Если бы человечеству было невыгодно использование светодиодов, то о них бы знал только ограниченный круг ученых. Но источник с принципиально новым видом излучения оказался весьма эффективным. Со временем маленькие кристаллики стали объединять по несколько штук в одном корпусе, научились также выращивать супер кристаллы увеличенных размеров. В результате получили ультраяркие светодиоды, или, как их еще называют, сверхяркие светодиоды, с широчайшими возможностями применения.

Сам по себе элементарный светодиод рассчитан на напряжение на более 3-5 Вольт. Его характеристики дают возможность применять такой элемент в целях индикации и для декоративного освещения. Однако ученым удалось разработать более мощные приборы, используя ряд ухищрений. Так на свет появились сверхяркие супер светодиоды на 12 Вольт. Применяя драйвер, устройство на 12 Вольт можно подключать к более высокому напряжению, в том числе к сети 220 Вольт.

Импульсное изменение яркости

Главным достоинством, которым обладает сверхъяркий супер светодиод на 12 вольт, являются его малые энергетические аппетиты и одновременно с этим яркий свет. Дополнительное преимущество – контролируемое изменение яркости светодиодов, для чего применяют контроллер. Получается, что прибор, в котором используются сверхяркие светодиоды, может уменьшить или увеличить интенсивность своего излучения.

Чтобы управлять яркостью светодиодов, применяют широтно-импульсную модуляцию. При таком методе уменьшить яркость можно, периодически выключая лампочку. Лампа пульсирует, и параметры пульсации будут определять интенсивность ее свечения.

Этот принцип работы позволяет расширить возможности светодиодов повышенной яркости. В итоге мы получаем функциональные:

• фонарики;
• автомобильные фары;
• световую сигнализацию;
• домашние светильники.

Заметим, что в сигнализации применяют мигающий светодиод на 5, 12 и даже 14 вольт, помогающий привлечь внимание к витринам, прилавку или окошку кассы. Используют также низковольтные приборы. Мигающий светодиод устроен несколько иначе, чем обычная индикаторная лампочка. В корпус, где находится кристалл, помещен чип импульсного генератора.

Чаще всего суперяркие светодиод на 12 вольт заменяют галогенные лампы, дающие направленный свет. Именно поэтому, производя лампы с использованием светодиодов, им делают стандартный цоколь E14, GU10 и некоторые другие.

Важные характеристики

Все суперяркие источники имеют такие же световые характеристики, как обычные светодиоды:

• световой поток;
• яркость;
• светоотдача;
• освещенность

Устанавливая 12-вольтную светодиодную лампу на тот или иной прибор, необходимо понимать, что ее эффективность зависит от длины волны излучения или, проще говоря, от цвета. Вот таблица, в которой приведена зависимость.

Но изучая эти характеристики, не каждый человек сможет понять, какой именно прибор ему подойдет. Гораздо легче определиться, глядя на электрические параметры: напряжение, максимальный прямой ток, мощность прибора.

Помимо этого существуют и другие характеристики. Суперяркие светодиоды могут быть созданы на основе одного кристалла или быть многокристальными. Такие характеристики, как длина волны и цветовая температура, отвечают за цвет свечения. Важные параметры – угол свечения, размер корпуса и количество светодиодов в одной лампе.

Разработка новых моделей привела к тому, что появилась еще одна отличительная черта – форма корпуса. Популярным корпусом для ультроярких светодиодов на 12 вольт является «пиранья», имеющая четыре вывода. Существуют также модели с двумя выводами и модели, предназначенные для поверхностного монтажа.

Каждой модели прибора соответствует своя таблица параметров, заглянув в которую можно выяснить особенности работы этого прибора.

Несколько предостережений

Главной проблемой при производстве суперярких светодиодов является проблема теплоотвода. Светодиоду нельзя перегреваться, иначе интенсивность освещения необратимо уменьшится. Особенно перегреву подвержены суперяркие приборы большой мощности, поэтому при самостоятельном монтаже необходимо обеспечивать их охлаждение с помощью радиатора.

Повышенное внимание обращайте на электрические параметры, не допуская подключения к напряжению, которое выше указанного в инструкции, и обеспечивая только допустимый ток. Таким образом, суперяркие источники смогут светить максимально долго.

Аккуратно обращайтесь с медными выводами, поскольку их перегиб или сильная деформации приведет к тому, что мощность сигнала изменится.

