звезды.Тройные светодиодные звезды также совместимы с оптикой Carclo, в плате которой есть три отверстия для ножек оптики.

Рисунок 7 — Светодиодная оптика и держатели

Питание светодиодов

Светодиоды

известны своей лучшей эффективностью среди всех других источников света. Эффективность — это мера того, насколько хорошо источник света излучает видимый свет, также называемый люменами на ватт. Другими словами, сколько света мы получаем на наш ватт мощности. Чтобы найти это, сначала выясните мощность используемого светодиода.Чтобы найти ватты, вам нужно умножить прямое напряжение (напряжение, при котором ток начинает течь в нормальном направлении) на ток возбуждения в амперах (обратите внимание, что он ДОЛЖЕН быть в амперах, а не в миллиамперах). Давайте посмотрим на светодиод Cree XP-L 1-up в качестве примера.

Рисунок 8 — Прямое напряжение светодиода

Допустим, мы используем Cree XP-L при 2000 мА. Из рисунка 8 видно, что при таком токе возбуждения прямое напряжение составляет 3,15. Итак, чтобы найти ватт, мы умножаем 3,15 (прямое напряжение) на 2 А (2000 мА = 2 А), что дает 6.3 Вт.

Итак, теперь, чтобы определить эффективность, нам просто нужно разделить 742 люмен (проверенное количество люмен для этого светодиода при 2000 мА) на 6,3 Вт. Таким образом, эффективность (люмен / ватт) этого Cree XP-L составляет 117,8. Это большая эффективность, но также следует отметить, что Cree может похвастаться тем, что светодиод XLamp XP-L имеет прорывную эффективность 200 люмен / Вт при токе 350 мА. Приятно знать, что эффективность снижается по мере того, как вы пропускаете больший ток на светодиод, поскольку это увеличивает нагрев, что делает светодиод немного менее эффективным. Иногда вам придется смириться с этим, если вам нужно, чтобы светодиод был очень ярким, но если вы хотите получить максимальную эффективность, вам следует использовать светодиоды с более низким током.Все это помогает определить, сколько энергии потребуется вашим приложениям, а также сэкономить энергию в будущем.

Подробнее о драйверах светодиодов

Это означает, что вам нужно найти драйвер светодиода, который может управлять светодиодами с током, который вам нужен, чтобы получить желаемое количество люменов. Драйвер светодиодов — это электрическое устройство, которое регулирует мощность светодиода или цепочки светодиодов. Драйвер реагирует на меняющиеся потребности светодиода, подавая на светодиод постоянное количество энергии, поскольку его электрические свойства меняются с температурой.Хорошая аналогия для понимания этого — автомобиль с круиз-контролем. Когда автомобиль (светодиод) движется по холмам и долинам (изменения температуры), круиз-контроль (водитель) следит за тем, чтобы он оставался на постоянной скорости (свет), регулируя при этом газ (мощность). Драйвер так важен, потому что светодиоды требуют очень специфической электроэнергии для правильной работы. Если напряжение, подаваемое на светодиод, ниже требуемого, через переход проходит очень небольшой ток, что приводит к слабой освещенности и плохой работе.С другой стороны, если напряжение слишком велико, через светодиод течет слишком большой ток, и он может перегреться и серьезно повредиться или полностью выйти из строя (тепловой разгон). Всегда проверяйте техническое описание светодиодов, чтобы знать, какой ток рекомендуется использовать, чтобы избежать этих проблем.

Какое напряжение мне нужно, чтобы загорелся светодиод?

Это часто задаваемый вопрос, и на самом деле его довольно легко понять. Все, что вам нужно знать, это прямое напряжение ваших светодиодов. Если у вас есть несколько светодиодов, включенных последовательно, вам нужно учитывать все прямые напряжения вместе взятые, если у вас параллельная схема, вам нужно учитывать только прямое напряжение того количества светодиодов, которое у вас есть на цепочку.Подробнее о настройке проводки см. Здесь. Рекомендуется поддерживать как минимум 2-вольтовые накладные расходы, поскольку некоторые драйверы (например, драйверы LuxDrive) требуют этого для правильной работы драйвера. Так что, если ваше общее прямое напряжение для последовательной цепи составляет 9,55, вы должны быть в безопасности с источником питания 12 В. Для автономных драйверов (вход переменного тока) просто знайте выходное напряжение, на которое они рассчитаны, и убедитесь, что вы защищены, поэтому драйвер входа переменного тока с выходным диапазоном 3-12 В постоянного тока также подойдет для этого приложения.

Контроль нагрева

Определение мощности вашей системы также поможет вам узнать больше о необходимом вам регуляторе нагрева.Поскольку эти светодиоды обладают большой мощностью, они выделяют тепло, что может быть очень плохим, как вы можете узнать здесь. Слишком большое количество тепла приведет к тому, что светодиоды будут излучать меньше света, а также сократят срок службы. Мы всегда рекомендуем использовать радиатор и говорим, что на каждый ватт светодиодов приходится около 3 квадратных дюймов. Для большей мощности я бы порекомендовал поискать радиатор, который рекомендован для той мощности, которую вы используете.

Светодиодный биннинг и качество

В связи с тем, что индустрия светодиодов сейчас растет довольно быстрыми темпами, важно понимать разницу в светодиодах.Это частый вопрос, поскольку светодиоды могут варьироваться от очень дешевых до очень дорогих. Я был бы осторожен при покупке дешевых светодиодов, так как вы всегда получаете то, за что платите. Да, светодиоды могут работать отлично вначале, но обычно они не работают так долго или быстро перегорают из-за плохого тестирования.

Все светодиоды, представленные здесь, на LEDSupply, тщательно отобраны. У нас есть только лучшие марки и цветовые температуры. Наш обширный опыт в отрасли помог нам понять важность качественного производства и сборки светодиодов.При производстве светодиодов характеристики могут отличаться от средних значений, указанных в технических паспортах. По этой причине производители разделяют светодиоды по световому потоку, цвету и прямому напряжению. Мы выбираем бункеры с самым высоким световым потоком (видимый свет) и самым низким прямым напряжением, так как это гарантирует, что у нас есть светодиоды с максимальной эффективностью. Большое количество светодиодной продукции производится дешево и не документируется должным образом, что приводит ко многим неудачным проектам и заставляет людей думать, что светодиоды на самом деле не служат так долго, как говорят.Благодаря нашему опыту и покупательной способности мы можем предложить лучшие продукты по разумным ценам.

Это должно дать вам хорошее начало для понимания светодиодов и того, что искать, но если у вас есть дополнительные вопросы или вы хотите получить дополнительную информацию об определенном продукте и о том, подойдет ли он для вас, мы здесь, чтобы помочь. Просто напишите нам по адресу [email protected] или позвоните по телефону (802) 728-6031, чтобы поговорить с нашей очень хорошо осведомленной командой технической поддержки.

Как работает светодиод 5 мм?

Светоизлучающие диоды (светодиоды) повсюду вокруг нас.Они есть в наших домах, в наших машинах, даже в наших телефонах. Светодиоды бывают разных форм и размеров, что дает дизайнерам возможность адаптировать их к своему продукту. Каждый раз, когда загорается что-то электронное, есть большая вероятность, что за ним находится светодиод. Их низкое энергопотребление и небольшие размеры делают их отличным выбором для многих различных продуктов, поскольку их можно более плавно интегрировать в дизайн, чтобы сделать его в целом лучшим устройством.

