Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Самая простая гирлянда из светодиодов на 3 вольта

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):

UпитILED
5 мА10 мА20 мА30 мА50 мА70 мА100 мА200 мА300 мА
5 вольт340 Ом170 Ом85 Ом57 Ом34 Ом24 Ом17 Ом8.5 Ом5.7 Ом
12 вольт1.74 кОм870 Ом435 Ом290 Ом174 Ом124 Ом87 Ом43 Ом29 Ом
24 вольта4.14 кОм2.07 кОм1.06 кОм690 Ом414 Ом296 Ом207 Ом103 Ом69 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.

Как определить полярность светодиода

Определение полярности светодиода по внешнему виду

Все светодиоды на 12 вольт (белые, красные, синие и других цветов) имеют анод и катод (полярности). Их нужно учитывать при подключении LED. Определить полярности можно одним из способов:

  • По конструкции. Одна из ножек на цоколе лампочки всегда длиннее на несколько мм. Это и есть анод. Он маркируется значком «+» или зеленой точкой.
  • По чаше внутри колбы. Если внимательно присмотреться, на ней можно увидеть два кристалла. Больший обозначает катод. Меньший — анод.
  • С использованием мультиметра. Для этого устройство нужно выставить в режим «Прозвонка». Затем щупы аппарата подводят к катоду и аноду. К первому — черный, ко второму — красный. При правильном их расположении лампочка должна светиться. Если этого не произошло, значит, мастер неправильно определил «+» и «-». Нужно изменить положение щупов. Если и это не помогло, светодиод просто неисправен.

Советы по выбору

Во-первых, определите, для каких целей покупается низковольтная лампочка

Исходя из цели обращайте внимание на:

  • Мощность (для жилых помещений достаточно 5-8 Вт).
  • Параметры света: угол рассеивания (чем больше, тем шире светит лампочка), коэффициент цветопередачи (не меньше 80), цветовая температура (теплый, нейтральный или холодный свет).
  • Габаритные размеры (особенно актуально, если приобретается новый тип источников света для замены устаревшего).
  • Срок службы.
  • Стоимость.
  • Для автомобилей обратите на ограничения на цвет и мощность ламп для фар (лампы ближнего/дальнего света, противотуманные и т.п.)

Можно ли заменить галогенные лампы 12 вольт на светодиодные?

Этот вопрос задается часто. Светодиодным лампам для правильной работы необходим постоянный ток. Добиться этого позволяет специальный блок питания или led-драйвер. Для «галогенок» достаточно более простого блока питания (типа понижающего трансформатора). Поэтому просто заменять галогенные лампы на светодиодные не стоит. Для надежной и долгой работы светодиодных источников света следует заменить блок питания на led-драйвер.

Драйвер для светодиодных ламп

Трансформатор для галогеновых ламп

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.

Подключение сверхярких и мощных LED к 12В

Сначала рассмотрим способ подключения одного мощного сверхъяркого светодиода к 12 Вольтам. Допустим, в нашем распоряжении имеется прибор, рабочий ток которого 350 мА. При этом падение напряжения на нем в рабочем режиме составляет примерно 3.4 Вольта. Нетрудно подсчитать, что потребляемая мощность такого прибора составляет 1 W.

Понятно, что подключать его напрямую к 12 Вольтам нельзя. Нам придется, каким-то образом, «погасить» часть напряжения. В простейших случаях для этих целей применяются гасящие (токоограничивающие) резисторы. Его соединяют со светодиодом последовательно. Схема питания одного LED показана на фото.

Чтобы рассчитать номинал токоограничивающего резистора пользуются формулой:

Вооружившись калькулятором легко подсчитать, что сопротивление будет составлять около 25 Ом. На нем будет рассеиваться мощность, которую рассчитывают по формуле:

В нашем примере мощность составит около 3 ватт. Найти сопротивление такой мощности довольно трудно, поэтому в качестве гасящего резистора можно применить два резистора по 100 Ом мощностью 2 Вт, соединенные параллельно.

