Как сделать светодиод тусклее?

Содержание

Принцип регулировки яркости светодиодов

Как сделать светодиод тусклее?

Если упустить подробности и объяснения, то схема регулировки яркости светодиодов предстанет в самом простом виде. Такое управление отлично от метода ШИМ, который мы рассмотрим чуть позже.
Итак, элементарный регулятор будет включать в себя всего четыре элемента:

  • блок питания;
  • стабилизатор;
  • переменный резистор;
  • непосредственно лампочка.

И резистор, и стабилизатор можно купить в любом радиомагазине. Подключаются они точно так, как показано на схеме. Отличия могут заключаться в индивидуальных параметрах каждого элемента и в способе соединения стабилизатора и резистора (проводами или пайкой напрямую).

Собрав своими руками такую схему за несколько минут, вы сможете убедиться, что меняя сопротивление, то есть, вращая ручку резистора, вы будете осуществлять регулировку яркости лампы.

В показательном примере аккумулятор берут на 12 Вольт, резистор на 1 кОм, а стабилизатор используют на самой распространенной микросхеме Lm317. Схема хороша тем, что помогает нам сделать первые шаги в радиоэлектронике. Это аналоговый способ управления яркость. Однако он не подойдет для приборов, требующих более тонкой регулировки.

Необходимость в регуляторах яркости

Теперь разберем вопрос немного подробнее, узнаем, зачем нужна регулировка яркости, и как можно по-другому управлять яркостью светодиодов.

  • Самый известный случай, когда необходим регулятор яркости для нескольких светодиодов, связан с освещением жилого помещения. Мы привыкли управлять яркостью света: делать его мягче в вечернее время, включать на всю мощность во время работы, подсвечивать отдельные предметы и участки комнаты.
  • Регулировать яркость необходимо и в более сложных приборах, таких как мониторы телевизоров и ноутбуков. Без нее не обходятся автомобильные фары и карманные фонарики.
  • Регулировка яркости позволяет экономить нам электроэнергию, если речь идет о мощных потребителях.
  • Зная правила регулировки, можно создать автоматическое или дистанционное управление светом, что очень удобно.

В некоторых приборах просто уменьшать значение тока, увеличивая сопротивление, нельзя, поскольку это может привести к изменению белого цвета на зеленоватый. К тому же увеличение сопротивления приводит к нежелательному повышенному выделению тепла.

Шим управление

Выходом из, казалось бы, сложной ситуации стало Шим управление (широтно-импульсная модуляция). Ток на светодиод подается импульсами. Причем значение его либо ноль, либо номинальное – самое оптимальное для свечения. Получается, что светодиод периодически то загорается, то гаснет. Чем больше время свечении, тем ярче, как нам кажется, светит лампа. Чем меньше время свечения, тем лампочка светит тусклее. В этом и состоит принцип ШИМ.

Управлять яркими светодиодами и светодиодными лентами можно непосредственно с помощью мощных МОП-транзисторов или, как их еще называют, MOSFET. Если же требуется управлять одной-двумя маломощными светодиодными лампочками, то в роли ключей используют обычные биполярные транзисторы или подсоединяют светодиоды напрямую к выходам микросхемы.

Вращая ручку реостата R2, мы будет регулировать яркость свечения светодиодов. Здесь представлены светодиодные ленты (3 шт.), которые присоединили к одному источнику питания.

Зная теорию, можно собрать схему ШИМ устройства самостоятельно, не прибегая к готовым стабилизаторам и диммерам. Например, такую, как предлагается на просторах интернета.

NE555 – это и есть генератор импульсов, в котором все временные характеристики стабильны. IRFZ44N – тот самый мощный транзистор, способный управлять нагрузкой высокой мощности. Конденсаторы задают частоту импульсов, а к клеммам «выход» подсоединятся нагрузка.

Поскольку светодиод обладает малой инертностью, то есть, очень быстро загорается и гаснет, то метод ШИМ регулирования является оптимальным для него.

Готовые к использованию регуляторы яркости

Регулятор, который продается в готовом виде для светодиодных ламп, называются диммером. Частота импульсов, создавая им, достаточно велика для того, чтобы мы не чувствовали мерцания. Благодаря ШИМ контролеру осуществляется плавная регулировка, позволяющая добиваться максимальной яркости свечения или угасания лампы.

Встраивая такой диммер в стену, можно пользоваться им, как обычным выключателем. Для исключительно удобства регулятор яркости светодиодов может управляться радио пультом.

Способность ламп, созданных на основе светодиодов, менять свою яркость открывает большие возможности для проведения световых шоу, создания красивой уличной подсветки. Да и обычным карманным фонариком становится значительно удобнее пользоваться, если есть возможность регулировать интенсивность его свечения.

Источник: https://le-diod.ru/rabota/regulirovka-yarkosti-svetodiodov/

Хотите вечных светодиодов? Расчехляйте паяльники и напильники. Или домашнее освещение самодельщика

Как сделать светодиод тусклее?

Когда-то давным давно, когда я еще учился в школе, а на дворе был конец перестройки, мой дядя (заронивший в меня интерес к электронике) припер домой сумку вынесенного через проходную завода добра. Собственно, такие сумки он приносил домой вполне регулярно, пополняя запасы, хранившиеся в диване. Диван этот, как вы догадываетесь, манил, и иногда в отсутствии дяди я в него заглядывал с восторгом.