Раньше мы обсуждали светодиоды высокой яркости, но в этом посте мы сосредоточим наше внимание на светодиодах диаметром 5 мм или светодиодах со сквозными отверстиями.Это типы светодиодов, которые, вероятно, будут использоваться в вашей небольшой электронике в качестве светового индикатора или чего-то в этом роде. 5-миллиметровые светодиоды потребляют гораздо меньше тока, чем светодиоды высокой яркости, 20 мА по сравнению с минимум 350 мА для мощных светодиодов. Если вы читали нашу оригинальную публикацию Mastering LEDs, вы должны знать: больше тока = больше света. Очевидно, что эти 5-миллиметровые светодиоды будут скорее акцентным светом для очень маленьких помещений. Именно для этого предназначены 5-миллиметровые светодиоды, их можно использовать вместе в большом массиве для создания знака или какой-то матрицы, или их можно использовать сами по себе, чтобы сделать небольшой индикатор или один из этих крошечных фонариков на цепочке для ключей. .

5-миллиметровые светодиоды

очень полезны, так как они легко питаются от небольшого источника питания и служат долгое время. Это позволяет легко встраивать их во многие электронные устройства или размещать фонари там, где они обычно не могут находиться. Название 5-миллиметрового светодиода связано с их размерами: эпоксидный корпус наверху имеет диаметр около 5 мм. Эти сверхмалые источники света просты в использовании, но мы не можем упускать из виду некоторые этапы настройки нашей светодиодной схемы.

Основные сведения о 5-миллиметровом светодиоде

Светодиод — это вариант основного диода.Диод — это электронный компонент, который проводит электричество только в одном направлении. Диоды имеют так называемое номинальное прямое напряжение, которое определяет минимальную разницу напряжений между анодом (+) и катодом (-), чтобы позволить электронам течь (аххх… сладкое электричество). Светодиод в основном такой же, как диод, с ключевым отличием, что он генерирует свет, когда течет электричество.

5-миллиметровые светодиоды

— это светодиоды, которые удерживают матрицу на опоре наковальни, которая для защиты заключена в эпоксидный купол.Затем соединения производятся через две ножки или штыри, выходящие из нижней части. Как мы уже упоминали, диод пропускает поток только в одном направлении. Это делает очень важным различать положительную сторону (анод) и отрицательную сторону (катод). Со светодиодами 5мм это просто, заметили, что ножки разной длины? Более длинная ветвь — это анод, а более короткая из двух — катод. Если ваши ноги подрезаны или у вас есть производитель, который делает их такого же размера, обычно есть плоское пятно вокруг обода 5-миллиметрового корпуса со стороны катода (см. Ниже).

Убедитесь, что вы всегда подключаете положительный полюс батареи / источника питания к аноду, а отрицательный или заземляющий — к катоду. Это обеспечит совпадение полярности и прохождение электричества, если у вас достаточно входного напряжения, и ваш 5-миллиметровый светодиод загорится. Если вы подключите его в обратном направлении, ничего не произойдет, и цепь останется замкнутой. Чтобы убедиться, что у вас достаточно мощности для светоизлучающего диода, есть два ключевых параметра, на которые следует обратить внимание при рассмотрении технических характеристик светодиодов: прямое напряжение и прямой ток.

Напряжение светодиода 5 мм

Для каждого светодиода должно быть указано «прямое напряжение», которое определяет величину напряжения, необходимого для проведения электричества и получения света. Если вы попытаетесь подать что-либо меньшее, чем это количество, светодиод останется открытым и непроводящим. Как только напряжение, падающее на светодиоде, достигнет прямого напряжения, ваш светодиод загорится. Если у вас несколько светодиодов последовательно, вы должны учитывать сумму их номинальных значений прямого напряжения.

Давайте взглянем на один из наших стандартных синих светодиодов 5 мм.Теперь мы можем легко увидеть в технических характеристиках на странице продукта, что светодиод имеет прямое напряжение около 3,4 В. Итак, мы берем этот светодиод и пытаемся подключить его к батарее АА, светодиод что-нибудь сделает? Батарейки AA имеют номинальное напряжение только 1,5 В, поэтому нет, у нас недостаточно напряжения для проведения электричества. Однако, если мы последовательно добавим еще одну батарею AA, наше напряжение будет 3 В, и мы сможем запустить 5-миллиметровый светодиод. «Но вы сказали, что для светодиода требуется 3,4 В!» Да, я знаю, но когда вы говорите с точностью до нескольких знаков после запятой, все будет в порядке.

5 мм светодиодный ток

Теперь некоторые люди думают, что им нужно позаботиться только о напряжении светодиода, и все будет в порядке. Это упускает из виду очень важную часть светодиодов — ток. Светодиоды будут потреблять столько тока, сколько они могут в цепи, в свою очередь, вызывая повышение температуры светодиода, пока он не перегорит. Поэтому, чтобы уменьшить количество выходящих из строя светодиодов, обратите внимание на номинальные значения тока светодиодов.

Приведенный выше пример, когда входное напряжение и прямое напряжение настолько близки, — это единственный пример, когда вам не нужно сильно беспокоиться о токе.Как показывает практика на нашем сайте, когда ваше входное напряжение составляет 3 В, вы можете включить любой из 5-миллиметровых светодиодов, кроме красного и желтого, не беспокоясь об отслеживании тока. Это связано с тем, что в источнике питания недостаточно тока для того, чтобы 5 мм потреблял и сгорал.

В любом другом случае вам нужно ограничить количество тока, протекающего через светодиод. В мощных светодиодах
это делается с помощью драйвера постоянного тока. Номинальный ток 5-миллиметровых светодиодов намного ниже, обычно около 15-30 мА, и мы можем контролировать ток, подключив резистор последовательно со светодиодом.Здесь вы часто будете слышать термин «резистор ограничения тока», поскольку резистор обеспечивает значительное ограничение тока, протекающего по цепи.

5-миллиметровые светодиоды обычно тестируются при 20 мА, они могут потреблять ток до 30 мА, но, на мой взгляд, я обычно стараюсь поддерживать 5-миллиметровые светодиоды на 20 мА, что рекомендуется во всех их спецификациях. Теперь нам нужно выяснить, как подобрать резистор подходящего размера для вашей схемы, чтобы ваши светодиоды были в безопасности!

Выбор резистора подходящего размера для светодиодов

Резисторы

бывают самых разных размеров, и чтобы найти правильный размер для вашей системы, требуется математика.Но не волнуйтесь, с этим калькулятором сопротивления, который рассчитывает размер резистора, который вам нужен, будет очень просто. Это отличный инструмент, но он всегда помогает узнать, как производятся расчеты, поэтому следите за ним. Чтобы найти токоограничивающий резистор правильного размера, мы должны знать два свойства светодиода: прямой ток и прямое напряжение.

Давайте использовать тот же синий светодиод, что и в примере выше. На странице продукта вы увидите таблицу, изображенную справа. В кружке показано прямое напряжение (Vf) при заданном испытательном токе.Таким образом, вы можете видеть, что для этого светодиода при постоянном токе 20 мА на светодиоде падает 3,2-3,6 В. Мы возьмем золотую середину и предположим, что этот светодиод упадет на 3,4 В.

В этом примере я буду использовать 3 последовательно соединенные батарейки AA в качестве источника питания. Каждая батарея AA имеет напряжение около 1,5 В, поэтому в общей сложности у нас есть 4,5 В питания для нашего светодиода. Мы должны использовать закон Ома, чтобы найти предел резистора, но сначала мы должны найти напряжение, проходящее через него. Резистор и светодиод будут размещены последовательно, что означает, что падение напряжения на них будет суммироваться, чтобы равняться входному напряжению.Это означает, что мы можем легко найти напряжение, которое будет падать на резисторе, поскольку мы уже знаем, что светодиоды составляют 3,4 В.

Входное напряжение = LED В _f + Напряжение резистора

Напряжение резистора = Входное напряжение — светодиод В _f

Напряжение на резисторе = 4,5–3,4 В

Таким образом, на резисторе будет падать около 1,1 В. Теперь, когда у нас есть это, мы можем использовать закон Ома для расчета необходимого сопротивления!