В принципе на основе этих расчетов уже можно создавать практическую конструкцию. Выполнив подключение светодиода к 12В через выключатель, можно организовать дополнительную подсветку подкапотного пространства автомобиля, багажника или перчаточного бокса.

Мы показали, что создание такой схемы возможно, но применение ее нерационально. Нетрудно заметить, что две трети мощности потребляемой конструкцией приходится на гасящий резистор и, следовательно, тратится впустую. Ниже мы расскажем, как избежать ненужных потерь.

Подключение через понижающий трансформатор

Подключить магнитолу дома можно через понижающий трансформатор с питанием 12В. Прибор можно запитать к самодельному или фабричному источнику питания, который подключается к сети в 220 В

Чтобы создать трансформатор своими руками, важно избавиться от вторичной обмотки и сделать несколько дополнительных витков с изолирующим покрытием

Еще следует определить тип шнура, который подойдет для создания обмотки. Большинство автомобильных магнитол снабжаются усилителем с потреблением тока до 10-15 А. Создавая самодельный узел, нужно убедиться, что он сможет справляться с повышенными нагрузками, не подвергаясь перегреву или оплавлению изолятора. Чтобы предотвратить нагрев внутренних деталей, необходимо поставить на выходе диодного моста вентилятор.

Для оценки напряжения обмотки задействуется мультиметр. После этого пользователю нужно рассчитать количество витков, при которых можно получить напряжение в 12 Вольт. Еще в цепь нужно включить выпрямитель из 4 полупроводников типа Д226. Система оснащается индуктивной катушкой с 2 конденсаторами по 10 тыс. мкФ. Для сборки диодного моста задействуют пластину гетинакса.

Подготовка к работе

Перед тем как подключить магнитолу к компьютеру или источнику питания на 220 В, важно подготовить такие приспособления:

  1. Преобразователь напряжения.
  2. Изолятор.
  3. Провод с оптимальной длиной и сечением.
  4. Мультиметр.
  5. Калькулятор для проведения расчетов.

Как сделать понижающий трансформатор своими руками

Понижающий трансформатор создается по следующей инструкции:

  1. Выбираем свободный участок провода и обматываем его изолятором и куском провода оптимальной длины и сечения.
  2. Чтобы определить оптимальное число витков, необходимо собрать схему включения и померить выходное напряжение одного витка. Если мультиметр выдает 2,9 В, одна обмотка обладает показателем в 0,41 В. Чтобы получить 12-вольтное напряжение, потребуется 30 витков.
  3. Дальше необходимо подключить диодный мост.

Перечисленные компоненты продаются в различных магазинах запчастей к электронным приборам или изготовляются своими руками в домашних условиях.

Непосредственное подключение

Все компоненты нужно соединить с помощью кабелей, а потом закрепить в защитном кожухе из огнестойкого сырья. Коммутация выполняется с помощью отдельных шнурков.

В процессе подключения следует убедиться в правильности выбора схемы. В противном случае система перегорит.

Чтобы светодиод светился

Через него необходимо пропустить электрический ток в направлении одной стороны – от анода к катоду. При этом его невозможно подключить напрямую к источнику питания, поскольку он немедленно сгорит. Чтобы обеспечить нормальную работу, необходим ограничитель, которым служит резистор, устанавливаемый в цепь последовательно со светодиодом.

По цветам светодиоды разделяются на красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Цвет можно определить, лишь включив его, поскольку почти все они изготовлены из прозрачного бесцветного пластика.

Кроме того их также различают по номинальному току потребления. В основном, широкое распространение получили изделия с потребляемым током 10 и 20 миллиампер.

Идеальный источник питания для светодиодов – блок питания компьютера. При использовании в качестве обычного освещения применяются разъемы, на выходе у которых 5 или 12 вольт. Когда они используются в качестве светомузыки, то они подключаются через LPT-порт компьютера.