Но кое-что из этой сумки в диван не попало, а попало в мои руки. Дядя мне вручил пачку — штук десять — макетных плат, и новенькую нераспечатанную коробку дефицитных, да и не дешевых в то время светодиодов. Причем светодиоды были не простые: вместо привычной маркировки АЛ-что-то там на коробке стоял код из четырех цифр, как я понял — они были экспериментальные. И они были яркие. По сравнению с привычными АЛ307 или АЛ310 — просто ослепительные.

И их к тому же было много — штук 50.

Идея «куда это богатство применить» возникла моментально: светодиоды были распаяны на одной из макетниц — сколько влезло (влезли не все), и из них вышел великолепный красный фонарь для печати фотографий, который абсолютно не засвечивал фотобумагу даже в упор. Правда, тут же я узнал о том, что «светодиоды не греются» — это вранье, так что ток пришлось снизить вдвое, с 10 мА на светодиод до 5. А еще через полгода успешной эксплуатации узнал и о том, что «светодиоды не перегорают» — это тоже неправда: первый светодиод в сборке погас, оказался пробит. А со временем и весь фонарь пришел в негодность. И вот сейчас я снова слышу из каждого утюга про «вечные» светодиодные лампочки, а дома за неполный год перехода на светодиодные лампы перегорела уже третья по счету.

Почему светодиодные лампочки не вечны?

Да потому что ничего нет вечного. Светодиод, к тому же — штука тонкая. Буквально. В его структуре имеются слои толщиной в считанные нанометры, образующие квантовые ямы.

Диффузия и электромиграция к таким слоям безжалостны — они размывают их, создают дефекты, постепенно снижая световыход и увеличивая вероятность катастрофы в масштабах крохотного кристалла, в котором, к слову, выделяется световая и тепловая энергия, удельное значение которой в расчете на кубический сантиметр p-n перехода можно сравнить разве что с ядерным взрывом (немного утрировано, но сами прикиньте плотность энерговыделения). Чем светодиод горячее, тем все эти негативные процессы будут идти быстрее.

А он, как мы уже в курсе, греется. Греется даже тогда, когда через него идет ток в 10 миллиампер. А тем более — когда это мощный прибор, ток через который как минимум 100 мА, а бывает — и ампер, и даже три ампера. И в тепло, не смотря на всю энергетическую эффективность светодиодов, переходит значительная доля от подведенной к светодиоду электроэнергии. От двух третей до трех четвертей. А куда охлаждаться светодиодам в светодиодной лампочке? А некуда, по большому счету.

Светодиод сам по себе спроектирован, чтобы его можно было охлаждать. Кристалл припаян к массивному основанию из меди или высокотеплопроводной керамики, у этого основания есть специальная площадка для пайки к внешнему теплоотводу, в роли которой — плата с алюминиевой или медной подложкой. А подложка эта, по идее, должна быть через термопасту прикручена к хорошему радиатору с большой площадью.

А прикручена она в лучшем случае к металлическому корпусу светодиодной лампы, площадь которого совершенно недостаточна для рассеивания более чем нескольких ватт тепла, да еще и в закрытом плафоне. В худшем — корпус вообще пластмассовый, и в этот корпус еще попадает тепло от драйвера и от не вышедшего наружу и потерявшегося в недрах лампочки света. Вот и жарятся светодиоды при температуре, превышающей 100, а то и 130°С. И, кстати, не только светодиоды, но и драйвер, который тоже нередко выходит из строя.

Что делать-то?

Одно из трех. Либо мы, оставив на месте старую люстру, ставим в нее лампочки меньшей мощности. Они меньше будут греться и у них больше шансов прожить долго. Разумеется, в комнате станет темно: мы вернемся во времена, когда в люстре из экономии и пожаробезопасности стояли лампочки по 25 ватт, от которых ушли, поставив на их место пятнадцативаттные энергосберегайки, сделавшие из темной берлоги светлое помещение, в котором приятно находиться. Либо мы покупаем новую люстру, в которую можно вкрутить больше лампочек.

Так мы останемся со светлой комнатой и получим (возможно) более долгую жизнь лампочек. Только на люстру, как и на лампочки, придется потратиться. И, наконец, третий вариант: мы забываем само понятие «светодиодная лампа», как страшный сон и ставим на место люстры специально спроектированный светодиодный светильник.

Продуманный и в плане хорошего использования светового потока (у светодиодных ламп типа «висит груша — нельзя скушать» с этим в приборах, рассчитанных на лампы накаливания, не всегда хорошо — они плоховато светят вбок и назад), и в плане качественного охлаждения.

Читайте также  Фитолампа своими руками из светодиодов

Рынок

На рынке есть такие светильники. Но по большей части они во-первых, дорогие, а во вторых — страшные. Этакие промышленные штуковины, которые уместны в гараже, цеху, в торговом зале гипермаркета, в офисе, наконец — но не в квартире. Нет, есть и красивые, и дизайнерские очень эффектно выглядящие светильники. Но — во-первых, опять же, цена, а во-вторых, в жертву дизайну принесено охлаждение.

Так, классическая китайская светодиодная люстра-блин — это пятьдесят ватт светодиодов, сидящих на алюминиевой плате в виде кольца диаметром 45 см и шириной сантиметров 8. И — все. Никакого тебе корпуса с оребрением, ничего. И опять-таки, плата в почти наглухо закрытом корпусе. Ну хоть драйвер чуть наружу вынесен. Вердикт: жить будет, как светодиодная лампочка.

Только когда сдохнет, менять придется не лампочку за 150 рублей, а люстру за пять-десять тысяч. В общем, выход, кажется, один: умелые руки.

Самодельный светильник: проектирование

Сразу скажу: светильник будет не на светодиодной ленте и без блютуса. Для начала, оценим, сколько нам нужно света. Тут дело вкуса, но я люблю, когда в жилище светло. Всякий интимный полумрак я люблю в особых случаях, в романтичной обстановке, но в обычной жизни он навевает тоску. Считать можно по-всякому, но я воспользуюсь тем фактом, что с люстрой с пятью энергосберегайками по 15 ватт, дававшими каждая по 950 лм, в комнате было хорошо. То есть 5 килолюмен нам будет достаточно. Теперь идем на сайт Cree, находим там Datasheet на модули CXA2530.

Почему именно на них? Да потому что у меня есть несколько штук таких модулей, и с ними удобно работать: к ним просто припаиваются провода, а сами модули сажаются прямо на радиатор с помощью прилагающегося фланца. А еще их несложно купить — известный китайский интернет-магазин в помощь. У имеющихся у меня модулей бин светового потока Т4, это соответствует номинальному световому потоку 3440-3680 лм. Сразу 20% от этой цифры отнимаем — они потеряются на рассеивателе. Получаем световой поток 2750-2950 лм, а учитывая, что получается этот поток при мощности около 30 Вт, получаем потребную для освещения мощность (подведенную к светодиодам) около 50 Вт.

Поскольку комната у нас длинная, мы уберем люстру из центра и сделаем два одинаковых светильника по 25 ватт. Приняв КПД светодиодов за 25% (достаточно консервативная оценка — скорее всего, лучше, но уж точно не хуже), выясняем, что в каждом светильнике выделяется 18,75 Вт тепла. И наша задача — выбрать под это тепловыделение радиатор. Вот как мы это сделаем.

Будем исходить из максимальной температуры кристалла = 85°C и температуры окружающей среды = 35°C. То есть = 50°C.

Перепад температуры пропорционален рассеиваемой мощности, а коэффициент пропорциональности называется тепловым сопротивлением: , и измеряется оно в кельвинах (или градусах цельсия) на ватт. В нашем случае тепловое сопротивление кристалл-окружающая среда должно быть равно 2 °С/Вт.

Из чего же состоит тепловое сопротивление? Первый его компонент — это тепловое сопротивление, присущее самому корпусу светодиода. Фирма Cree не дает эту величину в даташите напрямую, предлагая воспользоваться странным графиком, но в ранних публикациях в журналах о выпуске новых светодиодных матриц указывалось значение 0,8 °С/Вт.

Второй компонент общей величины теплового сопротивления — это сопротивление, создаваемое слоем термопасты между корпусом и радиатором. В качестве термопасты мы возьмем старый-добрый Алсил-3, с теплопроводностью = 1,7-2 Вт/м*К. При слое пасты толщиной 50 мкм и площади теплорассеивающей поверхности 2,8 (площадь круга диаметром 19 мм под излучающей поверхностью матрицы) получаем = 0,105 °С/Вт.

Итак, на радиатор у нас остается 1,1 °С/Вт. Исходя из этой цифры, выбираем радиатор, накинув процентов 30 «на вранье», на растекание тепла от маленькой матрицы и на то, что радиатор будет неоптимально ориентирован в пространстве. Например, нам подойдет профиль АВМ-076 размером сечения 176х40 мм с тепловым сопротивлением куска длиной 100 мм 0,5 °С/Вт. Нам хватит куска этого профиля длиной 80-100 мм. 100 мм — это стандартные куски, имеющиеся в продаже, 80 нужно заказывать у производителя (Виртуальная механика, virtumech.ru), такой вариант выглядит несколько более эстетичным за счет меньшей ширины.

Осталось выбрать драйвер. Критерии для его выбора — это ток и рабочие пределы выходного напряжения. Мощность 25 Вт получается при токе около 0,7 А, напряжение на матрице при этом составит около 35-36 В.

Конструкция

Перебрав несколько вариантов конструкции светильника, я остановился на рассеивателе из матового полупрозрачного пластика, имеющем вид полуцилиндра. Форма эта получается простейшим способом — за счет крепления изогнутой пластины к боковым сторонам радиатора. Способ крепления достаточно произволен — на винтах с прижимными пластинами, на клею — я воспользовался красным двусторонним скотчем «Момент». В качестве рассеивателя я применил рассеивающую пленку из подсветки разбитого ЖК монитора — она имеет очень хорошее светопропускание.

Можно также заматировать абразивом пленку для печати на лазерном принтере или любую другую плотную пластиковую пленку. Матрица с предварительно припаянными проводами устанавливается с помощью комплектного фланца в центре радиатора с помощью двух винтов М3 (гайки использовать неудобно, так что придется поработать метчиком). Перед приклеиванием рассеивателя свободную от матрицы плоскую поверхность радиатора рекомендуется оклеить алюминиевым скотчем или окрасить белой краской — это снизит потери света.

По поводу термопасты — хотелось бы заметить, что использование темной термопасты не рекомендуется: она процентов на 10 снизит световой поток. Я это хорошо заметил на двух экземплярах, один из которых я сделал с Алсилом-3, а на второй алсила не хватило и я воспользовался пастой из комплекта кулера фирмы Scythe, имевшей темно-серый цвет. Разница при измерении люксметром очевидна. Также нет смысла использовать более дорогие, чем алсил, термопасты с большей теплопроводностью: и на алсиле падает в худшем случае пара-тройка градусов, погоды они не сделают.

После сборки первого светильника (в котором я использовал радиатор от процессора Pentium II и который поселился в кухне, у него чуть меньшая мощность в районе 15 Вт), я принял решение ставить в светильники для комнаты не одну матрицу, а две — это «размазало» пятно света на рассеивателе и сделало свет более комфортным. Более разумно было бы в таком случае ставить менее мощные модули, скажем, CXA1820. Модули соединил параллельно, нежелательных последствий в виде неравномерного распределения тока между ними это не вызвало — обе матрицы светятся на глаз одинаково.

Но длину подводящих проводов я на всякий случай выровнял. Крепление к потолку у меня — с помощью коромысла из жесткой стальной проволоки диаметром 2 мм, концы которого продеты в отверстия в крайних ребрах радиатора и загнуты. За центр коромысла зацеплен крючок, прикрепленный к потолку — такой длины, чтобы между натяжным потолком и радиатором оказалось расстояние в пару сантиметров. Драйвер спрятан за натяжным потолком. Если бы светильники делались до потолка, можно было бы в него запрятать и радиаторы.

Поверхность радиатора можно покрасить в черный цвет перманентным маркером или тонким слоем из баллончика (толстым не надо — теплоизоляция). А можно и не красить, глаза он особо не мозолит.

Результаты

Светло. Под лампами на высоте столешницы — 450 лк, в середине комнаты 380 лк. Свет комфортный, цветопередача — вполне (правда, на кухне оказалось, что сырое мясо под этим светом выглядит, как-будто его слегка подкрасили черничным соком). Радиаторы после многочасовой работы теплые, но не горячие. Мерцание равно нулю (заслуга качественных драйверов).

И по ценам: матрицы обошлись в 550 рублей каждая (курс с тех пор, конечно, поменялся), радиаторы — по 600 рублей, драйвера — по 250 рублей, пленка досталась бесплатно. Итого — 2200+1200+500 = 3900 рублей. Плюс два-три часа работы.

  • освещение
  • светодиоды
  • сделай сам
  • светильники

Источник: https://habr.com/ru/post/437420/

Светодиод

Как сделать светодиод тусклее?

Светодиод или светоизлучающий диод (англ. LED Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Иными словами, светится, когда через него течет ток. Похоже на простую лампу накаливания, но устроен светодиод сложнее. В статье рассказывается об особенностях светодиода, о том как правильно подключать светодиод и о способе расчёта резистора для светодиода.

Особенности светодиода

Что-бы понимать, как правильно подключать светодиоды нужно разбираться в некоторых особенностях:

  • светодиод питается током. Напряжение, подаваемое на светодиод не имеет значения. Это может быть и 3В, и 1000В. Главное — выдержать необходимый ток. При нехватке тока, светодиод светится тусклее, чем может. При превышении тока светодиод светит ярче, но сильно греется. Светодиод, через который пропускают ток больше, чем он ожидает, перегреется и проработает совсем недолго. В данном случае всегда лучше «недолить».
  • падение напряжения. Важная характеристика светодиода — падение напряжения. Это значение показывает, на сколько вольт уменьшится напряжение при прохождении через светодиод при последовательном соединении. Например, если падение напряжения на светодиоде 3,4 вольта, то при напряжении питания 12 вольт, после первого светодиода остается 12-3,4= 8,6 вольт. На втором потеряется еще 3,4 вольта. Останется 8,6-3,4=5,2В. А после третьего останется 5,2-3,4=1,8 вольта. Это меньше, чем падение напряжения светодиода. Значит, больше светодиодов запитать мы не сможем.
  • температурный режим. Светодиод нагревается во время свечения. Чем мощнее светодиод, тем сильнее он нагревается. В случае с маломощными светодиодами в пластиковом корпусе, их нагревом можно пренебречь. Если вы имеете дело со сверхмощными яркими светодиодами, нужно думать об охлаждении.
  • полярность. При подключении светодиода нужно соблюдать полярность. Если перепутать плюс и минус, то ничего особенно страшного не случится, но светодиод не будет светить, и ток через него не пройдёт. У светодиода 2 вывода: анод и катод. Анод — положительный вывод. Он подключается к положительному полюсу источника питания. Катод  — отрицательный. Его подключают к минусу (земле). Держа светодиод в руке выводы можно отличить по длине: анод делают длиннее катода. Внутри колбы светодиода выводы можно тоже отличить по размеру. Катод более массивен и по форме напоминает чашу.
Читайте также  Светодиод 1 Вт характеристики

Изображение светодиода на схеме

Светодиод. Видна разница в длине катода и анода.

Светодиод. На крупном плане различим катод, напоминающий по форме чашу.

Необходимый ток и падение напряжения можно узнать из спецификации светодиода. Если у вас уже есть светодиод, но вы не знаете его характеристик, можно считать, что нужен ток 25мА, а падение напряжения считать равным 3В. Казалось бы, эти параметры идеально подходят для того, что-бы светодиод подключить напрямую к выводу Arduino. Но всё не так просто. Как отмечалось выше, светодиод токовый прибор. Если обычная лампочка сама себе выберет ток, то светодиод выбирает себе напряжение. То есть, если светодиод требует для себя 3В, а мы подадим на него 5В, то ток вырастет настолько, что светодиод сгорит.

Это происходит потому, что он пытается удержать своё напряжение в 3V, а источник пытается выдать свои 5В. Начинается смертельная схватка. Если источник питания слабый, и светодиод сумеет просадить на нём напряжение до нужного — он уцелеет, а нет — источник питания выиграет битву, и светодиод сгорит. Для того, чтобы избежать проблем, нужно стабилизировать ток для светодиода. Простейший стабилизатор тока — резистор. Включаем последовательно со светодиодом резистор, резистор ослабляет источник питания, стабилизируя ток. При подключении больших и мощных светодиодов используют уже специальные стабилизаторы тока, вместо резисторов.

Резистор нужно уметь расчитывать.

Расчёт резистора для светодиода

Ничего сложного в расчёте резистора нет. Из формул нам понадобится разве что закон Ома: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Для расчёта сопротивления резистора для светодиода (R) нужно знать: напряжение питания (Uпит), падение напряжения на светодиоде (Uсв) и необходимый светодиоду ток(I).

Формула очень простая: R = (Uпит — Uсв) / I

Для простоты расчёта принимается ряд «стандартных» параметров:

Uпит=5 В, Uсв=3 В, I=25 мА=0,025 А

Тогда:

R = 5 — 3 / 0.025 = 80 Ом

Ближайшее стандартное сопротивление резистора — 100 Ом.

Однако, поскольку часто приходится иметь дело со светодиодами, точные параметры которых неизвестны, лично моя рекомендация: исключить падение напряжения из формулы. Так мы получим универсальную формулу для расчёта резистора для любого светодиода, при этом ограничим ток с запасом и не сильно потеряем в яркости. Однако, если вы собираете осветительный прибор и вам важно добиться максимальной светимости светодиода, используйте полную формулу, описанную выше. Итак, по моей упрощённой формуле расчёт будет таким:

R = 5 / 0.025 = 200 Ом

Ближайшее стандартное сопротивление резистора — 220 Ом. С помощью него и будем подключать. Резистор следует включать в цепь между положительным полюсом источника и анодом светодиода.

Подключение одиночного светодиода

Теперь вы знаете, как правильно подключить один светодиод. Но что делать. когда вам нужно подключить несколько светодиодов к одному источнику питания?

Подключение нескольких светодиодов

При подключении одного светодиода ничего сложного нет. Мы только что обсудили это чуть выше. Но как правильно поступить, если одного светодиода недостаточно? Например, мы хотим подключить 15 светодиодов от источника питания 12В. Параметры светодиода для расчётов возьмём стандартные. Для дальнейших рассуждений придётся опять потормошить старика Ома и вспомнить, что при последовательном соединении напряжение складывается (в данном случае речь о падении напряжения на каждом светодиоде), а сила тока остаётся неизменной. При параллельном — наоборот. Теперь рассмотрим различные варианты подключения светодиодов.

Последовательное соединение

Наиболее простой способ. Все светодиоды подключаем гирляндой друг за другом. Катод первого к аноду второго и т.д. Необходимый светодиодам при параллельном соединении ток не зависит от количества светодиодов и составляет 25мА.  Ещё потребуется учесть падение напряжения на каждом светодиоде. Пытливый читатель, дружащий с математикой, сейчас должен был запнуться. Падение напряжения рассчитывается как сумма падения напряжения для всех светодиодов. Да ещё и нужно оставить запас.

 Запас стоит оставлять из-за того, что светодиоды не идеальны. Падение напряжения сильно колеблется даже у светодиодов одного производителя и в одной партии. Падение зависит от температуры, да ещё и растёт по мере старения светодиода. У нас падение составит 15*3 = 45В. А источник всего на 12 вольт. Этот вариант отпадает. Последовательно мы можем позволить себе подключить только 12/4 = 4 светодиода. С запасом всего 3 светодиода в параллели.

 Теперь можно подключить перед цепочкой из трёх светодиодов токоограничительный резистор на 480 Ом (R = 12/0.025 = 480) и радоваться. Все три светодиода теперь получают ток в 25мА. Но неидеальность светодиодов означает, что нам может попасться экземпляр, который рассчитан на ток всего лишь в 20мА. Или чуть меньше. Или чуть больше. Неважно. Важно то, что наши рассчитанные 25mA окажутся избыточными. Такой светодиод начнёт греться и перегорит раньше других. Он перестанет пропускать через себя ток.

Тогда все остальные светодиоды тоже погаснут. Последовательное подключение — недостаточно надёжная схема. Один перегоревший светодиод нарушает работу всей цепочки.

Достоинства: простая и дешёвая схема, низкое потребление тока.
Недостатки: необходимость в источнике питания с большим вольтажом, крайне низкая надёжность схемы.

Последовательное подключение трёх светодиодов

Итак, последовательно нам удалось соединить только 3 светодиода. Но что если требуется подключить все 15?

Параллельное подключение светодиодов

Здесь у нас всё наоборот. Силу тока нужно умножить на количество светодиодов, а падение напряжения посчитать только 1 раз.
Сила тока: I = 0,025 * 15 =0,375 А
Нам потребуется источник питания, способный выдать максимальный ток в 0,375 А. Округлим до 0,35 (помните, что лучше «недолить»?). По напряжению тоже укладываемся: 12 — 2 = 10. Остаётся с большим запасом.

Пытливый читатель, запнувшийся парой абзацев ранее, может воскликнуть: «Погодите! Так зачем нам 12 вольт, если мы можем обойтись и пятью?». «Можем!» — ответим ему мы. Но не торопитесь с выводами, это ещё не конец.

Мы определились, что светодиоды будут подключены параллельно. Необходимо ограничить ток в цепи. Допустим, специального драйвера у нас нет. Возьмём резистор. Рассчитаем необходимое сопротивление по давно известной формуле: 12 В * 0,35 А = 4,2 Ом. Подключим его между источником питания и анодами светодиодов:

Неправильное параллельное подключение трёх светодиодов

Вот, казалось бы, и всё. Но есть проблема:

Так делать нельзя!!!

Как отмечалось выше, светодиоды не обязательно имеют те характеристики, которые заявлены производителем. Всегда есть разброс. И вот мы задали ток в 0,35 ампер и смотрим на светящуюся линейку светодиодов. Но всем им нужен разный ток. Одному , как мы и рассчитывали 25мА, другому — 20мА, третьему 21мА, а вот нашёлся совсем кривой светодиод, ему нужно всего 15мА. А мы пропускаем через него 25 — почти в 2 раза больше. Светодиод греется и быстро перегорает.

В линейке стало на 1 светодиод меньше. Теперь для питания оставшихся светодиодов нам требуется 35мА. Пока всё не выглядит особенно плохо. Мы ограничили ток с запасом. Мы молодцы. Но не выдержал ещё один светодиод. Осталось 13. Теперь весь наш ток делится не на 15, а на 13 светодиодов. На каждый из них приходится по 26мА. Теперь абсолютно все светодиоды работают на повышенном токе. Очень скоро перегреется следующий.

Самые стойкие получат уже по 29мА — 116% от номинала. Всего 2 перегоревших светодиода запустили цепную реакцию. Скоро вся линейка перегорит, а вы так и не поймёте почему (ну или поймёте, мы же только что всё разобрали). Собственно, избавиться от такого печального сценария просто. Нужно к каждому светодиоду поставить по собственному токоограничительному резистору. Для тока в 25мА и напряжения 12В нужен резистор на 480 Ом.

Это не спасёт от проблемы «кривых» светодиодов, но их перегорание никак не повлияет на остальные.

Достоинства: высочайшая надёжность.
Недостатки: высокое потребление тока, высокая стоимость схемы.

Правильное параллельное подключение трёх светодиодов

Параллельное подключение светодиодов — идеальный вариант. Всегда стремитесь к тому, чтобы подключать светодиоды параллельно и ограничивать ток каждого светодиода по отдельности своим резистором.  Если вы используете светодиодные драйверы (стабилизаторы тока), то каждому светодиоду нужно подключать свой драйвер. Именно поэтому параллельные схемы с большим количеством светодиодов становятся слишком дорогими. В реальности приходится идти на компромисс и объединять светодиоды в цепочки.

Комбинированный способ подключения светодиодов

Итак. Подключим наши 15 светодиодов комбинированным способом. Вспомним расчёт для последовательного подключения. Там мы выяснили, что от 12 вольт можем безболезненно запитать 3 светодиода. На каждый из 3-х светодиодов потребуется резистор в 480 Ом. Это и будет наша цепочка — 3 светодиода и резистор. Теперь мы параллельно подключим 5 таких цепочек. При параллельном соединении напряжение питания остаётся неизменным, а сила тока для каждой цепочки умножается на количество цепочек. Получается, нужен источник на 12В и 5*0,025=0,125А. Как видим, такой способ подключения сильно экономит ток.

Достоинства: низкое потребление тока при большой плотности светодиодов, каждая цепочка не зависит от соседних, благодаря наличию собственного токоограничительного резистора.
Недостатки: внутри цепочки мы получаем те же проблемы, что и при обычном параллельном соединении. При наличии «кривых» светодиодов в цепочке, она выйдет из строя раньше других.

Комбинированное подключение светодиодов. 3 цепочки по 3 светодиода.

Выводы

При подключении светодиодов к источнику питания предпочтительно использовать параллельное соединение, снабжая каждый светодиод отдельным стабилизатором. При подключении большого количества светодиодов, для удешевления конструкции возможно комбинирование последовательного и параллельного способов соединения светодиодов для достижения оптимального результата.

Источник: https://uscr.ru/svetodiod/

Светодиодыдля авто своими руками

Как сделать светодиод тусклее?

    Многие автолюбители хотели бызаменитьштатные лампочки накаливания в авто на светодиоды.Преимущество последних несомненно — низкий ток потребления,долговечность, более высокая светоотдача, отсутствие нагрева. Приятнооставить включенными габариты и поутру обнаружить, что аккумулятор и недумал разряжаться. Эта статья поможет самостоятельно произвести заменуавтомобильных лампочек на светодиоды своими рукамииизбежатьтипичных ошибок.

Читайте также  Перестал моргать светодиод сигнализации

   Первое,что выдолжны усвоить, прежде чем приступить к процедуре замены : светодиод–это не лампочка. Будьте аккуратны и внимательны, ремонтэлектрооборудования автов результате ваших неправильных действий – штука малоприятная. Это,впрочем, касается не только светодиодов,но и любых действий с электропроводкой, будь то установка усилителя илидоп-сигналов. Но, тем не менее, не боги горшки обжигают, ничегосложного в подобной замене нет, любой человек с прямыми руками способенпроизвести ее самостоятельно.

Основныепозиции, которые нам нужноусвоить:

   1. Напряжение вбортовойсети авто.Обычно это 12 — 13 В при заглушенном двигателе и 13 — 14,5 В призаведенном.

   2. Напряжениепитания типичногосветодиода– 3,5 в. В зависимости от цвета это может быть : для желтых и красных светодиодов— 2 — 2,5 в.; для синих, зеленых, белых — 3-3,8 в.  Типовойток маломощногосветодиода – 20 мА, мощного– 350 мА.
   3. Не все светодиоды,в отличие от лампочек, освещаютпространство вокруг себя. Это нужно учесть при заменеиндикаторных ламп,например, в приборной панели. При покупкеследует обратить внимание на тип линзыили, если есть возможность, спросить у продавца.Узконаправленные светодиодыимеют на конце маленькую линзу. Вообще, постарайтесь проверить это припокупке, аеще лучше, купите и попробуйте несколько разных.   
    4. У светодиода,как и у аккумулятора, есть плюси минус.Минусназывается катодом, плюс — анодом,на схемах они изображаются так :

светодиодв бортовуюсеть авто – этозначитгарантированноего сжечь

   
   Хотите убедиться ? Возьмите иподключите любойдешевый светодиод напрямую к бортовойсети. Из зажигалки, например. Он у васкрасиво засияет и задымится 🙂 Зато будете представлять как выглядитпроцесс. Дорогие светодиоды перегораютточно так же,поэтому тренироваться лучше на дешевых.

Подключаем светодиоды

   1.В продаже продаются светодиодныепанельки, такназываемые кластеры, онирассчитаны на питание 12в. Их можнопросто подключитьк бортовой сети ирадоваться красивым огонькам. Но есть неприятная особенность – приизменении оборотов двигателя будет меняться яркость свечения светодиодовв кластерах.Незначительно, но заметно глазу.

К тому же, по факту,нормально они светят при напряжении около 12,5в, поэтому если у васнизкое напряжение в бортовой сети, светить кластерыбудут тускло. Конструктивно кластерсостоит из цепочки светодиодови резистора.На каждые три светодиода — резистор, который гасит лишнее напряжение. Светодиодная лента устроена точно также, поэтому если вамнадоотрезать кусок — посмотрите на ленту, на ней есть места, где ее можнорезать.

Обычно это те же три светодиода и резистор… Где попало резатьнельзя 🙂

   2.Включить светодиодыпоследовательно,цепочкой, тоесть сделать самодельный кластер. То есть сцепить нужноеколичество между собой, а оставшиеся два вывода – к бортовойсети. Оговоримся, что речь идет о белых светодиодах. У светодиодовразного цвета напряжение разное. Нетрудно подсчитать, что для 12-14 впонадобится 3 светодиода.Всумме они дадут 3,5х3=10,5 в. Как говорилось выше, у светодиодаестьплюс и минус. Соединение последовательно – это когда плюс одногосоединяется с минусом следующего и так далее до конца цепочки.

Но напрямую их подключать все ещенельзя, нужнопоследовательно с вашей цепочкой включить гасящий лишнеенапряжение резистор (сопротивление) — номиналом примерно100-150Ом, мощностью 0,5 Вт. Резисторы продаютсяв любоммагазине для радиолюбителей.

    Этотспособ страдает тем женедостатком, что и предыдущий – изменением интенсивности свечения светодиодовприизменении оборотов. Небольшим, но неприятным. Тем не менее, пользуясьэтой схемой вы можетеподключить любое количество светодиодов,собирая ихцепочками по 3 шт.с резистороми включая параллельно.Параллельно — этозначит собрать несколько одинаковых цепочек, плюс каждойцепочкисоединить с плюсом другой цепочки, минус — с минусом.

 Вообще,номинал резисторавычисляется по закону Ома. Но если вы не в ладах с формулами,применяйте простое правило: если включаете 1 светодиод— резистор нужен500 Ом, если два — 300 Ом, три светодиода— 150 Ом.При этом дальше можете нечитать. 🙂 Но потратив полчаса на изучение простой формулы, вынаучитесь правильно подбирать значения резисторов,азначит ваши светодиоды будут светитьдолго иправильно.

Могузаверить, что не нужнобыть академиком, постараюсь разьяснить подробно и понятно. Вампонадобятся :

    1. Прибор-измеритель напряжения, тока исопротивления, в простонародье «Цешка» или «Мультиметр». Продается вмагазинах радиолюбителей, электротоваров и на китайских рынках. Стоитот 50 рублей. Рекомендую купить цифровой, с ним понятнее. Этой штукойвы сможете произвести все нужные измерения, если, конечно, изучитеинструкцию или статью «Мультиметрдля «чайников».

    2. ЗаконОмадля участкаэлектрической цепи, то есть для вашего светодиодаи резистора.R=U/I .Где R — сопротивление резистора, U — напряжение, которое нужнопогасить, I — ток в цепи. То есть, чтобы получить сопротивлениегасящего резистора, нужно разделить напряжение,которое нужно погасить, на ток, который нужно получить.

Рассмотрим пример. У нас естьпростой белыйсветодиод, который нам нужно подключить кбортовойсети автомобиля.Напряжение питания такого светодиодаприблизительно3,5 в, ток — 20 мА.

    1.Замеряем напряжениев тойточке, к которой мы собираемся подключить светодиод. Дело в том, чтонапряжение в бортовой сети разное. На аккумуляторе может быть 13 вольт,а на прикуривателе — 13,5 и т.д. Поэтому определитесь заранее, кудабудете подключать. Включите прибор в режим измерения напряжения ипроизведите замер. Допустим, это 13 в. Запишите на бумажке.

    2.Вычитаем из 13в напряжениепитания светодиода (3,5в). Получаем 9,5 в. Ток в формулуподставляется в амперах, в одном ампере 1000 миллиампер, тоесть в нашем случае 20 мА — 0,02 А. Пользуясь формулой вычисляемсопротивление :

9,5/0,02=475 Ом.

Чтобы резистор приработе не грелся, вычисляем его мощность. Для этого надо умножитьнапряжение, которое гасит резистор — 9,5 вольт, на ток, который черезнего проходит — 0,02 ампера. 9,5х0,02= 0,19 ватт. Лучше брать резисторс запасом — 0,5-1 ватт.

То есть нам нужно сказать продавцу вмагазинерадиотоваров «Мне нужен резистор 475 Ом 0,5 или один ватт.». Можноиспользоватьноминал и побольше,только светить светодиоды  будуттусклее. Поменьше — будет ярче, но ему это может не понравиться.

Купив искомое, подключаем и радуемся:) Чтобы ужокончательно убедиться в правильности расчетов, можете померять ток вцепи. Для этого нужно включить мультиметр в режиме измерения тока (см.инструкцию к прибору) в разрыв между резистороми светодиодом. Если инструкция потеряна -не беда. Установите диск на метку «10А», и переключите красный щуп вгнездо с подписью «10А».

Он должен показать 20 миллиампер илименьше. У резисторови светодиодов естьразброс параметров, поэтому ток можетотличаться в обе стороны, но незначительно. Если значение от 15 до 23мА — нормально. Чем больше ток, тем ярче светит светодиод, но темменьше срок его службы. Поэтому для обычных светодиодовне рекомендуютустанавливать ток выше 20 мА, оптимально — 18мА. Самый лучший способподбора нужного сопротивления — использовать переменныйрезистор. Ноэто уже сложнее 🙂

   Вышеприведенная информацияпозволит произвести подключение любого количества маломощныхимощныхсветодиодов, достаточно знать их рабочиенапряжение иток и подставлятьих в формулу.
Очень полезно бывает подключить параллельно светодиодуобычный диод любого типа в обратной полярности, то есть катодом диода каноду светодиода. Это защитит ваш светодиодот напряжения обратной полярности.Особенно этоактуально для отечественных автомобилей почтенного возраста. 

Длясамых пытливых 🙂 — первый светодиодный драйвер для авто

   Дальнейшая информация служитдля продвинутых любителей, которые закон Ома уже освоили. Нет пределасовершенству, и вам уже мало просто зажечь светодиоды— хочется, чтобыони светили равномерно, не завися от оборотов двигателя.

Самое правильное включение светодиодов– черезстабилизатор тока. Светодиод — этополупроводниковыйприбор, которыйпитается током, а не напряжением.

Поэтому, если вы стабилизируете иограничите ток, протекающий через него, то можете подключить хотькиловольт, светодиод будет светитьнормально. А отрежима работызависит как долго светодиод будет светитьне теряяяркости. Длястабилизации тока используются приборы, называемые драйверами.

Простейший драйвер — схема на микросхеме-стабилизатореLM317.Главное достоинство этой микросхемы для начинающих — ее очень трудноспалить 🙂

Испугались ? Ничего 🙂 В сущности,требуются дведетали — сама микросхема — трехвыводной стабилизаторнапряжения, который мывключим в режим стабилизации тока, и резистор.Чтобы не вдаваться втеорию, действия следующие — приобретаем переменный резисторсопротивлением 0,5 кОм.Это такая штуковина с тремя выводами и крутилкой.

Как и микросхема, онпродается все в том же «Радиолюбителе» за смешные деньги. Можно и вовсевыковырять из ненужного бытового прибора. Припаиваемпровода к среднему выводу и одному из крайних, неважно какому. Включаеммультиметр в режим измерения сопротивления. Подключаем к проводамприбор и замеряем сопротивление резистора. Вращением стержня добиваемсямаксимального показания, то есть 500 Ом (или около того).

Это чтобы несжечь светодиодпри слишком низком сопротивлении резистора.

Собираем цепь. Внимание!Внимательно проверьте правильность соединений перед подключением ?Проверили ? Точно ?

   Прибор включаем в режимизмерения тока. Вращениемдвижка переменного резистора добиваемся показаний прибора 20 мА.Отключаем цепь, замеряемсопротивление резистора и впаиваем вместо него обычный резистор с такимже сопротивлением.

Вуаля! Вы только что собрали свойпервый светодиодный драйвер 🙂 Он имеетограничениепо максимальномутоку в пределах 1-1,5 А, поэтому при подключении большого количествасветодиодов : во первых, используйте резистор большей мощности.Во-вторых, потрогайте микросхему. Если горячая — имеет смысл прикрепитьее к радиатору.

Не забывайте, что корпус авто имеет электрическийконтакт с «минусом» аккумулятора, а подложка микросхемы (корпус) — сосвоейвторойножкой. Поэтому крепить ее на кузов без изолирующей прокладки — плохаяидея. Еще один нюанс — сама микросхема снижает максимальное напряжение,которое можно подать на светодиод, на два-три вольта. Поэтому больше11-12 вольтвы при таком драйвере не получите.

Но зато он простой и первоепредставление о правильном подключении светодиодов в авто вам даст :)К слову сказать, на этой же микросхеме + пара деталей можно собратьрегулируемый блок питания 1,5-30 в., что бывает очень полезно вавтомобиле. Схем включения в интернете множество.
В общем, если у вас все получилось — добро пожаловать в увлекательныймиррадиоэлектроники, ведь вряд ли вы теперь остановитесь…

Может, теперь даже соберете своимируками светодиодную лампу

 
(с) Юрий Рубан, led22.ru. Вопросы и критикаприветствуются в разделе «Светодиодыв авто» на форуме «Светлый угол»

Источник: http://led22.ru/ledstat/ledauto/led3.html