В переводе с английского сокращение LED дословно означает «диод, который излучает свет». Это полупроводниковое устройство, способное трансформировать электрический ток в световое излучение. Это простое приспособление, конструкция которого довольно сильно отличается от привычных нам изделий для освещения (лампы накаливания, разрядные, люминесцентные лампы и т. д.).
Как работает светодиод, будет интересно узнать каждому. Этот прибор не имеет изначально ненадежных хрупких элементов конструкции и стеклянной колбы (в отличие от других ламп). Стоимость диодов настолько мала, что ненамного отличается от батареек, которые служат их источником питания. Популярность подобных изделий объясняется рядом факторов, в том числе и их конструкцией.
История возникновения
Рассматривая вопрос, почему работают светодиоды, следует изучить историю их возникновения. Впервые подобное устройство было создано в 1962 г. ученым Н. Холоньяком. Это был монохромный диод красного свечения. Он имел ряд недостатков, но сама технология была признана перспективной.
Спустя 10 лет после создания красного диода появились зеленые и желтые разновидности. Их применяли в качестве индикаторов во многих электронных приборах. Интенсивность светового потока диодов благодаря научным разработкам постоянно возрастала. В 90-х годах был создан осветитель с эффективностью потока 1 люмен.
В 1993 году С. Накамура создал первый синий диод, который характеризовался высокой яркостью. С этого момента стало возможным создавать любой цвет спектра (в том числе белый). Технологии неустанно развивались.
При соединении синего и ультрафиолетового типа диодов получается белый люминофорный осветитель. Они стали постепенно вытеснять лампы накаливания. К 2005 году выпускались диоды с мощностью светового потока до 100 лм и даже выше. Стали изготавливать белые осветительные приборы с разными оттенками (теплые, холодные).
Устройство светодиода
Чтобы понять, как работает точечный светодиод, необходимо подробно рассмотреть его устройство. Этот осветительный прибор, по мнению представителей Ассоциации развития оптоэлектронной индустрии и департамента энергетики, в скором времени станет самым востребованным источником освещения в обычных домах, офисах, учреждениях.
Светодиод имеет основой полупроводниковый кристалл. Он пропускает электрический ток только в одну сторону. Кристалл расположен на особой подложке. Она не проводит ток. Корпус защищает кристалл от внешних воздействий. Он имеет выходы в виде контактов, а также оптическую систему.
Чтобы повысить продолжительность эксплуатации прибора, пространство между пластиковой линзой и самим кристаллом заполнили прозрачным силиконовым компонентом. Чтобы отводить избыточное тепло, применяется алюминиевая основа. Это обычное устройство современного диода. При работе он выделяет относительно небольшое количество теплоты. Это также является преимуществом прибора.
Принцип работы
Рассматривая, как работает светодиод, необходимо вникнуть в основной принцип работы подобных устройств. Прибор представленного типа имеет один электронно-дырчатый переход. Это связано с разным принципом проводимости компонентов осветителя. Один полупроводник имеет излишек электронов, а другой – излишек дырок.
При помощи процесса легирования дырчатый материал обогащается носителями отрицательного заряда. Если в месте обогащения полупроводников противоположными зарядами приложить ток, получится прямое смещение. Через переход этих двух материалов побежит электричество.
При этом в корпусе диода происходит сплавление носителей зарядов с различным электрическим статусом. Когда дырки и электроны сталкиваются, выделяется определенное количество энергии. Это квант светового потока. Его называют фотоном.
Цвет светодиода
При создании диодов применяются различные полупроводниковые материалы. Это определяет цвет, который испускает при работе представленное устройство. Разные материалы способны посылать в пространство волны разной длины. Это позволяет человеческому глазу увидеть тот или иной цвет видимого спектра.
Изучая вопрос, как работает светодиод, следует рассмотреть материалы полупроводников. Раньше в подобных целях применялись фосфид галлия, тройные соединения GaAsP, AlGaAs. При этом прибор мог посылать в пространство красный, желто-зеленый световой поток.
Представленная технология ныне применяется только для индикаторных устройств. Сегодня для таких изделий используют алюминий индий-галлий (AllnGaP) и индий-нитрид галлия (InGaN). Они выдерживают довольно высокий уровень проходящего тока, высокие показатели влажности и нагрева. Возможна комбинация светодиодов разных типов.