Тестирование с применением мультиметра или аккумулятора

Хорошо, если под рукой есть мультиметр. Тогда определение полярности светодиода произойдет за одну минуту. Выбрав режим омметра (измерение сопротивлений), нетрудно произвести следующее действие. Приложив щупы к ножкам светодиода, производится замер сопротивления. Красный провод должен подключаться к плюсу, а черный – к минусу.

При правильном включении прибор выдаст значение, примерно равное 1,7 кОм, и будет наблюдаться свечение. При обратном включении на дисплее мультиметра отобразится бесконечно большая величина. Если проверка показывает, что в обе стороны диод показывает малое сопротивление, то он пробит, и его следует утилизировать.

В некоторые приборах существует специальный режим. Он предназначен для проверки полярности диода. Прямое включение будет сигнализировать подсветкой диода. Этот метод подходит для красных и зеленых полупроводников.

Синие и белые светодиоды выдают индикацию только при напряжении более 3 вольт, поэтому нельзя достигнуть нужного результата. Для их тестирования можно использовать мультиметры типа DT830 или 831, в которых предусмотрен режим определения характеристик транзисторов.

Используя PNP-часть, один вывод светодиода вставляют в коллекторное гнездо, второй – в эмиттерное отверстие. В случае прямого подключения появится индикация, инверсионное включение не даст подобного эффекта.

Как определить полярность светодиода, если под рукой нет мультиметра? Можно прибегнуть к обычной батарейке или аккумулятору. Для этого понадобится еще любой резистор. Это нужно для защиты светодиода от пробоя и выхода из строя. Последовательно соединенный резистор, величина сопротивления которого должна быть примерно 600 Ом, позволит ограничить ток в цепи.

И еще несколько советов:

  • если известна полярность светодиода, впредь нельзя подавать на него обратное напряжение. В противном случае есть вероятность пробоя и выхода из строя. При правильной эксплуатации светодиод будет служить исправно, так как он долговечен, а также его корпус хорошо защищен от попадания влаги и пыли;
  • некоторые типы светодиодов чувствительны к воздействию статического электричества (синие, фиолетовые, белые, изумрудные). Поэтому их нужно предохранять от влияния «статики»;
  • при тестировании светодиода мультиметром желательно это действие произвести быстро, касание к выводам должно быть кратковременным, чтобы избежать пробоя диода и вывода его из строя.

Известно, что светодиод в рабочем состоянии пропускает ток только в одном направлении. Если его подключить инверсионно, то постоянный ток через цепь не пройдет, и прибор не засветится.
Происходит это потому, что по своей сущности прибор является диодом, просто не каждый диод способен светиться. Получается, что существует полярность светодиода, то есть он чувствует направление движения тока и работает только при определенном его направлении.
Определить полярность прибора по схеме не составит труда. Светодиод обозначают треугольником в кружке. Треугольник упирается всегда в катод (знак «−», поперечная черточка, минус), положительный анод находится с противоположной стороны.Но как определить полярность, если вы держите в руках сам прибор? Вот перед вами маленькая лампочка с двумя выводами-проводками. К какому проводку подключать плюс источника, а к какому минус, чтобы схема заработала? Как правильно установить сопротивление где плюс?

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.

Теоретический метод

Для анализа характеристик светодиода таким способом большую подсказку дают габариты прибора, цвет и форма его корпуса. Примеси различных химических элементов вызывают свечение кристаллов от красного до желтого цвета. Конечно, если видна расцветка корпуса, тогда можно определить некоторые параметры светодиода по внешнему виду. Но при его прозрачности придется воспользоваться мультиметром. Выставляем тестер на «обрыв» и щупами прикасаемся к выводам светодиода. Ток, проходящий через светодиод, вызывает слабое свечение кристалла.

