Светодиоды и стабилизаторы, Варианты подключения, регулировка яркости Опции

[_Игорь_]

*******************************

Прошу посильной помощи всех форумчан для дополнения статьи.
В частности, необходимо написать следующие пункты:
- регулятор яркости подсветки панели для светодиодов
- практические примеры, как выглядят законченные устройства
Дополнения, замечания, пожелания.

*******************************

Лампочки медленно, но верно отживают свой век. Низкое КПД, маленький ресурс. Их удерживает только цена.
И у каждого, кто первый раз взял в руки простой светодиод возникает вопрос - "а как его подключить к машине, компьютеру, аккумулятору, там, где есть 12В?".
Здесь я буду выкладывать всю найденную полезную информацию.

Немного теории

Взято с сайта cxem.net

Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод ("минус"), а другой - анод ("плюс").

Светодиод будет "гореть" только при прямом включении, как показано на рисунке

При обратном включении светодиод "гореть" не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.

Зависимости тока от напряжения при прямом (синяя кривая) и обратном (красная кривая) включениях показаны на следующем рисунке. Не трудно определить, что каждому значению напряжения соответствует своя величина тока, протекающего через диод. Чем выше напряжение, тем выше значение тока (и тем выше яркость). Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется "рабочей" зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.

Подключение светодиодов

Есть несколько вариантов подключения со своими плюсами и минусами.

1. Подключение светодиодов через резистор.

1. Имеется один светодиод, как его подключить правильно в самом простом случае?

Чтобы правильно подключить светодиод в самом простом случае необходимо подключить его через токоограничивающий резистор.


Пример 1.
Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с напряжением 5 вольт.

Расчитаем сопротивление токоограничивающего резистора

R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – Uсветодиода
Uпитания = 5 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R =(5-3)/0.02= 100 Ом = 0.1 кОм

Тоесть надо взять резистор сопротивлением 100 Ом

P.S. Вы можете воспользоваться on-line калькулятором расчета резистора для светодиода

2. Как подключить несколько светодиодов?

Несколько светодиодов подключаем последовательно или параллельно, рассчитывая необходимые сопротивления.



Пример 1.
Имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 3 светодиода к источнику 15 вольт.

Производим расчет: 3 светодиода на 3 вольта = 9 вольт , тоесть 15 вольтового источника достаточно для последовательного включения светодиодов

Расчет аналогичен предыдущему примеру

R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода
Uпитания = 15 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (15-3*3)/0.02 = 300 Ом = 0.3 кОм

Пример 2.
Пусть имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 4 светодиода к источнику 7 вольт

Производим расчет: 4 светодиода на 3 вольта = 12 вольт, значит нам не хватит напряжения для последовательного подключения светодиодов, поэтому будем подключать их последовательно-параллельно. Разделим их на две группы по 2 светодиода. Теперь надо сделать расчет токоограничивающих резисторов. Аналогично предыдущим пунктам делаем расчет токоограничительных резисторов для каждой ветви.


R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода
Uпитания = 7 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (7-2*3)/0.02 = 50 Ом = 0.05 кОм

Так как светодиоды в ветвях имеют одинаковые параметры, то сопротивления в ветвях одинаковые.

Пример 3.

Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом что бы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление

Например имеются 5 разных светодиодов:
1ый красный напряжение 3 вольта 20 мА
2ой зеленый напряжение 2.5 вольта 20 мА
3ий синий напряжение 3 вольта 50 мА
4ый белый напряжение 2.7 вольта 50 мА
5ый желтый напряжение 3.5 вольта 30 мА


Так как разделяем светодиоды по группам по току
1) 1ый и 2ой
2) 3ий и 4ый
3) 5ый

рассчитываем для каждой ветви резисторы

R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – (UсветодиодаY + UсветодиодаX + …)
Uпитания = 7 В
Uсветодиода1 = 3 В
Uсветодиода2 = 2.5 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ом = 0.075 кОм

аналогично
R2 = 26 Ом
R3 = 117 Ом

Аналогично можно расположить любое количество светодиодов

ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ!!!