Исторически сложилось так, что источники питания на 12 вольт наиболее распространены и востребованы. Они и безопасны для здоровья людей, и надежны. Бортовые электросистемы автомобилей тоже имеет двенадцативольтовое питание в большинстве случаев. Практика показывает, что подключить светодиод к 12 вольтам, как и к источнику питания с другим напряжением, просто, если знать некоторые правила и законы электротехники.

Характеристики светодиодов

Все светоизлучающие диоды имеют паспортные характеристики, из которых важными для их подключения являются номинальный прямой ток и падение напряжение при нем. Согласно вольт-амперной характеристике, которая имеет нелинейный характер, незначительное превышение номинального напряжения резко увеличивает ток протекания, а это приводит к выходу из строя всего элемента.

Светоизлучающие диоды, как правило, обладают низким обратным напряжением (порядка 5 вольт). Рекомендуется перед тем, как подключить элемент к источнику электричества, проверить соблюдение полярности.

Для защиты от переполюсовки совместно со светодиодом следует установить параллельно с ним обычный диод с высоким обратным напряжением.

Обзор источников питания

Оптимальным вариантом является подключение светодиода к 12 вольтам через стабилизатор тока. Но некоторые производители экономят на этом элементе и производят источники тока без его стабилизации.

Более всего распространены бестрансформаторные ИП , оснащенные гасящим конденсатором и выходом с токозадающим резистором. Такая схема не защищена от скачков напряжения в сети, но из-за дешевизны и компактной конструкции используется во многих приборах, в том числе и в светодиодных источниках света.

При использовании аккумулятора для подачи электропитания на светодиод достаточно добавить в схему ограничительный резистор с правильно подобранными мощностью и сопротивлением. Бортовая сеть автомобилей тоже имеет 12 вольт в большинстве случаев, но скачки напряжения у нее довольно значительные при разных режимах работы. Поэтому для подключения светодиода к питанию от автомобильной электросистемы необходим стабилизатор (драйвер).

Иногда можно встретить БП без стабилизатора с трансформатором. В них последовательно соединены такие элементы :

• трансформатор;
• диодный мост для выпрямления тока;
• емкостной фильтр (обычный конденсатор).

Любой скачок в электросети таким блоком питания будет передаваться на светодиоды, а это скажется на их работоспособности. Такие источники питания оправдано использовать в тех случаях, когда сеть имеет стабильные параметры.

Блоки питания, выдающие переменное электричество, использовать для подключения светодиодов нельзя. Их, по крайней мере, необходимо дополнить выпрямителем и конденсатором, а в лучшем случае - еще и стабилизатором.

Алгоритм действий при подключении

Весь порядок действий состоит из пяти шагов, выполняемых последовательно.

Алгоритм действий такой :

1. Определение типа БП и его рабочих параметров.
2. Определение потребляемой мощности, номинального тока и падения напряжения светодиода.
3. Расчет количества светодиодов, которые можно безопасно подключить к имеющемуся БП, и расчет резистора, если он требуется.
4. Монтаж схемы, во время которого элементы соединяются с учетом полярности.
5. Проверка пайки контактов и их изоляция.

Информацию о параметрах выдаваемого тока источником питания можно узнать из технического паспорта или таблички на корпусе. Характеристики светодиодов, необходимые для расчета резистора, узнают из справочников или технической документации, если она есть в наличии.

Формулы для расчета мощности и сопротивления резистора основаны на законе Ома. Мощность определяется так : P=(Uпит - (Uled1 + Uled2 +…+ Uledn)) * Iled.

А необходимое сопротивление можно найти по аналогичной формуле, только в конце напряжение не умножается на силу тока, а делится на нее. В обеих формулах Uledn - это падение напряжения на каждом из светодиодов, Uпит - напряжение блока питания, а Iled - номинальный ток светодиодов.

В зависимости от условий, яркость свечения СОВ-матриц можно регулировать изменением силы тока. Для этого их схему оснащают драйвером. Каждая СОВ-матрица имеет свои параметры рабочего тока и ориентировочное падение напряжения, которые указываются в паспорте к элементу.

Использовать блок питания на 12 вольт для питания СОВ-матрицы не совсем правильно. Даже при падении напряжения около 12 вольт для ее работы необходим ограничительный резистор. Как итог - рабочий ток ниже номинального значения и свечение элемента происходит с меньшей эффективностью. Выходом из положения является применение в схеме преобразователя низковольтного напряжения в ток.