Типы и виды светодиодов

В состав этих изделий входят различные полупроводниковые металлы. Этот фактор и влияет на падение напряжения на p-n-переходе. Чтобы обозначить такие характеристики, независимо от марок и производителей светодиода, их окрашивают в различные цвета. Но стоит знать, что конкретно утверждать, на сколько вольт светодиод, опираясь только на его окраску, будет неверно. Цвета этих приборов дают приблизительные значения для проведения измерений. Примерные параметры по цветовому признаку приведены в таблице.

Цвет прибораНапряжение, В
Красный1,63–2,03
Желтый2,1–2,18
Зеленый1,9–4,0
Синий2,48–3,7
Оранжевый2,03–2,1
Инфракрасныйдо 1,9
Фиолетовый2,76–4
Белый3,5
Ультрафиолетовый3,1–4,4

Примерные характеристики светодиода можно определить по цвету его корпуса и размерам

На прямое напряжение светодиода не воздействуют габариты или вариации корпуса, однако может проглядываться количество кристаллов, которые излучают свет и соединяются последовательно. Бывают виды элементов SMD, где люминофор прячет цепочку кристаллов.

В корпусе SMD-светодиода последовательно соединяются три кристалла белого цвета. Наиболее часто они применяются в лампах на 220 В китайского производства. Из-за того, что такие светодиоды начинают реагировать только от 9,6 вольт, протестировать их мультиметром не удастся, так как его батарейка питания рассчитана на 9,5 В.

Теоретически можно воспользоваться интернетом, скачав специальную программу datasheet, в поисковике которой вписать известные параметры светодиода, его цвет. Это позволит найти приблизительные характеристики, где падение напряжения и значения тока могут быть неточными.

Практический метод

Проведение тестирования практическим способом позволяет получить наиболее точные значения силы тока и падения напряжения. Рассчитанная таким образом характеристика прибора позволяет безопасно и долговременно использовать его по назначению. Для получения неизвестных параметров потребуется вольтметр, мультиметр, блок питания, рассчитанный на 12 В, резистор от 510 Ом.

Принцип измерений аналогичен описанному выше для тестирования светодиода на номинальный ток. Необходимо собрать схему с резистором и вольтметром, после чего увеличивать постепенно напряжение до начала свечения кристалла. При достижении яркости высшей точки показания замедляют рост. Можно снимать с экрана номинальное напряжение светодиода.

При 1,9 вольт может отсутствовать свечение. В этом случае часто проверяется инфракрасный диод. Чтобы это уточнить, необходимо перевести излучатель в телефонную камеру. Если будет видно на экране белое пятно, то это и есть инфракрасный диод.

Схема проверки падения напряжения на светодиоде

Если нет возможности применить блок питания на постоянные 12 В, можно использовать батарейку «Крона», рассчитанную на 9 вольт. При отсутствии вышеперечисленных источников питания отлично подойдет стабилизатор сетевого напряжения, который может выдавать необходимое выпрямленное напряжение, только потребуется заново рассчитать номинал сопротивления резистора, задействованного в схеме. В этом случае также нужно повышать напряжение до засвечивания светодиода. Напряжение, при котором произойдет свечение, и будет номинальным, на которое он рассчитан.

При неизвестных характеристиках светодиода обязательно необходимо рассчитывать его значения номинального тока и падения напряжения, чтобы предотвратить быстрый выход из строя.

Виды ламп на 12 В

Лампы накаливания.

Большинство из них выпускается для работы с напряжением 220 В, но некоторые их виды изготавливаются в низковольтном варианте 12 В. К последним относятся источники света местного назначения, декоративные (елочные гирлянды) и транспортные.

Лампа накаливания 12 В местного назначения

Мощности лампы накаливания местного назначения находятся в пределах 15-60 Вт. Причем 12-вольтовыми они изготавливаются для работы в опасных помещениях. Применяются для подсветки рабочих мест, в том числе на станках и другом промышленном оборудовании. Как правило такие источники света снабжаются винтовым цоколем е27 или е14.

