О светодиодах

[mao-sin]

Как следует из названия - это в первую очередь диод, то есть прибор с односторонней проводимостью. Это отражено и в его УГО (Условном Графическом Обозначении), то есть значке, которым его изображают на принципиальных схемах. Он такой же, как и у диода, только в кружочке и дополненный стрелочками, изображающими излучение.

Но никакого "плюса" и "минуса", как часто говорят, у него нет. А есть "анод" и "катод". Любой диод проводит ток в направлении от анода к катоду. Другими словами, чтобы светодиод засветился, нужно подать на анод плюс источника питания, ну а на катод - минус.

Но светодиод в корне отличается от лампы накаливания тем, что для его питания главное не напряжение, а ток, через него протекающий. Как и у любой другой детали, у него существуют предельно допустимые электрические параметры. И главный из них - именно максимально допустимый ток. Для большинства светодиодов (не сверхъярких) он равен 20 мА, из такой величины и следует исходить при подключении светодиода неизвестного типа. Кроме этого, есть максимально допустимое обратное напряжение, которое превышать тоже нельзя.

Казалось бы, самая естесственная схема включения светодиода - такая.

Именно так подключены светодиоды в китайских фонариках и брелоках: три пуговичных батарейки и синий или белый светодиод.

Но сколько он проработает в таком включении? Очень недолго. Ведь главный предельно допустимый параметр - ток - здесь ограничен только внутренним сопротивлением применённых батареек. Они просто не в состоянии выдать ток, способный моментально сжечь светодиод. Хотя, кроме перегорания, есть ещё одно неприятное свойство светодиодов, свойственное белым и синим (а также сверхъярким любого цвета) светодиодам: деградация кристалла и люминофора. Проявляется она в сильном снижении яркости свечения (при том же токе). Причём, если при номинальном рабочем токе, заявленном производителем, яркость ощутимо упадёт примерно через год непрерывной работы, и даже более, то при повышенном токе достаточно и четверти часа.

Поэтому не будем уподобляться неизвестным китайским ремесленникам и научимся правильно питать светодиоды.

Кроме источника питания и светодиода нам будет необходим ограничитель тока. В простейшем случае - обыкновенный резистор. Как его рассчитать? Да очень просто. У каждого светодиода есть прямое падение напряжения при рабочем токе, для светодиодов одного цвета оно примерно одинаково: для красных 1,8...2В, жёлтых и зелёных 2...2,4В, синих и белых 3...3,6В. Это данные ориентировочные, лучше посмотреть по справочнику (даташиту) для конкретных светодиодов. Допустим, у нас есть зелёный светодиод и источник тока напряжением 3В. Почему именно столько? Да просто оно удобное: две пальчиковых батарейки. От одной батарейки светодиод не загорится: не хватит напряжения, а двух уже хватит. Пусть на нём падает 2 вольты и рабочий ток равен 20 мА. Тогда на нашем резисторе погасится 3В - 2В = 1В, и согласно закону Ома (R = U/I) нужное сопротивление резистора будет 50 Ом. Поскольку такого сопротивления в стандартном ряду нет, берём ближайший в сторону увеличения - 51 Ом.

Просто, правда? Почему берём ближайший номинал именно в сторону увеличеничя? Да чтобы даже при небольшой ошибке в расчётах ток светодиода не превысил максимально допустимого. Но чтобы уж совсем быть уверенным, что наш светодиод будет работать долго, лучше при расчётах задаться током не максимальным для данного светодиода, а немного меньшим. Например, 15 мА вместо максимальных 20 мА. Не бойтесь, что он будет светить намного слабее: наш глаз устроен так, что видимая яркость светодиода снизится в два раза только при уменьшении тока примерно в пять раз! Аналогичной зависимости (которая носит название закона Вебера-Фехнера) подчиняются и все остальные наши органы чувств. Благодаря ей свечение сверхъяркого светодиода мы видим при токе в несколько микроампер, хотя реальная яркость (которую покажет измерительный прибор) в тысячи раз меньше рабочей.

С одиночным светодиодом разобрались. А как быть, если их несколько? Лампочки соединяют параллельно.

Светодиоды так соединять нельзя! Хотя китайцы в фонариках так и делают. Немного спасёт дело общий ограничительный резистор, но это тоже неверное решение.

