Как правильно рассчитать резистор для светодиода?

Параллельное подключение

При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).

Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.

Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:

Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.

В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:

Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.

Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.

Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):

Uпит ILED
5 мА 10 мА 20 мА 30 мА 50 мА 70 мА 100 мА 200 мА 300 мА
5 вольт 340 Ом 170 Ом 85 Ом 57 Ом 34 Ом 24 Ом 17 Ом 8.5 Ом 5.7 Ом
12 вольт 1.74 кОм 870 Ом 435 Ом 290 Ом 174 Ом 124 Ом 87 Ом 43 Ом 29 Ом
24 вольта 4.14 кОм 2.07 кОм 1.06 кОм 690 Ом 414 Ом 296 Ом 207 Ом 103 Ом 69 Ом

При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.

Полярность светодиодов

Полярность светодиодов

При неправильном включении светодиод может сломаться

Поэтому важно уметь определять полярность источника света.  Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении. . Полярность моно определить несколькими способами:

Полярность моно определить несколькими способами:

  • Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа  SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска. 
  • При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении. 
  • При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится. 
  • По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов. 

Выбор способа определения полярности зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента. 

Работа с сетью 220 В

Самый простой указатель напряжения электросети без источника питания делается из резистора, ограничителя тока (транзистора), выпрямителя (диода) и любого светодиода. Сопротивление резистора 100 – 150 кОм.

Характеристики диода:

  • ток
    10-100 мА;
  • напряжение
    1-1,1 В;
  • обратное
    напряжение 30-75 В.

При 220 В частоте 3 Гц светодиод
загорается. Корректировать частоту и повысить яркость можно изменением емкости
конденсатора. Такой индикатор срабатывает при минимальном напряжении 4,5 В.
Кроме тока сети он может определить исправность, включенное и выключенное
состояние электроприбора.

Проверка
постоянного напряжения

Для проверки сети на 12 вольт и целостности соединений можно сделать другой светодиодный индикатор (нужны 2 разноцветных светодиодных элемента). Для ограничения тока можно использовать резистор с сопротивлением 50-100 Ом или лампочку накаливания с небольшой мощностью. Один из светодиодов загорается при подключении напряжения соответствующей полярности.

В самодельный индикатор для сети 12 В можно добавить конденсатор, диод и 2 транзистора. Полевой транзистор стабилизирует ток. Конденсатор, защищающий диод от скачков напряжения, нужен с емкостью 0,1 мкФ, неполярный. Резистор с сопротивлением 1 Мом является нагрузкой биполярного транзистора. При проверке сети с постоянным напряжением диод проверяет полюса. Если ток переменный, этот элемент срезает минусовую половину. При подаче напряжения значение тока определяет биполярный транзистор и сопротивление резистора (500-600 Ом).

Такой прибор подходит для работы с переменной и постоянной сетью с напряжением 5-600 В.

Индикатор
для микросхем – логический пробник

Приборы для индикации микросхем называются логическими пробниками. Такой индикатор трехуровневый (в схему включаются 3 светодиода).

Логический пробник дает возможность:

  • определить
    фазу, короткое замыкание, сопротивление электросети;
  • установить
    наличие напряжения 12 – 400 В;
  • определить
    полюса при постоянном токе;
  • проверить
    состояние диодов, транзисторов и других деталей;
  • определить
    целостность электросети прозвоном;
  • диагностировать
    обрывы реле и катушек;
  • прозвонить
    дроссели и моторы;
  • определить
    выводы трансформаторов.

Источник питания батарейка на 9 В. При
замкнутых щипах потребляется ток 110 мА. После размыкания ток не потребляется,
устанавливать выключатель и переключатель режимов не нужно.

При проверке сети с сопротивлением 0 –
150 Ом горят 2 светодиода, при повышении показателя один. При 220-380 вольтах
загорается третий, остальные мерцают. Если цепь порвана, светодиоды не
загораются. При нуле на контакте 0,5 В, открывается один транзистор (КТ315Б),
при 2,4 В – второй (КТ203Б).

