Как соединить провода светодиода через блок питания

Обновлено: 06.07.2024

В этой статье хотелось рассмотреть несколько принципиальных схем подключения обычных индикаторных светодиодов к сетевому напряжению 220 В. Также постараемся с вами разобраться с принципом их действия, выявить имеющиеся достоинства и недостатки.

Распространенные способы подключения светодиодов к сетевому напряжению 220 В Распространенные способы подключения светодиодов к сетевому напряжению 220 В

Для начала стоит уточнить, как именно работает обычный светодиод.

Светодиод подобен обычному диоду. В одну сторону он проводит ток, в другую сторону не проводит. У светодиода имеются два вывода, это катод и анод. Если на анод подать плюс источника питания, а на катод минус, необходимого для работы напряжения, то светодиод будет светиться. И это называется прямым включением. Если плюс и минус поменять местами, то светодиод гореть не будет. Это будет уже обратное включение светодиода к источнику питания.

При прямом включении (когда светодиод светится) между катодом и анодом имеется определенное падение напряжения. И в зависимости от цвета светодиода это напряжение может быть в пределах от 1,8 вольт (красный цвет) до 4,5 вольт (синий цвет).

Нормальным током для индикаторных светодиодов считается 20 мА (миллиампер). Допустимо немного превышать это значение, ну пусть до 30 мА. Но вот при большем долговременном токе светодиоды такого типа просто сгорят от перегрева своего кристалла. Хотя кратковременно такие светодиоды могу выдержать и ток до 100 мА (но так лучше не делать).

При обратном включении светодиод через себя ток не пропускает, он закрыт. Ток конечно течет (ток утечки), но его величина очень и очень мала (какие-то микроамперы). При этом напряжение на светодиоде будет равно приложенному к нему напряжению. При этом стоит учесть, что у обычных индикаторных светодиодов максимальный обратный ток не так уж и велик (где-то до 40 вольт). То есть, если при обратном включении на светодиод подать более 40 вольт, то большая вероятность, что он просто выйдет из строя из-за электрического пробоя.

А теперь давайте рассмотрим с вами сами схемы включения светодиодов к сетевому, переменному напряжению 220 вольт. И опять же, для новичков стоит уточнить, что переменное напряжение отличается от постоянного тем, что оно периодически меняет свою полярность на противоположную. И так за секунду аж 100 раз (при частоте 50 Гц).

Простая, но не совсем рабочая, схема подключения светодиода к напряжению 220 вольт через токоограничительный резистор Простая, но не совсем рабочая, схема подключения светодиода к напряжению 220 вольт через токоограничительный резистор

Данная схема является наиболее простой и обычно именно так индикаторный светодиод пытаются подключить к сетевому напряжению 220 вольт. Что в этой схеме не так. Вроде бы мы ток ограничили дополнительным сопротивлением на 24 ком. И величина тока в этой цепи не должна превышать величины в 10 мА (если быть точнее то 9,1 мА, то есть, мы 220 разделили на 24000 Ом и получили силу тока). Светодиод сгореть не должен от чрезмерного тока. Но он может выйти из строя из-за электрического пробоя при обратном подключении, во время работы противоположной волны переменного напряжения. Поскольку к светодиоду прикладывается все 220 вольт, а если быть точнее и говорить об амплитудном значении напряжения, то все 310 вольт. А как я уже ранее написал, что у обычных светодиодов максимальное обратное напряжение где-то всего до 40 вольт. Вот и велика вероятность электрического пробоя полупроводника при таком вот его подключении к 220 вольт. Поэтому данный вариант схемы является потенциально не рабочим, хотя некоторое время работать возможно и будет.

Схема подключения светодиода к 220 вольт с диодной защитой этого светодиода Схема подключения светодиода к 220 вольт с диодной защитой этого светодиода

В этой схеме мы и ток ограничили резистором R1 до безопасного значения при прямом включении светоизлучающего полупроводника и защитили светодиод от электрического пробоя высоким напряжением при обратном его включении. Для тех, кто не понял как работает в этой схеме защитный диод, поясняю. Дело в том, что когда идет противоположная волна переменного тока, то напряжение, величиной 220 вольт, делится между имеющимися тремя элементами – резистор R1, обычный диод VD1 и светодиод VD2. При обратном подключении внутренняя проводимость как у диода, так и у светодиода очень и очень мала. То есть, это подобно тому, что эти элементы при таком подключении имеют бесконечно большое сопротивление. И поэтому благодаря защитному диоду ток утечки полупроводника настолько мал, что его не хватает для полноценного электрического пробоя светодиода. Следовательно, наш светодиод защищен от перенапряжения.

Но в данной схеме все же есть свой недостаток. Это мерцания светодиода с частотой 25 Гц. То есть, при работе только с одной полу волной переменного тока мы из 50 Гц получаем половину (25 Гц). К сожалению, эта частота заметна глазу и она вызывает некий дискомфорт для восприятия. И еще один недостаток, которым обладают все эти схемы, где используется токоограничительный резистор на 24 кОм. Это его относительно большой нагрев. Это если мы 220 В перемножим на 10 мА, то получим мощность, оседающую на резисторе порядка 2,2 Вт. Поэтому в такие схемы ставятся резисторы мощностью не менее 2 Вт, а то и все 5 Вт.