Дело в том, что существует технологический разброс прямого падения напряжения на светодиодах, и даже если их брать из одной партии (произведённых одновременно в одном технологическом цикле), он всё равно есть. В итоге у параллельно соединённых светодиодов будет разный ток. И тот, у которого он окажется больше всех, и превысит максимально допустимый, выйдет из строя раньше. Затем - следующий, но уже быстрее (т.к. ток распределится по оставшимся светодиодам и будет больше, чем раньше). И так запустится "цепная реакция" перегорания светодиодов, которую нередко можно наблюдать в дешёвых китайских фонариках, стОит только поставить туда батарейки помощнее

Поскольку для питания светодиодов важнее обеспечить правильный ток, то и соединять их нужно последовательно. Но как быть, если напряжения источника питания не хватает даже для двух последовательно соединённых светодиодов? Тогда на каждый светодиод нужно ставить свой ограничительный резистор.

Последовательное соединение светодиодов предпочтительнее ещё и с точки зрения экономного расходования источника питания: вся последовательная цепочка потребляет тока ровно столько, сколько и один светодиод. А при параллельном их соединении ток во столько раз больше, сколько параллельных светодиодов у нас стоИт.

Рассчитать ограничительны резистор для последовательно соединённых светодиодов так же просто, как и для одиночного. Просто суммируем напряжение всех светодиодов, отнимаем от напряжения источника питания получившуюся сумму (это будет падение напряжения на резисторе) и делим на ток светодиодов (обычно 15 - 20 мА). Всё!

А если светодиодов у нас много, несколько десятков, а источник питания не позволяет соединить их все последовательно (не хватит напряжения)? Тогда определяем исходя из напряжения источника питания, сколько максимально светодиодов мы можем соединить последовательно. Например для 12 вольт - это 5 двухвольтовых светодиодов. Почему не 6? Но ведь на ограничительном резисторе тоже должно что-то падать! Вот оставшиеся 2 вольты (12 - 5х2) и берём для расчёта. Для тока 15 мА сопротивление будет 2/0.015 = 133 Ома. Ближайшее стандартное - 150 Ом. А вот таких цепочек из пяти светодиодов и резистора каждая, мы уже можем подключить сколько угодно! Такой способ называется параллельно-последовательным соединением.

[Adver]

[mao-sin]

Ещё одна интересная тема - как запитать светодиод от сети 220 В. Например, воткнуть его для подсветки в выключатель. Казалось бы просто: ставим последовательно резистор, и всё. Но! Мы забыли ещё об одной важной характеристике светодиода: максимально допустимом обратном напряжении. У большинства светодиодов оно около 20 вольт. А при подключении его в сеть при обратной полярности (ток-то переменный, полпериода в одну сторону идёт, а вторую половину - в обратную) к нему приложится полное амплитудное напряжение сети - 315 вольт! Откуда такая цифра? 220 В - это действующее напряжение, амплитудное же в {корень из 2} = 1,41 раз больше.

Поэтому, чтобы спасти светодиод нужно поставить последовательно с ним диод, который не пропустит к нему обратное напряжение.

Или же поставить два светодиода встречно-параллельно.

Вариант питания от сети с гасящим резистором не самый оптимальный: на резисторе будет выделяться значительная мощность. Действительно, если применим резистор 24 кОм (максимальный ток 13 мА), то рассеиваемая на нём мощность будет около 3 Вт! Можно снизить её в два раза, включив последовательно диод (тогда тепло будет выделяться только в течение одного полупериода). Диод должен быть на обратное напряжение не менее 400 В. При включении двух встречных светодиодов (существуют даже такие с двумя кристаллами в одном корпусе, обычно

разных цветов, один кристалл красного свечения, другой зелёного) можно поставить два двухваттных резистора, каждый сопотивлением в два раза меньше.

Оговорюсь, что применив резистор большого сопротивления (например 200 кОм) можно включить светодиод и без защитного диода. Ток обратного пробоя будет слишком мал, чтобы вызвать разрушение кристалла. Конечно, яркость при этом весьма мала, но например для подсветки в темноте выключателя в спальне её будет вполне достаточно.