Смешение цветов
Современные диодные ленты могут выдавать разные оттенки светового потока. Один прибор может производить монотонный цвет. При создании многокристального устройства возможно получить огромное количество различных оттенков. Подобно монитору телевизора или компьютера, диод может создать любой цвет при помощи модели RGB (расшифровывается как красный, зеленый, синий).
Это простой принцип, позволяющий понять, как работают RGB-светодиоды. При помощи этой технологии можно создавать и белое освещение. Для этого все три цвета смешиваются в равной пропорции.
Однако, помимо представленной технологии, можно получить белое свечение при соединении диода коротковолнового излучения (ультрафиолетовый, синий) вместе с желтым покрытием люминофорного типа. При комбинации фотонов желтого и синего цвета в итоге получается белое свечение.
Производство
Чтобы понять, от скольких вольт работают светодиоды, необходимо рассмотреть производство этих устройств. В первую очередь следует отметить, что приборы с матрицей типа RGB стоят дороже, чем люминоформы. Причем последние позволяют добиться освещения высокого качества.
Недостатком люминофоров является меньшая светоотдача, а также различная окраска (температура) потока. Это устройство стареет быстрее, чем светодиод. Поэтому в продажу поступают осветительные приборы обоих принципов работы. Для создания индикаторов производятся диоды с потреблением 2-4 В напряжения постоянного типа (при токе 50 мА).
Для создания полноценного освещения необходимы устройства с таким же потреблением напряжения, но более высоким уровнем тока – до 1 А. Если в одном модуле диоды подключить последовательно, суммарное напряжение будет достигать 12 или 24 В.
Усиление яркости
Рассматривая вопрос, от какого напряжения работают светодиоды, следует сказать о повышении яркости представленных устройств. Мощность таких приборов достигает 60 мВт. Если подобные диоды установить в средний по габаритам корпус, световых элементов потребуется установить 15-20 шт.
Диоды с усиленной яркостью свечения могут нести в себе мощность до 240 Вт. Чтобы обеспечить нормальную подсветку, подобных элементов потребуется 4-8 шт. В продаже представлены устройства, способные полноценно освещать помещения, наружную рекламу, витрины и т. д. Некоторые ленты создаются для выполнения подсветки средней или малой интенсивности.
Для подключения представленного оборудования применяют блоки управления соответствующей мощности. Для цветных лент возможно применять контроллеры, управляющие не только интенсивностью освещения, но и задающие оттенки и режимы работы устройства.
Управление свечением
Существует огромное количество вариантов представленного оборудования. Есть светодиоды, работающие от батареек (например, в фонариках), запитанные в стационарную сеть. Их применяют как для внутренней, так и внешней работы. В зависимости от условий применения подбирается соответствующий класс защиты диода.
Чтобы отрегулировать яркость свечения, напряжение питания не снижают. Для уменьшения интенсивности свечения применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). В этом случае приобретается блок управления.
Представленный метод заключается в подаче на диод импульсно-модулированного тока. Частота сигнала при этом достигает тысяч герц. Может изменяться ширина импульсов и интервалов пауз. При этом можно управлять свечением прибора. Диод в этом случае не погаснет.
Долговечность
Диоды считаются долговечными устройствами. Это объясняется их конструкцией. Однако если не работают светодиоды на лампе, возможно, срок их эксплуатации вышел. Это можно определить по насыщенности свечения и изменению цвета.
Также специалисты отмечают, что срок эксплуатации маломощных устройств гораздо продолжительнее. Но даже в самых ярких лентах или лампах диоды гарантированно работают 20-50 тыс. часов. Так как они не имеют хрупких элементов конструкции, механические воздействия с большей вероятностью не нанесут вреда подобным осветителям.
Изучив, как работает светодиод, можно понять принцип устройства этого прибора, а также его эксплуатационные характеристики. Это оборудование считается осветителями будущего поколения.
fb.ru
Выключатель с подсветкой
Наиболее частой причиной свечения лампы после выключения являются выключатели с подсветкой.
Внутри такого выключателя находится светодиод с токоограничивающим резистором. Светодиодная лампа тускло светится при выключении света, поскольку даже при выключении основного контакта через них продолжает проходить напряжение.
Почему светодиодная лампа горит в полнакала, а не на полную мощность? Благодаря ограничительному резистору сила тока, протекающая по электрической цепи, крайне незначительна и недостаточна для свечения электрической лампы накаливания либо розжига люминесцентных.
Потребляемая мощность светодиодов в десятки раз ниже аналогичных параметров обыкновенной лампы накаливания. Но даже незначительный ток, протекающий через диод подсветки, достаточен для слабого свечения светодиодов в светильнике.
Вариантов свечения может быть два. Либо светодиодная лампа горит после выключения непрерывно, значит, через светодиодную подсветку выключателя протекает достаточный ток, либо свет периодически вспыхивает. Так обычно происходит, если ток, протекающий по цепи, слишком незначительный для постоянного свечения, но он подзаряжает сглаживающий конденсатор в цепи схемы питания.
Когда на конденсаторе постепенно накапливается достаточное напряжение, происходит срабатывание микросхемы стабилизатора и лампа на мгновение вспыхивает. С таким миганием необходимо однозначно бороться, где бы лампа ни находилось.
В таком режиме работы ресурс компонентов платы питания значительно сократится, поскольку даже у микросхемы количество циклов срабатывания не бесконечное.
Способов устранения ситуации, когда светодиодная лампочка горит при выключенном выключателе несколько.
Наиболее простым является удаление из выключателя подсветки. Для этого разбираем корпус и откручиваем либо откусываем кусачками провод, идущий к резистору и светодиоду. Можно заменить выключатель на другой, но без такой полезной функции.
Другим вариантом может стать впайка шунтирующего резистора параллельно лампе. По параметрам он должен быть рассчитан на 2-4 Вт и иметь сопротивление не более 50 кОм. Тогда ток будет течь через него, а не через драйвер питания самой лампы.
Приобрести такой резистор можно в любом магазине радиотоваров. Установить резистор не представляет сложности. Достаточно снять плафон и зафиксировать ножки сопротивления в клемнике подсоединения сетевых проводов.
Если вы не особо дружны с электрикой и опасаетесь самостоятельно «влазить» в проводку, еще одним способом «борьбы» с выключателями с подсветкой может быть установка в люстру обычной лампы накаливания. Ее спираль при выключении и будет выполнять роль шунтирующего резистора. Но этот способ возможен лишь, если у люстры несколько патронов.
Неисправности с электропроводкой
Почему светодиодная лампа светится после выключения, даже если не используется кнопка с подсветкой?
Возможно, при монтаже электропроводки изначально была допущена погрешность и к выключателю вместо фазы подводится ноль, тогда после отключения выключателя проводка всё равно остаётся «под фазой».
Подобную сложившуюся ситуацию необходимо сразу ликвидировать, поскольку даже при плановой замене лампы можно получить чувствительный удар электрическим током. Любой минимальный контакт с «землёй» в данной ситуации будет вызывать слабое свечениесветодиодов.
Особенности схемы питания
Ради увеличения яркости свечения и минимизации пульсации освещения в схему драйвера питания могут устанавливать конденсаторы повышенной ёмкости. Даже при отключении питания в нем остаётся заряд, достаточный для свечения светодиодов, но его хватает буквально на несколько секунд.
svetodiodinfo.ru
Существует миф, что светодиодное освещение — это энергоэффективно, продвинуто и современно. В медиа LED-ламы часто преподносятся как глобальный тренд технических новаций, из-за чего многие уверены, что светодиоды потребляют минимум электроэнергии, светят вечно, их свет полезен. Но что из этого правда? Практически ничего. Светодиодные технологии эффективны сугубо в нескольких узких сегментах, где ценны миниатюрный размер и цветовая насыщенность цветных диодов. Перед тем как поставить диодную лампочку дома, в офисе, на производстве или магазине, Владимир Кличановский из компании «Нова Лайт» рекомендует разобраться и узнать некоторые непопулярные аспекты светодиодного освещения
Суперэффективность светодиодов — это миф. Количество света, излучаемого лампочкой, измеряется в люменах, а эффективность — в люменах на ватт затраченной энергии. Если анализировать этот показатель, а не просто мощность в ваттах, как большинство привыкли, то этот показатель не такой уж впечатляющий. В среднем он находится в пределах 70–80 люмен на ватт у бытовых лампочек и 90–95 у профессиональных, в то время как современные люминесцентные лампочки работают с показателем 100 лм/ватт, а металлогалогенные 120–135 лм/ватт. Поэтому вместо замены лампочки на светодиодную иногда проще выключить половину ламп, получив такую же освещенность и экономное энергопотребление.
Реальный срок службы светодиодных ламп и светильников не дольше большинства современных световых приборов, основанных на других технологиях. Светодиод не может работать просто от включения его в сеть электропитания. Он обязательно подключается через электрический преобразователь (драйвер), который подвержен перепадам напряжения, выходам из строя отдельных компонентов, перегреву и т. д. Зачастую заменить его невозможно, поэтому требуется замена всего светильника или лампочки. Кроме этого, сам светодиод теряет свои светотехнические качества, мутнеет, меняет световую температуру в сторону боле холодной. Реальный полезный срок службы светодиодного прибора не способен превысить 20 000–25 000 часов, что сравнимо со сроком службы современных люминесцентных и металлогалогенных ламп, которые работают по 20 000–22 000 часов.
Светодиоды не способны передавать цвета и оттенки наравне с большинством других современных технологий. В природе не существует белых светодиодов. Все белые светодиоды производятся из синих путем напыления люминофора (состав очень похож на используемый при производстве люминесцентных ламп), который переводит часть синего спектра свечения в другие. Поэтому светодиоды хорошо предают синие оттенки и очень плохо — красные, желтые и зеленые. В целом светодиоды не способны передавать даже 80% цветов и оттенков, а производители часто манипулируют показателем цветопередачи, завышая его, используя устаревшие методики вычисления. В то время как последние поколения люминесцентных и особенно металлогалогенных ламп передают до 95–97% цветов и оттенков.
Светодиоды вредны для здоровья человека. Преобладающий синий спектр свечения светодиодов препятствует выработке в организме человека крайне важного для здоровья гормона — мелатонина, отвечающего за суточные циклы. Это приводит к целому ряду негативных последствий: от нарушений сна и обмена веществ до снижения иммунитета и подверженности онкозаболеваниям.
Светодиоды — самые интенсивно пульсирующие источники света. Практически все светодиоды для своей работы требуют преобразования привычного нам переменного тока 110–220 Вольт в постоянный, как правило, 12–36 Вольт, для чего необходимы специальные преобразователи. Данные особенности делают практически невозможным выполнение задачи устранить или ускорить пульсацию до комфортной. Так, современные люминесцентные или металлогалогенные лампы работают с пульсацией 38 000 герц и коэффициентом пульсации около 2,8%, тогда как диоды в преимущественной массе едва преодолевают показатель 20%. В редких случаях этот коэффициент находится в пределах 10%.
Пульсация приводит к постоянному перенапряжению глазного нерва и, как следствие, постоянной усталости и раздражительности.
Светодиоды негативно влияют на объемы продаж. Объемы торговли напрямую связаны с комфортом покупателя и правильным гормональным фоном. Блокировка выработки гормона мелатонина не позволяет организму человека комфортно расслабиться и сформировать необходимый фон для выработки других критически важных гормонов, таких как дофамин и окситоцин. Высокая пульсация света вызывает раздражительность и нервозность, а из-за низкой способности передавать теплые красно-насыщенные цвета уменьшается количество эмоциональных поводов и стимулов совершить покупку. Вследствие этих и многих других факторов сокращается время пребывания покупателя в магазине, что приводит к недополучению до 40% потенциальных продаж.
Светодиоды портят некоторые продукты питания. Преобладающий синий спектр в светодиодах уже через 4 часа разрушает структуру витамина В2 в молоке, даже если оно хранится в непрозрачных упаковках, поэтому вкусовые качества этого продукта изменяются.
Светодиоды снижают эффективность труда на производстве и в офисе. В силу описанных факторов блокирование выработки гормона мелатонина и интенсивная пульсация на протяжении длительного времени неизбежно ведут к быстрой утомляемости, невозможности длительной концентрации, раздражительности, синдрому хронической усталости, способствуют эмоциональному выгоранию сотрудников. Как правило, это сопровождается снижением производительности труда, нарастанием в коллективе излишней нервозности, появлением интриг, склок и т.д.
Светодиоды опасны для детских глаз. Площадь излучения в светодиоде крайне мала и интенсивна в расчете на единицу площади, поэтому в сочетании с интенсивным излучением синего спектра может привести к частичному повреждению участков сетчатки глаза у маленьких детей при прямом воздействии. Применение светильников (особенно с открытым светодиодом) крайне опасно для детских глаз.
Уличное светодиодное освещение приводит к уменьшению популяции городских животных и птиц. Излишняя яркость светодиодов на фоне пульсации и преобладающего синего спектра в городах, которые перешли на светодиодное освещение, привела к нарушению суточного цикла многих городских животных и птиц, и они покинули города. В некоторых случаях потеря популяции составила до 50%.
В некоторых производствах применение светодиодов несет прямую угрозу жизни и здоровью людей. Излишняя пульсация светодиодов способна привести у некоторых людей к возникновению эффекта стробоскопа, что крайне опасно на производствах с применением движущихся механизмов (ножей, резаков и т. д.). Такой эффект приводит к невозможности распознания движения и несет риск травмы, а иногда и угрозу жизни рабочих.
Автор: СЕО инжиниринговой компании «Нова Лайт» Владимир Кличановский
retailers.ua
Светодиод — это диод способный светится при протекании через него тока. По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.
Цвет свечения светодиода зависит от добавок добавленных в полупроводник. Так, например, примеси алюминия, гелия, индия, фосфора вызывают свечение от красного до желтого цвета. Индий, галлий, азот заставляет светодиод светится от голубого до зеленного цвета. При добавке люминофора в кристалл голубого свечения, светодиод будет светиться белым светом. В настоящее время промышленность выпускает светодиоды свечения всех цветов радуги, однако цвет зависит не от цвета корпуса светодиода, а именно от химических добавок в его кристалле. Светодиод любого цвета может иметь прозрачный корпус.
Первый светодиод был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса. В начале 1990-ых годов на свет появились яркие светодиоды, а чуть позже сверх яркие.
Преимущество светодиодов перед лампочками накаливания не оспоримы, а именно:
* Низкое электропотребления – в 10 раз экономичней лампочек
* Долгий срок службы – до 11 лет непрерывной работы
* Высокий ресурс прочности – не боятся вибраций и ударов
* Большое разнообразие цветов
* Способность работать при низких напряжениях
* Экологическая и противопожарная безопасность – отсутствие в светодиодах ядовитых веществ. светодиоды не греются, от чего пожары исключаются.
Маркировка светодиодов
Рис. 1. Конструкция индикаторных 5 мм светодиодов
В рефлектор помещается кристалл светодиода. Этот рефлектор задает первоначальный угол рассеивания.
Затем свет проходит через корпус из эпоксидной смолы . Доходит до линзы — и тут начинает рассеиваться по сторонам на угол, зависящий от конструкции линзы, на практике — от 5 до 160 градусов.
Излучающие светодиоды можно разделить на две большие группы: светодиоды видимого излучения и светодиоды инфракрасного (ИК) диапазона. Первые применяются в качестве индикаторов и источников подсветки, последние — в устройствах дистанционного управления, приемо-передающих устройствах ИК диапазона, датчиках.
Светоизлучающие диоды маркируются цветовым кодом (табл. 1). Сначала необходимо определить тип светодиода по конструкции его корпуса (рис. 1), а затем уточнить его по цветной маркировке по таблице.
Рис. 2. Виды корпусов светодиодов
Цвета светодиодов
Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…
Таблица 1. Маркировка светодиодов
Многоцветные светодиоды
Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.
Светодиоды подключаются к источнику тока, анодом к плюсу, катодом к минусу. Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом, но бывают и исключения, поэтому лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.
При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор. Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без токоограничивающего резистора. Для быстрого тестирования резистор с номинальным сопротивлением 1кОм подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее.
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода. Почему? Как уже ясно из названия, светодиод это не выпрямительный диод, и, хотя свойство пропускать ток в одном направлении у них общее, между ними есть значительная разница. Для того, что светодиод излучал в видимом диапазоне, у него значительно более широкая запрещенная зона, чем у обычного диода. А от ширины запрещенной зоны напрямую зависит такой паразитный параметр диодов, как внутренняя емкость. При изменении направления тока, эта емкость разряжается, за какое-то время, называемое временем закрытия, зависящее от размеров этой емкости. Во время разряда емкости, светодиодный кристалл испытывает значительные пиковые нагрузки на протяжении гараздо большего времени, нежели обычный диод. При последующем изменении направления тока на «правильное» ситуация повторяется. Поскольку время закрытия / открытия у обычных диодов значительно меньше, необходимо использовать их в цепях переменного тока, включая последовательно со светодиодами, для снижения негативного влияния переменного тока на светодиодный кристалл. Если светодиодное изделие не имеет встроенной защиты от переполюсовки, то ошибка подключения также приведет к снижению срока службы. В некоторые светодиоды токоограничивающий резистор встроен «с завода» и их сразу можно подключать к источнику 12 или 5 вольт, но такие светодиоды встречаются довольно редко и чаще всего к светодиоду необходимо подключать внешний токоограничивающий резистор.
Сразу следует предупредить: не следует направлять луч светодиода непосредственно в свой глаз (а также в глаз товарища) на близком расстоянии, что может повредить зрение.
Напряжение питания
Две главных характеристики светодиодов это падение напряжения и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например, четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА , так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА. 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.
Напряжение питания — параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, поэтому нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую. Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).
Напряжение, указанное на упаковке светодиодов — это не напряжение питания. Это величина падения напряжения на светодиоде. Эта величина необходима, чтобы вычислить оставшееся напряжение, «не упавшее» на светодиоде, которое принимает участие в формуле вычисления сопротивления резистора, ограничивающего ток, поскольку регулировать нужно именно его.
Изменение напряжение питания всего на одну десятую вольта у условного светодиода (с 1,9 до 2 вольт) вызовет пятидесятипроцентное увеличение тока, протекающего через светодиод (с 20 до 30 милиампер).
Для каждого экземпляра светодиода одного и того же номинала подходящее для него напряжение может быть разным. Включив несколько светодиодов одного и того же номинала параллельно, и подключив их к напряжению, например, 2 вольта, мы рискуем из-за разброса характеристик быстро спалить одни экземпляры и недосветить другие. Поэтому при подключении светодиода надо отслеживать не напряжение, а ток.
Величина тока для светодиода является основным параметром, и как правило, составляет 10 или 20 миллиампер. Неважно, какое будет напряжение. Главное, чтобы ток, текущей в цепи светодиода, соответствовал номинальному для светодиода. А ток регулируется включённым последовательно резистором, номинал которого вычисляется по формуле:
R — сопротивление резистора в омах.
Uпит — напряжение источника питания в вольтах.
Uпад — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
I — максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т.е. 0,01 или 0,02 ампера). При последовательном соединении нескольких светодиодов прямой ток не увеличивается.
0,75 — коэффициент надёжности для светодиода.
Не следует также забывать и о мощности резистора. Вычислить мощность можно по формуле:
P — мощность резистора в ваттах.
Uпит — действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
Uпад — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
R — сопротивление резистора в омах.
Расчет токогораничивающего резистора и его мощности для одного светодиода
Типичные характеристики светодиодов
Типовые параметры белого индикаторного светодиода: ток 20 мА, напряжение 3,2 В. Таким образом, его мощность составляет 0,06 Вт.
Также к маломощным относят светодиоды поверхностного монтажа — SMD. Он подсвечивают кнопки в вашем сотовом, экран вашего монитора, если он с LED-подсветкой, из них изготовлены декоративные светодиодные ленты на самоклеющейся основе и многое другое. Есть два наиболее распостраненных типа: SMD 3528 и SMD 5050. Первые содержат такой же кристалл, как и индикаторные светодиоды с выводами, то есть его мощность 0,06 Вт. А вот второй — три таких кристалла, поэтому его нельзя уже называть светодиодом — это светодиодная сборка. Принято называть SMD 5050 светодиодами, однако это не совсем правильно. Это — сборки. Их общая мощность, соответственно, 0,2 Вт.
Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения светодиода и его рабочим напряжением.
Таблица падения напряжений светодиодов в зависимости от цвета
По величине падения напряжения при тестировании светодиодов мультиметром можно определить примерный цвет свечения светодиода согласно таблице.
Последовательное и параллельное включение светодиодов
При последовательном подключении светодиодов сопротивление ограничивающего резистора рассчитывается также, как и с одним светодиодом, просто падения напряжений всех светодиодов складываются между собой по формуле:
При последовательном включении светодиодов важно знать о том, что все светодиоды, используемые в гирлянде, должны быть одной и той же марки. Данное высказывание следует взять не за правило, а за закон.
Что б узнать какое максимальное количество светодиодов, возможно, использовать в гирлянде, следует воспользоваться формулой
Где:
* Nmax – максимально допустимое количество светодиодов в гирлянде
* Uпит – Напряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора. В вольтах.
* Uпр — Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
* При изменении температуры и старения светодиода Uпр может возрасти. Коэфф. 1,5 дает запас на такой случай.
При таком подсчете “N” может иметь дробный вид, например 5,8. Естественно вы не сможете использовать 5,8 светодиодов, посему следует дробную часть числа отбросить, оставив только целое число, то есть 5.
Ограничительный резистор, для последовательного включения светодиодов рассчитывается точно также как и для одиночного включения. Но в формулах добавляется еще одна переменная “N” – количество светодиодов в гирлянде. Очень важно чтобы количество светодиодов в гирлянде было меньше или равно “Nmax”- максимально допустимому количеству светодиодов. В общем, должно выполнятся условие: N =< Nmax Теперь приведем модернизированные формулы расчета под последовательное включение.
Все остальные действия по расчетам производятся в аналогии расчета резистора при одиночном включении светодиода.
Если напряжения источника питания не хватает даже для двух последовательно соединённых светодиодов, тогда на каждый светодиод нужно ставить свой ограничительный резистор.
Параллельное включение светодиодов с общим резистором — плохое решение. Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый, что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.
Последовательное соединение светодиодов предпочтительнее ещё и с точки зрения экономного расходования источника питания: вся последовательная цепочка потребляет тока ровно столько, сколько и один светодиод. А при параллельном их соединении ток во столько раз больше, сколько параллельных светодиодов у нас стоит.
Рассчитать ограничительный резистор для последовательно соединённых светодиодов так же просто, как и для одиночного. Просто суммируем напряжение всех светодиодов, отнимаем от напряжения источника питания получившуюся сумму (это будет падение напряжения на резисторе) и делим на ток светодиодов (обычно 15 — 20 мА).
А если светодиодов у нас много, несколько десятков, а источник питания не позволяет соединить их все последовательно (не хватит напряжения)? Тогда определяем исходя из напряжения источника питания, сколько максимально светодиодов мы можем соединить последовательно. Например для 12 вольт — это 5 двухвольтовых светодиодов. Почему не 6? Но ведь на ограничительном резисторе тоже должно что-то падать. Вот оставшиеся 2 вольты (12 — 5х2) и берём для расчёта. Для тока 15 мА сопротивление будет 2/0.015 = 133 Ома. Ближайшее стандартное — 150 Ом. А вот таких цепочек из пяти светодиодов и резистора каждая, мы уже можем подключить сколько угодною Такой способ называется параллельно-последовательным соединением.
Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом что бы 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.
Далее рассмотрим стабилизированную схему включения светодиодов. Коснёмся изготовления стабилизатора тока. Существует микросхема КР142ЕН12 (зарубежный аналог LM317), которая позволяет построить очень простой стабилизатор тока. Для подключения светодиода (см. рисунок) рассчитывается величина сопротивления R = 1.2 / I (1.2 — падение напряжения не стабилизаторе) Т.е., при токе 20 мА, R = 1,2 / 0.02 = 60 Ом. Стабилизаторы рассчитаны на максимальное напряжение в 35 вольт. Лучше не напягать их так и подавать максимум 20 вольт. При таком включении, например, белого светодиода в 3,3 вольта возможна подача напряжения на стабилизатор от 4,5 до 20 вольт, при этом ток на светодиоде будет соответствовать неизменному значению в 20 мА. При напряжении 20В получаем, что к такому стабилизатору можно подключить последовательно 5 белых светодиодов, не заботясь о напряжении на каждом из них, ток в цепи будет протекать 20мА (лишнее напряжение погасится на стабилизаторе).
Важно! В устройстве с большим количеством светодиодов протекает большой ток. Категорически воспрещается подключать такое устройство к включенному источнику питания. В этом случае, в месте подключения, возникает искра, которая ведет к появлению в цепи большого импульса тока. Этот импульс выводит из строя светодиоды (особенно синие и белые). Если светодиоды работают в динамическом режиме (постоянно включаются, выключаются и подмаргивают) и такой режим основан на использовании реле, то следует исключить возникновение искры на контактах реле.
Каждую цепочку следует собирать из светодиодов одинаковых параметров и одного производителя.
Тоже важно ! Изменение температуры окружающей среды влияет на протекающий ток через кристалл. Поэтому желательно изготавливать устройство так, чтобы протекающий ток через светодиод был равен не 20мА, а 17-18 мА. Потеря яркости будет незначительная, зато долгий срок службы обеспечен.
os-info.ru