Допускается замена транзисторов на другие, имеющие аналогичные параметры.

Индикатор
напряжения на двухцветном светодиоде

Еще одна простая микросхема индикатора – с двухцветным светодиодом. Некоторые домашние мастера используют ее для определения режима работы лампы. Например, выключатель осветительного прибора в подвале, оснащенный индикатором, установлен на лестнице. Если она горит, свечение красное, после выключения – зеленое.

Вариант
для автомобиля

Схема
для индикации заряда аккумулятора и напряжения сети автомобиля состоит из:

  • RGB-светодиода;
  • 3-х
    стабилитронов;
  • 3-х
    биполярных транзисторов (BC847C);
  • 9-и
    резисторов;

Уровень определяется по цвету. Зеленое свечение при 12-14 В, синее – при 11,5 В, красное – при 14,4 В).

Если при сборке схемы не допущены ошибки, один из резисторов (на 2,2 кОм) и транзистор (на 8,2 В) определяют минимальный предел вольтажа. При снижении показателя транзистор, соответствующий синему свечению, подключает кристалл.

Если вольтаж не снижается и не повышается, ток проходит через 2 резистора, стабилитрон на 5,6 В и светодиод, появляется свечение зеленого цвета (транзисторы, соответствующие красному и синему цвету, закрываются). При повышении напряжения до 14,4 В загорается красный свет.

Как правильно подключать светодиоды

Подключение светодиода возможно только к постоянному электротоку. У каждого источника света этого типа есть инструкция по подключению. Если она затерялась, по производителю можно найти данные в сети интернет и узнать, как правильно подключить конкретные лампочки.

Последовательность сборки:

  • определение технических характеристик;
  • составление схемы;
  • вычисление вольтажа всей цепочки;
  • подбор блока питания (драйвера);
  • расчет резистора (если питание от напряжения);
  • определение полярности диодов;
  • пайка схемы;
  • подключение блока (драйвера);
  • подключение к электросети.

Если схема работает, нужно измерить электроток и потребление энергии. При слишком большом значении тока требуется коррекция.

Чтобы не подключать систему охлаждения, лучше покупать лампочки с мощностью 1-3 В на подложке.

Параллельное подключение

Если подключить LED-лампочки параллельно, напряжение на всех равное, общая сила тока – сумма токов лед-ламп. Их характеристики отличаются даже если они принадлежат к одной партии.

Если подключить к схеме одно сопротивление, на каждый чип будет подаваться ток с различным номиналом, один будет светиться слишком ярко, другой на 60-70% от номинального значения. Это значит, что при параллельном подключении каждому диоду требуется отдельное сопротивление.

Подобные схемы используются редко из-за двух недостатков: большого количества элементов и роста нагрузки при выгорании одной лампочки.

Последовательное подключение

Несколько диодов возможно подключить и последовательно (катод одного припаять к аноду другого). Они должны быть одинаковые, блок питания выбирается с мощностью, соответствующей сумме мощности лампочек.

Ток на все лампочки подается одинаковый, напряжение состоит из суммы падения на каждом диоде. То есть, количество лампочек, которые возможно подключить, ограничено показателями падения напряжения (падение – напряжение, которое использовано для свечения).

У последовательного подключения 2 недостатка:

  • если диодов много, у блока питания должен быть большой вольтаж;
  • при перегорании одной лампочки перестают светиться все.

От недостатков можно избавиться, если применять смешанное подключение. Диоды делятся на последовательно соединенные группы, которые соединяются параллельно.

При помощи комбинированного подключения производятся светодиодные ленты.

Как включить светодиод в сеть переменного тока

Многих интересует, как подключить светодиод сети 220 В. Подобное возможно, если ток источника света до 20 мА, напряжение не падает более, чем на 2-3 вольта. Если применить формулу расчета драйвера, получается, что сопротивление должно быть 30 кОм.

Резистор будет греться при снижении вольтажа, поэтому важно знать его мощность. Для расчетов используется формула: Р=I2R=U2/R, где:. Для расчетов используется формула: Р=I2R=U2/R, где:

Для расчетов используется формула: Р=I2R=U2/R, где:

U – разность между напряжением сети и падением напряжения на источнике света.