Благодаря тому, что ток в сети переменный, можно избежать ненужных трат электричества на нагрев воздуха ограничительным резистором. Его роль может выполнять конденсатор, который пропускает переменный ток, не нагреваясь. Почему так - вопрос отдельный, рассмотрим его позже. Сейчас же нам нужно знать, что для того, чтобы конденсатор пропускал переменный ток, через него должны обязательно проходить оба полупериода сети. Но ведь светодиод проводит ток только в одну сторону! Значит, поставим встречно-параллельно светодиоду обычный диод (или второй светодиод), он и будет пропускать второй полупериод.

Но вот мы отключили нашу схему от сети. На конденсаторе осталось какое-то напряжение (вплоть до полного амплитудного, если помним, равного 315 В). Чтобы избежать случайного удара током, предусмотрим параллельно конденсатору разрядный резистор большого номинала (чтобы при нормальной работе через него тёк незначительный ток, не вызывающий его нагрева), который при отключении от сети за доли секунды разрядит конденсатор. И для защиты от импульсного зарядного тока тоже поставим низкоомный резистор. Он также будет играть роль предохранителя, мгновенно сгорая при случайном пробое конденсатора (ничто не вечно, и такое тоже случается).

Конденсатор должен быть на напряжение не менее 400 вольт, или специальный для цепей переменного тока напряжением не менее 250 вольт.

А если мы хотим сделать светодиодную лампочку из нескольких светодиодов? Включаем их все последовательно, встречного диода достаточно одного на всех.

Диод должен быть рассчитан на ток, не меньший чем ток через светодиоды, обратное напряжение - не менее суммы напряжения на светодиодах. А ещё лучше взять чётное число светодиодов и включить их встречно-параллельно.

На рисунке в каждой цепочке нарисовано по три светодиода, на самом деле их может быть и больше десятка.

Как расчитать конденсатор? От амплитудного напряжения сети 315В отнимаем сумму падения напряжения на светодиодах (например для трёх белых это примерно 12 вольт). Получим падение напряжения на конденсаторе Uп=303 В. Ёмкость в микрофарадах будет равна (4,45*I)/Uп, где I - необходимый ток через светодиоды в миллиамперах. В нашем случае для 20 мА ёмкость будет (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 мкФ. Можно поставить два конденсатора 0,15 мкф (150 нФ) параллельно.

[Adver]

[ПАПА]

Вообще-то ставить светодиоды встречно-параллельно неэкономично. Лучше все же защитный диод ставить последовательно. И все светодиоды к нему встречно-последовательно.В этом плане Ваша первая картинка предпочтительнее. Тем более, что обычно для освещения их применяют нечетное число: 3, 7 или 19. Дороговато но красиво.

Edited January 13, 2009 by ПАПА

[Adver]

ИБП MEAN WELL серии DRC-180 на DIN-рейку – новое решение для пожарно-охранных систем

Компания MEAN WELL расширила семейство DRC-40/60/100 – недорогих ИБП (UPS) 2-в-1 (ИП и контроллер заряда/разряда АКБ в одном корпусе) с креплением на DIN-рейку. Теперь доступны модели мощностью 180 Вт новой серии DRC-180.

Источник питания DRC-180 предназначен для создания систем бесперебойного питания с внешней АКБ и может использоваться в охранно-пожарных системах, системах аварийной сигнализации, контроля доступа и в других приложениях, где требуется простая, недорогая и в то же время качественная система бесперебойного питания соответствующей мощности. Подробнее>>

[my504]

Вообще-то ставить светодиоды встречно-параллельно неэкономично. Лучше все же защитный диод ставить последовательно.

Про неэкономично - требует доказательств...

Про незаконность последовательного соединения выпрямительного и светодиода - НЕ ТРЕБУЕТ доказательств. ПУЭ прямо запрещает включение нагрузок с нелинейным и однополярным потреблением. Это подмагничивает силовойтрансформатор в ближайшем ТП. Конечно включение индикаторного светодиода - нестрашно, но осветительные сверхяркие с большим током так включать нельзя.

[Adver]

Замена DC/DC-преобразователями MORNSUN изделий европейских производителей
Третье поколение DC/DC-преобразователей популярного китайского производителя MORNSUN для монтажа на печатную плату не только не уступает по характеристикам изделиям европейских производителей, но и превосходит их по таким параметрам, как напряжение изоляции, рабочий температурный диапазон и максимальная емкость нагрузки.
Читать статью>>

[ПАПА]

Может не так выразился, но один полупериод в землю пускать это и есть неэкономичность в моем понимании. Оптимально поставить мост. И все светодиоды последовательно. Тем более, что цена на диоды и на мост несравнима.

[Adver]

ИП MORNSUN на DIN-рейку для промавтоматизации – аналог продукции известных брендов
Специалистам по промавтоматизации и системным интеграторам, до недавнего времени применявшим в ответственных проектах высококачественные источники питания производства Phoenix Contact, PULS и прочих подобных производителей, после их ухода с российского рынка следует обратить внимание на высокотехнологичные DIN-реечные серии ИП LIMF, LIHF и LITF производства MORNSUN. Читать статью>>

[my504]

С этим трудно не согласиться... Мост, а еще лучше сетевой драйвер на LNK - несложно и недорого...

[Adver]

Вебинар «Мощные модульные системы питания MEAN WELL 3+N. Новинки и хиты» (22.06.2023)
Приглашаем 22 июня на вебинар, посвященный подходу компании MEAN WELL к созданию мощных управляемых систем низковольтного и высоковольтного питания и зарядных установок для промышленного, технологического, телекоммуникационного, медицинского, радиопередающего и другого оборудования, а также для систем альтернативной энергетики.
На вебинаре мы рассмотрим новинки и серийную продукцию в концепции «3+N», расскажем об этой концепции и о том, как создать из готовых модулей систему питания мощностью до 360 кВт с напряжением до 380…400 В (постоянного тока). Будут представлены ИП с рециркуляцией энергии для тестового оборудования и модули управления питанием. Подробнее>>

[mao-sin]

Господа, поскольку ветка для начинающих (вообще этот глава из задуманной книги), то прошу приводить сразу и примеры реализации. Насчёт моста - не вижу преимуществ перед встречно-паралельными светодиодами. Если светодиодов нечётное количество - то не будет большого криминала, если в одной ветке на один светодиод будет больше.

[my504]

Например вот так, причем здесь КПД около 85% и допустимо однополупериодное выпрямление.

Сорри, mao-sin... Увлекся...

Edited January 13, 2009 by my504

[ПАПА]

Господа, поскольку ветка для начинающих (вообще этот глава из задуманной книги), то прошу приводить сразу и примеры реализации. Насчёт моста - не вижу преимуществ перед встречно-паралельными светодиодами. Если светодиодов нечётное количество - то не будет большого криминала, если в одной ветке на один светодиод будет больше.

Преимущество очевидно, если вдруг в одном месте пропадет контакт, то остальные светодиоды не окажутся под обратным напряжением. Я экспериментов не проводил (дороговато) но из литературы знаю, что допустимое обратное напряжение на светодиод даже меньше чем прямое. Поэтому при встречном включении даже одинакового количества светодиодов на кажом из них будет присутствовать обратное напряжение равное прямому.Это нештатный режим.А при разном количестве светодиодов тем более. При средней цене китайского светодиода на рынке 2 тыбра (19светодиодов будет дороговато) цена слаботочного выпрямительного мостика(0,4-0,6 тыбра) не разорит.

my504 не очень понял Вашу последнюю схему, но предполагаю, что для повышения КПД ее еще надо мелкими брюликами оснастить.

Покупать микросхему, чтобы светодиоды зажечь мне бы в голову не пришло. Отстал я от Московии.

Edited January 13, 2009 by ПАПА

[mao-sin]

to my504: Почему здесь от сети однополупериодный выпрямитель, и как это стыкуется с

ПУЭ прямо запрещает включение нагрузок с нелинейным и однополярным потреблением.

???

ПАПА:

из литературы знаю, что допустимое обратное напряжение на светодиод даже меньше чем прямое.

Для наших обратное вольт под 20, если есть ссылка на другие данные, приведите, плиз. Edited January 13, 2009 by mao-sin

[my504]

Никак не стыкуется ... увы.. Пауэр Интегрейшнс видать про наши ПУЭ не очень ведают... :-) Поэтому желательно мостик на входе... Правда там мощность всего 1,5 ватта, а я имел ввиду паттерны на несколько (в районе 5...10) ватт.

ЗЫ. Специально ПАПЕ. Без всякого снобизма... эта микросхема стоит как 2 раза в Москве на вокзале в туалет сходить... даже чуток дешевле...

Про КПД - на полном серьезе... Не надо смотреть на фьюзибл резистор, можно и с обычным предохранителем... Да и на нем ничего не сеется - ток мизерный...

Edited January 13, 2009 by my504

[ПАПА]

Старинный справочник."Полупроводниковые приборы.Диоды,тиристоры,оптоэлектронные приборы."Под общей редакцией Горюнова.Энергоатомиздат.1987.

на 694 странице параметры АЛ307 (для меня самый массовый) максимальное прямое напряжение 2-2.5 вольта(в зависимости от буквы) обратное 2вольта. На большинство других светодиодов максимальное обратное напряжение в этом справочнике даже не указывается (делаю вывод - его просто не должно быть)(а может этот справочник уже лет 20 как выкинуть пора, но другого нет и не предвидится)

Вполне возможно в современные светодиоды еще один переход вводят, прямое падение на 0,5 вольта больше, зато от обратного спасет наверняка.

my504

Если посчитать во сколько мне станет доехать до Москвы и сходить там в туалет....Но все равно не ясно какие преимущества дает применение микросхемы. Просто я привык решать задачу самым минимальным способом, хотя и правда скоро микросхемы станут дешевле резистора. Уже на этом форуме чтобы радиоуправление на 2 команды сделать на полном серьезе микроконтроллер используют. А я бы мультивибратор на 2 частоты паял.

Edited January 13, 2009 by ПАПА

[my504]

Простите, ПАПА... Прямо хочется плакать от непонимания... Внимательно смотрим на обсуждаемую схему. Там хоть и мелко, но разобрать можно: 25 МИЛЛИАМПЕР ПЕР СТРИНГ.

Сия схема придумана для ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ целей. Причем здесь 307-ые? ЭТО ДРУГАЯ ТЕМА ПРИМЕНЕНИЯ. Она тоже востребована начинающими. Меня приятели задолбали вопросами как лучше сделать балласт для ЛЕДов самому. ДОРОГОЙ фирменный балласт, однако... А самому и недорого и интересно... Не все же хотят баловаться гирляндами и моддингом, есть и иной интерес...

Edited January 13, 2009 by my504

[mao-sin]

ПАПА: сильно подозреваю, что в справочнике опечатка (2 вместо 20). И кстати, один из побудительных мотивов написания книги - нет их для начинающих (написанных доступным языком и не перегруженных теорией), но с учётом современной элементной базы. Как это ни странно, но на микроконтроллере зачастую оказывается собрать проще (один корпус + минимум навеса) и дешевле, чем на мелкой логике. И доступнее они, чем те же германиевые транзисторы (МП-шки). Раньше полевик был страшным дефицитом и пределом мечтаний, сейчас мощный силовой ключ как буханка хлеба стоит. Раз наша отрасль техники (электроника) столь динамично развивается, нужно стараться работать даже на опережение, ибо то, что только появилось сейчас, через пять лет будет повсеместно и обыденно. Пример - куда ни ткни, в микроконтроллер попадёшь.

[ПАПА]

Вполне возможна и опечатка в справочнике, их там много.Но и про другие светодиоды там обратное напряжение если и указано, то маленькое. Что касается деталей, то на самом деле у меня старья залежи, включая пресловутые МП. Может поэтому и обхожусь без навороченных микросхем. А полевиков у нас и сейчас выбор минимальный.

А по теме остаюсь при мнении, что баластного конденсатора, зашунтированного резистором и диодного мостика достаточно чтобы зажечь любое количество светодиодов. У нас светодиоды на рынке имеют одно название "китайские", при 25 мА у меня за пол-года 2 отказали. Сейчас стоят какие то меньшего диаметра белые и несколько голубых. На белые подаю 18 мА, а голубые примерно при 10 мА

[SVN]

Полностью поддерживаю предложение Borodacha.Не знаю имею ли право как новичок? Если нет то прошу прощения. А к словам КТ805 могу добавить: "и не только по данной теме".

[dikobrazzoff]

Всем привет.

Думаю, ещё нужна будет программа расчета токоограничивающего резистора для светодиода:

Расчет_сопротивления_резистора__Ledz_.zip

[Goodefine]

...Но никакого "плюса" и "минуса", как часто говорят, у него нет. А есть "анод" и "катод"...

А у простой батарейки есть "плюс" и "минус"? И что из них катод, а что анод?

...Но светодиод в корне отличается от лампы накаливания тем, что для его питания главное не напряжение, а ток, через него протекающий...

Всегда думал что спираль лампы накаливания именно током и греется...

А отличия, тем паче коренные, содержатся в физике процессов свечения и ВАХ-х этих приборов...

[Ga_ry]

По новым светодиодам нарыл немного инфы с 5-й франкфуртской ярмарке “Light + Building 2008”

ссыла...

Где-то слышал, что светодиоды уже применяют в проекторах! Мощность сотни ватт. Но по Гуглу что-то мало информации.

[mao-sin]

Goodefine: а при чём тут батарейка? Разговор совсем про другой класс приборов. Давай тогда у пентода плюс и минус искать (катод с анодом у него уже есть).

По поводу "питания током" - подскажите, как правильно сформулировать ту мысль, что при запитывании светодиодов главное - обеспечить необходимый ток, а какое при этом напряжение получится - уже вторично.

Ga_ry: спасибо за ссылку, познавательно.

Edited January 14, 2009 by mao-sin

[Goodefine]

Goodefine: а при чём тут батарейка? Разговор совсем про другой класс приборов...

Как бы и не причем... Просто рядом с порицанием "плюса " и "минуса" светодиода, была картинка, с условным обозначением батарейки, возле катода которой стоял знак "+"... Хотел уточнить для начинающих

По поводу "питания током" - подскажите, как правильно сформулировать ту мысль, что при запитывании светодиодов главное - обеспечить необходимый ток, а какое при этом напряжение получится - уже вторично.

Дык и для лампы это первично... ИМХО, открытым текстом так и писать, без ненужной аналогии. Я не то что придираюсь - меня это слегка запутало...

Edited January 14, 2009 by Goodefine

[mao-sin]

Дык и для лампы это первично...

Нет, лампы рассчитывают именно на напряжение. И к изменению напряжения они не так чувствительны (ток не в сотню раз возрастает при повышении напряжения на 1 вольт).

[Goodefine]

Это лишь потому, что ВАХ лампы не такая крутая как у светодиода...

P.S. Как в древнем софизме, про малую и большую кучу зерна....

mao-sin, поймите меня правильно, я не ищу предмет спора Где-то на форуме прочел, что Вы хотите книгу написать. Без всякой иронии, дело нужное, ибо мало сейчас хороших книг, где сочетаются точные определения происходящих процессов и описание современной элементной базы. Это задача нетривиальная - написать такую, ДОСТУПНУЮ для понимания, книгу. ИМХО, книг лучших либо равных чем в годах 50/70-х, по стилю и точности изложения ну просто очень мало. Сейчас люди скупятся на хороших рецензентов и, порою, в книгах встречаются откровенно сомнительные места. Вы можете прислушаться, можете не прислушаться, но, имхо, лучше избегать сомнительных аналогий, отдавая предпочтение точности. Ведь в какой то мере, отказ от привычных (пусть даже правильных) аналогий способствует формированию абстрактного мышления, что в современной электронике немаловажно. Научить думать - вот главное... Это всего лишь совет со стороны, которым Вы вольны распорядиться по своему усмотрению...

P.P.S. Я вот тоже книгу хочу написать, художественную...

[MMA]

Уважаемые знатоки, помогите пожалуйста, появилась необходимость в мощном светодиодном фонарике, нашел неплохие светодиоды http://superfonarik.ru/Svetodiody---11.html , как вы думаете, для них реально спаять схему питания? а то готовые при тех же характеристиках очень дороги.

[Migray]

Ну если самому делать ХОРОШИЙ, то выйдет не намного дешевле, а то и дороже.

Вообще сначала определись, от чего питать собираешься, потом выложи точный тип того светодиода, который у тебя есть.

Или рабочий ток и падение напряжения при этом токе.

Ну а дальше все просто.

Кстати не забудь про теплоотвод, для мощных светодиодов это существенно.