Ele-prof.ru

Электро отопление
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Минимальный ток зажигания светодиода

Светодиод

Цель работы. 1.Познакомиться с устройством и физическими процессами, протекаю-щими при генерации света р-п –переходом. 2. Снять рабочий участок вольтамперной характеристики (ВАХ) светодиода и определить потребляемую электрическую мощность. 3. Познакомиться с расчетом электрической схемы питания светодиодов. 4. Установить зависимость силы света светодиода от величины протекающего через него тока и определить световую отдачу.

Оборудование. Источник постоянного тока, вольтметр, миллиамперметр, люксметр, набор светодиодов.

Краткая теория

Светодиоды или светоизлучающий диод (СИД, LED — англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый диод, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом, а первые работы по электролюминесценции в карбиде кремния выполнил в 1923 году советский физик Олег Лосев. Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал американский ученый Ник Холоньяк в 1962 году. Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода».

В светодиоде энергия электрического тока преобразуется в световую энергию. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода, то есть в контакте двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют раз­ными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорными. Но не всякий p-n-переход излучает свет. Ключевых причин две. Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной обла­сти светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излу­чения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кри­сталл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и прихо­дится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изуче­ние которых российский физик академик Жорес Алфе­ров получил Нобелевскую премию 2000 года.

За последние годы создано огромное множество различных светоизлучающих диодов. Конструкция светодиода определяет направление, пространственное распределе-ние, интенсивность излучения, электрические, тепловые, энергетические и другие характеристики излучения полупроводникового кристалла. По потребляемой электричес-кой мощности светодиоды условно делят на маломощные (до 1 Вт), мощные (свыше 1 Вт) и сверхмощные (более 10 Вт). На рисунках 1а и 1с показаны устройства маломощного и мощного светодиодов.

Основу светодиодов составляет полупроводниковый кристалл, расположенный на проводящей подложке, служащей отражателем (рефлектор), направляющим свет в одну сторону. К кристаллу и подложке подводится электрическое напряжение, через анод и катод. От внешних воздействий кристалл защищен корпусом из эпоксидной смолы или поликарбоната. Верхняя часть корпуса, как правило, делается в виде купола с определенной кривизной и исполняет роль линзы, формирующей световой пучок.

При разнообразии форм корпусов, в которых установлены излучающие кристаллы, существенным отличием является то, что в мощных светодиодах кристалл устанавливает-ся на теплоотводящей металлической подложке. На рисунке 1b показан внешний вид цилиндрического маломощного светодиода и обозначение светодиодов на электрических схемах. У светодиодов всех типов различают несколько основных параметров: 1) тип корпуса, под которым понимают форму, диаметр и цвет колбы (линзы); 2) электрические — типовые (рабочие) ток и падение напряжения; 3) световые — длина волны излучения, сила света и угол рассеяния, световая отдача.

Вольтамперная характеристика. Полную информацию об электрических свойствах светодиода дает его вольтамперная характе-ристика (рис.2). При прямом подключении к источнику постоянного тока светодиод будет излучать свет в интервале напряжений от Umin до Umax, то есть для светодиода рабочим является участок ab вольтамперной характе-ристики 1. В случае превышения предельного напряжения Umax наступает пробой p-n пере-хода и светодиод выйдет из строя. Пробой наступит также в случае обратного включения светодиода к напряжению, превышающему Umax,обр. При обратном включении светодиода через него протекает малый ток утечки ioбр, светодиод при этом не излучает света. Вид вольтамперной характеристики зависит от природы полупроводников, составляющих светодиод. На рисунке 2 пунктирной линией 2 показана вольтамперная характеристика светодиода, излучающего в более коротковолновом диапазоне, чем 1 (сплошная линия).

Электрический ток через p-n переход обусловлен упорядочным движением электронов и дырок, а его величина определяется уравнением: . , (1)

где U – внешнее напряжение, приложенное к p-n переходу с учетом знака, is— значение, к которому стремится обратный ток при увеличении обратного напряжения, е – заряд электрона, k –постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура.

Из уравнения (1) следует, что даже незначительное превыше-ние приложенного прямого напряжения к p-n переходу по отношению к Umax, приводит к значительному росту тока через него. Кроме того, при прохождении прямого тока выделяется энергия в виде теплоты, увеличивается концентрация электронов и дырок в полупроводнике, сопротивление p-n перехода уменьшается, а величина прямого тока бесконтрольно растет. Для стабилизации электрических параметров светодиода, его надо подключать к источнику постоянного тока через токоограничивающий резистор R (рис.3).

Зная критические параметры светодиода Umax и imax можно найти величину токоограничивающего резистора по формуле

где Е – ЭДС источника тока. (2)

Пример. Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 В и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с Е= 5 В. Сопротивление токоограничивающего резистора, вычисленное по формуле (2), равно R = 100 Ом. Так как резисторы имеют разброс параметров до ±20% от номинальной величины, то для безопасности светодиода разумно взять резистор величиной R ≈ 120 — 150 Ом.

