Ограничительный резистор для светодиода

Схема подключения светодиода

Ограничительный резистор для светодиода

Использование светодиодов для освещения и индикации — это надежное и экономичное решение. Светодиоды имеют очень высокий КПД, надежны,экономичны, безопасны, долговечны в сравнении с лампами накаливания и люминесцентными лампами. В данной статье рассматриваются способы включения светодиодов. Описываются способы питания светодиода от компьютера.

Что такое светодиод и как он работает

Светодиод — это, во-первых, диод. И точно так же как у обычного диода, у светодиода есть два вывода (контакта питания): анод (плюс) и катод (минус). Это связано с тем, что светодиод является полупроводником, то есть, проводит электрический ток только в одну сторону (от анода к катоду), и не проводит в обратную (от катода к аноду).

Итак, для того, чтобы светодиод засветился, надо пропускать через него электрический ток в направлении от анода к катоду. Для этого следует подать на его анод положительное, а на катод — отрицательное напряжение.

Тут и начинается самое неприятное. Оказывается, что светодиод нельзя подключать к источнику питания напрямую, поскольку это приводит к немедленному сгоранию светодиода. Причина сего поведения кроется в следующем. Выражаясь простым бытовым языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять такую мощность, которую физически не способен выдержать.

Как мы все уже догадались, для нормальной работы светодиоду нужен строгий ограничитель. Именно с этой целью последовательно со светодиодом устанавливают резистор, который служит надежным ограничителем тока и мощности. Этот резистор называют ограничительным.

Какие бывают светодиоды

Во-первых, светодиоды можно разделить по цветам: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Большинство современных светодиодов выполнено из бесцветного прозрачного пластика, поэтому невозможно определить цвет светодиода не включив его.

Во-вторых, светодиоды можно разделить по номинальному току потребления. Широко распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. Следует помнить, что светодиод не в состоянии контролировать потребляемый ток. Именно поэтому мы вынуждены использовать ограничительные резисторы.

В-третьих, светодиоды можно разделить по такому параметру, как падение напряжения в открытом состоянии при номинальном токе. Несмотря на то, что про этот параметр нередко забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничительного резистора.

Светодиод(ы) можно подключить к компьютеру разными способами.

Для подключения светодиодов в качестве простого освещения удобно использовать разъемы блока питания, выдающие 5 и 12 вольт. Для подключения светодиодов в качестве светомузыки удобно использовать LPT порт компьютера.

Подключение светодиодов к блоку питания

Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.

Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.

Читайте также  Люстра на светодиодах греется трансформатор

Рассмотрим схему подключения одного светодиода.

При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом.
При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом.

Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.

При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло (даже без резистора).
При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом.

Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.

При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом.
Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло (даже без резистора).

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Методика расчета питания светодиода».

Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов. Обратите внимание, что под параллельным включением подразумевается схема в которой, когда аноды и катоды всех светодиодов непосредственно сходятся в две точки (два пучка).

Такие схемы, как правило, не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения более сложны в расчетах, требовательны к источнику питания, поэтому мы будем пользоваться ими только в особых случаях. Просто посмотрим как выглядит такая схема.

При паралельном включении светодиодов следует использовать только одинаковые светодиоды, с минимальным разбросом характеристик. Сопротивление ограничительного резистора должно быть рассчитано и подобрано с высокой степенью точности. В случае выхода из строя одного из светодиодов — остальные могут выгореть по очереди друг за другом в считанные минуты.

Рекомендую никогда не использовать эту схему включения светодиодов. Но если все же условия требуют параллельного включения то советую использовать следующий вариант.

Такая схема параллельного включения светодиодов практически избавлена от опасности последовательного выгорания светодиодов. В данном случае вместо ограничиельного резистора включено несколько обычных выпрямительных диодов разных марок (НЕ светодиодов).

Благодаря падению напряжения на этих диодах, до светодиодов доходит напряжение уже не 5 Вольт, а значительно меньше. Ограничительные диоды подбираются так, чтобы до светодиодов доходило напряжение равное их падению напряжения в открытом состоянии.

Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры.

Подключение светодиодов к LPT порту

При питании светодиода от LPT порта необходимо последовательно со светодиодом можно включить резистор номиналом до 100 Ом. В большинстве случаев, при питании светодиода от LPT порта резистор бывает не нужен. LPT порт предварительно должен быть переведен в режим EPP. Подробное описание способа подключения светодиодов к LPT порту содержится в статье «LPT порт и 12 светодиодов».

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Универсальная методика рассчета питания светодиодов».

Источник: https://mavius.mavjuz.com/projects/led/

Формула и пример расчета ограничительного резистора для светодиода

Ограничительный резистор для светодиода

Светодиоды для индикации и освещения используются с целью снизить затраты на электроэнергию.

Чтобы создать схему подключения к любому источнику питания, требуется расчет ограничивающего резистора для светодиодов.

Мощность и сопротивления рассчитываются при помощи несложных формул с учетом цвета лампочек и вида схемы.

Читайте также  Выключатель со светодиодом мигает лампа

Особенности подключения светодиода

Светодиод – это полупроводник, кристалл кремня, который способен проводить напряжение и ток лишь в одном направлении. У лед-лампы (как и у диода) 2 вывода – анод («+») и катод («-»), при подключении важно соблюдать полярность – ток должен проходить от анода к катоду.  На аноде должно быть положительное напряжение, на катоде – отрицательное.

Основное отличие от других источников света – невозможность прямого подключения к источнику питания. Это обусловлено другой особенностью – потреблением всего объема мощности, которая передается. Поэтому требуется последовательное подключение к схеме токоограничивающего устройства (резистора), использующего излишки напряжения и электротока.

Светодиод подключается к источнику питания и резистору:

  • последовательно;
  • параллельно;
  • комбинированно.

Для подключения к бытовой электросети существуют специально разработанные схемы и формулы для расчетов.

Важно! Идеальный для лед-ламп источник питания – драйвер, изготовленный промышленным способом. Если он стоит дороже, чем лампа, покупать нецелесообразно. Гораздо выгоднее подобрать другой источник питания в комбинации с ограничивающим элементом.

Разработку схемы и расчеты затрудняет еще одно обстоятельство. Ни один производитель не может указать точные параметры для каждого диода, поэтому определяет средний показатель напряжения при оптимальном уровне электротока для выпущенной партии. Это значит, в процессе разработки схемы и при расчетах по формулам лучше всего при помощи мультиметра определить точные значения.

Существует целый ряд правил, которые обязательно соблюдаются при сборке схемы:

  • цепочка собирается из ламп одного производителя с одинаковыми параметрами;
  • если диодов много, для них требуется радиатор;
  • на входе напряжение не должно превышать 35 В;
  • для пайки необходимо использовать пинцет и качественный маломощный паяльник с максимальной температурой до 260ос;
  • ножки нельзя гнуть под большим углом (у основания они не должны менять положение);
  • требуется плата из оргстекла или другого диэлектрика (предварительно высверливаются отверстия, соответствующие диаметру ламп);
  • в цепочку желательно включать предохранители.

Важно! На параметры электротока влияет температура окружающей среды, поэтому при расчетах оптимальный показатель нужно определять на 2-3 вольта ниже. Яркость при этом практически не теряется, срок эксплуатации продлевается.

Параллельное и последовательное включение светодиодов

Лед-лампочки подключаются к электросети 220 В или источнику питания с постоянным напряжением (током), значение которого может быть разным (не обязательно на 12 вольт, может быть 3, 4,5 или 5 В).

Последовательное подключение – это цепочка, в которой катоды диодов спаиваются с анодами. Электроток по всем проходит одинаковый, напряжение – сумма падения вольтажа на лампочках. Количество диодов ограничивается падением напряжения. Например, если аккумулятор на 12 В, к нему можно последовательно подключить только 4 диода с падением напряжения 3 В.

При последовательном подключении цепочка перестает функционировать, если вышла из строя одна лед-лампочка. При желании создать цепочку из большого количества сравнительно мощных источников света, требуется мощный блок питания.

При параллельном подключении ситуация меняется – напряжение на лампочках одинаковое, меняется ток. Это значит, что требуется отдельное сопротивление для каждого светодиода. Если резистор один, каждый диод получает различный ток. Если он ниже оптимального, лампочка тусклая, если больше – диод выгорает. Еще хуже, если одна лампа вышла из строя. Остальные получают больше тока и сгорают.

Читайте также  Диммер для светодиодов своими руками

В чистом виде последовательное и параллельное подключение практически не используется, если лампочек больше 2-х или 3-х. Оптимальный вариант – смешанная схема, в которой диоды делятся на группы, соединенные последовательно, группы соединяются параллельно.

Интересно! Схемы соединения и формулы для расчетов не меняются в зависимости от мощности ламп. Если они по 1-5 ватт, в цепочку дополнительно подключается стабилизатор напряжения (для защиты от колебаний электросети).

Формулы расчета резистора для светодиода

Рассчитать резистор на светодиод – это вычислить напряжение и мощность.

Напряжение зависит от цвета лампочек:

  • 2 В (на практике 1,8-2,4 В) – желтые и красные;
  • 3 В (на практике 3-3,5 В) – синие, зеленые, белые.

По закону Ома (U = R*I) формула для расчета сопротивления ограничителя при последовательном подключении: R = U/I, где:

  • U –вольтаж источника питания;
  • I – ток одной лампочки.

Внимание! Чаще всего полученное значение не соответствует показателям резисторов, предлагаемых торговой сетью, выбирать следует деталь с ближайшим большим номиналом.

Цель расчета рассеиваемой мощности – определение объема выделяемого сопротивлением тепла и оптимальной нагрузки (вольтажа).

Формула расчета мощности: P = U*I.

Эти формулы дают возможность определить, какой резистор нужен для конкретного светодиода (или схемы).

При параллельном подключении показатели ограничительных резисторов рассчитываются отдельно для каждой лампочки.

Примеры расчета резистора для светодиода

Как рассчитать показатели для имеющихся светодиодов, чтобы осуществить подбор ограничителя (или нескольких)?

Пример: имеется блок питания 12 В и небольшая партия лампочек на 0,02А.

Расчет сопротивления ограничителя (для одного диода): R = U/I = 12/0,02=600 Ом.

Расчет оптимальной нагрузки на гасящий резистор: P = U*I = 12*0,02 = 0,24 В.

Это значит, что у продавца нужно попросить резистор на 600 Ом с мощность 0,5 В (чтобы был запас).

С повышением мощности увеличиваются размеры детали.

При параллельном подключении 3-х диодов с U=2 В и I=0,03А сила электротока будет равна сумме тока всех лампочек, то есть I=0,09А.

Пример: имеются 3 цепочки по 3 диода на 0,03 А и источник питания 12 В, нужно подключить цепочки параллельно.

Необходимо рассчитать не только параметры 4-х резисторов (на каждой цепочке и общий для схемы), но и параметры лампочек.

Сопротивление светодиода – это соотношение вольтажа к току: Rд = U/I = 2/0,03 = 66,7 (берется 70) Ом.

В последовательной цепочке сопротивление ограничителя: R1=R2=R3= U/I=12/0,03=400 Ом.

Мощность: P= U*I=12*0,03=0,36 В.

К сопротивлению резисторов плюсуется сопротивление лампочек, чтобы получить сопротивление одной цепочки: 400+70+70+70 = 610 Ом.

Сопротивление общего ограничителя схемы: 1/R = 1/R1+1/R2+1/R3 = 3/R1 или R= R1/3=610/3=23,33 Ом.

Входной ток: 3*0,03=0,09 В.

Мощность входного ограничителя: P = U*I=12*0,09=1,08 В.

Нужно купить детали на 400 Ом и 0,5 В, одну – на 24 Ом и 1,5 В.

Основные выводы

Приведенные выше формулы на практике необходимо корректировать. Даже в одной партии у светодиодов различные показатели. Чтобы получить точные результаты, в формулы желательно вставлять цифры, полученные при тестировании лед-лампочек.

Необходимо так же учесть температуру среды. Это значит, что для использования в помещениях расчеты проводятся не так, как для использования вне помещений. Если в схему включаются предохранители, учитывается так же их сопротивление. Ведь у любого электроприбора оно есть.

ПредыдущаяСледующая

Источник: https://svetilnik.info/svetodiody/formula-i-primer-rascheta-rezistora.html