Схема с защитным диодом, подключенным параллельно светодиоду Схема с защитным диодом, подключенным параллельно светодиоду

Данная схема также защищена от перенапряжения при обратном включении светодиода, но тут, как видно, защитный диод стоит параллельно светодиоду. Работа это схемы проста. Как известно, при прямом включении обычного диода на между его катодом и анодом появляется падение напряжения где-то от 0,6 вольт (при малых токах, проходящих через этот диод) до 1,2 вольта (при больших токах). Следовательно, при прямой волне переменного тока у нас будет светится светодиод и на нем будет падение напряжения около 3 вольт. А при противоположной волне переменного тока у нас прямое подключение будет иметь защитный диод VD1. На котором будет около 0,6 вольт. При этом величина тока в этот полупериод также будет около 10 мА. Если сравнивать эту схему и предыдущую, то вариант №2 пожалуй будет лучше, поскольку не тратится лишняя энергия на защитный диод.

Схема, в которой предусмотрена электробезопасность при случайном прикосновении человека к токоведущей части данной схемы Схема, в которой предусмотрена электробезопасность при случайном прикосновении человека к токоведущей части данной схемы

По своей работе и по характеристикам эта схема полностью идентична схеме №2. Но тут учтена безопасность самого человека, который случайно может прикоснутся к токовещущей части этой схемы. А именно, если в схеме №2 фазовый провод будет подключен к месту, что ближе к светодиоду и диоду, то при случайном прикосновении человека к этим местам цепи он может получить значительные повреждения от удара током. Величина тока будет максимальной, и она будет зависеть только от сопротивления тела самого человека. Следовательно, есть большая вероятность получить очень сильный удар током. В схеме №4 мы один общий резистор на 24 кОм разделили на два резистора по 12 кОм. Общее сопротивление осталось также 24 кОм, но вот при случайном прикосновении человека к электрической цепи около светодиода удара будет уже ограничен нашим дополнительным сопротивлением. В итоге поражение током будет гораздо меньше, чем в первом случае.

Схема подключения двух светодиодов к сети 220 вольт, которые имеют противоположную полярность своего включения Схема подключения двух светодиодов к сети 220 вольт, которые имеют противоположную полярность своего включения

Данная схема защищена от перенапряжения при обратном включении дополнительным светодиодом. То есть, при одной полу волне будет работать и светиться один светодиод. На котором будет падение напряжения около 3 вольт. А при противоположной волне переменного тока будет работать второй светодиод, на котором также будет падение напряжения около 3 вольт. Хотя мерцание все же будет заметно глазу, также как и будет происходить нагрев самого резистора.

Схема, где используется ионная лампа в роли светового индикатора Схема, где используется ионная лампа в роли светового индикатора

Хотя мы и рассматриваем тему подключения именно индикаторных светодиодов к сети 220 вольт, но не стоит сбрасывать со счетов обычную ионную лампу. Ее работа принципиально отличается от работы светодиода. Если для свечения светодиода нужен именно ток, то для ионной лампы нужно определенная величина именно напряжения. Обычные ионные лампы зажигаются от приложенного напряжения величиной более 70 вольт. Причем сила тока очень маленькая. Свечение происходит за счет ионизации газа внутри лампы. Сила свечения не такая уж и большая, но для индикации вполне хватает. Ну, а схему подключения вы можете увидеть на рисунке выше.

Схема подключения светодиода к сети 220 вольт с использованием простого бестрансформаторного блока питания с гасящим конденсатором Схема подключения светодиода к сети 220 вольт с использованием простого бестрансформаторного блока питания с гасящим конденсатором

Данная схема является лучшей, среди ранее рассмотренных. Хотя она и содержит больше всего электронных компонентов. Дело в том, что в ней отсутствуют все те недостатки, которые были присущи всем предыдущим схемам. Поскольку в место токоограничительного резистора в этой схеме стоит гасящий конденсатор C1, то нет нагрева этого компонента и не тратится лишняя электроэнергия. Также в данной схеме практически не заметны мерцания поскольку частота полу волн тут уже равна 100 Гц. Увеличение частоты произошло за счет переворачивания полу волн диодным мостом, собранном на диодах VD2-VD5. И также отсутствует проблема, связанная с опасностью пробоя светодиода от высокого обратного напряжения. Обратного напряжения просто нет, опять же за счет использования диодного моста.

И несколько слов о самой работе данной схемы питания индикаторного светодиода от напряжения 220 вольт. Итак, сила тока ограничивается гасящим конденсатором (обязательно должен быть пленочным, не полярным). Величина ограниченного тока зависит от емкости этого конденсатора. Ниже будет таблица зависимости тока от емкости. Емкость в 330 нФ будет соответствовать максимальному току в 22 мА, что для индикаторных светодиодов является номинальным значением.

Параллельно гасящему конденсатору C1 стоит резистор R1, который нужен только для того, чтобы разряжать конденсатор после выключения схемы от сети. Этот резистор не нагревается, поскольку имеет достаточно большое сопротивление. Далее стоит обычный выпрямительный диодный мост. Он из переменного тока делает постоянный, хотя и пульсирующий. Но эти пульсации особо не заметны для глаза. Поскольку ток потребления светодиодом всего до 20 мА, то тут диоды подойдут любые выпрямительные. Я в схеме поставил наиболее распространенные типа 1n4007 (максимальный прямой ток до 1А, максимальное обратное напряжение до 1000 вольт). Еще в схеме стоит дополнительный резистор R2. Он нужен для того, чтобы обезопасить схему в случае возникновения непредвиденных скачков напряжения. Тем самым ограничив ток для безопасного уровня для питания индикаторного светодиода.