Фотометрические характеристики светодиодов. Основной энергетической характери-стикой света считается световой поток Ф – это мощность светового излучения, измеряемая в люменах (лм). По международному соглашению люмен – это 1/683 ватта светового монохроматического света с длиной волны 555 нм, соответствующей максимуму кривой спектральной чувствительности глаза. Благодаря оптической системы светодиода, световое поле цилиндрического светодиода имеет примерно конусообразную форму, с небольшим углом рассеяния. Следовательно, если все излучение светодиода направить по нормали, т.е. α=0, на фотоприемную поверхность люксметра и измерить освещенность Е, то можно определить световой поток по формуле

(3)

где: S – освещенная площадь фотоприемной поверхности люксметра; Е – освещенность, выраженная в люксах (лк). Следует иметь ввиду, что незначительная часть излучения кристалла светодиода теряется на отражение и поглощение веществом колбы.

Вычислив потребляемую светодиодом электрическую мощность, как произведение силы тока на приложенное к светодиоду напряжение – P = i U, определим световую отдачу светодиода:

(4)

Если полный световой поток Ф разделить на телесный угол ω, в котором сосре-доточено излучение светодиода, то можно оценить осевую силу света I светодиода:

Читайте так же:
Автомобильный кабель провода проводка

(5)

Сила света в СИ измеряется в канделах (кд). Из (5) следует, что чем меньше телесный угол, в котором заключен один и тот же световой поток, тем больше осевая сила света. Для стандартных 5 миллиметровых сверхярких светодиодов величина осевой силы света колеблется в пределах 200-5000 мКд. Сила света мощных светодиодов составляет десятки канделл.

Телесный угол ω равен отношению площади S, вырезаемой этим углом на сфере произвольного радиуса R, к квадрату этого радиуса – ω = S/r 2 (рис.4). Площадь измеряют по среднему диаметру d светящегося пятна – S = πd 2 /4. В международной системе единиц СИ телесный угол измеряется в стерадианах (сокращенно ср).

Если источник света светит равномерно по всему пространству, то есть в телесном угле 4π (так как площадь сферы равна 4πr 2 ), то сила света такого источника равна I=Ф/4π. Одна кандела – это сила света источника, излучающего световой поток 1 лм в телесном угле 1ср. Примерно такую силу света имеет обычная стеариновая свеча (отсюда ясно, что световой поток такой свечи равен примерно 12,56 лм).

Описание измерительной установки

В состав измерительной установки входят (рис.5): источник стабилизированного постоянного напряжения ИП; вольтметр V; миллиамперметр mA; люксметр Л с фото-приемником ФП; светодиод СД.

Регулировку подаваемого на светодиод СД напряжения осуществляют потенциомет-ром R1, а величина этого напряжения равна UСД = U – i (R+RmA), где: U – показания вольтметра; i – показания миллиамперметра; R – сопротивление токоограничивающего резистора; RmA – сопротивление миллиамперметра. Фотоприемник ФП люксметра Л расположен на расстоянии, при котором весь световой поток светодиода приходится на его светоприемную поверхность.

Выполнение работы

Измерения. 1. Собрать схему (см.рис.5). К клеммам ab подсоединить красный светодиод. Вычислить цены делений стрелочных приборов.

2. По величине токоограничивающего резистора R и сопротивления миллиамперметра RmA записать их суммарное сопротивление (R+ RmA). Регулятор напряжения (потенцио-метр) установить в нулевое положение.

3. Включить источник питания в сеть 220В. Увеличивать с помощью потенциометра R1 выходное напряжение до зажигания светодиода. Записать минимальные значения тока imin и напряжения Umin (Umin = U – imin (R+RmA)).

4. Установить фотоприемник ФП люксметра на таком расстоянии от светодиода, чтобы основной световой поток светодиода приходился на приемную часть фотоприемника. Несколько раз измерить диаметр светового пятна и вычислить его среднее значение <d>. По среднему диаметру пятна вычислить его площадь (S = πd 2 /4).

5. Измерить расстояние r от излучающей поверхности светодиода до фотоприемника люксметра и оценить телесный угол ω = S/r 2 , в котором сосредоточено излучение. Включить люксметр.

6. Диапазон токов от imin до imax ≤ 20 mA разбить минимум на 10 частей. Для каждого значения тока измерить величины напряжения U и освещенности E. Данные эксперимента занести в таблицу 1. Таблица 1

Мигающие светодиоды (Blinking LEDs)

Мигающий светодиод (МСД) представляет собой светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 – 3 Гц. Многие, наверное, видели такие светодиоды на прилавках магазинов радиодеталей.

Есть мнение, что с практической точки зрения, мигающие светодиоды бесполезны и могут быть заменены более дешёвой альтернативой – обычными индикаторными светодиодами, которые стоят дешевле.

Возможно, такой взгляд на мигающие светодиоды имеет право на жизнь, но хотелось бы сказать несколько слов в защиту мигающего светодиода.