При подсчете токоограничительного сопротивления получаются числовые значения которых нет в стандартном ряде сопротивлений, ПОЭТОМУ подбираем резистор с сопротивлением немного большим чем рассчитали.

3. Что будет если имеется напряжение источник с напряжением 3 вольта (и меньше) и светодиод с рабочим напряжением 3 вольта?

Допустимо (НО НЕЖЕЛАТЕЛЬНО) включать светодиод в цепь без токоограничительного сопротивления. Минусы очевидны – яркость зависит от напряжения питания. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).

4. Можно ли включать несколько светодиодов с одинаковым рабочим напряжением 3 вольта параллельно друг другу к источнику 3 вольта (и менее)? В «китайских» фонариках так ведь и сделано.

Опять, это допустимо в радиолюбительской практике. Минусы такого включения: так как светодиоды имеют определенный разброс по параметрам, то будет наблюдаться следующая картина, одни будут светится ярче, а другие тусклее, что не является эстетичным, что мы и наблюдаем в приведенных выше фонариках. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).

2. Подключение светодиодов через стабилизатор напряжения.

ОЧЕНЬ рекомендую ознакомиться с Микросхемные стабилизаторы напряжения
По сути здесь приведёна таблица всех самых распространенных стабилизаторов и, что самое важное, распиновка их корпусов, которая всегда разная.

Про стабилизаторы отличный пост написал payalnikk, за что ему отдельное большое спасибо. Привожу его здесь.

Есть регулируемые и не регулируемые стабилизаторы. Последние - самый простой и бюджетный вариант, и пригодится не только на подсветку, но и на светодиоды в фонарях, та и везде где используются светодиоды в машине. Многие, если не все, видели "щербатые" светодиодные полоски на машинах, а всего-то нужно было поставить стабилизатор на их питание и сэкономить время и деньги на замену сгоревших, цена вопроса (у нас в городе) - это 1,5 грн (7.5 руб).

И так, нерегулируемые (линейные),стабилизаторы - самые распространенные:
КРЕН5а (КР142ЕН5), импортный аналог LM7805, KA7805 - напряжение стабилизации 5 вольт;
КРЕН8а (КР142ЕН8а), импортный аналог LM7809, KA7809 - напряжение стабилизации 9 вольт;

Схема включения:

Просмотр полного изображения

Плюсы таких стабилизаторов - это не надо дополнительных деталей (ну, может быть, конденсаторы по питанию- иногда без них отказываются работать), на корпусе стабилизатора "сидит минус", т.е. его можно прикрутить к кузову и будет двойная выгода - подключен минус и кузов будет играть роль радиатора.
Минус - не регулируемое стабилизированное напряжение, хотя напряжение можно при надобности изменить в большую сторону, последовательным включением стабилитрона к минусу "кренки" и на "массу":

Просмотр полного изображения

Напряжение стабилизации повысится на напряжение стабилизации используемого стабилитрона.
Минус такого включения - это то, что уже корпус "кренки" на массу садить нельзя.

Больше возможностей есть у регулируемых стабилизаторов, например таких как КР142ЕН12 (аналог LM317), потом КР142ЕН22, КР142ЕН22А, КР142ЕН22Б, импортные аналоги соответственно SD, DV, LT 1083/1084/1085. Последние отличаются по максимальному току в нагрузе 7,5; 5; 3,5А соответственно.
Схема включения:

Просмотр полного изображения

Плюсы на лицо - при минимуме деталей, можно собрать стабилизированный, с защитой по перегреву и КЗ в нагрузке регулятор напряжения и использовать его, в нашем случае, для регулировки подсветки приборов собраной на светодиодах.

Минусы - нельзя, чтобы корпус стабилизатора коротил на массу, хоть там и стоит защита от КЗ, микрухи горят как фанера над Парижем.

3. Подключение светодиодов через стабилизатор тока.