Ниже приведена таблица зависимости тока от емкости гасящего конденсатора.

На принципиальных схемах распиновка наглядна. На катод мы всегда подаём «минус», поэтому и обозначается он прямой линией у вершины треугольника. Обычно катод – контакт, на котором располагается светоизлучающий кристалл. Он шире анода.

В сверхъярких LED полярность обычно маркируют на контактах либо корпусе. Если на ножках контактов маркировки нет, ножка с более широким основанием – катод.

Схема подключения светодиода

В классической схеме рекомендуют производить подключение через токоограничительный резистор. Действительно, правильно подобрав резисторное или индуктивное сопротивление, можно подключить диод, рассчитанный на напряжение питания 3В, даже к сети переменного тока.

Главное требование к параметрам питания – ограничение тока цепи.

Поскольку сила тока – параметр, отображающий плотность потока электронов по проводнику, при превышении этого параметра диод просто взорвется из-за мгновенного и значительного выделения тепла на полупроводниковом кристалле.

Как рассчитать ограничительный резистор

Если мощность резистора будет значительно меньше требуемой, он просто перегорит вследствие перегрева.

Включение светодиода через блок питания без резистора

У меня уже несколько лет работает модернизированная под LED настольная лампа. В качестве источника света используется шесть ярких светодиодов, а в качестве источника питания – старое зарядное устройство от мобильного телефона Nokia. Вот моя схема включения светодиода:

При выборе внешнего источника питания необходимо ограничение по току. Подключение этих светодиодов к современным зарядным устройствам с напряжением питания 5В 1-2А потребует ограничивающий резистор.

Что бы адаптировать эту схему к зарядному устройству, рассчитанному на 5В, используйте резистор на 10-20Ом мощностью 0,3А.

Если у вас другой источник питания, убедитесь, что в нем есть схема стабилизации тока.

Схема зарядного устройства от мобильного телефона

Блок питания большинства низковольтных бытовых приборов

Как правильно подключать светодиоды

Параллельное подключение

Вообще параллельное соединение не рекомендуется. Даже у одинаковых диодов параметры номинального тока могут различаться на 10-20%. В такой цепи диод с меньшим номинальным током будет перегреваться, что сократит срок его службы.

Проще всего определить совместимость диодов при помощи низковольтного либо регулируемого источника питания. Ориентироваться можно по «напряжению розжига», когда кристалл начинает лишь чуть светиться. При разбросе «стартового» напряжения в 0,3-0,5 В параллельное соединение без токоограничивающего резистора недопустимо.

Последовательное подключение

Максимальное количество последовательных диодов: N = (Uпит * 0,75) / Uсд

При включении нескольких последовательных цепочек LED, для каждой цепи желательно рассчитать свой резистор.

Как включить светодиод в сеть переменного тока

Если при подключении LED к источнику постоянного тока электроны движутся лишь в одну сторону и достаточно ограничить ток с помощью резистора, в сети переменного напряжения направление движения электронов постоянно меняется.

При прохождении положительной полуволны, ток, пройдя через резистор, гасящий избыточную мощность, зажжёт источник света. Отрицательная полуволна будет идти через закрытый диод. У светодиодов обратное напряжение небольшое, около 20В, а амплитудное напряжение сети – около 320 В.

Какое-то время полупроводник будет работать в таком режиме, но в любой момент возможен обратный пробой кристалла. Чтобы этого избежать перед источником света устанавливают обыкновенный выпрямительный диод, выдерживающий обратный ток до 1000 В. Он не будет пропускать обратную полуволну в электрическую цепь.

Схема подключения в сеть переменного тока на рисунке справа.

Другие виды LED

Мигающий

Особенность конструкции мигающего светодиода – каждый контакт является одновременно катодом и анодом. Внутри него находятся два светоизлучающих кристалла с разной полярностью. Если такой источник света подключить через понижающий трансформатор к сети переменного тока он будет мигать с частотой 25 раз в секунду.

Для другой частоты мигания используются специальные драйверы. Сейчас такие диоды уже не применяются.

Разноцветный

Разноцветный светодиод – два или больше диода, объединенных в один корпус. У таких моделей один общий анод и несколько катодов.

Изменяя через специальный драйвер питания яркость каждой матрицы можно добиться любого света свечения.

При использовании таких элементов в самодельных схемах не стоит забывать, что у разноцветных кристаллов разное напряжение питания. Этот момент необходимо учитывать и при соединении большого количества разноцветных LED источников.

Другой вариант – диод со встроенным драйвером. Такие модели могут быль двухцветные с поочерёдным включением каждого цвета. Частота мигания задаётся встроенным драйвером.

Более продвинутый вариант – RGB диод, изменяющий цвет по заранее заложенной в чип программе. Тут варианты свечения ограниченны лишь фантазией производителя.

На сегодняшний день существуют сотни разновидностей светодиодов, отличающихся внешним видом, цветом свечения и электрическими параметрами. Но всех их объединяет общий принцип действия, а значит, и схемы подключения к электрической цепи тоже базируются на общих принципах. Достаточно понять, как подключить один индикаторный светодиод, чтобы затем научиться составлять и рассчитывать любые схемы.

Распиновка светодиода

Прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о правильном подключении светодиода, необходимо научиться определять его полярность. Чаще всего индикаторные светодиоды имеют два вывода: анод и катод. Гораздо реже в корпусе диаметром 5 мм встречаются экземпляры, имеющие 3 или 4 вывода для подключения. Но и с их распиновкой разобраться тоже несложно.