Сопротивление = напряжение / ток (в амперах)

Сопротивление = 1.1 / 0,02 (20 мА)

Сопротивление = 55 Ом

В зависимости от светодиода резистор будет меняться. В этом примере мы можем предположить, что требуется резистор на 55 Ом, ближайший размер, который у нас есть, — 60,4, поэтому мы бы выбрали его. Если вы сомневаетесь в значении или у вас есть одно среднее между предложенными значениями сопротивления, выберите размер немного большего размера.

Последнее, что нужно проверить с вашими светодиодами и резисторами, — это мощность резистора. Все наши резисторы — ¼ Вт. Требуемая мощность резистора — это разница между мощностью светодиода и общей мощностью схемы.Итак, в приведенном выше примере мы найдем требуемую мощность резистора.

Мощность светодиода = 3,4 В x 0,02A = 0,068 Вт

Общая мощность = 4,5 В x 0,02A = 0,09 Вт

Мощность, рассеиваемая на резисторе = .09 — .068 = .022 Вт

Резистор

¼ Вт (0,25) может легко выдержать 0,022 Вт, так что все готово! Установите резистор последовательно со светодиодом (на положительной стороне соединения), и ваш свет будет готов.

Не хотите ломать голову над поиском резистора и работать с несколькими резисторами в одной цепи? Оцените DynaOhm от LuxDrive. Это полностью залитый полупроводниковый переменный резистор, который оптимизирован для замены резисторов в 5-миллиметровых светодиодных устройствах. Этот блок будет включаться последовательно, как и резистор. Разница в том, что он уже рассчитан на определенный номинальный ток, поэтому все, о чем вам нужно беспокоиться, — это напряжение. DynaOhm может принимать от 2,6 В до 50 В постоянного тока, поэтому вводите все, что вам нужно для светодиодов.

Теперь, когда мы закончили все эти забавные разговоры о напряжении и токе, мы можем погрузиться в то, что действительно волнует людей, — на свет, который излучают эти крошечные лампочки. Цвет и яркость измеряются несколькими способами. На нашем сайте они всегда хорошо перечислены и систематизированы, но давайте узнаем, как эти диоды создают тот свет, который они создают.

Длина волны светодиода

Длина волны светодиода

— это, по сути, очень точный способ объяснить цвет света. Для светодиодов будет различаться цвет, так как производственный процесс интенсивен, а иногда и длины волн немного отличаются.На листе технических характеристик светодиода 5 мм вы фактически увидите минимальную и максимальную длину волны. Вариации всегда находятся в пределах одного и того же спектра, просто если вы покупаете светодиоды одного цвета в разных партиях, вероятно, будут небольшие отклонения (даже если наши глаза их не замечают).

Эта длина волны фактически определяется типом полупроводникового материала, из которого изготовлен диод внутри этого 5-миллиметрового корпуса. Структура энергетических зон полупроводников различается в зависимости от материала, поэтому фотоны излучаются с разными частотами, что влияет на видимый нами свет.Ниже представлена ​​полная таблица наших светодиодов и вариантов длины волны. Некоторые из наиболее популярных цветов, которые мы продаем, — это Deep Red 660 нм и Pink 440 нм.

Есть также 5-миллиметровые белые светодиоды теплого и холодного белого цвета.

Яркость светодиода

Таким образом, длина волны зависит от материала полупроводника, но интенсивность света зависит от тока, подаваемого на диод. Следовательно, чем выше ток возбуждения, тем ярче будет ваш светодиод. Яркость 5-миллиметровых светодиодов обычно измеряется в милликанделах (мкд), но это гораздо больше, чем просто установка определенного количества яркости на любой светодиод.

Самое интересное в этом измерении света, канделе, заключается в том, что это не мера количества световой энергии, как измеряется большинство других форм света, а скорее фактическая яркость. Это число определяется путем определения мощности, излучаемой в определенном направлении, и взвешивания этого числа с помощью функции яркости света. Это в основном означает, что угол луча, который мы обсудим ниже, может влиять на свет, но также влияет на длину волны. Человеческий глаз более чувствителен к некоторым длинам волн, чем к другим, и эта модель яркости учитывает это.Вот почему ИК-светодиоды 5 мм не будут иметь выхода, потому что мы не можем видеть эту длину волны. То же самое для УФ и даже синего и других распространенных цветов.

Эта сила света (яркость) варьируется от светодиода к светодиоду, как вы увидите. Цвета обычно ниже, от десятков до сотен, тогда как белые (и некоторые цвета, которые мы видим лучше, например, зеленый) могут достигать 20 000 мкд. Мы перечисляем световой поток всех 5-миллиметровых светодиодов при испытательном токе 20 мА.

Угол обзора 5 мм

5мм светодиода на нашем сайте будут маркированы по цвету и углу луча.5-миллиметровые светодиоды показывают график, подобный приведенному справа, который показывает угол, под которым будет идти луч, и интенсивность при определенных углах. Чтобы прочитать график, представьте, что светодиод вертикально стоит под ним. «Спицы» на графике — это углы, а линии, похожие на радугу, — это интенсивность в процентах от максимальной интенсивности. Ниже мы расскажем, как определить угол обзора и яркость любого 5-миллиметрового светодиода под этим углом.

5-миллиметровый рассеянный светодиод

Часто рекомендуется иметь какой-нибудь рассеиватель или матовое покрытие, если на светодиоды будут смотреть непосредственно человеческий глаз.Некоторые 5-миллиметровые светодиоды имеют эпоксидную отделку купола, которая делает световой поток более мягким. У нас есть один белый 5-миллиметровый светодиод, в котором используется эта отделка, поэтому она приятна для глаз. Это снизит яркость, но сделает свет лучше.

Go Explore со светодиодами 5 мм

Светодиоды

5 мм очень доступны по цене и просты в разработке. Посмотрите, что вы можете с ними сделать, варианты безграничны. Теперь вы знаете, как запитать 5-миллиметровые светодиоды, определить их цвет и яркость, а также убедиться, что свет распространяется туда, где он вам нужен.Удачи!

Учебное пособие по

LED — изучение основ

Практически каждое потребительское устройство использует светоизлучающий диод (LED). Это универсальное устройство предлагает простой способ добавить индикатор в любой проект, потребляя при этом относительно небольшой ток. Как только их принцип работы будет понят, добавить их в любой проект — простая задача. Это руководство представляет собой упрощенное объяснение того, как работает светодиод и как выбрать резистор, ограничивающий ток. Учебного пособия по светодиодам здесь достаточно для использования светодиодов в проекте, но оно не предназначено для исчерпывающего объяснения.

Диод — это электронный компонент, который проводит электричество только в одном направлении. Номинальное «прямое напряжение» диода определяет минимальную разницу напряжений между анодом и катодом, позволяющую току течь. Например, рассмотрим диод с прямым напряжением 0,7 В. Если вы подадите +1 вольт на анод и 0 вольт на катод, то ток будет течь. Однако реверсирование напряжений для подачи 0 В на анод и + 1 В на катод предотвращает протекание тока!

«Светоизлучающий диод» (LED) — это вариант стандартного диода с такими же характеристиками.Очевидная разница в том, что когда ток проходит через светодиод, он генерирует видимый (невидимый) свет.

При рассмотрении технических характеристик светодиода следует обратить внимание на два основных показателя: «прямое напряжение» и «прямой ток».

Прямое напряжение определяет величину напряжения, необходимого для протекания тока через диодный переход. Любое напряжение ниже этого уровня приводит к тому, что светодиод остается «разомкнутым» или непроводящим. Это открытое состояние также означает, что любые компоненты, включенные последовательно со светодиодом, также не будут иметь тока, протекающего через них!

Ток может проходить через светодиод, когда падение напряжения на нем достигает прямого напряжения.Более того, в любой момент времени на светодиодах падает только прямое напряжение. Это то, что отличает диод или светодиод от резистора.

Резистор называется линейным устройством, потому что ток, протекающий через него, напрямую зависит от приложенного напряжения и его сопротивления. (Возможно, вы знаете это как закон Ома.) Диод или светодиод — другое дело. Напряжение и ток имеют нелинейную зависимость.

А теперь рассмотрим практический пример. Рассмотрим светодиод с прямым напряжением, равным 3.0 вольт. Что произойдет, если вы присоедините анод к положительной (+) клемме батареи AA (LR-6), а катод — к отрицательной (-) клемме? Светодиод что-нибудь сделает? Нет! Батарея AA (LR-6) имеет номинальное напряжение 1,5 В. Пока вы не добавите вторую батарею, светодиод не загорится.

То есть, если вы последовательно подключите две батарейки типа AA (LR-6) и подключите их к этому диоду, он загорится, и все в порядке, не так ли? Ну, нет. Внутри светодиода переход диода превращается в (почти) короткое замыкание при приложении прямого напряжения.Такое поведение означает, что светодиод может потреблять ВЕСЬ ток, который он может от батареи. Это не очень хорошо, потому что вы замыкаете аккумулятор! Это не только повредит аккумулятор, но и приведет к перегреву или разрушению светодиода!

Как упоминалось ранее, подача прямого напряжения приводит к короткому замыканию светодиода. Короче говоря, светодиод будет потреблять весь ток, который позволяет источник питания, и повредит себя. Таким образом, вы должны ограничить количество прямого тока, который может проходить через светодиод. Отсюда и название «Токоограничивающий резистор ».Резистор, установленный последовательно со светодиодом, ограничивает ток, протекающий через него.

Диоды и светодиоды понижают постоянное напряжение независимо от протекающего через них тока. Таким образом, резистор и светодиод работают вместе. Резистор поддерживает постоянную величину тока, а светодиод удерживает падение напряжения на каждой константе. Следующий вопрос, который нужно решить, — какой резистор необходим?

Желтый светодиод Пример

Чтобы рассчитать требуемый токоограничивающий резистор , необходимо знать два свойства светодиода: его прямой ток (If) и прямое напряжение (Vf).В последнем разделе упоминается, что светодиод будет поддерживать постоянное падение напряжения на нем. Независимо от приложенного напряжения, он снизит только прямое напряжение (Vf) на себе. Используя таблицу для желтого светодиода (доступного на Sparkfun), мы видим эти два значения:

А также…

Цель состоит в том, чтобы установить ток в прямом направлении для светодиода на уровне 20 мА, что означает, что светодиод упадет на 1,8–2,2 В. В этом случае сделайте предположение, что на ЭТОМ светодиоде будет падать 2 В.

Распространенным недоразумением является определение прямого тока.В таблице данных светодиода указан максимальный прямой ток, который может выдержать светодиод. В большинстве случаев этот ток составляет 20 мА. Использование светодиода на этом максимуме сокращает срок службы. Кроме того, он обеспечивает максимальную яркость светодиода. Если вам просто нужен световой индикатор, подумайте о гораздо меньшем значении, например 5 мА или даже 1 мА.

Закон Ома определяет значение R_LIMIT. R_LIMIT и светодиод включены последовательно. Это соединение означает, что их напряжения складываются, и величина тока, проходящего через них, одинакова.Светодиод падает на 2 вольта, оставляя 3 вольта для падения на R_LIMIT. Поскольку эти два компонента подключены последовательно, через оба будет протекать ток 20 мА.

Закон

Ома гласит, что сопротивление = напряжение / ток. Это означает, что R_LIMIT = 3,0 В / 20 мА = 150 Ом.

Значение используемого резистора зависит от того, какой светодиод выбран. Обычно он находится в диапазоне 150–470 Ом. В случае сомнений выберите немного большее значение сопротивления.

Диоды — это простые, но универсальные компоненты.Светодиоды расширяют эти свойства, включая свет. У светодиодов есть множество интересных проектов на основе Матрицы, а также более практических применений, таких как индикаторы состояния. Информация, показанная здесь, показывает, как найти прямое напряжение и прямой ток светодиода из его таблицы данных. Затем показан закон Ома для расчета правильного ограничивающего резистора.

Это видео AddOhms о светодиодах и токоограничивающих резисторах может быть интересно. Вы можете увидеть, что произойдет, если не ограничить ток!

У вас есть вопрос, который здесь не был рассмотрен? Оставьте это ниже.

Правильный диапазон напряжения для светодиодных приложений

Новое в апреле 2019 года

Выбор драйвера светодиода с правильным рабочим диапазоном напряжения (область постоянного тока) может показаться довольно простым, но в этой статье объясняется, что это не так просто. Во-первых, нужно понимать, что прямые напряжения светодиодов не идентичны от кристалла к кристаллу. Во-вторых, напряжение светодиода меняется при повышении или понижении температуры перехода. Поскольку правильная работа драйвера имеет решающее значение для функциональности и надежности лампы, стоит подробнее изучить эти факторы, влияющие на напряжение светодиода.В этой статье объясняются типичные проблемы, связанные с прямым напряжением светодиодов, и как правильно определить необходимый запас для напряжения драйвера светодиода. Он также предлагает поискать новую функцию, которая есть в некоторых новых драйверах светодиодов, которые могут работать с временным повышенным выходным напряжением, чтобы обойти проблему высокого напряжения светодиодов при чрезвычайно низкой температуре.

Конструкция светодиодной лампы — это многомерная инженерная работа, которая включает оптические, тепловые и электрические аспекты проектирования. Для достижения оптических требований в первую очередь решаются тип и количество светодиода, а также ток его возбуждения.В зависимости от определенных соображений безопасности и / или модульного подхода к проектированию определенное количество светодиодов помещается в одну цепочку, а другие — параллельно. Когда эти коэффициенты определены, первая оценка рабочего напряжения светодиода может быть сделана путем умножения количества светодиодов в одной цепочке на типичное прямое напряжение (V _вперед ) этого светодиода.

V _{forward_total} = V _forward x Num / String

Приведенный выше расчет дает приблизительное представление о диапазоне рабочего напряжения, и вместе с определенным током возбуждения можно узнать потребляемую мощность.Однако это число не является абсолютным значением и не подходит для обеспечения правильной электрической конструкции. Чтобы конструктивно учитывать напряжение драйвера, напряжение светодиода следует учитывать с помощью 1) характеристики VI, 2) производственного изменения и 3) температурного коэффициента. В нижеследующем абзаце эти 3 аспекта объясняются отдельно, а в конце В статье приведен пример оценки напряжения и этапов выбора драйвера светодиода.

Вольт-амперные характеристики светодиода

Для идеального светодиода прямое напряжение не изменяется при увеличении тока (рис.). На самом деле прямое напряжение ДЕЙСТВИТЕЛЬНО изменяется с током, и важно проверять напряжение светодиода на основе фактического расчетного тока, а не ссылаться на стандартные условия тестирования, указанные в спецификации.
В приведенном ниже примере технические характеристики показывают, что типичное напряжение светодиода составляет 3,2 В. Если светодиод не используется при токе 350 мА, а 1 А, то вместо 3,2 В / светодиод фактическое типичное напряжение светодиода составляет 3,8 В / светодиод. Эта разница в 0,6 В может привести к совсем другому результату, когда большое количество светодиодов включены последовательно.Более того, ситуация может усугубиться, если драйвер светодиода имеет высокий пульсирующий ток, который приведет к пиковому току выше 1 А и, таким образом, пиковое напряжение превысит 3,8 В.

Характеристики	Агрегат	Минимум	Типичный	Максимальный
									3.2	3,48

Рис. 1.

Рис. 2.

Производственный допуск светодиода

Прямое напряжение светодиода на каждой матрице изменяется из-за дрейфа процесса. Зрелая продукция должна обеспечивать более жесткий допуск, приводящий к нормальному распределению (например, рис. 3). Типичное отклонение напряжения из-за производственного отклонения составляет менее 10%, что может быть косвенно получено из отношения максимального к типичному типичному прямому напряжению в таблице данных светодиодов (см. Столбцы 4 и 5 таблицы 1).С другой стороны, производственные данные, такие как фактическое распределение прямого напряжения, может потребоваться напрямую у производителя светодиодов.
Хотя абсолютный максимум / минимум составляет +/- 10%, по статистике, чем больше светодиодов подключено последовательно, тем более вероятно, что суммарное прямое напряжение установится около типичного значения напряжения. Рекомендуется создать некоторый запас по напряжению, запас в 10% от типичного напряжения считается безопасным. Также можно рассмотреть более высокий запас, который улучшит рабочее состояние драйвера и продлит срок его службы.Рис. 3 Прямое распределение напряжения на светодиодах производства

LED Vf. Против. Temp

Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент, это означает, что чем выше температура, тем ниже прямое напряжение. Поскольку светодиод представляет собой самонагревающийся элемент, при правильной тепловой конструкции лампы постоянная рабочая температура и рабочее напряжение светодиода обычно довольно стабильны. Худший случай наступает, когда лампа запускается при низкой температуре. Чтобы оценить дополнительное напряжение при низкой температуре, спецификация светодиода предоставляет типичную кривую V-T в соответствии со стандартными условиями испытаний (например,грамм. 350 мА). Многие производители также предоставляют программный инструмент для проверки напряжения в соответствии с переменными параметрами, такими как температура перехода (Tj), ток возбуждения и т. Д.

Может быть резкое различие в требованиях к напряжению из-за низкой температуры и в требованиях к напряжению в связи с производством. Допуск или текущая разница. В первом случае потребность в напряжении носит временный характер, и поэтому запас по напряжению не нужно резервировать постоянно. На рынке есть несколько продвинутых светодиодных драйверов, оснащенных функцией адаптации к напряжению, чтобы справиться с кратковременными требованиями к напряжению.

Mean Well HLG-480H-C, например, имеет функцию «адаптации к окружающей среде», которая может автоматически уменьшать выходной ток для замены на более высокое выходное напряжение, сохраняя при этом общую выходную мощность в пределах спецификации. Когда лампа включается и постепенно нагревается, напряжение возвращается к нормальному уровню, а затем ток также возвращается к исходному расчетному значению. Функция адаптации к окружающей среде обеспечивает на 20% больше запаса по напряжению, чем обычный драйвер светодиодов. HLG-480H-C1400, который работает при 171 ~ 343 В, может временно повышаться до 412 В, чтобы обеспечить успешный запуск ламп при чрезвычайно низкой температуре (например,грамм. -40 ° С).

Серия HVGC с постоянной мощностью, аналогично, допускает более высокое выходное напряжение при уменьшении тока. Есть также другие возможности для других моделей. Если есть какие-либо вопросы по поводу запуска светодиодов, свяжитесь с MEAN WELL, чтобы получить лучшие предложения.

Рис. 4 Зависимость температуры от прямого напряжения

Пример и сводка

В конструкции лампы используется 100 светодиодов, как на рис. 2, ток возбуждения составляет 1,05 А. Всего есть 2 струны, что означает, что каждая струна имеет 50 светодиодов. Самая низкая рабочая температура согласно спецификации лампы составляет 0 ° C.Для определения требований к напряжению:

Решение 1. Введите эти параметры в программное обеспечение ПК и получите рабочую точку светодиода с запасом. Подробности уточняйте у производителя.

Решение 2: Проверьте таблицу светодиодов и выполните следующие действия:

• Шаг 1: Проверьте кривую V-I светодиода, найдите напряжение на кривой в соответствии с заданным током.

  Согласно рис. 2 типичное прямое напряжение светодиода при 1,05 А составляет 3,8 В

• Шаг 2: Умножьте это напряжение на количество светодиодов в одной цепочке.

  3,8 (В) x 50 (шт.) = 190 В

• Шаг 3: Учет производственных допусков с использованием отношения максимального напряжения к типу.

  3,48 (В) / 3,2 (В) = 108,75%
  190 (В) x 108,75% = 206,6 (В)

  Краткое описание:
  Общее прямое напряжение светодиода типичное составляет 190 В
  Общее прямое напряжение светодиода в худшем случае составляет 207 В *
  (* пульсации тока от драйвера здесь не рассматриваются.)

• Шаг 4: Рассмотрение температурного коэффициента для оценки напряжения запуска наихудшего случая.

  Из рис. 4, тип. напряжение при 0 ° C составляет 3,6 В, при 85 ° C — 3,2 В.
  Предположим, светодиодная лампа обычно работает при Tj 85 ° C
  3,6 (В, Tj = 0) / 3,2 (В, Tj = 85) = 1,125 меньше 1,2
  При холодном запуске
  Общее прямое напряжение светодиода типичное составляет 190 В x 1,2 = 228 V
  В худшем случае общее прямое напряжение светодиода составляет 207 В x 1,2 = 248,4 В
  

Предлагаемая модель: HLG-480H-C2100, причина указана ниже

Светодиодной лампе требуется типичное напряжение 190 В и 2,1 А (399 Вт) в худшем случае 207 В (435 Вт). Это в пределах рейтинга HLG-480C.Кроме того, HLG-480H имеет очень низкую пульсацию тока, поэтому влияние пульсации на изменение напряжения светодиода можно игнорировать. При низкой температуре требование напряжения может временно превышать 249 В, что выходит за рамки нормального диапазона постоянного тока, однако такая ситуация будет происходить редко, и ее можно покрыть функцией адаптации к окружающей среде HLG-480H-C2100, которая максимально поддерживает 275 В с приведенный ток.

Эта статья написана компанией Mean Well с сайта www.meanwell.com

Светодиодная лента Внутренняя схема и информация о напряжении

В этой статье рассматривается внутренняя схема и принцип работы светодиодной ленты.Эта информация предназначена для обсуждения технических вопросов и не является необходимой для обычных пользователей, заинтересованных в регулярном использовании светодиодных лент.

Назад к основам — Напряжение светодиодного чипа

Указанное напряжение светодиодной ленты — например, 12В или 24В — в первую очередь определяется:

1) указанным напряжением используемых светодиодов и компонентов, а

2) конфигурацией светодиодов на светодиодной ленте.

Светодиоды обычно представляют собой устройства с напряжением 3 В. Это означает, что если между положительным и отрицательным концами светодиода будет приложена разница в 3 В, он загорится.

Что произойдет, если у вас будет несколько светодиодов в цепочке, один за другим (серией)? В этом случае напряжения отдельных светодиодов суммируются.

Следовательно, для 3 последовательно соединенных светодиодов потребуется прямое напряжение 9 В (3 В x 3 светодиода), а для 6 последовательно соединенных светодиодов потребуется прямое напряжение 18 В (3 В x 6 светодиодов).

Помимо светодиодов, также необходим один или несколько токоограничивающих резисторов, чтобы гарантировать, что светодиодная лента не перейдет в режим перегрузки по току.Резистор также включен последовательно со светодиодами, и его значение сопротивления рассчитывается таким образом, чтобы он также потреблял примерно 3 вольта.

Итак, 3 последовательно соединенных светодиода требуют 9 вольт для светодиодов и 3 вольт для резистора, что доводит нас до 12 вольт.

Для шести последовательно соединенных светодиодов требуется 18 вольт для светодиодов и 3 вольта на резистор (x2), что доводит нас до 24 вольт.

Это «строительные блоки» для каждой группы светодиодов на светодиодной ленте. То, как он размещен на светодиодной ленте, можно увидеть на нашем рисунке ниже:

Что происходит с параллельными светодиодами? Напряжение остается прежним, но ток распределяется поровну между каждой из параллельных цепей.Следовательно, если у вас есть 3 параллельные группы, каждая из которых потребляет 50 мА при 24 В, общая потребляемая мощность составит 150 мА, также при 24 В.

Эти два примера с 3 светодиодами и 6 светодиодами показывают, как сконфигурирована типичная светодиодная лента на 12 и 24 вольт. Поскольку в светодиодных лентах используются светодиодные устройства на 3 вольта, и они сконфигурированы так, чтобы иметь несколько параллельных цепочек из 3 или 6 светодиодов.

Вы должны подавать точно указанное напряжение?

Вам может быть интересно, означает ли 12 вольт ровно 12.0 вольт или если 11,9 вольт все равно будет работать? Хорошей новостью является то, что мощность, подаваемая на светодиодную ленту, оставляет желать лучшего.

Ниже приведена диаграмма из таблицы данных светодиодов, показывающая, сколько тока будет проходить через светодиод в зависимости от напряжения.

Вы увидите, что, например, при 3,0 В этот конкретный светодиод потребляет около 120 мА. Если мы уменьшим напряжение до 2,9 В, светодиод будет потреблять немного меньше, всего около 80 мА. Если мы увеличим напряжение до 3,1 В, светодиод будет потреблять больше, примерно 160 мА.

Поскольку в светодиодной полосе 12 В имеется 3 последовательно соединенных светодиода и резистор, подача 11 В вместо 12 В немного похожа на уменьшение напряжения для каждого светодиода на 0,25 В.

Будут ли светодиоды работать при 2,75 В? Если мы обратимся к таблице выше, окажется, что потребляемый ток упадет со 120 мА на светодиод до примерно 40 мА.

Хотя это довольно значительное падение, светодиоды будут работать нормально, хотя и с гораздо более низким уровнем яркости.

Что, если бы мы подавали только 10 В на светодиодную ленту на 12 В? В этом случае мы уменьшаем напряжение на светодиод на 0.5В каждый. Если обратиться к таблице, то при 2,5 В светодиоды почти не потребляют ток.

Скорее всего, на этом уровне напряжения вы увидите очень тусклую светодиодную ленту.

Все напряжения ниже номинального значения светодиодной ленты являются безопасными, так как вы всегда будете потреблять меньший ток и, следовательно, исключить любую возможность повреждения или перегрева. Но как насчет уровней напряжения более 12 В?

Давайте посмотрим на питание 12,8 В светодиодной ленты 12 В. Это увеличивает напряжение на светодиод на 0,20 В.

Наш светодиод теперь работает на 3.2 В, при котором диаграмма показывает потребляемый ток 200 мА.

Так уж получилось, что максимальный ток производителя составляет 200 мА. Если установить более высокое значение, вы рискуете повредить светодиод.

И имейте в виду, что каждый светодиод будет иметь разные характеристики, и присущие производственные различия могут повлиять на фактические диапазоны напряжения, которые допустимы для конкретной светодиодной ленты.

Мы показали, что для светодиодной ленты на 12 В она может переходить от темноты к перегрузке в узком диапазоне от 10 В до 12.8В.

Хотя можно подавать напряжение, немного отличающееся от номинального, вы должны быть осторожны и точны, чтобы не повредить светодиоды.

Как насчет уменьшения яркости светодиодной ленты?

Один из способов уменьшить яркость светодиодной ленты — установить входное напряжение ниже номинального уровня, как мы видели выше. В действительности, однако, силовая электроника не очень хороша в снижении выходного напряжения таким образом.

Предпочтительным методом является использование так называемой ШИМ (широтно-импульсной модуляции), когда светодиоды включаются и выключаются с большой скоростью.Регулируя соотношение времени включения и выключения (рабочий цикл), можно отрегулировать видимую яркость светового потока светодиодной ленты.

Для светодиодной ленты 12 В это означает, что она всегда получает либо полное напряжение 12 В, либо 0 В, в зависимости от того, в какой части цикла ШИМ мы находимся.

Аналогичным образом, мы также знаем, что светодиод потребляет одинаковое количество тока, когда он находится в состоянии «включено», независимо от его рабочего цикла. Это дополнительное преимущество для светодиодных лент, цветовая температура которых должна оставаться постоянной даже при изменении яркости.

Итог

Одно из значительных преимуществ светодиодных лент — это простота, но универсальность: они сочетаются с простыми устройствами питания постоянного напряжения.

Иногда может быть полезно понять внутреннюю работу таких устройств, поскольку это может помочь нам понять некоторые из более тонких аспектов их работы, такие как регулировка яркости и изменения входного напряжения.

Руководство по проектированию светодиодных схем, основам и эксплуатации светодиодов

Аннотация: В течение многих лет светоизлучающие диоды (LED) были популярным выбором для использования в дисплеях состояния и матричных панелях.Теперь вы можете выбирать между недавно разработанными синими и белыми типами (широко используемыми в портативных устройствах), а также широко распространенными зелеными, красными и желтыми типами. Например, белые светодиоды считаются идеальным фоновым освещением для цветных дисплеев. Но при проектировании источников питания для них следует учитывать особенности, присущие этим новым светодиодным устройствам. В этой статье описаны свойства старых и новых светодиодов, а также характеристики, необходимые для источников питания, которые их активируют.

Стандартные красный, зеленый и желтый светодиоды

Самый простой способ управлять светодиодом — это подать на него источник напряжения с последовательно включенным резистором.Светодиод излучает свет постоянной интенсивности, пока рабочее напряжение (V _B ) остается постоянным (хотя интенсивность уменьшается с увеличением температуры окружающей среды). Вы можете изменять интенсивность света по мере необходимости, изменяя номинал резистора.

Для стандартного светодиода диаметром 5 мм: Рисунок 1 показывает прямое напряжение (V _F ) в зависимости от прямого тока (I _F ). Обратите внимание, что падение напряжения на светодиоде увеличивается с увеличением прямого тока. Предполагая, что один зеленый светодиод с прямым током 10 мА должен иметь постоянное рабочее напряжение 5 В, последовательный резистор R _В равен (5 В-В _{F, 10 мА} ) / 10 мА = 300 Ом.Прямое напряжение составляет 2 В, как показано на графике типичных рабочих условий, приведенном в техническом паспорте (, рисунок 2, ).

Рис. 1. Стандартные красный, зеленый и желтый светодиоды имеют прямое напряжение в диапазоне от 1,4 В до 2,6 В, в зависимости от желаемой яркости и выбора прямого тока. Для прямого тока ниже 10 мА прямое напряжение изменяется всего на несколько сотен милливольт.

Рис. 2. Последовательный резистор и источник постоянного напряжения обеспечивают простой способ работы светодиода.

Товарные диоды, подобные этому, производятся на основе комбинации галлия, арсенида и фосфида. Простые в обращении и известные большинству инженеров-проектировщиков, они обладают рядом преимуществ:

• Излучаемый цвет (длина излучаемой волны) остается относительно постоянным при изменении прямого тока, рабочего напряжения и температуры окружающей среды. Стандартные зеленые светодиоды излучают длину волны около 565 нм с небольшим допуском всего 25 нм. Параллельная работа нескольких таких светодиодов не представляет проблемы (, рис. 3, ), поскольку цветовые различия очень малы.Нормальные колебания прямого напряжения вызывают небольшие различия в интенсивности света, но они также незначительны. Как правило, различиями между светодиодами одного производителя и одной партии можно пренебречь.
• Прямые напряжения мало изменяются при прямом токе примерно до 10 мА. Разница составляет около 200 мВ для красных светодиодов и около 400 мВ для других цветов (рисунок 1).
• Для прямых токов ниже 10 мА прямое напряжение намного меньше, чем для синих или белых светодиодов, что позволяет недорого работать непосредственно от элемента Li + или тройного элемента NiMH.

Рис. 3. Показанная конфигурация задействует несколько красных, желтых или зеленых светодиодов параллельно, с очень небольшой разницей в цвете или вариациями яркости.

Таким образом, стоимость электроэнергии для эксплуатации стандартных светодиодов довольно низкая. Повышающие преобразователи или сложные и дорогие источники тока не нужны, если рабочее напряжение светодиода выше, чем его максимальное прямое напряжение.

Эти светодиоды могут работать даже непосредственно с Li + или тройными NiMH элементами, если приложение допускает снижение интенсивности света по мере разряда аккумуляторных элементов.

Синие светодиоды

Светодиоды, излучающие синий свет, долгое время отсутствовали. Только инженеры-конструкторы могли прибегнуть к уже существующим цветам: красный, зеленый и желтый. Ранние «синие» устройства на самом деле были не синими светодиодами, а небольшими лампочками накаливания, окруженными диффузором синего цвета.

Первые «настоящие синие» светодиоды были разработаны несколько лет назад с использованием чистого кремний-углеродного материала (SiC), но их световая эффективность была низкой. В устройствах следующего поколения использовался базовый материал из нитрида галлия, который достиг световой эффективности в несколько раз по сравнению с первыми версиями.Сегодняшний материал для эпитаксии синих светодиодов называется нитрид индия-галлия (InGaN). Излучающие длины волн в диапазоне от 450 до 470 нм, светодиоды InGaN производят в пять раз большую интенсивность света, чем светодиоды из нитрида галлия.

Белые светодиоды

Настоящие светодиоды, излучающие белый свет, недоступны. Такое устройство сложно построить, потому что светодиоды обычно излучают одну длину волны. Белый не появляется в спектре цветов; вместо этого для восприятия белого требуется сочетание длин волн.

Уловка используется для изготовления белых светодиодов.Основной материал InGaN, излучающий синий цвет, покрыт материалом-преобразователем, который излучает желтый свет при воздействии синего света. В результате получается смесь синего и желтого света, которая воспринимается глазом как белый ( Рисунок 4 ).

Рис. 4. Длина волны излучения белого светодиода (сплошная кривая) включает пики в синей и желтой областях, но человеческий глаз интерпретирует их как белый свет. Относительная светочувствительность человеческого глаза (пунктирная кривая) показана для сравнения.

Цвет белого светодиода определяется цветовыми координатами. Значения для этих координат X и Y рассчитываются в соответствии с инструкциями, содержащимися в публикации 15.2 Международной комиссии по охране окружающей среды (CIE). В таблицах данных для белых светодиодов часто указывается изменение этих цветовых координат с увеличением прямого тока ( Рисунок 5 ).

Рис. 5. Изменение прямого тока приводит к сдвигу координат цветности белого светодиода (LE Q983 от OSRAM Opto Semiconductors) и, следовательно, качества его белого света.

К сожалению, светодиоды InGaN не так просты в обращении, как стандартные зеленые, красные и желтые светодиоды. Доминирующая длина волны (цвет) светодиода InGaN изменяется в зависимости от прямого тока (, рис. 6, ). Белые светодиоды, например, демонстрируют изменение цвета из-за различных концентраций материала преобразователя в дополнение к изменению длины волны с прямым напряжением для излучающего синий материал материала InGaN. Это изменение цвета можно увидеть на рисунке 5, где смещение координат X и Y означает изменение цвета.(Как упоминалось ранее, белые светодиоды не имеют определенной длины волны.)

Рис. 6. Увеличение прямого тока изменяет оттенок синего светодиода, изменяя его излучаемую длину волны.

Прямое напряжение сильно изменяется при прямом токе до 10 мА. Диапазон изменения составляет около 800 мВ (некоторые типы диодов меняются еще больше). Таким образом, изменение рабочего напряжения, вызванное разрядом батареи, меняет цвет, потому что изменение рабочего напряжения изменяет прямой ток.При прямом токе 10 мА прямое напряжение составляет около 3,4 В (это количество зависит от производителя и колеблется от 3,1 до 4,0 В). Вольт-амперная характеристика также сильно меняется от светодиода к светодиоду (см. Ниже). Управлять светодиодом напрямую от батареи сложно, потому что состояние разряда большинства аккумуляторов ниже минимально необходимого прямого напряжения светодиода.

Рабочие белые светодиоды параллельно

Многие портативные устройства и устройства с батарейным питанием используют белые светодиоды для фоновой подсветки.В частности, для цветных дисплеев КПК требуется белая подсветка для получения цветопередачи, близкой к исходной. Будущие мобильные телефоны 3G будут поддерживать данные изображения и видео, для которых требуется белая подсветка. Цифровые фотоаппараты, MP3-плееры и другое видео- и аудиооборудование также включают дисплеи, для которых требуется белая подсветка.

В большинстве случаев одного белого светодиода недостаточно, поэтому необходимо использовать несколько одновременно. Необходимо предпринять специальные меры, чтобы убедиться, что их интенсивность и цвет совпадают, даже если заряд аккумулятора и другие условия различаются.

На рисунке 7 показаны вольт-амперные кривые для группы случайно выбранных белых светодиодов. Подача напряжения 3,3 В на эти светодиоды (верхняя пунктирная линия) создает прямые токи в диапазоне от 2 мА до 5 мА, что, в свою очередь, дает различные оттенки белого цвета. В частности, координата Y сильно изменяется в этой области (рис. 5), что приводит к неверному воспроизведению цвета на освещенном дисплее. Светодиоды также имеют разную интенсивность света, что создает неоднородное освещение.Еще одна проблема — необходимое минимальное напряжение питания. Для работы светодиодов необходимо напряжение значительно выше 3 В. Ниже этого уровня некоторые светодиоды могут оставаться полностью темными.

Рис. 7. Эти кривые демонстрируют значительные различия вольт-амперных характеристик белых светодиодов, даже если они произвольно выбраны из одной и той же производственной партии. Таким образом, параллельная работа нескольких таких светодиодов при постоянном напряжении 3,3 В (верхняя пунктирная линия) дает разные оттенки белого и разную яркость.

Литий-ионный аккумулятор при полной зарядке обеспечивает выходное напряжение 4,2 В, которое падает до номинального 3,5 В после короткого периода работы. Это напряжение далее снижается до 3,0 В по мере разряда батареи. Если белые светодиоды работают непосредственно от аккумулятора, как показано на рисунке 3, возникают следующие проблемы:

Сначала, когда аккумулятор полностью заряжен, все светодиоды светятся, но с разными оттенками интенсивности и цвета света. Когда напряжение батареи падает до номинального уровня, яркость света уменьшается, а различия в белом цвете становятся сильнее.Поэтому разработчик должен учитывать значение напряжения батареи и прямого напряжения диода, на которое рассчитывается последовательный резистор. (При полностью разряженной батарее некоторые светодиоды будут полностью темными.)

Нагнетательный насос с регулятором тока

Целью источника питания светодиодов является обеспечение достаточно высокого выходного напряжения и протекание одного и того же тока через все светодиоды, подключенные параллельно. Обратите внимание (рисунок 5), что если все белые светодиоды параллельной конфигурации имеют одинаковые токи, все они будут иметь одинаковые координаты цветности.Для этой цели компания Maxim предлагает зарядный насос с регулировкой тока (MAX1912).

В параллельной конфигурации из трех светодиодов, показанной на Рис. 8 , накачка заряда представляет собой крупномасштабный тип, который увеличивает входное напряжение в 1,5 раза. Более ранние насосы заряда просто удваивали входное напряжение, но этот новый метод обеспечивает лучшую эффективность. Входное напряжение повышается до уровня, при котором светодиоды могут работать. Резисторные сети, подключенные к SET (вывод 10), обеспечивают одинаковые токи во всех светодиодах.Внутренняя схема поддерживает напряжение SET на уровне 200 мВ, поэтому ток через любой светодиод можно рассчитать как I _LED = 200 мВ / 10 Ом = 20 мА. Если для некоторых диодов требуются более низкие уровни тока, вы можете использовать более трех параллельно, потому что MAX1912 выдает до 60 мА. См. Технические данные MAX1912 для получения информации о других приложениях и схемах.

Рис. 8. Эта ИС сочетает в себе накачку заряда и управление током. Зарядный насос обеспечивает достаточное рабочее напряжение для белых светодиодов, а управление током обеспечивает однородный белый свет, пропуская одинаковые токи через каждый светодиод.

Простое управление током

Белыми светодиодами можно легко управлять, если система обеспечивает напряжение выше прямого напряжения диодов. Цифровые фотоаппараты, например, обычно включают источник питания +5 В. В этом случае вам не нужна функция повышения, потому что напряжение питания имеет запас, достаточный для работы светодиодов. Для схемы на Рисунке 8 следует выбрать согласованный источник тока. Например, MAX1916 может управлять до трех светодиодов параллельно (, рис. 9, ).

Рисунок 9. Один внешний резистор (R _SET ) программирует значение идентичных токов, подаваемых на каждый светодиод. Применение сигнала с широтно-импульсной модуляцией к разрешающему выводу (EN) этой ИС обеспечивает простую регулировку яркости (функция затемнения).

Операция проста: резистор R _SET программирует ток, который проходит через подключенные светодиоды. Такой подход занимает очень мало места на плате. Помимо микросхемы (небольшой 6-выводной корпус SOT23) и нескольких байпасных конденсаторов, требуется только один внешний резистор.Микросхема обеспечивает отличное согласование тока между светодиодами на 0,3%. Эта конфигурация обеспечивает идентичные местоположения цветности и, следовательно, идентичные типы белого света от каждого светодиода.

Регулировка яркости зависит от интенсивности света

Некоторые портативные устройства регулируют интенсивность своего светового потока в соответствии с условиями окружающего освещения, а другие снижают интенсивность света с помощью программного обеспечения после короткого интервала ожидания. Обе эти операции требуют, чтобы светодиоды были затемнены, и такая функция затемнения должна одинаково влиять на каждый прямой ток, чтобы избежать возможных сдвигов в координации цветности.Этого единообразия можно добиться с помощью небольшого цифро-аналогового преобразователя, который управляет током через резистор R _SET .

Конвертер с 6-битным разрешением, такой как MAX5362, с интерфейсом, совместимым с I ² C *, или MAX5365, с интерфейсом, совместимым с SPI ™, делает возможной функцию затемнения с 32 ступенями интенсивности света ( Рисунок 10 ). Тип белого света светодиодов меняется с изменением яркости, потому что прямой ток влияет на координаты цветности.Это не должно быть проблемой, потому что одинаковые прямые токи заставляют каждый диод в группе излучать идентичный свет.

Рис. 10. Этот цифро-аналоговый преобразователь управляет затемнением светодиодов, изменяя их прямые токи в унисон.

Функция затемнения, для которой координаты цветности не перемещаются, называется широтно-импульсной модуляцией. Это может быть реализовано с большинством устройств питания, которые обеспечивают функцию включения или выключения. MAX1916, например, ограничивает ток утечки через светодиоды до уровня всего 1 мкА, как только компонент отключается путем понижения уровня EN.Результат — нулевое излучение света. Повышение уровня EN направляет запрограммированный прямой ток через светодиоды. Если вы применяете сигнал с широтно-импульсной модуляцией к EN, яркость пропорциональна скважности этого сигнала.

Координаты цветности не меняются, потому что каждый светодиод продолжает видеть один и тот же прямой ток. Однако человеческий глаз воспринимает изменение рабочего цикла как изменение яркости. Частоты выше 25 Гц не распознаются человеческим глазом, поэтому частота переключения 200–300 Гц является хорошим выбором для ШИМ-диммирования.Более высокие частоты могут вызвать проблемы, потому что координаты цветности могут смещаться в течение короткого интервала, необходимого для включения и выключения светодиодов. Сигнал PWM может подаваться с вывода ввода / вывода микропроцессора или одного из его периферийных устройств. Количество доступных шагов яркости зависит от ширины регистра счетчика, используемого для этой цели.

Повышающий преобразователь

с переключаемым режимом имеет контроль тока

Помимо упомянутого выше зарядного насоса (MAX1912), вы также можете реализовать повышающий преобразователь с контролем тока.Импульсный преобразователь напряжения MAX1848, например, генерирует выходное напряжение до 13 В, что достаточно для последовательного включения до трех светодиодов (, рис. 11, ). Этот подход, вероятно, самый чистый, потому что все светодиоды, соединенные последовательно, имеют одинаковый ток. Ток светодиода определяется R _SENSE и напряжением, подаваемым на вход CTRL.

Рис. 11. Этот импульсный повышающий преобразователь обеспечивает последовательную работу нескольких светодиодов. Все имеют одинаковый прямой ток, который регулируется через вход CTRL (например) цифро-аналоговым преобразователем.

MAX1848 может реализовать функцию затемнения в соответствии с любым из методов, описанных выше. Прямой ток через светодиоды пропорционален напряжению, приложенному к выводу CTRL. Поскольку MAX1848 переходит в режим отключения, когда напряжение, подаваемое на CTRL, становится ниже 100 мВ, вы также можете реализовать функцию затемнения с ШИМ.

Сводка

Белые светодиоды могут работать параллельно, если вы позаботитесь об обеспечении однородного белого света, уравняв их прямые токи.Для работы светодиодов выберите либо управляемый источник тока, либо комбинацию повышающего преобразователя с контролем тока. Используя зарядовые насосы или импульсные повышающие преобразователи, вы можете реализовать такие комбинации с несколькими стандартными продуктами.

Литература

1. Лист данных «LR5360, LS5360, LY5360, LG5360», OSRAM Opto Semiconductors, Регенсбург, 2001 г.
2. «Управление светодиодами на основе InGaN в параллельных цепях», Герхард Шарф, OSRAM Opto Semiconductors, ноябрь 2001 г.
3. Колориметрия, 2 ^{-е издание} , публикация CIE 15.2-1986, ISBN 3 900 734 00 3.
4. Лист данных «Hyper ChipLED LW Q983», OSRAM Opto Semiconductors, Регенсбург, 2001 г.
5. Технические данные MAX1912, Maxim Integrated, 2002: http://www.maximintegrated.com/max1912.

Закон

Ом — Почему у светодиода максимальное напряжение?

Светодиод имеет «максимальное напряжение», потому что его сопротивление резко уменьшается — как и в любом другом диоде — по мере того, как его прямое напряжение превышает его изгиб, и это увеличение напряжения на светодиодах сочетается с увеличением тока через него (потому что из-за уменьшения его прямого сопротивления) увеличивает мощность, которую светодиод должен рассеивать, и, следовательно, его рабочую температуру.Затем, если ток через переход светодиода может превысить его абсолютный максимум, срок его службы сократится, и волшебный дым рано или поздно улетучится.

В случае CREE XP-G, о котором вы говорили, я взял график прямого напряжения и прямого тока из таблицы данных и наложил его на полученный график прямого напряжения и прямого сопротивления, как показано ниже. Довольно грубо, потому что я не подгонял кривую, но легко увидеть огромное изменение прямого сопротивления для небольшого изменения прямого напряжения на 250 милливольт с 2.От 5 до 2,75 вольт.

Из-за этой чрезвычайной чувствительности к напряжению и из-за того, что местоположение изгиба диода нельзя предсказать с большой уверенностью, светодиоды обычно управляются не источниками сырого напряжения, а источниками постоянного тока или ограниченного по току напряжения, разработанными так, чтобы никогда не допускать произведение тока, протекающего через светодиод, и напряжения, падающего на светодиод, чтобы превышать номинальную мощность светодиода.