Это самое грамотное включение светодиодов.

Как можно заметить по графику в начале поста, небольшому изменению напряжения соответствует очень большое изменение тока, которое и может вывести светодиод из строя!
Плюс к этому, как и свойственно полупроводникам, прямое напряжение светодиода зависит от температуры, и при нагреве оно уменьшается.
При питании светодиода от источника напряжения происходит следующее:
Мы включаем источник, напряжение на светодиоде в норме, ток в норме. Но кристалл начинает нагреваться, вследствие чего падение напряжения на диоде уменьшается, а ток - растет, т.к. постоянство напряжения поддерживается стабилизатором. Из-за возросшей потребляемой мощности светодиод начинает греться еще сильнее, и ток возрастает еще больше, и так до тех пор пока он не сгорит!
Конечно, это происходит только в граничных ситуациях, когда ток на светодиоде близок к максимальному.



ПРИМЕР: Делаем стабилизатор тока на 120 мА - например, каждый светодиод потребляет 20мА и напряжение для работы каждого красного светодиода примерно 2.2В + напряжение для работы самого стабилизатора LM317 (КРЕН12А) ещё 1.5В.

Значит, при данном токе потребления это либо:
12 светодиодов параллельно (будут работать с 1.5+2.2 = 3.7В) - это не совсем правильно, у светодиодов большой разброс параметров и в итоге у всех будет разная яркость;
6 линеек по 2 светодиода (будут работать с 1.5+2.2+2.2 = 5.9В);
4 линейки по 3 светодиода (будут работать с 1.5+2.2+2.2+2.2 = 8.1В);
3 линейки по 4 светодиода (будут работать с 1.5+4х2.2 = 10.3В);
2 линейки по 6 светодиодов (будут работать с 1.5+6х2.2 = 14.7В) - стабилизированно работать не будут, не хватает напряжения питания;

Видите разницу? 10.3 Вольта уже для работы не достаточно! Т.е. на холостых при дальнем свете светодиоды будут мерцать!!! Это никому не нужно - поэтому самый оптимальный вариант - это 4 по 3.

Сообщение отредактировал _Игорь_ - 14.3.2011, 18:17

[Саня Курган]

если мне память не изменяет сюда еще нужен кажется резистор? только какой подскажите пожалуйста?

Подстроечный 4.7кОм

[S.T.A.L.K.E.R]

блин сегодня спаял все это до кучи,вот смотрю и не пойму будет это все работать или нет

[Саня Курган]

блин сегодня спаял все это до кучи,вот смотрю и не пойму будет это все работать или нет

Будет

Я так же задумывался,когда инвертор 12/220 паял. А тут делать не чего...

[S.T.A.L.K.E.R]

Selmer а резистор уже ставится на выходе который идет к приборке?

[stiks76]

всем привет,у меня есть одна небольшая проблема,не смог наити готовыи стабилизатор напряжения на 12в (у меня14.5).но сегодня на глаза попалась такая штука так как в радиоэлектронике я не силен хотелось бы услышать ваше мнение,что вы думаете по поводу данного устроиства в частности о RR2 регуляторе выходного напряжения?я так понимаю этот регулятор отвечает за яркость диодов меняя изменяя выходное напряжение соответственно при помощи RR2 можно выставить нужное мне напряжение?(поправте если не прав).еще один вопрос вход имеет три разьема два плюса и один минус?(почему три? нужен управляющий провод?) вообщем парни подскажите она может заменить стабилизатор напряжения?и как мне эту штуку правильно подключить?заранее спасибо.

[dim-mon]

в соседней теме я же тебе написал

[stiks76]

в соседней теме я же тебе написал

привет,я просто не знал в какую тему больше подходит мои вопрос и если можно хотелось бы получить более развернутыи ответ

[Владелец ваза 21...]

Помогите подобрать радио детали к схеме регулируемого стабилизатора хотелось бы полностью всю инфу по всей схеме



Сайт : http://pblock.narod.ru/info/kren_w.html

Сообщение отредактировал Владелец ваза 21063 - 23.8.2013, 21:26

[super_gut]

Светодиоду пофиг,ему хоть от 3вольт хоть от 220вольт работать,просто резистор подбирается и все

Нет, не совсем так, это можно применить в основном для постоянного тока. Для переменного резистором не обойтись, светодиод запитанный от сети 220В с одним резистором долго не проживёт. И мощность резистора будет велика.

[Lyzhenkov]

Для переменного резистором не обойтись, светодиод запитанный от сети 220В с одним резистором долго не проживёт.

пример на постоянном токе и был,если бы было переменное-указал бы

[super_gut]

Ну... теперь я верю, что именно постоянное напряжение имелось в виду

[Павлуха]

светодиод запитанный от сети 220В с одним резистором долго не проживёт.

Сдохнет сразу же при отрицательной полуволне.

[super_gut]

Да, это и имелось в виду

[ИванычЪ]

Нет, не совсем так, это можно применить в основном для постоянного тока. Для переменного резистором не обойтись, светодиод запитанный от сети 220В с одним резистором долго не проживёт. И мощность резистора будет велика.

Полная лажа. Уже писал, что в выключатели света установил более 10 лет советские светодитды и к ним один резистор 0.125 ват. Светятся и по сей день. Важен ток , а не напряжение питания. Умничать не стоит про переменный ток. Светодиод уже и сам диод. И ему пофиг потоянное напряжение или переменное. ВАЖЕН ТОК ЧЕРЕЗ СВЕТОДИОД..

Сегодня уже ночь.. Завтра достану из выключателя светодиод с его резистором. И фотну. Умники ..

[Павлуха]

Полная лажа. Уже писал, что в выключатели света установил более 10 лет советские светодитды и к ним один резистор 0.125 ват. Светятся и по сей день. Важен ток , а не напряжение питания. Умничать не стоит про переменный ток. Светодиод уже и сам диод. И ему пофиг потоянное напряжение или переменное. ВАЖЕН ТОК ЧЕРЕЗ СВЕТОДИОД..

А никто и не умничал!С одним резистором светодиод не выдержит электрический пробой обратным полупериодом и произойдет необратимый тепловой пробой кристалла.
ЗЫ:В ~220В через резюк ,0125 Вт?Чудеса!!!

Сообщение отредактировал Павлуха - 9.1.2014, 0:18

[ИванычЪ]

А никто и не умничал!С одним резистором светодиод не выдержит электрический пробой обратным полупериодом и произойдет необратимый тепловой пробой кристалла.
ЗЫ:В ~220В через резюк ,0125 Вт?Чудеса!!!

Сегодня , по светлому сфоткаю.

[Павлуха]

Сегодня , по светлому сфоткаю.

Вообще то,тема не про включение светодиодов в 220В.Просто,кто-то заикнулся и началось...Флудим...Было рассказано,как правильно нужно подключать светодиод к сети переменного тока.А кто уж там что то сделал и не смотря не на что это работает,дело его.

[ИванычЪ]

А никто и не умничал!С одним резистором светодиод не выдержит электрический пробой обратным полупериодом и произойдет необратимый тепловой пробой кристалла.
ЗЫ:В ~220В через резюк ,0125 Вт?Чудеса!!!

Прошу пардона резюк 0.25 100 кОм и встречно светодиоду впаян кд 522. Нашол в запасниках еще пару заготовок. Давно паял ,однако, склероз..

[ExL]

Нет, не совсем так, это можно применить в основном для постоянного тока. Для переменного резистором не обойтись, светодиод запитанный от сети 220В с одним резистором долго не проживёт. И мощность резистора будет велика.

Мгновенно пробьёт обратным напряжением!

[ИванычЪ]

Мгновенно пробьёт обратным напряжением!

То , что на моих фото , работает более 15 лет. Свет довольно яркий в темноте выключатель видно реально. Вмонтировано в корпус и подключено паралель контактам.