Всего существует 3 надёжных способа определения полярности: визуальный, с помощью мультиметра и путём подключения к источнику напряжения. Каждый из них по-своему уникален и интересен, в связи с чем данная тема вынесена в отдельную статью: «Где плюс, а где минус?»

SMD-светодиоды могут иметь 4 вывода (2 анода и 2 катода), что обусловлено технологией их производства. Третий и четвёртый выводы могут быть электрически незадействованными, но использоваться в качестве дополнительного теплоотвода. Приведенное расположение выводов не является стандартом. Для вычисления полярности лучше сначала заглянуть в datasheet, а затем подтвердить увиденное мультиметром. Визуально определить полярность SMD-светодиода с двумя выводами можно по срезу. Срез (ключ) в одном из углов корпуса всегда расположен ближе к катоду (минусу).

Простейшая схема подключения светодиода

Нет ничего проще, чем подключить светодиод к низковольтному источнику постоянного напряжения. Это может быть батарейка, аккумулятор или маломощный блок питания. Лучше, если напряжение будет не менее 5 В и не более 24 В. Такое подключение будет безопасным, а для его реализации понадобится лишь 1 дополнительный элемент – маломощный резистор. Его задача – ограничить ток, протекающий через p-n-переход на уровне не выше номинального значения. Для этого резистор всегда устанавливают последовательно с излучающим диодом.

Всегда соблюдайте полярность при подключении светодиода к источнику постоянного напряжения (тока).

Если из схемы исключить резистор, то ток в цепи будет ограничен только внутренним сопротивлением источника ЭДС, которое очень мало. Результатом такого подключения станет мгновенный выход из строя излучающего кристалла.

Расчёт ограничительного резистора

Взглянув на вольт-амперную характеристику светодиода, становится понятно: насколько важно не ошибиться при расчёте ограничительного резистора. Даже небольшой рост номинального тока приведёт к перегреву кристалла и, как следствие, к снижению рабочего ресурса. Выбор резистора производят по двум параметрам: сопротивлению и мощности. Сопротивление рассчитывают по формуле:

U – напряжение питания, В;
U_LED – прямое падение напряжения на светодиоде (паспортное значение), В;
I – номинальный ток (паспортное значение), А.

Полученный результат следует округлить до ближайшего номинала из ряда Е24 в большую сторону, а затем рассчитать мощность, которую должен будет рассеивать резистор:

R – сопротивление резистора, принятого к установке, Ом.

Более подробную информацию о расчётах с практическими примерами можно получить в статье о расчете резистора для светодиода. А тот, кто не желает погружаться в нюансы, может быстро рассчитать параметры резистора с помощью онлайн-калькулятора.

Включение светодиодов от блока питания

Речь пойдёт о блоках питания (БП), работающих от сети переменного тока 220 В. Но даже они могут сильно отличаться друг от друга выходными параметрами. Это могут быть:

источники переменного напряжения, внутри которых есть только понижающий трансформатор;
нестабилизированные источники постоянного напряжения (ИПН);
стабилизированные ИПН;
стабилизированные источники постоянного тока (светодиодные драйверы).

Подключить светодиод можно к любому из них, дополнив схему нужными радиоэлементами. Чаще всего в качестве блока питания применяют стабилизированные ИПН на 5 В или 12 В. Данный тип БП подразумевает, что при возможных колебаниях напряжения сети, а также при изменении тока нагрузки в заданном диапазоне напряжение на выходе изменяться не будет. Это преимущество позволяет подключать к БП светодиоды, используя только резисторы. И именно такой принцип подключения реализован в схемах с индикаторными светодиодами. Подключение мощных светодиодов и светодиодных матриц нужно производить через стабилизатор тока (драйвер). Несмотря на их более высокую стоимость, только так можно гарантировать стабильную яркость и продолжительную работу, а также исключить преждевременную замену дорогостоящего светоизлучающего элемента. Такое подключение не требует наличия дополнительного резистора, а светодиод присоединяется непосредственно к выходу драйвера с соблюдением условия:

При несоблюдении условия, подключенный светодиод перегорит от перегрузки по току.

В качестве источника питания можно использовать даже одну пальчиковую батарейку на 1,5 В. Но для этого придётся собрать небольшую электрическую схему, которая позволит повысить напряжение питания до нужного уровня. О том, как это сделать, можно узнать из статьи «Как подключить светодиод от батарейки на 1,5 В».

Последовательное подключение

Собрать рабочую схему на одном светодиоде – несложно. Другое дело, когда их несколько. Как правильно подключить 2, 3 … N светодиодов? Для этого нужно научиться рассчитывать более сложные схемы включения. Схема последовательного подключения представляет собой цепь из нескольких светодиодов, в которой катод первого светодиода соединен с анодом второго, катод второго с анодом третьего и так далее. Через все элементы схемы течёт ток одинаковой величины:

А падения напряжений суммируются:

Исходя из этого, можно сделать выводы:

объединять в последовательную цепь целесообразно только светодиоды с одинаковым рабочим током;
при выходе из строя одного светодиода произойдёт обрыв цепи;
количество светодиодов ограничено напряжением БП.

Параллельное подключение

Если от БП с напряжением, например, 5 В, необходимо зажечь несколько светодиодов, то их придется соединить между собой параллельно. При этом последовательно с каждым светодиодом нужно поставить резистор. Формулы для расчёта токов и напряжений примут следующий вид:

Таким образом, сумма токов в каждой ветви не должна превышать максимально допустимый ток БП. При параллельном подключении однотипных светодиодов достаточно рассчитать параметры одного резистора, а остальные – будут такого же номинала.