В результате вычислений получается 2 Вт.

В схему включения светодиода обязательно включение дополнительного диода, защищающего от пробоев в ситуациях, когда на выходах светильника возникнет амплитудное напряжение. Недостаток подобной схемы – большие потери энергии из-за выделения тепла.

Более эффективно другое соединение, в которое кроме диода включается конденсатор. Он обеспечивает падение напряжение до требуемого уровня.

Обе схемы упрощенные. Чаще всего они не нужны, так как в большинство светодиодов встроен драйвер, преобразующий 220 В в постоянный вольтаж в пределах 5-24 В.

Без драйвера к электросети возможно подключить светодиодные ленты 220 В, состоящие из 60-и элементов, укомплектованных выпрямителем. То же самое относится к большим СОВ-диодам, в которых 60 лед-кристаллов соединены последовательно. Китайцы начали выпускать модули, укомплектованные стабилизатором (устанавливается на подложку).

Расчет подключения светодиодов в схемах на 12 и 220 вольт

Отдельный светодиод невозможно напрямую подключить к источнику питания на 12 В поскольку он сразу же сгорит. Необходимо использование ограничительного резистора, параметры которого рассчитываются по формуле: R= (Uпит-Uпад)/0,75I, в которой R является сопротивлением резистора, Uпит и Uпад – питающее и падающее напряжения, I – ток, проходящий по цепи, 0,75 – коэффициент надежности светодиода, являющийся постоянной величиной.

В качестве примера можно взять схему, используемую при подключение светодиодов на 12 вольт в авто к аккумулятору. Исходные данные будут выглядеть следующим образом:

  • Uпит = 12В – напряжение в автомобильном аккумуляторе;
  • Uпад = 2,2В – питающее напряжение светодиода;
  • I = 10 мА или 0,01А – ток отдельного светодиода.

В соответствии с формулой, приведенной выше, значение сопротивления будет следующим: R = (12 – 2,2)/0,75 х 0,01 = 1306 Ом или 1,306 кОм. Таким образом, ближе всего будет стандартная величина резистора в 1,3 кОм. Кроме того, потребуется расчет минимальной мощности резистора. Данные расчеты используются и при решении вопроса, как подключить мощный светодиод к 12 вольтам. Предварительно определяется величина фактического тока, которая может не совпадать со значением, указанным выше. Для этого используется еще одна формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет), в которой Rсвет является сопротивлением светодиода и определяется как Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в цепи составит: I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А.

В результате, фактическое падение напряжения светодиода будет равно: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54 В. Окончательно значение мощности будет выглядеть так: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт). Для практического подключения значение мощности рекомендуется немного увеличить, например, до 0,125 Вт. Благодаря этим расчетам, удается легко подключить светодиод к аккумулятору 12 вольт. Таким образом, для правильного подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору на 12В, в цепи дополнительно понадобится резистор на 1,3 кОм, мощность которого составляет 0,125Вт, соединяющийся с любым контактом светодиода.

Расчет подключения светодиода к сети 220В осуществляется по такой же схеме, что и для 12В. В качестве примера берется такой же светодиод с током 10 мА и напряжением 2,2В. Поскольку в сети используется переменный ток напряжением 220В, расчет резистора будет выглядеть следующим образом: R = (Uпит.-Uпад.) / (I х 0,75). Вставив в формулу все необходимые данные, получаем реальное значение сопротивления: R = (220 — 2.2) / (0,01 х 0,75) = 29040 Ом или 29,040 кОм. Ближайший стандартный номинал резистора – 30 кОм.

Далее выполняется расчет мощности. Вначале определяется значение фактического тока потребления: I = U / (Rрез.+ Rсвет). Сопротивление светодиода рассчитывается по формуле: Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в электрической цепи будет составлять: I = 220 / (30000 + 220) = 0,007А. В результате, реальное падение напряжение на светодиоде будет следующим: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54В.
Для определения мощности резистора используется формула: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59Вт. Значение мощности следует увеличить до стандартного, составляющего 2Вт. Таким образом, чтобы подключить один светодиод к сети с напряжением 220В понадобится резистор на 30 кОм с мощностью 2Вт.

Однако в сети протекает переменный ток и горение лампочки будет происходить лишь в одной полуфазе. Светильник будет выдавать быстрый мигающий свет, с частотой 25 вспышек в секунду. Для человеческого глаза это совершенно незаметно и воспринимается как постоянное свечение. В такой ситуации возможны обратные пробои, которые могут привести к преждевременному выходу из строя источника света. Чтобы избежать этого, выполняется установка обратно направленного диода, обеспечивающего баланс во всей сети.

Конструктивное разнообразие

Как упоминалось ранее, существует масса вариантов конструкции уличного электромеханического замка. По способу монтажа они делятся на накладные и врезные. Последние устанавливаются в пространство между полотнами калитки. Остальные – крепятся на внутреннюю сторону створки.

Беспроводные замки на калитку, к примеру, не потребуют даже подключения питающего кабеля. Необходимая для работы энергия обеспечивается индивидуальными элементами питания.

Кроме того замки делятся по типу приведения запорного механизма в действие. Выделяют такие типы:

  1. Магнитные.
  2. Моторные.
  3. Соленоидные.
  4. Электрозащелки.

Каждый тип обладает своими особенностями и подходящим сценарием применения.

Магнитные

Электрические функции наиболее распространённого типа электромеханических замков реализованы за счет работы электромагнита. Они оснащаются двухкомпонентным ригелем. Одна его часть работает как защелка, которая в закрытом положении упирается в косяк и взводит пружину основного ригеля.

В момент подачи напряжения встроенные в корпус электромагниты притягивают стопор основного ригеля, и дверь отпирается. Механизмы кнопки на внутренней стороне и цилиндр на наружной также приводят в действие затвор основного ригеля. Производятся модели с блокировкой кнопки и без нее.

Моторные

Ригели моторных электромеханических замков приводятся в движение при помощи компактного электродвигателя. Они, как правило, фиксируются упорами в закрытом или открытом положении. Такая особенность увеличивает надежность замка за счет того, что закрытый ригель сложнее отжать.

С другой стороны – использование электродвигателя не позволяет отпирать калитку моментально. Между подачей сигнала и изменением положения ригеля проходит некоторое время. Некоторые модели позволяют программировать задержку, что можно использовать для устройства удаленного управления замком, скажем, от входной двери дома.

Соленоидные

Принцип действия базируется на соленоиде. Сердечник, который выступает в роли ригеля, перемещается при помощи полей индуктивности. В зависимости от полярности катушки, размешенной в корпусе замка, ригель запирает или отпирает конструкцию, на которой смонтирован замок.

В некоторых моделях сердечник присоединяется к рычагам, которые перемещают ригели. Также существуют варианты, оснащенные дополнительными механизмами отпирания и запирания (кнопки, цилиндры и прочие). Использование соленоидов позволяет делать такие замки компактными.

Электрозащелки

Это особый класс устройств, которые косвенно относятся к электромеханическим замкам. Электрозащелки монтируются в неподвижную часть двери. Внешне они походят на ответную часть магнитных замков с некоторыми модификациями.

На подвижной створке устанавливается статичный ригель. В закрытом положении калитки он заходит за подвижную деталь защелки. В зависимости от типа устройства она закрыта или открыта при подаче электричества. Нормально открытые модели подходят для объектов, где в течение продолжительного времени нет нужды в запирании.

Фиксатор электромагнитной защелки на калитке может быть нормально открытым или нормально закрытым. Подходящий тип следует выбирать в зависимости от потребностей пользователя.

Как правильно подключить светодиод к бортовой сети.

Для правильной работы светодиода необходимо ограничить ток протекающий через него.
Для этого, к бортовой сети светодиод подключается последовательно с токоограничивающим резистором. Необходимость в ограничении тока обосновывается зависимостью срока службы светодиода от проходящего тока, чем он выше тем меньше срок службы. Но следует отметить, что зависимость эта нелинейная и при превышении определенного рекомендованного порога (смотрите Datasheet на вашу модель) диод выходит из строя.

На рисунке приведены несколько вариантов включения светодиодов с резисторами а так же указаны какие из включений являются оптимальными, какие правильными но менее оптимальными в плане энергопотребления, а какое неправильное и приведет к значительному сокращению срока службы светодиодов. С вариантом схемы включения определились, теперь предстоит выяснить какой резистор нужен для светодиода.

Онлайн калькулятор: “Расчет резистора для светодиода”.

Формула для расчета резистора выглядит следующим образом: R= (Uпит – (Uпр.св* N))/I

Где: Uпит- напряжение источника питания Uпр.св- прямое напряжение на светодиоде, N-количество светодиодов, I- ток проходящий через светодиод. Естественно возникает вопрос где взять эти данные? Для тех кто решил махнуть рукой т.к. не знает ничего о названии и происхождении добытых диодов,- скажу не спешите, чуть ниже будет дано универсальное решение вашего вопроса.

Давайте рассмотрим в качестве примера Datasheet на 3 миллиметровый светодиод фирмы kingbright
На рисунке ниже скриншот с указанием характеристик светодиода при силе тока проходящего через него 2 мА при температуре 25С. Из всех представленных характеристик нас интересует лишь Forward Voltage – прямое напряжение на светодиоде.

  • мощности
  • импульсного тока
  • прямого постоянного тока (DC Forward Current) именно это значение нас и интересует, в данном случае нельзя допускать прохождение тока выше 25 миллиампер
    (при температуре 25 градусов по Цельсию).

Последний рисунок иллюстрирует зависимость характеристик от условий использования:

  • зависимость прямого напряжения от проходящего тока
  • зависимость интенсивности светового потока от проходящего тока
  • зависимость проходящего тока от температуры
  • зависимость интенсивности светового потока от от температуры

Исходя из полученных в Datasheet данных можно сделать вывод, что оптимальным является значение проходящего тока от 2 до 10 миллиампер, при этом типовое значение прямого напряжение на выводах светодиода составляет от 1,9 до 2 Вольт.

Пример расчета №1
Если ввести в онлайн калькулятор напряжение бортовой сети 12 (В), значение тока 2 (мА), значение прямого напряжения 1,9 (В) количество светодиодов 1 получим расчетное значение резистора = 5050 Ом Ближайший производственный номинал резистора 5100 Ом или 5,1 кОм маркировка отечественных резисторов 5к1 маркировка smd резистора 512

Пример расчета №2
Если ввести в калькулятор напряжение бортовой сети грузовика 24 (В), значение тока 10 (мА) светим по полной:), значение прямого напряжения 2 (В) количество светодиодов 3 (маленькая гирлянда получилась) расчетное значение резистора = 1800 Ом Ближайший производственный номинал резистора 1800 Ом или 1,8 кОм маркировка отечественных резисторов 1к8 маркировка smd резистора 182

Рекомендации по подключению светодиодов с неизвестными характеристиками:

Светодиодные элементы все чаще применяются в сферах деятельности человечества как осветительные приборы для помещений, в уличных фонарях, карманных фонариках, при освещении аквариума. В автомобильной индустрии группы светодиодов широко используются для подсветки габаритных огней, стоп сигналов и поворотов.

Внешний вид светодиодов

Отдельными элементами с различными цветами обеспечивают подсветку приборной панели, индикацию понижения уровня охлаждающей жидкости радиатора. Невозможно перечислить все направления их использования: от украшения новогодней елки, подсветки аквариума до приборов ракетно-космической техники.

Они постепенно вытесняют обычные лампы накаливания. Многочисленные Интернет магазины в режиме онлайн продают светодиодные ленты и другие осветительные приборы. Также можно найти калькулятор расчета схем драйверов для них, если появится необходимость их ремонта или изготовления своими руками. Такому бурному развитию есть целый ряд причин.