Светодиоды давно уже используются в качестве устройств индикации, а в последние десятилетия и в качестве источников освещения. Нередко светодиоды воспринимаются начинающими, как «вид лампы накаливания», а значит, и подключаться они должны аналогично. Берём источник питания с подходящим напряжением, подключаем к светодиоду, и он загорается.
Однако, в большинстве случаев, при непосредственном подключении светодиода к источнику напряжения, например, к пальчиковой батарейке нас ждёт неудача. Светодиод будет либо едва светиться, либо выйдет из строя, ярко вспыхнув напоследок, например, если подключить его к автомобильному аккумулятору.
В чем же дело?
Светодиод и лампа накаливания – общее и различие.
А дело в том, что хотя и светодиод, и лампа накаливания предназначены для создания света, с электрической точки зрения эти два прибора ведут себя существенно по-разному, и это хорошо видно из их вольт-амперных характеристик (ВАХ).
Типичные ВАХ двух ламп накаливания (на 6.3В и на 3.2В) имеет следующий вид:
По мере нагрева нити накала её электрическое сопротивление увеличивается. А это значит,что если мы немного повысим напряжение, то накал нити увеличится, сопротивление также, следовательно ток изменится мало. И наоборот, если напряжение снизится – то снизится накал, снизится сопротивление, ток через лампу также изменится мало. Фактически, лампа в некоторой степени стабилизирует ток, проходящий через неё.
Совсем другая ситуация со светодиодом. При медленном повышении напряжения на светодиоде его сопротивление сперва относительно велико и изменяется слабо. При достижении некоторого порога (от долей вольта до двух вольт) светодиод начинает открываться, и его сопротивление быстро падает.
В результате даже небольшое повышение напряжения приводит к резкому увеличению тока. Получается, что если на светодиод подать напряжение чуть ниже порога – ток по нему почти не пойдёт, а если чуть выше – ток сразу будет очень большим, может даже превысить максимальный, и светодиод выйдет из строя. Таким образом, светодиод нуждается во «внешнем задании тока». Подключать его к источнику напряжения напрямую нельзя.
Подключение светодиода
Простейшим методом ограничения тока через светодиод является подключение последовательно с ним резистора.
Например, типичными рабочими параметрами для белых светодиодов в 5-мм корпусе является ток 20мА и напряжение 3В. Следовательно, чтобы подключить такой светодиод к источнику напряжения 12В необходим резистор, на котором бы падало 12 - 3 = 9В при указанном рабочем токе. По закону Ома имеем 9 / 0,02 = 450 Ом.
Резистор гасит излишек напряжения, поддерживая ток в пределах, близких к рабочим.
Драйверы для светодиодов
Для индикаторного светодиода, подключаемого к стабильному источнику напряжения, схема с гасящим резистором может быть вполне разумной.
Однако, если требуются много светодиодов большой мощности, и их требуется питать от нестабильного источника напряжения, схема с гасящим резистором не годится.
- Во-первых, номинал этого резистора должен быть разным, в зависимости от требуемого числа светодиодов и от напряжения, к которому их требуется подключить. Каждый раз он должен быть пересчитан.
- Во-вторых, на гасящем резисторе бесполезно расходуется мощность, которая может быть достаточно значительной для мощных светодиодов и большого выходного напряжения. Например, в приведённом выше случае бесполезно рассеивается 9 × 0.02 = 0.18Вт, что немало для автономного питания от батарей. Для большего количества светодиодов потери на резисторе будут больше. Кроме того, эта мощность выделяется в виде нагрева, что также может быть неприемлемо в ряде случаев.
Поэтому схема с гасящим резистором применяется только в случае индикаторных светодиодов при малых токах и невысоких напряжениях источника. Во всех остальных случаях – используется специальная схема, называемая драйвером.
Драйвер по сути является источником стабилизированного постоянного тока. Это позволяет питать не только один, но и несколько светодиодов, подключённых последовательно при входном напряжении, изменяющемся в достаточно широких пределах.
При использовании драйвера расчёты, как для гасящего резистора не требуются. Важно лишь контролировать основные параметры - чтобы входное напряжение укладывалось в допустимые пределы, а ток и выходная мощность драйвера соответствовали подключённым светодиодам. Драйвер автоматически обеспечит их рабочий режим.
Узнать больше о драйверах для светодиодов и светодиодных лент и о их выборе вы можете в нашей статье.