Автомобильные лампы накаливания 12 В

Транспортные лампы имеют разнообразные цоколи и отличаются высокой механической, вибрационной стойкостью. Напряжение питания различается на каждом виде транспорта: 12-вольтовые лампы выпускаются в основном для автомобилей. Особые конструктивные решения представлены для лампочек в фарах: в них монтируется две нити накаливания.

Светофорная лампа

Также низковольтные лампы накаливания повышенной механической прочности применяются в железнодорожных светофорах. Их мощность составляет от 15 до 35 Вт. Особый цоколь с фиксатором предотвращает выпадение из патрона.

Коммутаторная лампа

Коммутаторные лампы применяются в качестве сигнальных на телефонных коммутаторах. Они выпускаются разного напряжения, в том числе и 12 В. При производстве к ним предъявляются требования по силе света в направлении оси лампы и температуре нагревания колбы (не должна превышать 120⁰).

Галогенные лампы.

По конструкции мало отличаются от ламп накаливания. Но добавки паров галогенов позволяют дольше работать и ярче светить.

«Галогенки» также выпускаются в низковольтном исполнении 12 В. Их используют для точечной подсветки (в том числе в натяжных потолках), безопасного освещения легковоспламеняющихся и влажных помещений, автомобильного освещения.

Для освещения автомобилей используют разнообразные цоколи группы Н. Для других групп применяют штырьковые цоколи, чтобы избежать подключения в сеть 220 В.

Выделяют две группы низковольтных «галогенок»: капсульные и направленным действием.

Капсульная лампа

Капсульные – компактные, мощностью от 5 до 100 Вт. Используют для декоративной подсветки (5-10 Вт), общего освещения и в автомобилях. 

Источник света с отражателем

Если к капсульной лампе добавить отражатель, то получится второй тип «галогенок». Отражатель формирует пучок направленного света. Если отражатель покрыт особым составом, отражающим инфракрасное излучение, то лампа называется IRC-галогенной. IRC – самый энергоэффективный тип. Покрытие отражает инфракрасное излучение обратно на спираль. Это приводит к уменьшению потребления электричества. Лампы с отражателем могут выпускаться с защитным стеклом или без него. Это используется дизайнерами для создания различных декоративных подсветок. Также источники света с отражателем подходят для общего освещения и для автомобилей. 

Светодиодные (led) лампы.

Широко выпускаются в низковольтном варианте. Мощность обычно в интервале 0,4-8 Вт. Существуют разнообразные варианты форм.

Led открытого типа (без колбы) и с колбой

Плоские лампы

Разные формы колбы: капсула, лепесток, кукуруза, свеча

Выпускаются со всевозможными видами цоколей: для замены ламп накаливания и галогенных.

Некоторые варианты цоколей

Led источники света выпускаются разных цветовых температур: теплых, нейтральных, холодных.

Применяются для подсветок (общей, точечной, декоративной), в автомобилях и т.д.

Какие светодиоды можно подключить к 12 Вольтам

Продавцы уверяют, что продают светодиоды, которые возможно подключить к источнику питания на 12 В. На самом деле это утверждение некорректно. У лед-лампочки нет строго определенного рабочего вольтажа, поэтому можно говорить только об источнике света, изготовленном из диодов.

Следует определить, что происходит в лед-лампочке во время свечения. В данном процессе самые важные 2 параметра: максимальный и рабочий (необходимый для свечения) ток. Они учитываются в производстве лед-матриц, но не при выборе источника тока.

Напряжение на лампочке чаще всего от 1,5 до 3,5 вольт, цифра зависит от цвета лампочки. Меньшее значение – красные диоды, самое большое – сверхяркие. Светящийся диод на 12 вольт – это матрица (сборка), в состав которой может входить любое количество кристаллов, соединенных последовательно. Подобных цепочек может быть несколько, они соединяются друг с другом параллельно.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации