erid: 2VtzqxM4qpY
Есть два способа организации питания светодиодов:
- Ограничение рабочего тока при питании от источника постоянного напряжения. Для этого используют резисторы, реже - линейные регуляторы.
- Питание источником тока. В этом случае дополнительные элементы не нужны.
В этой статье поговорим об особенностях питания от источников напряжения, а в следующей обсудим источники тока.
Как ограничивают ток светодиодов
Для обеспечения «правильного» режима работы при питании постоянным стабилизированным напряжением ограничивают ток с помощью резисторов, так задают рабочую точку на вольт-амперной характеристике.
Токоограничивающий резистор
Резистор — электрический элемент, используемый для регулирования тока в цепи. Когда через резистор протекает электрический ток, выделяется мощность в виде тепла, то есть он преобразует электрический ток в тепло. Резисторы изготавливают из проводников с высоким удельным сопротивлением.
Основные параметры резистора — электрическое сопротивление и мощность.
Величина сопротивления указывает нам на способность элемента препятствовать протеканию электрического тока. Мощность указывает нам на максимальное количество мощности, которое может выделиться на элементе при протекании через него электрического тока прежде, чем он выйдет из строя.
Согласно закону Ома, при протекании тока на резисторе падает напряжение (U = I×R).
Понятие «падение напряжения» в общем случае значит, что во время работы на выводах элемента присутствует напряжение. При последовательном соединении - сумма падений напряжений на элементах равна напряжению (ЭДС) источника питания или сумме напряжений источников питания, если их несколько.
Для ограничения тока резисторы соединяют со светодиодом последовательно.
Сопротивление резистора рассчитывают по формуле:
То есть мы рассчитываем сопротивление резистора по падению напряжения на нём. Так как сумма падений напряжений в этой цепи состоит из падения на резисторе и падения на светодиоде, а вместе они равны напряжению питания, то из напряжения питания вычитается прямое падение напряжения светодиода и делится на ток.
Ток через светодиод выбирается либо номинальный, либо другой подходящий для конкретного случая. Прямое падение напряжения берут либо из технической документации светодиода, либо измеряют, например, с помощью лабораторного блока питания.
Так подключаются все маломощные индикаторные светодиоды в любой технике — от бытовой до промышленной. Схема простая и дешёвая, поэтому отлично подходит для такого применения.
Что делать если светодиодов много?
Если светодиоды используются не для индикации, а в качестве источника света, то для получения необходимого светового потока увеличивают либо мощность, либо количество светодиодов.
При использовании резистора для ограничения тока есть 3 варианта, как подключить больше светодиодов:
- Подключить несколько светодиодов последовательно.
- Параллельно подключить светодиоды к одному резистору.
- Подключить каждый светодиод к своему резистору и все эти цепочки соединить параллельно.
В первом случае количество последовательно подключенных светодиодов ограничено напряжением питания. Обратите внимание на формулу, в верхней части должно получится число больше нуля. То есть если у нас номинальное напряжение светодиодов 3,1 вольта, а подключены они к источнику питания на 12 вольт, то таким образом мы можем подключить не более трех штук: 3,1 + 3,1 + 3,1 = 9,3 вольта, а на резисторе упадет напряжение в 2,7 вольта.
Если сгорит один из светодиодов и окажется замкнутым, то через «выжившие» светодиоды потечет повышенный ток, и они тоже выйдут из строя.
Если сгорит светодиод так, что уйдёт в обрыв, то остальные просто погаснут.
При выходе из строя светодиод может оказаться либо в обрыве (то же самое, что разомкнутая цепь, чаще), либо пробитым (то же самое, что и короткое замыкание, реже).
В этой схеме светодиода может быть любое количество, но важно, чтобы у светодиодов был не только одинаковый нормальный ток, но и одинаковое прямое напряжение, а как мы уже рассказывали в предыдущих статьях, для этого светодиоды должны быть из одного бина.
Дело в том, что при параллельном соединении элементов цепи напряжение на всех элементах будет одинаковым. Если у каждого светодиода будет разное прямое падение напряжения, то в этой схеме напряжение на всех светодиодах будет равно наименьшему. То есть один светодиод будет светить так, как вы рассчитали, а остальные будут светить слабее.
Если в этой схеме один из светодиодов выйдет из строя и окажется в обрыве, то ток, заданный резистором, распределится между двумя оставшимися. То есть ток через каждый светодиод окажется на 16% больше расчетного, так как резистор мы подбирали для суммы токов всех элементов цепи. То есть оставшиеся два светодиода будут перегруженными и вскоре также выйдут из строя.
Третий вариант с индивидуальными токоограничивающими резисторами для каждого светодиода лучший. В этом случае легко добиться одинаковой яркости свечения светодиодов, даже если они из разных бинов, партий или вовсе разных типов, ведь это три независимых цепочки.
Если здесь сгорит любой из светодиодов, то на остальных это никак не скажется, независимо от того окажется он в обрыве или в пробое.
На практике чаще всего встречается первая схема в большинстве светодиодных лент.
Линейные регуляторы и стабилизаторы тока
У токоограничивающих резисторов есть проблема — работают только при стабильном напряжении питания. Если во время работы напряжение в источника питания изменяется, то изменяется и ток. При понижении напряжения, в худшем случае, светодиоды просто погаснут, в лучшем — снизится яркость свечения. Но при повышении — ток пропорционально увеличится. Если этого не учесть в расчетах, то светодиоды быстро выйдут из строя.
Линейный стабилизатор — уменьшает входное напряжение до нужного уровня и поддерживает его, обеспечивая стабильное питание светодиодов или другой нагрузки независимо от изменения напряжения питания.
«Лишнее» напряжение падает на микросхеме, и во время работы на ней выделяется мощность виде тепла. Чем больше разница напряжений между входом и выходом — тем сильнее греется микросхема.
Работу линейных стабилизаторов можно сравнить с умным резистором сопротивление у которого изменяется во время работы для обеспечения потребителей заданным током или напряжением.
Один из ярких представителей этого вида — микросхема LM317, которая может стабилизировать ток или напряжение, в зависимости от схемы включения. Величина выходного тока или напряжения задаётся резисторами.
Со светодиодами можно использовать такой стабилизатор в режиме стабилизации тока — микросхема будет регулировать напряжение на выходе, чтобы всегда поддерживать заданный ток.
В отличие от резисторов, линейный стабилизатор поддерживает заданные параметры при колебаниях входного напряжения. Но напряжение на входе должно быть минимум на 1-2 вольта больше, чем на выходе в любом режиме работы.
Общая проблема всех вариантов
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ!
Светодиоды получили применение в освещении из-за низкого потребления энергии. Но во всех перечисленных схемах ограничение или стабилизация тока происходит за счет перевода «лишней» энергии в тепло. Тогда какой смысл использовать светодиоды, если будем тратить драгоценные ватты на обогрев?
Если для включения индикаторных светодиодов схемы с резистором идеальны с точки зрения простоты и дешевизны, то при подключении мощного светодиода нежизнеспособны. Для наглядности рассчитаем мощность, которая будет выделяться на резисторе при питании 1-ваттного светодиода с прямым напряжением 3 вольта от напряжения 12 вольт. Номинальный ток таких светодиодов около 300 мА.
То есть на резисторе выделится 2,7 ватта тепла, при мощности светодиода в 1 ватт. Чтобы уменьшить потери, можно подключить ещё два светодиода последовательно, уменьшив падение напряжения на резисторе. Тогда на резисторе выделится 0,9 ватта, при общей мощности светодиодов в 3 ватта. Результат уже лучше, собственно, такое решение используется в LED-лентах, но со светодиодами меньшей мощности.
Другими словами, светодиодные ленты неэффективны для использования в качестве основного источника света, поэтому мы в светильниках RVElektro используем их исключительно в декоративных целях, например, в RGB-светильниках.
Поэтому схемы с резисторами и линейными стабилизаторами в светильниках промышленного изготовления не встречаются, но нашли применения в DIY-сегменте. Для питания мощных светодиодов и светодиодных модулей в светильниках и прожекторах используются импульсные светодиодные драйверы, которые мы рассмотрим в следующей статье.
Сборник статей о светодиодах для освещения.
Диммирование 1,2 часть
Что такое освещенность
Как выбрать правильное освещение
Люксы, люмены и ватты 1,2 часть
Почему так дорого 1,2,3,4,5,6 часть
Питание светодиодов 1,2,3,4,5,6 часть
Посетите наш сайт:
Не забывайте подписываться на наши группы и каналы в социальных сетях: Яндекс Дзен, ВКонтакте, Телеграм, Одноклассники, Youtube.
Реклама ООО "РВЭ" ИНН 7724360868