Подключение светодиода на 12В – вполне выполнимая задача даже для тех, кто не имеет тесного знакомства со схемотехникой. Прежде чем приступать к сборке цепей, рекомендуется рассмотреть типичные ошибки которые допускают не только аматоры, но и некоторые массовые производители.

Следует четко запомнить, что светодиоды относятся к токовым приборам, это значит, что проходимый ток должен быть ограничен посредством резистора.

Для расчета величины можно использовать следующую формулу:

R= (Uпит-Uпад)/0,75I, где

Uпит и Uпад – напряжение питания и падающее;
R – искомая величина сопротивления ограничивающего резистора;
I – проходящий ток.

Данные теоретические выкладки, казалось бы, необходимы для сборки любого работоспособного устройства. На примере разнообразных поделок китайского производства можно заметить, что на деле ограничивающий резистор применяется далеко не всегда.

Подключение светодиода на 12 вольт во всевозможных сувенирах, брелоках и фонариках осуществляется несколько иным способом. Несколько стандартных дисковых батареек подсоединяются напрямую к диоду. Расчет идет на то, что ток будет ограничиваться внутренним сопротивлением батареи, а её мощности не хватит на то чтобы попросту спалить другие элементы.

Некорректное подключение светодиодов на 12 вольт чревато не только их поспешным перегоранием. Важно помнить также о деградации устройств, когда яркость свечения стремительно падает при протекании нормального тока.

Светодиод не полностью перестает гореть, но он уже не сможет эффективно служить не только в составе фонарика, но даже в декоре он будет заметен только в полной темноте. Быстрее всего это можно наблюдать на белых и синих устройствах, поэтому для начала можно выбрать светодиод другого оттенка.

При отсутствии ограничивающего резистора подключение светодиода на 12В можно смело назвать неудачным. Полную деградацию устройства можно наблюдать через считанные минуты после подачи питания.

Схемы подобного образца – явная экономия средств и трудозатрат, но и изделия при этом получаются одноразовыми.

Другие примеры подключений, или как их исправить

Другое, не менее некорректное подключение светодиодов на 12В, можно наблюдать в уже более сложных и мощных устройствах. При увеличении количества диодов производители все так же продолжают надеяться на сопротивление батареи, просто соединив элементы последовательно. Наиболее распространенная причина при сдаче в ремонт таких приспособлений и поделок – банально выгорел отдельный светодиод или же вся их связка.

Можно попытаться доделать схему несколькими способами:

1. Подключение одного резистора.Такое подключение также не принесет ожидаемого результата. Все дело в том, что даже произведенные в одной партии полупроводниковые приборы имеют весьма ощутимые отличия. Дело даже не в том, что может быть заметна разница в яркости свечения светодиодов. Здесь речь пойдет о таком параметре как падение напряжения. Каждый из приборов характеризуется собственным током. Светодиод с наиболее высоким показателем, скорее всего, перегорит, когда его ток превысит номинальный. После этого и остальные светодиоды, питающиеся от 12В, не прослужат долго. Далее перегорит следующий по номиналу тока светодиод, а вслед за ним и оставшийся.
2. По резистору на каждый светодиод. Такое подключение стабилитрон 12 вольт не вступает в конфликт с правилами схемотехники. Токи становятся независимыми, но очевидный минус такой цепочки – громоздкость и неуместная загруженность элементами.
3. Цепочки последовательно соединенных светодиодов.Только такой вариант подключения устройств даст возможность одновременно добиться максимальной компактности при высокой результативности. Единственное, что стоит предусмотреть – увеличение напряжения питания.

Параметры светодиодов зависят и от их цвета, что нужно учитывать, продумывая подключение устройств к 12В.

Сколько светодиодов можно подключить к 12В и как это все рассчитать

Для получения ответа на данный вопрос можно разделить Uпит на Uпад, или же просто исходить из усредненного значения 2 вольт. Получается, что максимальное количество светодиодов, которое можно подключить, равняется 6. Но, определенная часть напряжения должна отходить гасящему резистору, пусть эта величина также будет составлять порядка 2 вольт.

Число элементов продолжает уменьшаться.

К этому стоит добавить, что прямое напряжение светодиодов далеко не всегда равняется 2 В. Следует принимать во внимание не только конкретный тип светодиода, но и оттенок его свечения. При этом лучше отталкиваться от максимальных значений падений напряжения, ведь в противном случае диоды могут просто не зажечься.

Расчеты не обязательно проводить вручную – выручить в любой ситуации сможет специальная программка для подсчета параметров элементов цепи. Полученные значения помогут понять, сколько конкретных диодов можно подключить к имеющемуся источнику питания.

Для чего может понадобиться подключение светодиодов к 12В

Одна из наиболее популярных областей применения таких схем – осветительная система автомобиля. Напряжения аккумулятора машины вполне хватает для реализации различных идей для внутренней подсветки, но вместе с этим светодиоды часто применяются и для внешнего освещения.

Блоки питания на 12 вольт можно назвать довольно распространенными, что позволяет существенно расширить область применения таких подключений. Различные рамки для часов, картинок, фотографий, подсветка аквариумов, террариумов, любых других предметов интерьера – все это можно реализовать на 12 вольтах. Светодиод как прибор довольно универсален, он не особо требователен к питанию и может вынести многие типы воздействий.

Понятие мощных и ярких светодиодов (LED) очень расплывчиво и точного определения нет. В эту категорию попадают изделия с высокой яркостью свечения и потребляемой мощностью. Данное определение появилось совсем недавно и обусловлено активным развитием светоизлучающих диодов в последние годы. Ранее они играли роль индикаторных лампочек и потребляли максимум, десятки мили Ватт. Сейчас они используются в освещении повсеместно. От освещения комнаты квартиры до подсветки дороги в фарах ближнего света автомобиля. И их потребляемая мощность достигает 100 Ватт и более (в основном это уже светодиодные сборки). Естественно, подобные светодиоды должны обладать высоким уровнем излучаемой яркости, соответственно и высокой мощностью. В рамках статьи разберемся, что представляют из себя мощные светодиоды и какие из них самые яркие.

Кто производит самые мощные и яркие LED

На рынке светодиодной продукции нишу в данном направлении заняла известная, американская фирма CREE.

В модельном ряде компании даже имеется две категории светодиодов:

• XLamp — мощные;
• High-Brightness – яркие.

Конечно, фирма CREE не единственная, а всего лишь одна из популярных. Конкуренцию составляют и другие фирмы, например Bridgelux, OSRAM, NICHIA.

Стоит отметить, что рынок наполнен китайскими подделками, мощность и яркость которых, существенно отличается от оригинальных. Например, срок службы оригинальных LED рассчитана 50 000 часов, в то время как китайские подделки еле дотягивают до 20 000 часов.

Характеристики мощных светодиодов

Большая часть ярких и мощных светодиодов работает от напряжения 12 Вольт. В редких случаях напряжение питания составляет 24 – 48 Вольт.

Как мы уже отметили ранее, понятие мощного светодиода не определено конкретно, поэтому некоторые определяют мощный светоизлучающий диод с параметром от 1 Ватта, а кто-то от 10 Ватт. Мы определим нижнюю границу в 0,5 Ватт. Т.к. с этой границы в свое время компания CREE показала миру первый мощный светодиод. Большой бум начался с границы в 1 Ватт.

Самый яркий и мощный

Посмотрим на характеристики самого супер яркого светодиода фирмы CREE – XLamp XM-L.

Для справки, в 2010 году разработанный LED XLamp XM-L установил мировой рекорд. Его соотношение яркости к мощности составило 160 Люмен на Ватт при потреблении тока 350 мА. Для того времени это было достижением в отрасли.

Характеристики мощного светодиода XLamp XM-L на 10 Ватт.

• напряжение: 12 Вольт;
• эффективность: до 160 Люмен на Ватт;
• светоотдача: до 840 Люмен (при токе 3 А);
• мощность: 10 Вт;
• максимальный ток: 3 Ампера;
• размер основания: 5 х 5 мм;
• цветовая температура: холодный белый;
• тепловое сопротивление: 2,5 градуса на Ватт;
• прямое падение напряжения: не более 2,9 Вольт.

Максимальное значение тока достигает 3 Ампер, при этом светоизлучающий диод выдает уже 910 Люмен. В свое время светоизлучающий диод XLamp XM-L наделал много шума и на тот день все фирмы конкуренты не имели продукции даже близко похожей по техническим параметрам. Поэтому я и отметил фирму CREE, как лидера в данном направлении светодиодной техники. Они всегда на шаг впереди.

На сегодняшний день линейка LED XLamp XM-L производится для рынка только в холодном цвете, с чем это связано неизвестно. Но найти на прилавках магазином данный светодиод с цветовой температурой отличной от диапазона 5000 – 8300 невозможно.

Малыш ML-E

Еще один интересный мощный и яркий светоизлучающий диод от американской фирмы класса XLamp носит название ML-E.

Его мощность составляет всего 0,5 Ватт. По факту данный LED имеет хорошие показатели, посмотрим на них:

• напряжение: 12 В;
• тип исполнения: в корпусе PLCC4 (поверхностный монтаж) с теплоотводящей изолированной площадкой HeatSink;
• габариты: 3,5 х 3,5 х 1,2;
• эффективность: 112 Лм / Вт (очень высокое значение);
• тепловое сопротивление: 11 градусов / Вт (хороший показатель);
• максимальный ток: 175 мА (нормированный: 150 мА);
• диапазон выпускаемых цветовых температур: 2600 – 8300 К;
• яркость: 30 Люмен (теплый белый), 51 Люмен (холодный белый).

Для наглядной демонстрации возможностей CREE ML-E приведем пример подсветки багажника в автомобиле.

Пример яркости свечения ML-E

Список мощных и ярких светодиодов можно продолжать бесконечно, ведь мы рассмотрели для примера, характеристики, двух самых популярных на 0,5 и 10 Вт, а есть еще на 3w, 20w, 50w, 100w и т.д. Надеемся этого достаточно, чтобы у Вас сложилась в голове определенная картина и Вы нашли ответы на поставленные вопросы. Надеемся у Вас не осталось вопросов вроде – какие светодиоды самые яркие и мощные? Если, все же остались, пишите в комментариях, мы постараемся дать развернутые ответы.

В предыдущих статьях были описаны различные вопросы подключения светодиодов. Но в одной статье всего не написать, поэтому придется эту тему продолжить. Здесь речь пойдет о различных способах включения светодиодов.

Как было сказано в упомянутых статьях, т.е. ток через него должен быть ограничен с помощью резистора. Как рассчитать этот резистор, было уже рассказано, повторяться здесь не будем, но формулу, на всякий случай, приведем еще раз.

Рисунок 1.

Здесь Uпит. - напряжение питания, Uпад. - падение напряжение на светодиоде, R - сопротивление ограничивающего резистора, I - ток через светодиод.

Однако, несмотря на всю теорию, китайская промышленность выпускает всевозможные сувениры, брелоки, зажигалки, в которых светодиод включен без ограничительного резистора: просто две-три дисковых батарейки и один светодиод. В этом случае ток ограничивается внутренним сопротивлением батареи, мощности которой просто не хватает, чтобы спалить светодиод.

Но тут, кроме перегорания, есть и еще одно неприятное свойство - деградация светодиодов, более всего присущее светодиодам белого и синего цветов: через некоторое время яркость свечения становится совсем незначительной, хотя ток через светодиод протекает вполне достаточный, на уровне номинального.

Нельзя сказать, что не светит вовсе, свечение еле заметно, но это уже не фонарик. Если при номинальном токе деградация происходит не ранее, чем через год непрерывного свечения, то при завышенном токе дождаться этого явления можно через полчаса. Такое включение светодиода следует назвать плохим.

Подобную схему можно объяснить лишь стремлением сэкономить на одном резисторе, припое, и трудозатратах, что при массовых масштабах производства, видимо, оправдано. Кроме того, зажигалка или брелок вещь одноразовая, копеечная: кончился газ или села батарейка - сувенир просто выкинули.

Рисунок 2. Схема плохая, но применяется достаточно часто.

Очень интересные вещи получаются (конечно, случайно), если по такой схеме подключить светодиод к блоку питания с выходным напряжением 12В и током не менее 3А: происходит ослепительная вспышка, раздается достаточно громкий хлопок, дымок, и остается удушливый запах. Так и вспоминается вот такая притча: «Можно ли посмотреть на Солнце в телескоп? Да, но только два раза. Один раз левым глазом, другой правым». Кстати, подключение светодиода без ограничительного резистора наиболее распространенная ошибка у начинающих, и о ней хотелось бы предупредить.

Чтобы исправить это положение, продлить срок службы светодиода, схему следовало бы чуточку изменить.

Рисунок 3. Хорошая схема, правильная.

Именно такую схему следует считать хорошей или правильной. Чтобы проверить, правильно ли указан номинал резистора R1, можно воспользоваться формулой, показанной на рисунке 1. Будем считать, что падение напряжения на светодиоде 2В, ток 20мА, напряжение питания 3В обусловлено применением двух пальчиковых батареек.

А вообще не надо стремиться ограничить ток на уровне предельно допустимых 20мА, можно запитать светодиод меньшим током, ну, хотя бы, миллиампер 15…18. При этом произойдет совсем незначительное уменьшение яркости, который глаз человека, в силу особенностей устройства, не заметит совсем, а вот срок службы светодиода намного увеличится.

Еще один пример плохого включения светодиодов можно встретить в различных фонариках, уже более мощных, нежели брелоки и зажигалки. В этом случае некоторое количество светодиодов, иногда достаточно большое, просто включено параллельно, и тоже без ограничительного резистора, в роли которого опять же выступает внутреннее сопротивление батареи. Такие фонарики достаточно часто попадают в ремонт именно по причине выгорания светодиодов.

Рисунок 4. Совсем плохая схема включения.

Казалось бы, исправить положение может схема, показанная на рисунке 5. Всего один резистор, и дело, казалось бы, пошло на поправку.

Рисунок 5. Так уже немного лучше.

Но и такое включение поможет мало. Дело в том, что в природе просто не найти двух одинаковых полупроводниковых приборов. Именно поэтому, например, транзисторы одного типа имеют различный коэффициент усиления, даже если они из одной производственной партии. Тиристоры и симисторы тоже бывают разные. Некоторые открываются легко, а другие настолько тяжко, что от их применения приходится отказаться. То же можно сказать и о светодиодах - двух абсолютно одинаковых, тем более трех или целой кучи, найти просто невозможно.

Замечание на тему. В DataSheet на светодиодную сборку SMD-5050 (три независимых светодиода в одном корпусе) включение, показанное на рисунке 5, не рекомендуется. Мол, из-за разброса параметров отдельных светодиодов, может быть заметна разница в их свечении. А казалось бы, в одном корпусе!

Никакого коэффициента усиления у светодиодов, конечно же, нет, зато есть такой важный параметр, как прямое падение напряжения. И если даже светодиоды взяты из одной технологической партии, из одной упаковки, то двух одинаковых в ней просто не будет. Поэтому ток у всех светодиодов будет разный. Тот светодиод, у которого ток будет больше всех, и рано или поздно превысит номинальный, сгорит раньше всех.

В связи с этим прискорбным событием весь возможный ток пойдет через два оставшихся в живых светодиода, естественно, превышая номинальный. Ведь резистор-то рассчитывался «на троих», на три светодиода. Повышенный ток вызовет и повышенный нагрев кристаллов светодиодов, и тот, который окажется «слабее», тоже сгорает. Последнему светодиоду также не остается ничего иного, как последовать примеру своих товарищей. Такая вот цепная реакция получается.

В данном случае под словом «сгорит» подразумевается просто разрыв цепи. Но может произойти, что в одном из светодиодов получится элементарно короткое замыкание, шунтирующее остальные два светодиода. Естественно, что они обязательно погаснут, хотя и останутся в живых. Резистор при такой неисправности будет усиленно греться и в конце концов, может быть, сгорит.

Чтобы такого не произошло, схему надо немного изменить: для каждого светодиода установить свой резистор, что и показано на рисунке 6.

Рисунок 6. А вот так светодиоды прослужат очень долго.

Здесь все, как требуется, все по правилам схемотехники: ток каждого светодиода будет ограничен своим резистором. В такой схеме токи через светодиоды не зависят друг от друга.

Но и это включение не вызывает особого восторга, поскольку количество резисторов равно количеству светодиодов. А хотелось бы, чтобы светодиодов было побольше, а резисторов поменьше. Как же быть?

Выход из этого положения достаточно простой. Каждый светодиод надо заменить цепочкой последовательно включенных светодиодов, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Параллельное включение гирлянд.

Платой за такое усовершенствование будет увеличение напряжения питания. Если для одного светодиода достаточно всего трех вольт, то даже два светодиода, включенных последовательно, от такого напряжения уже не зажечь. Так какое же напряжение понадобится для включения гирлянды из светодиодов? Или по-другому, сколько светодиодов можно подключить к источнику питания с напряжением, например, 12В?

Замечание. Под названием «гирлянда» здесь и далее следует понимать не только елочное украшение, но также любой осветительный светодиодный прибор, в котором светодиоды соединены последовательно или параллельно. Главное, что светодиод не один. Гирлянда, она и в Африке гирлянда!

Чтобы получить ответ на этот вопрос, достаточно напряжение питания просто разделить на падение напряжения на светодиоде. В большинстве случаев при расчетах это напряжение принимается 2В. Тогда получается 12/2=6. Но не надо забывать, что какая-то часть напряжения должна остаться для гасящего резистора, хотя бы вольта 2.

Получается, что на светодиоды остается только 10В, и количество светодиодов станет 10/2=5. При таком положении дел, чтобы получить ток 20мА, ограничительный резистор должен иметь номинал 2В/20мА=100Ом. Мощность резистора при этом составит P=U*I=2В*20мА=40мВт.

Такой расчет вполне справедлив, если прямое напряжение светодиодов в гирлянде, как было указано, 2В. Именно это значение часто принимается при расчетах, как некоторое среднее. Но на самом деле это напряжение зависит от типа светодиодов, от цвета свечения. Поэтому при расчетах гирлянд следует ориентироваться на тип светодиодов. Падения напряжения для светодиодов разных типов приведены в таблице, показанной на рисунке 8.

Рисунок 8. Падение напряжения на светодиодах разных цветов.

Таким образом, при напряжении источника питания 12В, за вычетом падения напряжения на токоограничивающем резисторе, всего можно подключить 10/3,7=2,7027 белых светодиодов. Но кусочек от светодиода не отрежешь, поэтому подключить возможно только два светодиода. Такой результат получается если из таблицы взять максимальное значение падения напряжения.

Если же в расчет подставить 3В, то совершенно очевидно, что подключить возможно три светодиода. При этом каждый раз придется кропотливо пересчитывать сопротивление ограничительного резистора. Если реальные светодиоды окажутся с падением напряжения 3,7В, а может выше, три светодиода могут и не зажечься. Так что лучше остановиться на двух.

Принципиально не важно, какого цвета будут светодиоды, просто при расчете придется учитывать разные падения напряжений в зависимости от цвета свечения светодиода. Главное, чтобы они были рассчитаны на один ток. Нельзя собрать последовательную гирлянду из светодиодов, часть которых с током 20мА, а другая часть из 10-ти миллиамперных.

Понятно, что при токе 20мА светодиоды с номинальным током 10мА попросту сгорят. Если же ограничить ток на уровне 10мА, то 20-ти миллиамперные засветятся недостаточно ярко, примерно как в выключателе со светодиодом: ночью видно, днем нет.

Чтобы облегчить себе жизнь, радиолюбители разрабатывают различные программы-калькуляторы, облегчающие всевозможные рутинные расчеты. Например, программы для расчета индуктивностей, фильтров различного типа, стабилизаторов тока. Есть такая программа и для расчета светодиодных гирлянд. Скриншот такой программы приведен на рисунке 9.

Рисунок 9. Скриншот программы «Расчет_сопротивления_резистора__Ledz_».

Программа работает без установки в системе, просто ее надо скачать и пользоваться. Все настолько просто и понятно, что никаких пояснений к скриншоту совсем не требуется. Естественно, что все светодиоды должны быть одного цвета и с одинаковым током.

Ограничительные резисторы это, конечно, хорошо. Но только тогда, когда известно, что вот эта гирлянда будет питаться от постоянного напряжения 12В, и ток через светодиоды не превысит расчетного значения. А как быть, если просто нет источника с напряжением 12В?

Такая ситуация может возникнуть, например, в грузовом автомобиле с напряжением бортовой сети 24В. Выйти из такой кризисной ситуации поможет стабилизатор тока, например, «SSC0018 - Регулируемый стабилизатор тока 20..600мА». Его внешний вид показан на рисунке 10. Такое устройство можно купить в интернет-магазинах. Цена вопроса 140…300 рублей: все зависит от фантазии и наглости продавца.

Рисунок 10. Регулируемый стабилизатор тока SSC0018

Технические характеристики стабилизатора показаны на рисунке 11.

Рисунок 11. Технические характеристики стабилизатора тока SSC0018

Изначально стабилизатор тока SSC0018 был разработан для применения в светодиодных светильниках, но может также применяться для зарядки малогабаритных аккумуляторов. Пользоваться устройством SSC0018 достаточно просто.

Сопротивление нагрузки на выходе стабилизатора тока может быть нулевым, попросту можно замкнуть накоротко выходные клеммы. Ведь стабилизаторы и источники тока не боятся коротких замыканий. При этом ток на выходе будет номинальным. Уж если установили 20мА, то столько и будет.

Из сказанного можно сделать вывод, что к выходу стабилизатора тока можно «напрямую» подключить миллиамперметр постоянного тока. Начинать такое подключение следует с самого большого предела измерений, ведь какой там отрегулирован ток никому не известно. Далее простым вращением подстроечного резистора установить требуемый ток. При этом, конечно, не забыть подключить стабилизатор тока SSC0018 к блоку питания. На рисунке 12 показана схема включения SSC0018 для питания светодиодов, соединенных параллельно.

Рисунок 12. Подключение для питания светодиодов, соединенных параллельно

Здесь все понятно из схемы. Для четырех светодиодов с током потребления 20мА на каждый на выходе стабилизатора надо выставить ток 80мА. При этом на входе стабилизатора SSC0018 потребуется напряжение чуть большее, чем падение напряжения на одном светодиоде, о чем было сказано выше. Конечно, подойдет и большее напряжение, но это приведет только к дополнительному нагреву микросхемы стабилизатора.

Замечание. Если для ограничения тока с помощью резистора напряжение источника питания должно превышать общее напряжение на светодиодах незначительно, всего вольта на два, то для нормальной работы стабилизатора тока SSC0018 это превышение должно быть несколько выше. Никак не меньше, чем 3…4В, иначе попросту не откроется регулирующий элемент стабилизатора.

На рисунке 13 показано подключение стабилизатора SSC0018 при использовании гирлянды из нескольких последовательно соединенных светодиодов.

Рисунок 13. Питание последовательной гирлянды через стабилизатор SSC0018

Рисунок взят из технической документации, поэтому попробуем рассчитать количество светодиодов в гирлянде и постоянное напряжение, потребное от блока питания.

Указанный на схеме ток, 350мА, позволяет сделать вывод, что гирлянда собрана из мощных белых светодиодов, ведь как было сказано чуть выше, основное назначение стабилизатора SSC0018 это источники освещения. Падение напряжения на белом светодиоде находится в пределах 3…3,7В. Для расчета следует взять максимальное значение 3,7В.

Максимальное входное напряжение стабилизатора SSC0018 составляет 50В. Вычитаем из этого значения 5В, необходимых для работы самого стабилизатора, остается 45В. Этим напряжением можно «засветить» 45/3,7=12,1621621… светодиодов. Очевидно, что это надо округлить до 12.

Количество светодиодов может быть и меньше. Тогда входное напряжение придется уменьшить (при этом выходной ток не изменится, так и останется 350мА как был отрегулирован), зачем на 3 светодиода, пусть даже мощных, подавать 50В? Такое издевательство может закончиться плачевно, ведь мощные светодиоды отнюдь недешевы. Какое потребуется напряжение для подключения трех мощных светодиодов желающие, а они всегда найдутся, могут посчитать сами.

Регулируемый стабилизатор тока SSC0018 устройство достаточно хорошее. Но весь вопрос в том, всегда ли оно нужно? Да и цена девайса несколько смущает. Каков же может быть выход из создавшегося положения? Все очень просто. Прекрасный стабилизатор тока получается из интегральных стабилизаторов напряжения, например, серии 78XX или LM317.

Для создания такого стабилизатора тока на базе стабилизатора напряжения потребуется всего 2 детали. Собственно сам стабилизатор и один единственный резистор, сопротивление и мощность которого поможет рассчитать программа StabDesign, скриншот которой показан на рисунке 14.

Рисунок14. Расчет стабилизатора тока с помощью программы StabDesign.

Особых пояснений программа не требует. В выпадающем меню Type выбирается тип стабилизатора, в строке Iн задается требуемый ток и нажимается кнопочка Calculate. В результате получается сопротивление резистора R1 и его мощность. На рисунке расчет проведен для тока 20мА. Это для случая, когда светодиоды соединены последовательно. Для параллельного соединения ток подсчитывается так же, как показано на рисунке 12.

Светодиодная гирлянда подключается вместо резистора Rн, символизирующего нагрузку стабилизатора тока. Возможно даже подключение всего одного светодиода. При этом катод подключается к общему проводу, а анод к резистору R1.

Входное напряжение рассмотренного стабилизатора тока находится в пределах 15…39В, поскольку применен стабилизатор 7812 с напряжением стабилизации 12В.

Казалось бы, на этом рассказ о светодиодах можно закончить. Но есть еще светодиодные ленты, о которых будет рассказано в следующей статье.