Мигающий светодиод, по сути, представляет завершенное функциональное устройство, которое выполняет функцию световой сигнализации (привлечения внимания). Отметим то, что мигающий светодиод по размерам не отличается от рядовых индикаторных светодиодов.

Несмотря на компактность в мигающий светодиод входит полупроводниковый чип-генератора и некоторые дополнительные элементы. Если выполнить генератор импульсов на стандартных элементах с использованием обычного индикаторного светодиода, то конструктивно такое устройство имело бы куда большие размеры. Также стоит отметить то, что мигающий светодиод довольно универсален – напряжение питания такого светодиода может лежать в пределах от 3 до 14 вольт – для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных экземпляров.

Перечислим отличительные качества мигающих светодиодов.

Компактное устройство световой сигнализации

Широкий диапазон питающего напряжения (вплоть до 14 вольт)

Различный цвет излучения. В некоторых вариантах мигающих светодиодов могут быть встроены несколько (обычно – 3) разноцветных светодиода с разной периодичностью вспышек.

Применение мигающих светодиодов оправдано в компактных устройствах, где предъявляются высокие требования к габаритам радиоэлементов и электропитанию – мигающие светодиоды очень экономичны, т.к электронная схема МСД выполнена на МОП структурах.
Мигающий светодиод может с лёгкостью заменить целый функциональный узел.

Условное графическое обозначение мигающего светодиода на принципиальных схемах ничем не отличается от обозначения обычного светодиода за исключением того, что линии стрелок – пунктирные и символизируют мигающие свойства светодиода.

Условное графическое обозначение МСД

Разберёмся подробнее в конструкции мигающего светодиода.

Если взглянуть сквозь прозрачный корпус мигающего светодиода, то можно заметить, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании катодного (отрицательного вывода) размещён кристалл светоизлучающего диода.

Чип генератора размещён на основании анодного вывода.

Посредством трёх золотых проволочных перемычек соединяются все части данного комбинированного устройства.

Конструкция мигающего светодиода

Чип генератора состоит из высокочастотного задающего генератора – он работает постоянно — частота его по разным оценкам колеблется около 100 кГц. Совместно с ВЧ-генератором работает делитель на логических элементах, который делит высокую частоту до значения 1,53 Гц.
Применение высокочастотного генератора совместно с делителем частоты связано с тем, что для реализации низкочастотного генератора требуется использование конденсатора с большой ёмкостью для времязадающей цепи.

В микроэлектронике для создания конденсатора ёмкостью несколько микрофарад потребовалось бы использование большей площади полупроводника для создания обкладок конденсатора, что с экономической стороны нецелесообразно.

Чтобы не расходовать площадь подложки полупроводника на создание конденсатора большой ёмкости инженеры пошли на хитрость. Высокочастотный генератор требует небольшой ёмкости конденсатора во времязадающей цепи, поэтому и площадь обкладок минимальна.

Для приведения высокой частоты до значения 1-3 Гц используются делители на логических элементах, которые легко разместить на небольшой площади полупроводникового кристалла.

Кроме задающего ВЧ-генератора и делителя на полупроводниковой подложке выполнен электронный ключ и защитный диод. У мигающих светодиодов, рассчитанных на напряжение питания 3-12 вольт, также встраивается ограничительный резистор. У низковольтных МСД ограничительный резистор отсутствует. Защитный диод необходим для предотвращения выхода из строя микросхемы при переполюсовке питания.

Для надёжной и долговременной работы высоковольтных МСД, напряжение питания желательно ограничить на уровне 9 вольт. При увеличении напряжения возрастает рассеиваемая мощность МСД, а, следовательно, и нагрев полупроводникового кристалла. Со временем чрезмерный нагрев может привести к быстрой деградации мигающего светодиода.

Читайте так же:
Выключатель реостат освещения приборов ваз 2107

На примере мигающего светодиода L-816BID фирмы Kingbright рассмотрим основные параметры мигающих светодиодов.

Частота вспышек светодиода L-816BID непостоянна и изменяется в зависимости от напряжения питания.

Как видно из графика с увеличением питающего напряжения (forward voltage) частота вспышек светодиода L-816BID уменьшается c 3 Гц (Hz) при напряжении питания 3,5 вольт, до 1,5 Гц при 14.

График зависимости частоты вспышек от напряжения

Зависимость прямого тока (forward current), протекающего через светодиод L-816BID, от приложенного постоянного прямого напряжения (forward voltage) показана на графике. Из графика видно, что максимальный потребляемый ток – 44 mA (0,044 A). Минимальный потребляемый ток составляет 8 mA.

График зависимости тока от напряжения на светодиоде

Безопасно проверить исправность мигающего светодиода, например, при покупке, можно с помощью батарейки на 4,5 вольта и последовательно включенного совместно со светодиодом резистора сопротивлением 51 Ом, мощностью не менее 0,25 Вт.

Цоколёвка светодиода

Цоколёвка выводов мигающих светодиодов аналогична цоколёвке обычных светодиодов. Длинный вывод – анод (+), более короткий – катод (-).

Как правильно устанавливать светодиоды на машину

Установка светодиодов на машину вместо традиционных лампочек накаливания имеет массу преимуществ. Проблема состоит в том, что получить их возможно только лишь при условии правильного подключения. Как правило, подключенные абы как светодиоды быстро перегорают, что с учетом их стоимости по сравнению с теми же лампочками накаливания – не очень приятно. В статье детально рассмотрена данная проблема, а также простыми словами рассказано, как ее обойти.

Преимущества светодиодных источников света

Сегодня еще не все автолюбители по достоинству смогли оценить преимущества светодиодных источников света. А заключаются они в следующем:

  1. Лучшая автономность. Если сравнить лампочку накаливания и светодиодную сборку с одинаковой силой свечения, то первая потребляет из бортовой сети в 5-10 раз больше энергии, чем вторая. Это означает, что при заглушенном двигателе (когда не работает генератор) оставленная включенной LED подсветка проработает от АКБ в 5-10 раз дольше.
  2. Меньший нагрев. Светодиоды тоже способны греться, но в целом, если они подключены не по китайской схеме (на износ), то тепла они излучают гораздо меньше, чем лампы накаливания. А это положительно влияет на безопасность, а также сохраняет светорассеивающие элементы от пожелтения и помутнения.
  3. Снижение нагрузки. Если заменить на светодиодные все лампочки накаливания в автомобиле, то за счет снижения нагрузки на генератор можно даже немного топлива сэкономить. Если кто не знал, то при включенном ближнем свете с традиционными лампочками, топлива уходит на 5% больше, чем при выключенном.
  4. Компактность. За счет этого преимущества светодиоды можно аккуратно спрятать в машине практически везде (в нижней части дверей, в бардачке и так далее), обеспечив, при этом, яркую подсветку какого-либо пространства.
  5. Разнообразие цветов. Если лампочки накаливания способны светить только желтоватым светом, то светодиоды могут быть и белыми, и желтыми, и синими, и красными. Дополнительных светофильтров применять для этого уже нет надобности.
  6. Нечувствительность к вибрациям. Одно из самых актуальных для автомобиля преимуществ, так как от вибрации у ламп накаливания просто-напросто отваливается нить. У светодиодов ничего такого нет – их можно трясти сколь угодно сильно, и им ничего не будет.
  7. Долговечность. Если лампочки накаливания, в среднем, рассчитаны на работу в течение 1000 часов, то LED продукция способна безотказно прослужить около 10 000 часов, что, на минуточку, аж в 10 раз больше.

Опять же, подчеркнем, что все вышеописанные преимущества доступны только тогда, когда светодиоды в авто своими руками подключены правильно. Но к этому мы еще вернемся.

Недостатки LED

А перед этим пройдемся вкратце по недостаткам светодиодов в случае использования их в автомобиле вместо традиционных лампочек накаливания:

  1. Высокая цена. Любые «новые» технологии стоят дороже устаревших по умолчанию. Несмотря на то, что первые светодиоды появились намного раньше, чем многие из нас, они до сих пор гораздо дороже, чем традиционные лампочки накаливания. При этом, в технологии их изготовления нет ничего такого, что заставляло бы производителей так задирать ценник. Повышенная цена в данном случае – это плата за преимущества, которые рассмотрены выше.
  2. Сложности с подключением. Если обычную лампочку накаливания достаточно просто вставить в цоколь, то с подключением светодиодов придется повозиться. Они не «переваривают» отклонений по току и напряжению, что в автомобильной бортовой сети – явление вполне естественное.
  3. Направленное свечение. В силу своего устройства любой светодиод большую часть света отдает в том направлении, в котором направлен его кристалл. Исправить этот недостаток можно только за счет применения рассеивающих линз или путем установки нескольких разнонаправленных светодиодов.
  4. Не всегда качественное исполнение. Это один из самых больших недостатков современной LED продукции. Найти сегодня действительно качественные светодиоды практически невозможно. В большинстве случаев, даже при правильном подключении, светят они далеко не 10 000 часов. По этой причине покупать откровенно дешевые светодиоды – бессмысленно. Никакой экономии от такой покупки вы не получите.
  5. Перегрев. То, что выше позиционировалось, как преимущество, в случае с так называемыми светодиодами для поверхностного монтажа – не работает. Такие элементы греются, и требуют эффективного охлаждения. А все потому, что производитель пытается выжать как можно больше света из светодиодов все меньших и меньших размеров.

В итоге получается, что для того, чтобы избежать недостатков, и получить все преимущества светодиодной продукции, необходимо, во-первых, покупать качественные дорогие светодиоды, а во-вторых – правильно их подключать.

Особенности подключения светодиодов в авто своими руками

В первую очередь, разберемся, почему перегорают светодиоды на автомобиле. Этому есть несколько причин:

  • дешевая подделка;
  • неправильное подключение;
  • перегрев.

И если решение первой и последней причин вполне очевидное, то правильное подключение нуждается в более детальном рассмотрении.

Характеристики светодиодов

При подключении светодиодов в машине всегда нужно начинать с их характеристик. Их можно узнать несколькими способами – по описанию там, где покупаем, либо путем самостоятельных измерений. Последний вариант рассмотрен ниже.

В плане правильного подключения нас интересуют всего две характеристики:

  1. Номинальный ток.
  2. Падение напряжения.

Рассмотрим для начала один простой светодиод, допустим, белого цвета. Как правило, ток, при котором такие светодиоды светят ярко и долго, составляет порядка 20 мА или 0,02 А. Если на такой светодиод подать ток выше указанного, то он быстро деградирует и перестанет светить. Если же меньший – то он будет либо тусклее светить, либо вовсе не подаст признаков жизни.

Читайте так же:
Расчет сечения алюминиевого кабеля по току

Падение напряжения указывает на то, на сколько вольт понизится напряжение после прохождения тока через светодиод. В случае с нашим белым светодиодом это падение напряжения составит около 3 В.

Подключение обычных светодиодов

Теперь посмотрим, что будет, если подключить наш светодиод к бортовой сети, в которой при работающем двигателе поддерживается напряжение 14,5 В, а ток ограничен только пусковыми возможностями АКБ (700 А примерно). При таком подключении на светодиоде упадет законных 3 В, а оставшийся потенциал 14,5 – 3 = 11,5 В останется без какой-либо нагрузки. В результате произойдет то же самое, что и в случае, если мы соединим между собой два провода, на концах которых есть 11,5 В. Запомните: светодиод ток в цепи никак не ограничивает!

В цепи потечет ток, который в соответствии с законом Ома будет равен напряжению, разделенному на сопротивление. Светодиод в расчет не берем, так как его сопротивление сравнительно маленькое. Допустим, сопротивление проводов, которыми светодиод подключен к батарее, составляет 1 Ом (на самом деле меньше). При напряжении 11,5 В по цепи, включая и наш светодиод (ток в любой точке цепи всегда одинаковый), потечет ток, равный 11,5 В / 1 Ом = 11,5 А. Как видим, это в 575 раз превышает номинальный ток, при котором светодиод может нормально светиться. При таком подключении он сгорает моментально.

Как мы можем уменьшить ток в этой цепи? Один из самых простых способов – увеличить сопротивление ее сопротивление этому току. К примеру, если вместо рассмотренного выше 1 Ома оно будет 100 Ом, то ток в цепи потечет уже 11,5 В / 100 Ом = 0,115 А или 115 мА. А это уже намного ближе к номинальному току нашего светодиода, чем 11,5 А.

Таким образом, подобрав сопротивление и добавив его в цепь, мы обеспечим для нашего светодиода оптимальный для его работоспособности ток. С вопросом, как рассчитать сопротивление (резистор) для светодиода – проблем нет. Авторы предлагают поделить 11,5 В на 0,02 А и дело в шляпе – вам нужен резистор сопротивлением 575 Ом.

Проблема в том, что большинство источников в Интернете начинаются именно с этого. И незнакомый с электроникой пользователь путается на первом же шаге, не понимая, почему надо рассчитывать сопротивление не для 3 В, которые падают на светодиоде, а именно для оставшихся (не упавших) 11,5 В.

Но теперь в свете представленных объяснений это должно быть понятно. Потому переходим к более сложным ситуациям. Это необходимо, поскольку один единственный светодиод в машине мало кто подключает, так как светит он откровенно слабо, и его даже для нормальной подсветки бардачка не хватит.

Подключим теперь два светодиода последовательно, учитывая, что на каждом из них упадет по 3 В, а ток в любой точке цепи – одинаковый. В итоге двух светодиодах будет падать напряжение 6 В, а для оставшихся 14,5 В – 6 В = 8,5 В рассчитываем сопротивление. Делим это напряжение на нужный нам ток и получаем 8,5 В / 0,02 А = 425 Ом.

Теперь три. На них в сумме упадет уже 9 В. А значит остаток 14,5 В – 9 В = 5,5 В делим на ток 0,02 А и получаем сопротивление 275 Ом.

Четыре. Общее падение напряжения составит 12 В. На остаток 2,5 В берем резистор 2,5 В / 0,02 А = 125 Ом.

Что делать, если нам надо больше светодиодов? Все просто. Нужно использовать любую цепочку из вышеописанных, и подключать их параллельно. Но обязательно для каждой такой цепочки должен быть свой резистор. Именно по этой причине в популярных сегодня светодиодных лентах светодиоды собраны в небольшие сегменты из 3-4 светодиодов со своим резистором.

Подключение светодиодных лент

Кстати, о птичках, то есть, о светодиодных лентах. Несмотря на то, что у них уже есть свои сопротивления, ограничивающие ток, подключать их напрямую к бортовой сети автомобиля все равно нежелательно. Дело в том, что рассчитано все это на напряжение 12 В, а в машине, как мы знаем – 14,5 В. И тут начинаются пляски с бубном.

Проблема заключается в том, что обычным маленьким резистором погасить эти оставшиеся 14,5 В – 12 В = 2,5 В уже не получится. И вот почему. Допустим, вы хотите организовать подсветку в багажном отделении, установив в нем метр светодиодной ленты, на которой имеется 60 светодиодов. Мощность такого отрезка может составлять около 14 Вт. Это значит, что она при 12 В будет потреблять ток 14 Вт / 12 В = 1,16 А. Ток в цепи одинаковый везде, а потому такой же потечет и через наш резистор. Рассчитаем его номинал. Для этого 2,5 В делим на 1,16 А и получаем всего 2,1 Ом. При таком сопротивлении, напряжении и токе несложно подсчитать, что на резисторе будет рассеиваться мощность около 3 Вт. Чтобы он не сгорел от перегрева, он должен быть рассчитан на такую мощность. А это уже не обычные резисторы, а специфические – керамические или алюминиевые. Они побольше и подороже.

Теоретически, можно обойтись и маленькими дешевыми резисторами. Но в таком случае придется резать ленту на кусочки, и к каждую из них подсоединять через свой резистор. Но это нецелесообразно, потому вряд ли кто-то так делает.

Драйверы для светодиодной продукции

Чтобы не использовать керамический или алюминиевый резистор, и не заморачиваться с расчетом и поиском требуемого номинала, можно подключать светодиодные ленты, лампы-кукурузки и другие LED источники в автомобиле через драйвер. Он представляет собой маленькую плату, которая автоматически поддерживает на выходе напряжение 12 В независимо от скачков в бортовой сети.

Драйверов таких сегодня бесчисленное множество, и стоят они (если на небольшую мощность) буквально копейки. Подбирать их необходимо с учетом того, какой ток будет потреблять та или иная подключенная нагрузка. Через такие драйверы желательно подключать абсолютно все «светодиодное» в машине. И дневные ходовые огни, и фары головного света, и задние фонари, и любые подсветки. При этом, подключить все вышеперечисленное на один драйвер не получится. Опять же, из-за мощности. Обойтись одной платой можно только в случае с несколькими маломощными нагрузками.

Читайте так же:
Толщина кабеля по мощности тока

Итог

Светодиодное освещение в машине – это современно, экономично, эстетично и довольно надежно. Но чтобы получить эти, и другие преимущества LED технологии, светодиоды должны быть качественными и правильно подключенными. Сделать это, как понятно из рассмотренного материала, не так уж и сложно. Особенно, если разобраться в теме, а не пытаться подключать LED методом «научного тыка». Да. Многие лампы и ленты будут работать и без всяких драйверов. Но, к сожалению, недолго.

Расчёт сопротивления для подключения диодов

Очень часто мы видим на дорогах автомобили с полусгоревшими ангельскими глазками или ДХО, часть диодов на которых не светится, а другая часть неприятно моргает. Наверняка эти водители очень расстроены «качеством» диодов и лично для себя поставили точку в их использовании. Но если бы они знали – как мало нужно было сделать чтобы светодиоды не перегорали и не моргали. А именно, нужно было провести элементарный расчёт тока в сети и подключить всё правильным образом.

Расчет и подключение светодиодов.

Светодиод — это полупроводниковый прибор. Поэтому, при его включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод ("минус"), а другой — анод ("плюс"). Светодиод будет "гореть" только при прямом включении. При обратном включении светодиод "гореть" не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.

Зависимости тока от напряжения при прямом (синяя кривая) и обратном (красная кривая) включениях показаны на следующем рисунке. Нетрудно определить, что каждому значению напряжения соответствует своя величина тока, протекающего через диод. Чем выше напряжение, тем выше значение тока (и тем выше яркость). Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется "рабочей" зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.

Рассмотрим схему подключения одного светодиода и формулу расчета резистора (резистор может быть припаян к любому из контактов):

где Uпит – напряжение источника питания, Uпр – прямое максимальное напряжение светодиода, Iпр – прямой максимальный ток.
Для примера, рассмотрим каталог светодиодов:
Возьмем произвольный светодиод. Напряжение питания 13,6 В (Так как при работе автомобиля за счёт генератора напряжение немного выше стандартных 12 В ). Рассмотрим параметры обычного среднего светодиода. Прямой ток 5мА (0,005А). Максимальное прямое напряжение — 2,8 В. Подставим данные в формулу:

Однако нельзя забывать, что производители резисторов изготавливают их с определёнными номиналами, так что ровно на 2160 Ом возможно не удастся найти, но ближайший к этому значению будет 2200 Ом. Кроме расчета сопротивления нужно вычислить рассеиваемую на нем мощность по формуле:

Исходя из этого, при подключении светодиода АЛ102АМ к источнику питания с напряжением 13,6 В. нам потребуется резистор с сопротивлением 2,2 кОм на 0,125 Вт.
Теперь рассмотрим последовательное соединение нескольких светодиодов по формуле, которая имеет следующий вид:


где N –число подключенных светодиодов. Чтобы схема работала, необходимо соблюдение условия Uист > N•Uпр . Вследствие этого неравенства можно определить максимальное количество светодиодов при последовательном подключении:

Пример 1
Вновь используем светодиод c Uпр = 2,8 В. Вычислим максимальное количество светодиодов, которое можно последовательно подключить в цепь с источником питания 13,6 В. Воспользуемся формулой Nmax = INT(Uист/Uпр) = INT(13,6 / 2,8) = INT(4,85) = 4. В итоге получаем целое число 4 и остаток 0,85, который отбрасываем. Теперь рассчитаем резистор при максимальном количестве светодиодов. Используем формулу:

Процесс расчета резистора при параллельном подключении светодиодов ничем не отличается от первой схемы! Та же самая школьная физика

Но справедливости ради стоит отметить, что правильное сопротивление это ещё пол беды. Есть вторая проблема – микроперепады напряжения в сети. Если машина уже имеет небольшой износ, то есть вероятность, что штатный стабилизатор напряжения допускает небольшие перепады, которые могут с лёгкостью «погубить» вашу подсветку. В этом случае рекомендуем воспользоваться стабилизатором напряжения. Более подробную информацию о нём можно почитать здесь.

Полный каталог светодиодов с техническими характеристиками(сила тока, напряжение и т.д.) можно посмотреть здесь

Пример 2

Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с напряжением 5 вольт.

Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора

R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – Uсветодиода
Uпитания = 5 В
Uсветодиода = 3 В

Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R =(5-3)/0.02= 100 Ом = 0.1 кОм

То есть, надо взять резистор сопротивлением 100 Ом

Пример 3

Имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 3 светодиода к источнику 15 вольт.

Производим расчет: 3 светодиода на 3 вольта = 9 вольт , то есть 15 вольтового источника достаточно для последовательного включения светодиодов.

Расчет аналогичен предыдущему примеру

R = Uгасящее / Iсветодиода

Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода

Uсветодиода = 3 В

Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А

R = (15-3*3)/0.02 = 300 Ом = 0.3 кОм

Пример 4

Пусть имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 4 светодиода к источнику 7 вольт

Производим расчет: 4 светодиода на 3 вольта = 12 вольт, значит нам не хватит напряжения для последовательного подключения светодиодов, поэтому будем подключать их последовательно-параллельно. Разделим их на две группы по 2 светодиода. Теперь надо сделать расчет токоограничивающих резисторов. Аналогично предыдущим пунктам делаем расчет токоограничительных резисторов для каждой ветви.

Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода

Uсветодиода = 3 В

Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А

R = (7-2*3)/0.02 = 50 Ом = 0.05 кОм

Так как светодиоды в ветвях имеют одинаковые параметры, то сопротивления в ветвях одинаковые.

Пример 5

Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом, чтобы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление

Например имеются 5 разных светодиодов:
1-ый красный напряжение 3 Вольта 20 мА
2-ой зеленый напряжение 2.5 Вольта 20 мА
3-ий синий напряжение 3 Вольта 50 мА
4-ый белый напряжение 2.7 Вольта 50 мА
5-ый желтый напряжение 3.5 Вольта 30 мА

Разделяем светодиоды по группам по току
1) 1-ый и 2-ой
2) 3-ий и 4-ый
3) 5-ый


рассчитываем для каждой ветви резисторы:

Uгасящее = Uпитания – (UсветодиодаY + UсветодиодаX + …)
Uпитания = 7 В
Uсветодиода1 = 3 В
Uсветодиода2 = 2.5 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ом = 0.075 кОм

Аналогично
R2 = 26 Ом
R3 = 117 Ом

Аналогично можно расположить любое количество светодиодов

Важно! Если в расчёте получилось сопротивление с дробным значением, для котрого нет подходящего резистора — возьмите резистор с запасом (сопротивлением чуть больше)!

Таблица мощностей разных светодиодных ламп

В современном мире существует огромное множество альтернативных способов освещения дома. Каждый потребитель ищет в первую очередь качественный товар, а уже во вторую экономный. Но сегодня можно найти товар, в котором совмещены два этих критерия. Качественным и экономным способом освещения сегодня является использование светодиодных видов освещения. Но следует внимательно подойти к вопросу выбора и узнать, как выбрать светодиодную лампу по мощности.

Общая информация

Светодиоды с белым свечение, которые используются в настоящее время, впервые появились в 1996 году. Однако только в 2005 году их стали применять именно в качестве источника освещения. Такой вид лампочек является энергосберегающим.

лампочки

Световая мощность светодиодных лампосновная их характеристика. Она показывает на энергоэффективность подобного вида освещения. Измеряется мощность светодиодных ламп в ваттах. Производители постепенно стараются увеличивать качество свечения без изменения их мощностей. Именно поэтому потребитель получает качественный источник освещения, но при этом экономит электроэнергию. Для сравнения можно привести лампочку накаливания с показателем 100 Вт. Диодная с таким же уровнем освещения будет иметь лишь 12 Вт.

Виды диодных лампочек

Первым критерием деления является материал корпуса:

  • Стекло (матовое или прозрачное);
  • Алюминий;
  • Пластик;
  • Керамика.
  • Винтовые (буквенное обозначение – E);
  • Штырьковые (буквенное обозначение – G).

На цоколе, помимо буквы, обозначающей его вид, указываются цифры, которые обозначают для первого вида диаметр, измеряемый в миллиметрах, а для второго вида это длина между штырьками.

Таким образом, можно выделить следующие виды светодиодов:

  • Е14 (лампочки с цоколем меньшего диаметра, подходит для некоторых светильников);
  • Е27 (обычные, которые подходят для установки, например, в люстрах, где патрон рассчитан на лампочки накаливания);
  • G4 (могут применяться, например, для подсветки картин).
  • GU5.3, G9 (замена галогенным лампочкам);
  • GU10 (используются для встроенных светильников, которые служат подсветкой, а также в вытяжках);

В этом перечне указаны лишь основные виды.

Таблица мощностей для светодиодных ламп

В зависимости от вида лапы по цоколю показатели могут быть следующие:

таблица

Из таблицы понятно, что светодиодные лампочки большей мощности выдают больший световой поток. В зависимости от того какой мощности бывают светодиодные лампы меняется их предназначение. Для дома будет достаточно лампочки Е27 или Е14 с мощностью в 5 Вт. А вот для большого цеха понадобится более сильный источник света.

В начале указаны в таблице мощности светодиодных ламп для дома. Однако это не минимальное значение для такого типа освещения. Бывают диодные лампы с показателем в 2 Вт. А максимальная мощность светодиодных ламп может достигать до 180 Вт.

лампы

Соответствие мощности светодиодных ламп другим видам освещения

таблица

Из таблицы можно сделать вывод, что диодные лампы менее энергозатратны в сравнении с другими. При разной мощности световой поток светодиодных ламп и двух других видов остается одинаковым.

Таким образом, номинальную мощность светодиодных ламп, которые нужно установить в доме, можно рассчитать исходя из приведенной выше таблицы. Также на упаковках некоторых лампочек указана информация об эквивалентных показателях. Например, светодиодная лампочка в 5 Вт соответствует лампе накаливания в 40 Вт. При этом в двух случая у них будет одинаковое свечение.

Разные лампы

Цветовая температура

  • От 2700 до 3000К;
  • 4000К;
  • 6500К.

lampa

Данное понятие также является одной из характеристик диодных ламп. Измеряется она в Кельвинах (К). От этого показателя зависит цвет свечения. Так, например, значение цветовой температуры в пределах 2700К – 3000К указывает, что свет будет желтоватого цвета.

Лампы с цветовой температурой 4000К имеют белое свечение. Такой свет используют обычно в торговых центрах. А если показатель 6500К, то свет будет холодно белым. Такие лампы используют только в производственных помещениях.

Для дома лучше всего подойдут лампы с уровнем цветовой температуры 2700К – 3000К.

Срок службы

Несмотря на небольшую потребляемую мощность светодиодных ламп, важным моментом является срок их службы. Ведь если они быстро ломаются, то смысла в их приобретении нет, так как экономии электроэнергии не получится.

При покупке диодных лампочек приобретателю дается гарантия на товар. Обычно гарантийный срок составляет от 3 до 5 лет. Это уже неплохой показатель. Однако на основании статистики срок службы составляет примерно 50 тыс.часов, что по значению соответствует 6-ти годам. Однако многие пользователи отмечают, что с течением времени ухудшается качество свечения.

Плюсы и минусы приобретения такого вида лампочек

Положительные и отрицательные моменты можно оценить на примере следующих показателей:

  • Цена;
  • Габариты;
  • Направленный свет;
  • Пульсация.

лампочки

Что касаемо первой характеристики, то тут можно сказать, что стоимость может быть в два раза больше, чем на обычную лампочку. Это главный минус продукта. Однако стоит учитывать, что за счет экономии электроэнергии стоимость товара себя окупит.

При замене лампочки нужно учитывать ее размер. В светодиодных габариты могут быть больше, в сравнении с обычными. Это может повлиять на внешний вид, лампочка может сильно торчать из светильника или и вовсе туда не поместиться.

В светодиодных лампочках немного другое направление света, что первое время может быть непривычным. Освещение сбоку у них плохое.

Положительным моментом является отсутствие пульсации света. Однако не во всех лампочках это явление отсутствует. Нужно приобретать качественный товар во избежание неприятной для глаза пульсации.

Некоторые выводы

Важной характеристикой всех видов источников света является мощность. Измеряется в ваттах (Вт) мощность светодиодных ламп. Важным показателем также является световой поток. Он непосредственно зависит от мощности изделия. Для дома лучше всего подойдут показатели в 5-10 Вт. При желании замены эквивалент мощности светодиодных ламп можно найти в указанной выше таблице.

Несмотря на свою немалую стоимость лампочки такого типа прослужат долгий срок и позволят экономить электроэнергию. Поэтому такое приобретение вскоре окупит себя. При выборе важно обращать внимание и на цветовую температуру изделия. От данного показателя зависит цвет свечения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector