Параметры тока для подключения светодиода: как определить и рассчитать правильные

Основные принципы подключения

Как было сказано ранее, конструкция светоизлучающего диода подразумевает их подключение исключительно к источнику постоянного тока

Однако, поскольку рабочая часть светодиода – это полупроводниковый кристалл кремния, то очень важно соблюдать полярность, в противном случае светодиод не будет излучать световой поток

Каждый светодиод имеет техническую документацию, в которой содержатся инструкции и указания по правильному подключению. Если документации нет, можно посмотреть маркировку светодиода. Маркировка поможет узнать производителя, а зная производителя, Вы сможете найти нужный даташит, в котором и содержится информация по подключению. Вот, такой не хитрый совет.

Как определить полярность?

Для решения вопроса существует всего 3 способа:

1. Конструктивно. Согласно нормам, принятым во всем мире, на обычном светодиоде (не SMD типа), длинная ножка всегда является «+» или же анодом. Для работы светодиода на него должна подаваться положительная полуволна. А короткая – катодом. 
2. С помощью мультиметра. Для проверки необходимо переключатель прибора поставить в режим «Прозвонка» и установить красный щуп мультиметра на анод, а черный – на катод. В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод). Если результат не меняется, тогда led вышел из строя (для установления более точного диагноза, читайте как проверить светодиод). 
3. Визуально. Если присмотреться к светодиоду, то можно увидеть 2 кончика возле кристалла. Тот, который больше – катод, тот, что меньше – анод. 

С полярностью разобрались, теперь нам нужно определиться с тем, как подключить LED к сети. Для тех, кто не понял, читайте подробную и интересную статью определения полярности у светодиода. В ней мы собрали все возможные способы проверки, и даже при помощи батарейки.

Как подключить светодиоды к сети переменного тока 220 В через блок питания

Существует несколько типов блоков питания:

• Стабилизированные источники постоянного напряжения для светодиодов на 5 Вольт и 12 Вольт. При колебаниях параметров сети напряжение на выходе такого источника питания остается постоянным и равным заявленной в паспорте величине. LED-светильники подсоединяют через резисторы.
• Драйвер – импульсный блок питания со стабилизированным током. Характеристики, которые учитывают при его выборе: максимальное и минимальное выходное напряжение, выходной (рабочий) ток. В драйвере присутствует схема, стабилизирующая ток при скачках входного напряжения 220 В. При подключении светодиодного излучателя к драйверу резистор не требуется.

Классификация

Диоды относятся к простым полупроводниковым радиоэлементам на основе p-n перехода. На рисунке представлено графическое обозначение наиболее распространенных типов этих устройств. Анод отмечен «+», катод – «-» (приведено для наглядности, в схемах для определения полярности достаточно графического обозначения).

Принятые обозначения

Типы диодов, указанные на рисунке:

• А – выпрямительный;
• B – стабилитрон;
• С – варикап;
• D – СВЧ-диод (высоковольтный);
• E – обращенный диод;
• F – туннельный;
• G – светодиод;
• H – фотодиод.

Теперь рассмотрим способы проверки для каждого из перечисленных видов.

Параметры акустического кабеля для колонок

Аудиопровод обладает тремя базовыми свойствами: емкость, индуктивность и сопротивление. Из-за условий, в которых функционирует провод динамика, важнейшим качеством для него является сопротивление. Это основной параметр, отличающий акустический кабель от обычного. Это обусловлено довольно невысокими частотами и абсолютным сопротивлением системы. Большая часть звуковых установок обладает импедансом от 4 до 15 Ом.

Строение акустического кабеля

Повышение сопротивления способно влиять на эффективность системы, поскольку динамик уменьшает ток возбуждения. Следующая проблема состоит в том, что обратная ЭДС, образованная динамиком, обязана иметь первоисточник с невысоким импедансом. При увеличении импеданса первоисточника обратная ЭДС поглощается в меньшей степени. Это влияет на производительность динамика, особенно в области низких гармоник, тогда они будут не такими выраженными, приобретут менее естественное звучание.

Вам это будет интересно Особенности кабельных наконечников

В основном негативные проявления провода динамика становятся ощутимыми, когда кабельное сопротивление достигнет около 5% от общего сопротивления громкоговорителя. Поскольку оно пропорционально его длине, сопротивление АК может быть скорректировано модификацией такого параметра:

Длина обязана быть насколько возможно короче, тогда сопротивление уменьшится.

Еще одно директивное правило, которое нужно соблюдать при сборке аудиосистемы — размер линии к обоим громкоговорителям должен сохраняться одинаковым, и, следовательно, они будут иметь равное сопротивление. Система будет эффективно сбалансированной.

Обратите внимание! Чем толще провод, тем меньше сопротивление, в этом отличие качественных и некачественных изделий. Это взаимосвязь между импедансом динамика, длиной и длинной, которые влияют на сопротивление. Она должна обеспечить сопротивление speaker кабеля менее 5% от номинального импеданса динамика при разных нагрузках

Она должна обеспечить сопротивление speaker кабеля менее 5% от номинального импеданса динамика при разных нагрузках.

Классификация

Диоды относятся к простым полупроводниковым радиоэлементам на основе p-n перехода. На рисунке представлено графическое обозначение наиболее распространенных типов этих устройств. Анод отмечен «+», катод – «-» (приведено для наглядности, в схемах для определения полярности достаточно графического обозначения).

Принятые обозначения

Типы диодов, указанные на рисунке:

• А – выпрямительный;
• B – стабилитрон;
• С – варикап;
• D – СВЧ-диод (высоковольтный);
• E – обращенный диод;
• F – туннельный;
• G – светодиод;
• H – фотодиод.

Теперь рассмотрим способы проверки для каждого из перечисленных видов.

Маркировка импортных диодов

В настоящее время широко используются SMD-диоды зарубежного производства. Конструкция элементов выполнена в виде платы, на поверхности которой закреплен чип. Слишком маленькие размеры изделия не позволяют нанести на него маркировку. На более крупных элементах обозначения присутствуют в полном или сокращенном варианте. В электронике SMD-диоды составляют около 80% всех используемых изделий этого типа. Такое разнообразие деталей заставляет внимательнее относиться к обозначениям. Иногда они могут не совпадать с заявленными техническими характеристиками, поэтому желательно провести дополнительную проверку сомнительных элементов, если они планируются к использованию в сложных и точных схемах. Следует учитывать, что маркировка диодов этого типа может быть разной на совершенно одинаковых корпусах. Иногда присутствует только буквенная символика, без каких-либо цифр. В связи с этим рекомендуется использовать таблицы с типоразмерами диодов от разных производителей.

Для SMD-диодов чаще всего используется тип корпуса SOD123. На один из торцов может наноситься цветная полоса или тиснение, что означает катод с отрицательной полярностью для открытия р-п-перехода. Единственная надпись соответствует обозначению корпуса. Тип корпуса не играет решающей роли при использовании диода. Одной из основных характеристик является рассеивание некоторого количества тепла с поверхности элемента. Кроме того, учитываются значения рабочего и обратного напряжения, величина максимально допустимого тока через р-п-переход, мощность рассеивания и другие параметры. Все эти данные указаны в справочниках, а маркировка лишь ускоряет поиск нужного элемента.

По внешнему виду корпуса не всегда удается определить производителя. Для поиска нужного изделия существуют специальные поисковики, в которые нужно ввести цифры и буквы в определенной последовательности. В некоторых случаях диодные сборки вообще не несут какой-либо информации, поэтому в таких случаях сможет помочь только справочник. Подобные упрощения, делающие обозначение диода очень коротким, объясняются крайне ограниченным пространством для нанесения маркировки. При использовании трафаретной или лазерной печати удается разместить 8 символов на 4 мм2. Стоит учесть и тот факт, что одним и тем же буквенно-цифровым кодом могут обозначаться совершенно разные элементы. В таких случаях анализируется вся электрическая схема.

Способы определения мощности светодиода

На самом деле способов как узнать потребление не так уж и много, поэтому давайте остановимся на каждом из них и рассмотрим более подробно.

Мультиметром

Этот способ самый сложный и не является точным, прибегать к нему советую только в крайнем случае, когда достаточно хотя бы примерных значений.

Имея на руках только один мультиметр (он же тестер), для измерения следует выполнить следующую последовательность действий:

1. Собрать схему с подключенным светодиодом через токоограничивающий резистор на 500 Ом от блока питания с плавной регулировкой напряжения от 0 до 12 В. 
2. Плавно поднимая напряжение на блоке питания, следует постоянно измерять напряжение на блоке питания и светоизлучающем диоде, т.е. до резистора и после (в местах V1 и V2). В таком способе удобно использовать два мультиметра или два вольтметра. Изначально, значения напряжений будут почти одинаковы (разница не более 0,1В). При достижении определенного уровня, начнется ощутимый рост разницы измеряемых значений.
3. Зафиксировать значение напряжение
4. Подключить проверяемый светоизлучающий диод через резистор 10 Ом последовательно с амперметром. Если нет амперметра, используйте мультиметр. 
5. Поднимите напряжение до зафиксированного ранее значения V
6. Зафиксируйте значение тока и, используя закон Ома, определите мощность светодиода.

Как это сделать, читайте ниже.

Иногда люди сталкиваются с интересной особенностью, проверяемый светоизлучающий диод исправен (проверяют светодиод мультиметром), но никак не светится при подаче на него питания. Оказывается, что он инфракрасный. Определить ИК — светодиод можно посмотрев на него через объектив камеры. Он будет светиться.

По закону Ома

В самом начале статье мы упоминали формулу мощности, которая вытекает из закона Ома. Там же приведен пример расчета потребления. Зная формулу (P=I*U), а также силу тока (I) и напряжение (U) светодиода, Вы без труда узнаете сколько потребляет светодиод.

По внешнему виду

Определить сколько потребляет светодиод по внешнему виду практически не возможно, поэтому этим способом также рекомендую пользоваться только в крайнем случае, так сказать в безвыходной ситуации. Методика визуального определения сводится к возможности отнесения «узнаваемого» к какому-либо известному Вам типу светоизлучающего диода. Определяем для «подопытного» тип светодиода (а лучше марку и модель, это можно сделать по маркировке) и ищем к нему даташит, в котором можно найти точные характеристики, в том числе и мощность.

Давайте посмотрим, как применить способ на практике. Например, на руках у нас имеется светоизлучающий диод, как на фото ниже.

Сразу видим, что это SMD LED. Зная то, что в названии SMD LED зашифрованы габариты. Берем штангенциркуль и меряем размеры. Получив значения ширины – 28 и длины – 35 мм, можно с уверенностью сказать, что это светодиод SMD 3528. Мощность SMD 3528 белого цвета составляет 0,06 Вт. Это значение является средним, т.к. оно может варьироваться плюс – минус 15% в зависимости от производителя.

Рассмотренная выше методика применима к любому SMD LED и даже для светодиодной ленты, т.к. в ее основе лежат данные LED. Узнав мощность одного светоизлучающего диода на ленте, и посчитав их количество, Вы без труда узнаете мощность всей светодиодной ленты.

Для наглядной демонстрации определения мощности светодиодной ленты, рекомендуем посмотреть соответствующее видео с ютуба. При расчетах автор пользуется законом Ома.

Как определить параметры светодиода?

В связи с глобальным развитием технологий широкое применение в электронике получили светодиоды. Они обладают множеством особенностей, из которых можно выделить компактность и яркое свечение. Помимо номинального тока, который является их главным параметром, нужно знать рабочее напряжение светодиодов.

Этот параметр часто используют для проведения расчетов. Если правильно подобрать параметры устройства, можно продлить срок его службы. Напряжение для светодиода является разницей потенциалов на p-n-переходе, что отмечается в паспортных данных прибора.

Бывают случаи, когда нет информации о конкретном изделии, тогда возникает вопрос: «Как определить падение напряжения на светодиоде?».

Определение тока

Для осуществления этого есть несколько методов. Рассмотрим наиболее простой из них. Чтобы определить номинальный ток светодиода, потребуется наличие тестера, называемого мультиметром. Такой метод также применяется для обычных диодов.

Измерение силы тока светодиода

Тестирование проводится следующим образом:

• Щупы мультиметра подключаются плюсовым выводом к аноду, а минусовым к катоду.
• Анодный вывод у светодиода делается длиннее, чем катодный.
• Прозванивать можно светодиоды, у которых небольшое напряжение питания. Если у них большая мощность, применять такой метод нельзя.

Лучше воспользоваться проверенным способом измерения характеристик устройства. Для этого понадобятся:

• блок питания, рассчитанный на 12 В;
• мультиамперметр;
• постоянные резисторы – 2,2 и 1 кОм, а также 560 Ом;
• переменный резистор – 470–680 Ом;
• вольтметр, желательно цифровой;
• провода для коммутации схемы.

Как и в предыдущем случае, потребуется узнать полярность диода. Если по его выводам непонятно, где «+» и «-», тогда придется к одному из выводов подсоединить резистор 2,2 кОм. После этого нужно подключить светодиод к блоку питания. При его свечении нужно отключить питание и промаркировать нужный выход «+».

Теперь нужно заменить резистор 2,2 кОм на 560 Ом. В эту цепь последовательно подсоединяется переменный резистор, а также миллиамперметр для проведения замера. Вольтметр, у которого разрешение 0,1 В, подключается параллельно светодиоду. После этого необходимо установить максимальное сопротивление у переменного резистора.

Мультиметр для замера силы тока и напряжения светодиода

Можно подсоединить собранную схему к блоку питания, соблюдая полярность. После включения у светодиода будет блеклое свечение. Сопротивление постепенно снижают и следят за вольтметром.

Определенное время напряжение будет расти до 0,5 В, расти будет и ток, что влияет на увеличение яркости светодиода. Необходимо фиксировать показания каждые 0,1 В.

Оптимальный рабочий ток будет достигнут, когда величина напряжения станет расти медленнее силы тока, а яркость перестанет увеличиваться.

Как узнать падение напряжения?

Для того чтобы определить, на сколько вольт светодиод, можно воспользоваться теоретическим и практическим методами. Они оба хороши и применяются в зависимости от ситуации и сложности испытуемого прибора.

Параллельное соединение светодиодов не правильное

Параллельное соединение светодиодов используют, когда напряжение блока питания (источника) не хватает, для того, чтобы запитать ряд последовательных светодиодов. Если «конкретно теоретически», то параллельно светодиоды можно подключать и «тупо» — соединить все аноды и катоды LEDs. После чего подключить их к батарее и вуаля… Светодиоды горят! Причем единожды и на краткое время при подключении. Далее — конец им.

Такая схема подключения параллельно светоизлучающих диодов — не работоспособна, ввиду того, сопротивление диода маленькое и спокойно провоцирует режим КЗ (короткого замыкания).

Сразу откину некоторых злопыхателей. Есть, конечно, исключения… Ими грешат китайские производители дешевизны. Но это исключение из правил. Если кто-то разбирал китайские игрушки или зажигалки, то наверняка видел именно такую схему подключения. Где диоды подключены параллельно, не имея в свей цепи никаких посторонних электронных компонентов. Почему? Да все просто — в таких цепях ток ограничивается внутренним сопротивлением батареек AG1 (таблетка). Мощность в таких таблетках минимальна и не может нанести вред диоду. Т.е. мы опять приходим к выводу, что для нормального функционирования, диодам нужен резистор.

Повторюсь еще раз — параллельное соединение светодиодов используют только тогда, когда источник питания низковольтный.

Не смотря на то, что такой тип соединения не очень приветствуется, его частенько используют. В таких типах соединений есть одно правило — параллельное соединение светодиодов никогда не происходит с использованием ТОЛЬКО ОДНОГО резистора!!!

Ну или для тех, кто понимает только визуальные картинки, то не правильное параллельное соединение будет выглядеть так:

К сожалению, не смотря на то. что такое подключение не правильное, опять же, вездесущие китайцы тоже используют его во всю… Особенно в фонариках. Для этого им завышают номинал резистора, дабы не было перегрузки и товар преспокойненько может проработать год… А может и не проработать… Тут уж как повезет.

На сколько вольт бывают светодиоды

Параметры светодиодов большей частью зависят от материала, из которого изготовлен p-n переход, хотя часть характеристик все же зависит от конструктива. Типовые значения рабочего напряжения и цвет свечения для маломощных элементов при токе 20 мА сведены в таблицу:

Материал	Цвет свечения	Диапазон прямых напряжений, В
GaAs, GaAlAs	Инфракрасный	1,1 – 1,6
GaAsP, GaP, AlInGaP	Красный	1,5 – 2,6
GaAsP, GaP, AlInGaP	Оранжевый	1,7 – 2,8
GaAsP, GaP, AlInGaP	Желтый	1,7 – 2,5
GaP, InGaN	Зеленый	1,7 – 4
ZnSe, InGaN	Голубой	3,2 – 4,5
Люминофор	Белый	2,7 – 4,3

Мощные осветительные светодиоды работают при больших токах. Так, кристалл популярного LED 5730 предназначен для длительной эксплуатации при токе 150 мА. Но из-за крутой ВАХ, стабилизирующей падение напряжения, его Uраб составляет около 3,2 В, что укладывается в указанное в таблице значение.

Как выбрать светодиод для подключения к 12 вольтам

Необходимый вид диодов подбирают исходя из конкретных задач. На рынке существует множество вариантов, от индикаторных до сверхмощных. Для подсветки кнопок и индикаторов на панели приборов в авто можно использовать маломощные диоды. Для подсветки интерьера квартиры или машины применяют простые сверхъяркие. Для установки в головную оптику, дневные головные огни автомобилей или в фонарики устанавливают мощные светодиоды.

Важным фактором является размер и форма корпуса. В зависимости от предназначения могут использоваться диоды в круглом корпусе или детали поверхностного монтажа (SMD). Все зависит от потребности и задач.

Как подключить ЛЕД-светильник к 220В

Светильник светодиодный EVRO-LED-HX-20 18Вт 6400К IP20

Основное достоинство таких светильников в сравнении с работающими от 12 Вольт в том, что их напрямую можно питать от выключателя. В результате не требуются дополнительные финансовые затраты на приобретение блока питания, а также монтаж не вызывает сложностей. Существует несколько способов установки светодиодных светильников:

• последовательное подключение;
• параллельное;
• лучевое.

Каждый используется в разных ситуациях и имеет свои достоинства и недостатки.

Последовательное

Схема последовательного подключения светодиодных светильников

Последовательное подключение используется в том случае, если нужно сэкономить метраж кабеля, и при этом к помещению нет особых требований. Для реализации потребуется несколько двойных или тройных проводов. В одну цепь допускается установка не более шести светодиодных лампочек, в противном случае яркость будет низкой. Если один светильник выйдет из строя, придется проверять работоспособность каждого, чтобы устранить поломку.

Само подключение не должно вызывать сложностей. К первому светильнику от выключателя проводится фаза, далее от первого переключателя кабель протягивается к следующему устройству. К последнему светильнику прокладывается ноль, который идет от распределительной коробки.

Параллельное

Параллельное соединение источников света шлейфным способом

Параллельное подключение более практичное и используется чаще. В процессе реализации каждый светильник будет выдавать яркость, которая заявлена производителем. Единственный недостаток, который можно выделить – повышенный расход проводника в сравнении с последовательным подключением.

Рекомендуется отдавать предпочтение кабелю ВВГ нг 2*1,5 или 3*1,5. Обозначение свидетельствует о наличии ПВХ-оболочки – качественного изоляционного материала. В маркировке отметка «нг» указывает на негорючесть модели. Если к помещению выдвинуты особые требования, иногда используют провода с дополнительной маркировкой «ls», которая означает, что при воспламенении выделяется небольшое количество дыма.

Для подключения светильника через выключатель от распределительной коробки протягивают кабель. Его поочередно соединяют с каждым светильником. После первой лампы кабель обрезается и подается к следующему, пока все устройства не будут соединены в одну общую систему.

Лучевое

Шлейфное и лучевое соединение ламп

По своей природе лучевая схема относится к параллельному подключению, часто применяется для люстр. Принцип реализации заключается в прокладке кабеля к каждому осветительному прибору индивидуально. Этот способ самый трудоемкий и требует больших финансовых затрат из-за большого количества используемого провода. Для экономии кабель от распределительного щитка проводят в центр комнаты и уже оттуда к каждому светильнику. Далее к фазе и нулю подводят одножильные провода, которые прокладываются к светильникам.

Еще на этапе проектирования важно решить, как будут соединены жилы с отдельным кабелем. Если ламп немного, достаточно скрутки. С целью безопасности ее надежно обжимают пассатижами и паяльником сваривают воедино

Существует альтернатива этому способу – приобрести клеммы с определенным количеством выходов. На каждую жилу надевается разъем и лишь после провода тянутся к осветительным приборам

С целью безопасности ее надежно обжимают пассатижами и паяльником сваривают воедино. Существует альтернатива этому способу – приобрести клеммы с определенным количеством выходов. На каждую жилу надевается разъем и лишь после провода тянутся к осветительным приборам.

Схема подключения светодиодных ламп во всех случаях принципиальных отличий не имеет.

Расчёт сопротивления для светодиода

Замена ламп на светодиоды в автомобильных электрических схемах приобретает уже не статус тюнинговых работ, а превращается в необходимость. Причин этому множество, но сегодня мы поговорим не об этом, хотя некоторые вопросы светодиодного освещения, самые принципиальные, затронуть придется.

Зачем ставить светодиоды

Если смотреть на вопрос с практической стороны, то установка светодиодов принесет много хороших и приятных моментов:

1. Светодиод имеет очень низкий ток потребления.
2. У светодиодов мизерная теплоотдача.
3. Количество света, отдаваемого светодиодом, намного больше, чем у ламп накаливания.
4. Светодиод имеет длительный срок эксплуатации.

Отходя от теории и применив это к реальным условиям, мы получаем массу преимуществ — можно забыть о том, что лампочка посадит аккумулятор, даже если ее оставить включенной на сутки, да и оформление светодиодами подсветки приборов и освещения салона намного эффективнее и гибче.

Параметры светодиодов

Самое главное, что нужно усвоить — светодиод невозможно включить в электросхему без предварительной подготовки. Он попросту сгорит. Напряжение в электросети автомобиля 12-14 вольт, а стандартный светодиод работает от 3,5 В. Рабочее напряжение диода зависит от его цвета:

• красные и желтые светодиоды — 2,4 В;
• синие и зеленые — 2,8 вольта;
• белые светодиоды — 3-3,6 В.

Отличаются светодиоды и по мощности. Маломощные светодиоды потребляют ток около 20 мА, а светодиоды повышенной мощности — 300 мА. Они могут отличаться и по характеру излучаемого света. Одни из них узконаправленные, другие заливные. Направленные светодиоды имеют встроенную линзу и используются для локальной подсветки. Каждый светодиод имеет плюс и минус, которые называют анодом и катодом соответственно.

Установка светодиодов

Если появилось желание установить светодиоды на автомобиль, можно пойти по простому пути. В продаже есть небольшие блоки из светодиодов, которые называют кластерами. Они собраны с таким расчетом, чтобы обеспечить из работу в сети 12 В. Но у них есть один существенный недостаток — при изменении количества оборотов двигателя, они меняют яркость. Не критично, но изменение яркости очень отчетливо видно на глаз, и это не самый приятный эффект. Каждый кластер состоит из трех светодиодов, соединенных последовательно, и спаянных с резистором, который должен убирать лишнее напряжение.

Можно пойти по другому пути — собрать кластеры самостоятельно. Мы выбираем нужные нам диоды, последовательно их соединяем, а затем подключаем к бортовой сети через резистор. В большинстве случаев для сети 12 вольт используют резисторы 100-150 Ом на 0,5 Вт. Но не всегда все так гладко, и именно на этом этапе нам пригодится расчет сопротивления для светодиода.

Как правильно рассчитать сопротивление для светодиода

Поскольку светодиоды разные и напряжение в каждом автомобиле может отличаться, то идеальным вариантом подбора резистора будет вычисление его номинала по закону Ома. Если с математикой у вас не все гладко, можно пойти по простому пути. Есть простое правило, которое позволит избежать ошибок — на один светодиод нужен резистор номиналом 500 Ом, на два — около 300 Ом, на три — 150 Ом. Но если подобрать сопротивление правильно, то освещение будет стабильным и долговечным.

Рассмотрим ситуацию, когда мы озадачились действительно точным подбором резистора. Берем светодиод, к примеру, белый. Его данные нам известны — напряжение питания 3,5 вольта, ток примерно 20 мА. Далее действуем по алгоритму, как калькулятор Электроника.

Снимаем показания по напряжению именно в том месте, где мы хотим установить диод. Делаем это при помощи обычного тестера

Причем важно снять не общее напряжение сети, а именно локальное. Получаем некую величину, к примеру, 13 В.
Из общего напряжения отнимаем напряжения питания светодиода

Получилось 9,5 В. Вспоминаем закон Ома — R=U/I, где R — искомое сопротивление, а U и I, соответственно, напряжение и ток. Подставляем наши данные в формулу и получаем значение сопротивления 475 Ом.
Теперь нужно сделать так, чтобы резистор не грелся. Для этого вычисляем его мощность. Рабочее напряжение резистора — 9,5 В, ток — 20 А. Умножив эти показатели, получим номинальную мощность резистора — 0,19 Вт. Всегда нужно подбирать резистор с запасом, чтобы избежать перегрева, поэтому идем в магазин за резистором мощностью не менее 0,5 Вт.

Таким образом удастся подобрать идеальный резистор для светодиода, который будет иметь оптимальную яркость, и не перегорит в самый неожиданный момент.

Что такое резистор и сопротивление светодиода?

Резистором называется компонент электрической цепи, который характеризуется пассивностью и в лучшем случае обладает сопротивлением электрическому току. Другими словами, для такого устройства в любое время должен действовать закон Ома.

Главная функция резистора – энергичное сопротивление электротоку. Именно это качество делает резисторы необходимыми при создании систем искусственного освещения, в том числе и с применением светодиодов.

В каких случаях возможно подключение светодиода с помощью резистора?

Подключать светодиод с помощью резистора можно при условии, что эффективность схемы не является первостепенной целью. Самый простой пример – применение светодиода для индикации подсветки выключателя в электроприборе. В таком случае мощность потребления едва достигает 0.1 Вт, а яркость не ставится во главу угла. А вот при использовании светодиода с энергопотреблением более 1 Вт нужно обязательно убедиться, что блок питания обеспечивает стабилизированное напряжение. Если же напряжение схемы не стабилизировано, то все скачки и помехи будут негативно сказываться на работе светодиода.

Не менее актуальна схема питания через резистор в лабораторных условиях, когда есть задача тестирования новой модели светодиода.

Светодиоды, которые имеют низкие показатели мощности

Самым распространенным и часто используемым типом светодиода являются, так называемые индикаторы, которые имеют небольшую мощность и малые размеры. Размер этих видов светодиодов составляет от 3 до 20 миллиметров. Эти элементы имеется возможность встретить в разнообразных бытовых приборах. Почти все светодиоды, которые выполнены в белом цвете имеют показатели тока 20 мА, 3,2 Вольта, мощность составляет значение в 0,06 Вт.

К светодиодам, которые обладают низкой мощностью, имеется возможность отнести элементы, используемые для поверхностного монтажа и SMD типа. Они предназначены для того, чтобы в необходимой степени подсвечивать экран телевизора, кнопки и пр. Данный тип светодиодов, достаточно часто применяется для современных светодиодных лент, которые нашли широкое применение, потому как имеют высокие показатели практичности и эффективности в использовании. Светодиодные ленты двух основных типов — SMD 3528 и SMD 5050 выполняются, именно из элементов описанных выше. Показатели их мощности, находятся в пределах 1,2 — 2 Вт, чего вполне хватает для создания качественных и надежных светодиодных лент.

Практика

Рассмотрим несколько конкретный пример расчета.

Исходные данные: напряжение питания 12В, белый светодиод XPE (CREE) требуется включить на номинальный ток 350 мА согласно схеме, представленной на рисунке 1.

Находим в data sheet значение прямого падения напряжения при токе 350 мА (рисунок 4).

Рисунок 4

Типовое значение по таблице — 3,2 вольта. Максимальное значение может достигать 3,9 вольт. То есть в результате производственного процесса может получиться как светодиод с прямым напряжением 3,2 В так и 3,9 В (или любым другим промежуточным значением), но вероятность получения 3,2 вольт наиболее высока (если хотите – это «математическое ожидание» этой величины). По этой причине в расчет обычно берется типовое значение.

Используя формулу (3) и калькулятор получаем:

R=(12-3,2)/0,35»25,1 Ом.

Ближайшее значение из ряда Е24 – 24 Ом. Значение тока при этом сопротивлении получится 367 мА, что на 5% превышает требуемое значение. Если учесть еще и допуск на номинал резистора, который для ряда Е24 также 5%, то в худшем случае получается вообще 386 мА. Если такое отклонение не допустимо, то можно добавить в цепь последовательно еще один резистор номиналом 1 Ом. Все эти действия рекомендуется сопровождать реальными измерениями сопротивлений резисторов и получающихся токов, иначе ни о какой точности не может идти и речи. Резистор 24 Ом может иметь погрешность в сторону увеличения до 25,2 Ом, добавив 1 Ом, получим 26, 2 и «перекос» силы тока через светодиод в противоположную сторону.

Предположим, что нам не нужна высокая точность задания тока и резистор 24 Ом нас устраивает.

Определим мощность, которая будет рассеиваться на резисторе по формуле (4):

P=0,3672×24»3,2 Вт.

Номинальная мощность рассеяния резистора должна быть с запасом не менее 30%

, иначе он будет перегреваться. А если условия отвода тепла затруднены (например, в корпусе плохая конвекция), то запас должен быть еще больше.

В итоге выбираем резистор мощностью 5 Вт с номинальным сопротивлением 24 Ом.

Для того чтобы оценить эффективность получившегося светотехнического устройства необходимо рассчитать КПД схемы питания:

Таким образом, КПД подобной схемы питания составляет всего 27%. Такая низкая эффективность обусловлена слишком высоким питающим напряжением 12 вольт, а точнее разницей между U и ULED. Получается, что 8,8 вольт мы вынуждены «гасить» на резисторе за счет бесполезного рассеяния мощности в окружающее пространство. Для повышения КПД требуется либо снизить напряжения питания, либо найти светодиод с большим прямым напряжением. Как вариант можно включить несколько светодиодов последовательно, выполнив подбор таким образом, чтобы суммарное падение было ближе к напряжению питания, но ни в коем случае не превышало его.

Необходимое значение сопротивления для резистора можно и подобрать, если имеется в наличии магазин сопротивлений и амперметр. Включаем магазин и амперметр в цепь последовательно светодиоду (на место предполагаемого резистора), устанавливаем максимальное значение сопротивления и подключаем к источнику напряжения. Далее начинаем уменьшать значение сопротивления до тех пор, пока сила тока не достигнет нужного значения или светодиод нужной яркости (в зависимости от того, что будет являться критерием). Останется только считать значение сопротивления с магазина и выполнить подбор ближайшего номинала.