Все правила последовательного и параллельного подключения, наглядные примеры, а также информацию о том, как нельзя включать светодиоды, можно найти в данной статье.

Смешанное включение

Разобравшись со схемами последовательного и параллельного подключения, пришло время комбинировать. Один из вариантов комбинированного подключения светодиодов показан на рисунке.

Кстати, именно так устроена каждая светодиодная лента.

Включение в сеть переменного тока

Подключать светодиоды от БП не всегда целесообразно. Особенно, если речь идёт о необходимости сделать подсветку выключателя или индикатор наличия напряжения в сетевом удлинителе. Для подобных целей достаточно будет собрать одну из простых схем подключения светодиода к сети 220 В. Например, схема с токоограничительным резистором и выпрямительным диодом, защищающим светодиод от обратного напряжения. Сопротивление и мощность резистора вычисляют по упрощённой формуле, пренебрегая падением напряжения на светодиоде и диоде, так как оно на 2 порядка меньше напряжения сети:

Из-за большой мощности рассеивания (2–5 Вт), резистор часто заменяют неполярным конденсатором. Работая на переменном токе, он как бы «гасит» лишнее напряжение и почти не нагревается.

Подключение мигающих и многоцветных светодиодов

Внешне мигающие светодиоды ничем не отличаются от обычных аналогов и могут мигать одним, двумя или тремя цветами по заданному производителем алгоритму. Внутреннее отличие состоит в наличии под корпусом ещё одной подложки, на которой расположен интегральный генератор импульсов. Номинальный рабочий ток, как правило, не превышает 20 мА, а падение напряжения может варьироваться от 3 до 14 В. Поэтому перед подключением мигающего светодиода нужно ознакомиться с его характеристиками. Если их нет, то узнать параметры можно экспериментальным путём, подключившись к регулируемому БП на 5–15 В через резистор сопротивлением 51-100 Ом.

В корпусе многоцветного RGB-светодиода расположены 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов нужно помнить, что каждому цвету свечения соответствует своё падение напряжения.

Светодиодами называют полупроводниковые приборы, которые при подаче напряжения создают оптическое излучение. Их международное буквенное обозначение – LED (LightEmittingDiode).

Содержание статьи

Устройство светодиода

Хотя и существует множество светодиодов, самая распространённая форма состоит из 5-миллиметрового полимерного корпуса с линзой, медного или алюминиевого основания, катода, параболического рефлектора (отражателя) и кристалла, который соединяется с анодом при помощи тонкой золотой проволоки.

Как работает светодиод?

Принцип работы изделия основывается на взаимодействии двух полупроводников, положительного и отрицательного типа (p-n-переход). Когда электрический ток проходит через полупроводники, в месте соприкосновения выделяется энергия, излучающая свет. Это обусловлено переходом от одного типа проводимости к другому, когда ионы положительно заряженных дырок соединяются с отрицательными зарядами электронов.

Виды и основные параметры светодиодов

На схеме светодиод обозначается как обычный диод с двумя параллельными стрелками, направленными наружу и указывающими на его излучающий характер. В продаже имеется большое количество типов светодиодов, которые различаются между собой функциональным назначением, конструкцией, мощностью, цветом свечения и другими свойствами.

По назначению светодиоды разделяют на два вида – индикаторные и осветительные.

светодиоды SMD;
сверхъяркие Super Flux “Piranha”;
DIP светодиоды (Direct In-line Package);
Straw Hat («соломенная шляпа»).

COB (Chip On Board) светодиоды;
SMD LED;
филаментные (Filament LED).

Индикаторные светодиоды отличаются малой мощностью и умеренной яркостью свечения. Используются для цветовой индикации режимов работы различных приборов и оборудования, а также для подсветки дисплеев и приборных щитов. Разновидности индикаторных светодиодов:

DIP-светодиоды. Кристалл-излучатель находится в выводном корпусе, который чаще всего представляет собой выпуклую линзу. Минус – малый угол рассеивания излучения.
«Пиранья» – излучатель сверхвысокой яркости с четырьмя выводами, обеспечивающими его удобное крепление на плате. Востребован для подсветки приборов в автомобилях и в рекламных вывесках.
«Соломенная шляпа». Цилиндрический двухвыводный прибор со значительным углом рассеивания излучения и увеличенным диаметром линзы. Применяется в декоративных конструкциях и светосигналах тревоги.
SMD-светодиоды. Приборы сверхвысокой яркости располагаются в корпусах, рассчитанных на SMT-монтаж. В их маркировке указываются размеры в дюймах (их сотых долях) или в мм. На базе SMD-светодиодов изготавливаются светодиодные ленты.

Осветительные светодиоды встречаются в конструкции фонарей, фар, лент. Отличаются мощностью и яркостью свечения. Большинство осветительных приборов размещают в корпусах для SMT-монтажа. Изготавливаются в двух разновидностях белого цвета:

cool white – холодный;
warm white – теплый.

Осветительный SMD-светодиод представляет собой теплоотводящую подложку, на которой смонтирован излучающий кристалл, обработанный люминофорным составом.

Применение светодиодов

Такая продукция активно применяется в разных областях: световая реклама, домашние и промышленные осветительные приборы, автомобильная светотехника, светофоры и дорожные знаки, дизайн помещений, ландшафтная и архитектурная подсветка, а также многое другое.

значительная длительность эксплуатации;
экологическая безопасность;
высокая надежность и безотказность;
экономия электроэнергии;
высокое качество освещения;
низкие эксплуатационные расходы.

Основные правила подключения светодиодов

Конструкция светодиодов рассчитана на их подключение только к источникам постоянного тока с соблюдением полярности. Существует три варианта определения полярности:

По длине ножки (кроме SMD). Более длинная ножка является катодом, а короткая – анодом. В SMD-светодиодах имеется срез (ключ), который всегда располагается ближе к катоду.
С помощью мультиметра. Прибор устанавливают в режим «Прозвонка». Красный и черный щупы устанавливают на выводы. Если прибор засветился, то, значит, что красный щуп был подключен к аноду, а черный – к катоду. Если свечение не возникло, значит, надо поменять положение щупов. Если результат не изменился (свечение отсутствует), значит, прибор вышел из строя.

Основные характеристики светодиодов

Две главные характеристики, указываемы в паспорте светоизлучающего прибора:

Падение напряжения на приборе. Типичное значение – 3,2 В. Также для каждого светодиода существуют максимально допустимые напряжения Umax и Umaxобр – для прямого и обратного включений.
Номинальный ток. Обычно эти приборы рассчитаны на силу тока в 20 мА.

Способы подключения

Простейший вариант – подключение к низковольтному источнику постоянного тока.

Самый удобный и безопасный вариант – подключить светодиод к батарейке или аккумулятору с помощью включения в схему маломощного резистора. Его функция – ограничение тока, протекающего через p-n-переход, определенным значением. Без этого элемента LED быстро утратит рабочие свойства.

Резистор выбирают по сопротивлению и мощности. Расчет сопротивления по формуле:

R = (Uпитания – Uпаспорт.)/Iном., Ом, в которой:

Uпитания – напряжение электропитания, В;
Uпаспорт. – падение напряжения, паспортное значение, В;
Iном. – номинальный ток.

Полученное значение округляют в большую сторону до ближайшей номинальной величины из ряда Е24. После этого рассчитывают мощность, которую должен рассеивать резистор.

P = Iном. 2 х R, где R – выбранное по таблице значение сопротивления.

Провести все эти действия можно быстро и просто с использованием онлайн-калькулятора.

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.

Способы создания схем из нескольких светодиодов – последовательное и параллельное соединение

При подключении нескольких светоизлучающих приборов к источнику питания может использоваться два варианта соединения – последовательное и параллельное.

Последовательное соединение представляет цепь полупроводниковых приборов, в которой катод первого излучателя спаян с анодом следующего – и так далее. Через все элементы последовательной цепи протекает ток одного значения, а падение напряжения суммируется. Мощность БП выбирается равной или превышающей сумму мощностей каждого элемента.

Минусы последовательного соединения:

При значительном количестве элементов цепи необходимо выбирать БП большого вольтажа.
При выходе из строя одного LED-диода перестает работать вся цепь.

В длинных лентах на 60-70 диодов на каждом элементе происходит падение напряжения примерно на 3 В, то есть такие ленты можно присоединять к сети 220 В через выпрямитель.

При параллельном подсоединении напряжение на всех элементах цепи будет равным, а суммируются токи каждого LED. Основная проблема в данном случае состоит в том, что LED-светильники, даже из одной партии, часто имеют различные характеристики. Поэтому, если поставить один общий резистор, на лампочки может подаваться ток разного значения, вследствие чего некоторые элементы будут светить слишком ярко, а некоторые – тускло. Решение проблемы – установка отдельных резисторов для каждого диода.

Минусы параллельного подключения:

большое количество элементов цепи из-за необходимости использования индивидуальных резисторов для каждого диода;
существенный рост нагрузки при перегорании одного LED-диода (если используется один мощный резистор на всю цепь).

Это самый подходящий вариант соединения светодиодов, поскольку он позволяет хотя бы частично скомпенсировать недостатки последовательного и параллельного подключений. В этом случае параллельно соединяются цепочки последовательно расположенных элементов. Этот способ применяется в современных елочных гирляндах или лентах. Преимущество такого решения: если даже выйдут из строя одна или несколько параллельных цепочек, остальные будут исправно светить.

В нашей жизни светодиоды уверенно теснят из светотехники другие источники искусственного света. Но если лампы накаливания можно включать прямо к источнику электропитания, то подключение светодиода и разрядных ламп требует особых мер.

При этом подключение единичного светодиода проблем не вызывает. А включить от нескольких единиц до сотен – не так просто, как кажется.

Немного теории

Для нормальной работы светодиода требуется постоянное напряжение или ток. Они должны быть:

Постоянными по направлению. Т. е. ток в цепи светодиода при приложении напряжения должен течь от «+» источника напряжения к его «–».
Стабильными, т. е. постоянными по величине, в течение времени работы диода.
Не пульсирующими – после выпрямления и стабилизации величины постоянных напряжения или тока не должны периодически изменяться.

Схема формы напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя при фильтрации электролитическим конденсатором (на схеме черный и белый прямоугольники с маркировкой «+»). Пунктир – напряжение на выходе выпрямителя. Конденсатор заряжается до амплитуды полуволны и постепенно разряжается на сопротивлении нагрузки. «Ступеньки» – это пульсации. Отношение амплитуд ступеньки и полуволны в процентах – это коэффициент пульсации.

Для светодиодов вначале использовали имевшиеся источники напряжения – 5, 9, 12 В. А рабочее напряжение p-n перехода от 1,9-2,4 до 3,7-4,4 В. Поэтому включение диода напрямую – это почти всегда его физическое сгорание от перегрева большим током. Ток нужно ограничивать токоограничивающим резистором, тратя энергию на его нагрев.

Светодиоды можно включать последовательно по несколько штук. Тогда, собрав из них цепочку, можно по сумме их прямых напряжений дойти почти до напряжения источника питания. А оставшуюся разницу «погасить», рассеяв ее в виде тепла на резисторе.

Когда диодов десятки, их соединяют в последовательные цепи, которые включают параллельно.

Распиновка светодиода

Полярность светодиода – анод или плюс и катод – минус определить легко по картинкам:

У цилиндрических корпусов катод обозначен срезом на боковой части, у анода вывод длиннее, а у катода – короче.

Катод у SMD светодиодов обозначен срезом на корпусе.

В матрицах мощных COB светодиодов «+» и «-» выдавлены на контактных площадках для пайки.

Схема включения светодиода

Светодиод питают постоянным напряжением. Но особенности нелинейной зависимости его внутреннего сопротивления требуют держать рабочий ток в узких пределах. При токе меньше номинального уменьшается световой поток, а при большем – кристалл перегревается, яркость свечения растет, а «жизнь» сокращается. Простейший способ ее продлить– ограничить ток через кристалл включая токоограничивающий резистор. У мощных светодиодов это экономически невыгодно, потому их питают постоянным током от специсточника стабильного тока – драйвера.

Последовательное соединение

Светодиод – это довольно сложный светотехнический прибор. Работает он от вторичного источника постоянного напряжения. При мощности более 0,2-0,5 Вт в большинстве светодиодных устройств используют источники тока. Их не совсем корректно, на американский манер, называют драйверами. При последовательном включении диодов часто используют источники питания с напряжением 9, 12, 24 и даже 48 В. В этом случае выстраивают последовательную цепочку, в которой может быть от 3-6 до нескольких десятков элементов.

При последовательном соединении в цепочке анод первого светодиода включают через токоограничивающий резистор к «+» источника питания, а катод – к аноду второго. И так соединяется вся цепочка.

Схема последовательно- параллельного соединения трех последовательных групп светодиодов в цепочки из трех ЛЕД-элементов. В каждой цепочке слева стоит токоограничивающий резистор. Он «гасит» избыток суммы прямых напряжений диодов.

Например, красные светодиоды имеют прямое рабочее напряжение от 1,6 до 3,03 В. При U_пр. = 2,1 В одного светодиода на резисторе при напряжении источника 12 В будет напряжение 5,7 В:

12 В - 3×2,1 В = 12 - 6,3 = 5,7 В.

А уже 3 последовательные цепочки соединяют параллельно.

Таблица прямого напряжения на светодиоде от цвета его свечения.

Цвет свечения	Напряжение рабочее, прямое, В	Длина волны, нм
Белый	3,5	Широкий спектр
Красный	1,63–2,03	610-760
Оранжевый	2,03–2,1	590-610
Желтый	2,1–2,18	570-590
Зеленый	1,9–4,0	500-570
Синий	2,48–3,7	450-500
Фиолетовый	2,76–4	400-450
Инфракрасный	до 1,9	от 760
Ультрафиолетовый	3,1–4,4	до 400

При последовательной схеме включения светодиодов соединении токи через светодиоды будут одинаковые, а падение на каждом элементе индивидуальное. Оно зависит от внутреннего сопротивления диода.

Свойства последовательного соединения:

обрыв одного элемента приводит к выключению всех;
закорачивание – перераспределяет его напряжение на все оставшиеся, на них увеличивается яркость свечения и ускоряется деградация.

Параллельное соединение

В этой схеме подключения светодиодов все аноды соединяют между собой и с «+» источника питания, а катоды – с «-».

Такое соединение было на первых светодиодных гирляндах, линейках и лентах при питании от напряжения 3-5 В.

Это неправильное соединение. При неизбежном разбросе параметров токи через светодиоды будут разные. И светить они будут по-разному. И греться не одинаково. В результате перегревшийся перегорит, например, с обрывом цепи. Ток через остальные диоды D2, D3 увеличится и на них вырастет напряжение, потому что меньший суммарный ток через R1 даст на нем меньшее падение напряжения. Вторым сгорит тот диод, у которого будет меньшее внутреннее сопротивление p-n перехода.

Если перегорание произойдет с замыканием p-n перехода, то всё напряжение батареи приложится к резистору R1. Он перегреется и сгорит.

Схема параллельного подключения светодиодов. Каждый светодиод правильно соединять последовательно с собственным токоограничивающим резистором.

Так может выглядеть реальная конструкция из шести параллельно соединенных светодиодов.

серые полоски – токоведущие шины, т. е. провода без изоляции;
синие цилиндрики со скругленным торцом – цилиндрические светодиоды с линзой на торце;
красные – резисторы для ограничения рабочего тока.

Неправильно будет подключать все диоды на один резистор. Из-за разброса характеристик светодиодов, даже в одной партии могущего достигнуть от 50 до 200% и более, через диоды может протекать ток, который будет различаться в разы. Поэтому и светиться, и нагружаться они будут также по-разному. Позднее наиболее нагруженный, светящийся ярче других, перегорит или деградирует до почти полного затухания, потеряв 70-90% светового потока. Или сменит оттенок свечения с белого на желтый.

Основы параллельного и последовательного подключения светодиодов

Смешанное

Комбинированное или смешанное подключение применяют при создании светодиодных матриц, состоящих из многих десятков или сотен элементов или бескорпусных кристаллов. Самые известные из них – это COB-матрицы.

Схема комбинированного подключения светодиодов в матрице: «стандарт» – последовательные цепочки по 4 кристалла в каждой соединены параллельно и подключены к источнику питания, «гибрид» – кристаллы, в данном случае по 8 шт., подключают последовательно/параллельно к источнику питания.

Питающее напряжение и рабочий ток при комбинированном включении будут меньше номинальных рабочих. Только при таком условии матрица будет более-менее долго работать. На номинальном токе быстро выгорит самое слабое звено и начнется постепенное выгорание остальных. Оно закончится обрывами в последовательных цепочках и закорачиванием параллельных.

Подключение светоизлучающего диода к сети 220 В

Если запитать светодиод прямо от 220 В с ограничением его тока, то светить он будет при положительной полуволне и гаснуть при отрицательной. Но это только в том случае, когда обратное напряжение p-n перехода будет много больше 220 В. Обычно это в районе 380-400 В.

Второй способ включения– через гасящий конденсатор.

Сетевое напряжение подают на «мост» на диодах VD1-VD4. Конденсатор С1 «погасит» около 215-217 В. Остаток выпрямится. После фильтрации конденсатором С2 постоянное напряжение подают на светодиод. Не забудьте об ограничении тока через диод резистором.

Еще одна схема подключения – с однополупериодным выпрямителем на диоде и с ограничивающим резистором, величиной 30 кОм.

ВНИМАНИЕ! Большинство схем с прямым подключением в сеть 220 В имеют серьезный недостаток – они опасны поражением человека высоким напряжением – 220 В. Поэтому их следует использовать аккуратно, с тщательной изоляцией всех токоведущих частей.

Подробная информация о подключении светодиода к сети 220 В описана тут.

Как запитать диоды от блока питания

Самые популярные бестрансформаторные импульсные блоки питания (БП) дают 12 В с защитами по току, к.з., перегреву и пр.

Поэтому светодиоды соединяют последовательно и ограничивают их ток обычным резистором. В цепочку включают 3 или 6 диодов. Их количество определяется прямым напряжением диода. Их сумма для токоограничения должна быть меньше выходного напряжения БП на 0,5-1 В.

Особенности подключения RGB и COB светодиодов

Светодиоды с аббревиатурой RGB – это полихромные или многоцветные излучатели света разных цветов. Большинство из них собираются из трех светодиодных кристаллов, каждый из которых излучает свой цвет. Такая сборка называется цветовая триада.

Подключение RGB-светодиода производят так же, как и обычных светодиодов. В каждом корпусе такого многоцветного источника света располагаются по одному кристаллу: Red – красный, Green – зеленый и Blue – синий. Каждому светодиоду соответствует свое рабочее напряжение:

синему – от 2,5 до 3,7 В;
зеленому – от 2,2 до 3,5 В;
красному – от 1,6 до 2,03 В.

Кристаллы могут быть соединены между собой по-разному:

с общим катодом, т. е. три катода соединены между собой и с общим выводом на корпусе, а аноды – каждый имеет свой вывод;
с общим анодом – соответственно для всех анодов вывод общий, а катоды – индивидуальные;
независимая цоколевка – каждый анод и катод имеет собственный вывод.

Поэтому номиналы токоограничивающих резисторов будут разными.

Соединение кристаллов RGB-светодиода по схеме с общим катодом.

В обоих случаях корпус диода имеет по 4 проволочных вывода, контактных площадок в SMD-светодиодах или штырька в корпусе «пиранья».

В случае с независимыми светодиодами выводов будет 6.

В корпусе SMD 5050 кристаллы-светодиоды располагают так:

В корпусе многоцветного 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов помните – каждому цвету соответствует свое напряжение диода.

Подключение светодиодов типа COB

Аббревиатура COB – это первые буквы английского словосочетания chip-on-board. По-русски это будет – элемент или кристалл на плате.

Кристаллы клеят или паяют на теплопроводящую подложку из сапфира или кремния. После проверки правильности электрических соединений, кристаллы заливают желтым люминофором.

Светодиоды типа COB – это матричные конструкции, состоящие из десятков или сотен кристаллов, которые соединены группами с комбинированным включением полупроводниковых p-n-переходов. Группы – это последовательные цепочки светодиодов, количество которых соответствует напряжению питания светодиодной матрицы. Например, при 9 В это 3 кристалла, 12 В – 4.

Как подключить светодиод к плате Arduino

Цепочки с последовательным включением соединяют параллельно. Таким образом набирают требуемую мощность матрицы. Кристаллы синего свечения заливают желтым люминофором. Он переизлучает синий свет в желтый, получая белый.

Качество света, т. е. цветопередачу регулируют в процессе производства составом люминофора. Одно- и двухкомпонентный люминофор дает невысокое качество, т. к. имеет в спектре 2-3 линии излучения. Трех- и пятикомпонентный – вполне приемлемую цветопередачу. Она может быть до 85-90 Ra и даже выше.

Подключение этого вида излучателей света не вызывает проблем. Их включают как обычный мощный светодиод, питаемый источником тока стандартного номинала. Например, 150, 300, 700 мА. Производитель СОВ-матриц рекомендует выбирать источники тока с запасом. Он поможет при запуске светильника с COB-матрицей в эксплуатацию.

Читайте также: