Как ограничить ток на светодиоде

Универсальная методика рассчета схемы питания светодиодов

Для того чтобы ограничить ток, текущий через светодиод, применяют ограничительные резисторы. Как правило, номинал ограничительного резистора можно выбрать ориентировочно из рекомендуемого диапазона. Ниже приведен точный способ расчета номинального сопротивления резистора.

Расчет схемы для одного светодиода

За основу берется следующая схема:

Резистор выбирается по формуле:

Здесь R — сопротивление резистора, U — напряжение питания, dU — падение напряжения, I — номинальный ток светодиода. Например, при напряжении питания 5 вольт, падении напряжения 3,15 вольт и номинальном токе 0,020 ампера (или 20 миллиампер) последовательно со светодиодом необходимо установить сопротивление номиналом 100 Ом:

Расчет схемы для нескольких светодиодов

При последовательном включении нескольких светодиодов формула расчета не меняется. Однако вместо падения напряжения на одном светодиоде dU, в формулу следует подставить сумму падений напряжения каждого светодиода.

Отсюда вытекает следующее свойство последовательного включения светодиодов. При последовательном включении светодиодов все светодиоды должны быть рассчитаны на одинаковый номинальный ток (10 мА, 15 мА, 20 мА), однако номинальное падение напряжения этих светодиодов может быть разным.

Пример:

Подключаем последовательно 2 светодиода к источнику питания 12 вольт. Оба светодиода имеют номинальный ток 20 мА. Падение напряжения на первом — 2,5 В, на втором — 3,2 В.

Пассивное и активное ограничение тока в схеме дневной лампы с солнечным питанием

Дневные светильники с питанием от солнечных батарей – это простые и недорогие устройства, позволяющее переносить «дневной свет» в темные внутренние помещения в то время, когда светит солнце. В этой статье приводятся полные инструкции по проектированию ламп с использованием пассивных и активных цепей ограничения тока. В ней также показано, как использование простой активной схемы ограничения тока может существенно улучшить КПД и гибкость схемы, а также увеличить срок службы светодиодов.

Как следует из названия, солнечная дневная лампа обеспечивает свет только в дневное время. Поскольку в ней нет накопителя энергии, она очень проста в изготовлении, экономична, долговечна и практически не требует обслуживания. Хотя на первый взгляд концепция может показаться странной, такие лампы имеют большие перспективы в качестве недорогого решения для освещения темных внутренних помещений. Все конструкции ламп, которые мы рассмотрим в этой статье, предназначены для автономной работы, чтобы давать бесплатный свет от восхода до заката.

Поскольку батареи в дневной лампе нет, никакая мощность ее солнечной панели не расходуется на потери в циклах зарядки и разрядки, что позволяет всю генерируемую солнечной панелью энергию превращать в свет. Дополнительное увеличение эффективности может быть достигнуто заменой простой резистивной схемы ограничения тока лампы на немного более сложную схему активного ограничения, что мы увидим во второй половине этой статьи. Чтобы увидеть, дает ли активное ограничение тока какие-либо существенные преимущества, мы сравним характеристики и эффективность двух различных конструкций солнечных дневных ламп при различных уровнях солнечного освещения.

Светодиоды солнечной дневной лампы должны быть защищены от перегрузки по току, которая может нарушить структуру их переходов, что приведет к снижению светового выхода или даже к полному отказу. Проще всего можно ограничить ток, включив сопротивление последовательно со светодиодной цепочкой. Типичная 12-вольтовая 10-ваттная фотогальваническая панель имеет следующие характеристики:

1. Напряжение в точке максимальной мощности V_MP = 17.4 В.
2. Ток в точке максимальной мощности I_MP = 0.58 А.

Эти значения соответствуют стандартным условиям испытаний при интенсивности солнечного излучения 1000 Вт/м 2 . Если уровень освещения уменьшается, уменьшается и напряжение V_MP. В дальнейших расчетах мы будем использовать значения V_MP и I_MP, приведенные в технических описаниях.

Резистивный ограничитель тока

Светодиодную лампу легко купить в магазине. Типичная лампа состоит из матрицы белых светодиодов, установленных на металлическую печатную плату. Обычно там используются светодиоды с номинальной мощностью 1 Вт (два полуваттных светодиода в параллель). Типовое прямое напряжение V_F этих светодиодов равно примерно 3 В.

Для нашего приложения мы получаем следующее:

Число светодиодов равно

Округление вниз дает нам число светодиодов, которое можно использовать в последовательной цепочке, равное 5.

Остаточное напряжение равно

Максимальный ток светодиодной цепочки равен

где P_LED – мощность светодиода.

Чтобы обеспечить наибольший срок службы светодиодов, значения их рабочих токов должны быть меньше максимально допустимых. Кроме того, ограничение яркости отдельных светодиодов не даст им раздражать наши глаза. Поэтому мы ограничим ток светодиодов на уровне примерно 200 мА.

Выбор резистора

Поскольку для подключения дневной лампы внутри помещения к расположенной на крыше солнечной батарее требуется длинные провода, их сопротивление должно учитываться в нашем проекте. Для этого упражнения мы выбрали 10 метров высококачественного провода, общим сопротивлением порядка 0.8 Ом.

Падение напряжения на ограничительном резисторе равно

где V_DR – падение напряжения на проводах.

Сопротивление токоограничительного резистора равно

где I_LED – ток светодиода.

Принципиальная схема дневной лампы с токоограничительными резисторами показана на Рисунке 1.

Рисунок 1.

Схема 10-ваттной солнечной дневной лампы с резистивным ограничением тока.

На Рисунке 1 показаны три светодиодные цепочки A, B и C, каждая из которых содержит по 5 светодиодов (L1-L5, L6-L10, L11-L15) и 10-омный токоограничительный резистор. Три печатных платы со светодиодами закреплены на алюминиевом профиле, который выполняет функции механического основания и теплоотвода (Рисунок 2). Для улучшения теплопередачи перед монтажом на печатные платы был нанесен тонкий слой термопасты.

Рисунок 2.	На фотографии показаны верхняя и нижняя стороны солнечной дневной лампы с тремя матрицами светодиодов.

Недостатки резистивного ограничителя тока

В условиях, когда уровень освещения фотогальванической панели превышает стандартный, ее выходное напряжение становится больше рассчитанного нами значения для V_MP, из-за чего ток светодиодов лампы I_LED поднимается выше максимальной расчетной величины. Результатом перегрузки по току могут быть снижение яркости светодиодов, сокращение срока службы или и то и другое.

Другая проблема возникает тогда, когда из-за перегрузки по току происходит отказ одной из светодиодных цепочек. В этом случае снижение нагрузки солнечной панели приводит к еще большему увеличению ее выходного напряжения и повреждению остальных светодиодов. Подобное условие может возникнуть во время тестирования, если не все три светодиодные цепочки подключены к панели. Имея это в виду, не тестируйте одиночную светодиодную цепочку. Еще с одной проблемой мы сталкиваемся тогда, когда используем более мощную фотогальваническую панель для управления несколькими лампами. В такой конфигурации мы не можем использовать переключатели для выключения отдельных ламп, так как результирующий рост напряжения питания повредит остальные лампы.

Рисунок 3.	Готовая к использованию 10-ваттная солнечная дневная лампа.

Ясно, что для большинства приложений желателен другой подход. Фотография готовой солнечной дневной лампы показана на Рисунке 3.

Конструкция №2. Активный ограничитель тока

Резисторы в схеме на Рисунке 1 можно заменить активными цепями ограничения тока. В данной конструкции мы используем две 12-вольтовые солнечные панели, последовательное соединение которых позволяет управлять более длинными цепочками светодиодов, чтобы получать больше света. Обратите внимание, что если такой вариант окажется более выгодным, вместо двух 12-вольтовых фотогальванических панелей можно использовать одну 24-вольтовую панель.

Расчеты параметров этой схемы показывают следующее:

Число светодиодов в цепочке равно

Округление в меньшую сторону дает 11 светодиодов.

Число светодиодных цепочек равно

Ток каждой цепочки

Рисунок 4.

Схема 20-ваттной солнечной дневной лампы с активным ограничением тока.

Как видно из Рисунка 4, схема ограничения тока состоит из мощного транзистора Q1 (TIP31C). Светодиодная Цепочка A подключена к коллектору транзистора Q1. Ток смещения Q1 поступает через резистор R1. В цепь эмиттера включен токоизмерительный резистор R2. Падение напряжения на R2 управляет транзистором Q2. Когда оно достигает 0.6 В, транзистор открывается. Это уменьшает напряжение базы Q1, и ток ограничивается до уровня

На Рисунке 5 показана конструкция 20-ваттной дневной лампы. Чтобы получить 11 светодиодов в каждой цепочке, мы используем две печатные платы, включенные последовательно. На первой печатной плате установлено 5 светодиодов с суммарной номинальной мощностью 5 Вт. На второй плате смонтирована цепочка из 7 светодиодов с суммарной номинальной мощностью 7 Вт.

Рисунок 5.	Матрица светодиодов для 20-ваттной дневной лампы.

При последовательном соединении двух плат число светодиодов в цепочке становится равным 12, поэтому один светодиод надо закоротить. Фотография на Рисунке 6 показывает, каким образом это можно сделать, чтобы уменьшить длину цепочки до 11 светодиодов.

Рисунок 6.	Один из светодиодов был намеренно закорочен, чтобы сократить число светодиодов в цепочке до 11.

Рисунок 7.	Крупный план платы, на которой видны три схемы ограничения тока.

Рисунок 8.	20-ваттная солнечная дневная лампа с активным ограничением тока, готовая к использованию.

Преимущества активного ограничения тока

Активное ограничение тока поддерживает ток светодиодов на постоянном безопасном уровне в течение тех периодов, когда уровень солнечной освещенности превосходит средний, и панели генерируют напряжения, превышающие V_MP. Кроме того, даже при выходе из строя одной светодиодной цепочки, остальные продолжат работать без каких-либо проблем. Это также позволяет, используя более мощные 20-ваттные фотогальванические панели, питать несколько светодиодных ламп, которые можно отдельно включать или выключать по мере необходимости. Несмотря на изменяющуюся нагрузку, схема ограничения тока гарантирует, что токи светодиодов каждой панели не превысят установленного для них значения.

Конструкции большей мощности

В отличие от предыдущей конструкции с одной панелью и резистивным ограничением тока, двухпанельная система с активным ограничением способна управлять одним дополнительным светодиодом на каждую цепочку и, соответственно, производить больше света. Следующие расчеты показывают, какое преимущество это может дать более крупным системам освещения.

Для трех фотоэлектрических панелей, включенных последовательно, число светодиодов равно

Округляя до меньшего целого значения, получаем, что максимальное число светодиодов в последовательной цепочке равно 17 (два дополнительных светодиода).

Для четырех фотоэлектрических панелей, включенных последовательно, число светодиодов равно

Округляя в меньшую сторону, находим, что максимальное число светодиодов в последовательной цепочке равно 23 (три дополнительных светодиода).

Детали конструкции цепочки из 23 светодиодов:

• Количество 10-ваттных фотогальванических панелей: 4;
• Число цепочек по 23 светодиода в каждой: 3;
• V_MP = 69.6 В;
• Остаточное напряжение:
• Падение напряжения на резисторе
• Сопротивление токоограничительного резистора:

Примечание: в этой конструкции мы должны использовать более толстые провода, чтобы уменьшить падение напряжения на них.

Таким образом, мы видим, что с каждой дополнительной фотогальванической панелью, последовательно подключенной к системе, можно увеличивать длину светодиодной цепочки.

Оценка характеристик

Критерием оценки характеристик солнечной дневной лампы является то, насколько хорошо она отслеживает кривую максимальной мощности (MPP) фотогальванической панели при различных уровнях солнечного освещения. Каждая панель имеет свою кривую MPP. Кривая снимается с помощью подключенной к панели переменной резистивной нагрузки. Сопротивление нагрузки регулируется так, чтобы получить параметры MPP (V_MP и I_MP) для данной интенсивности солнечного освещения. Этот процесс повторяется для различных условий освещенности, и полученные данные используются для построения графика зависимости V_MP от мощности.

При тестировании дневной лампы записываются ее ток и напряжение фотогальванической панели для ряда различных условий солнечного освещения. Испытания проводились на перечисленных ниже версиях ламп, и результаты сравнивались со стандартной кривой MPP.

Рисунок 9.

Эти графики позволяют сравнить зависимости выходной мощности лампы с 5 светодиодами и положения точки максимальной мощности (MPP) от напряжения солнечной батареи.

Рисунок 10.

Сравнение выходной мощности лампы с 11 светодиодами в каждой цепочке с кривой MPP.

Рисунок 11.

Сравнение выходной мощности лампы с 12 светодиодами в каждой цепочке с кривой MPP.

Рисунок 12.

Сравнение выходной мощности лампы с 23 светодиодами в каждой цепочке с кривой MPP.

На Рисунке 9 показаны результаты измерений для схемы с одной фотогальванической панелью, 5 светодиодами в каждой цепочке и резистивным ограничителем тока. Рисунок 10 соответствует варианту с двумя панелями, 11 светодиодами в каждой цепочке и активным ограничителем тока. Рисунок 11 представляет результаты тестирования схемы с двумя фотогальваническими панелями, 12 светодиодами в каждой цепочке и активным ограничителем тока. И, наконец, на Рисунке 12 изображены характеристики системы с четырьмя фотогальваническими панелями, 23 светодиодами в каждой цепочке и резистивным ограничителем тока.

Рисунок 13.	Фотография конструкции с 4 фотогальваническим панелями и тремя цепочками по 23 светодиода в каждой.

В заключение отметим, что лампа, использующая схему резистивного ограничителя тока, хорошо отслеживает кривую MPP при низких уровнях мощности. При больших уровнях мощности лампа отдает значительно меньшее количество света. Солнечная дневная лампа с активным ограничителем тока хорошо отслеживает кривую MPP, обеспечивая максимальное количество света при любой данной мощности на входе. Как видно из Рисунка 10, в этой конфигурации оптимальное количество светодиодов в цепочке равно 11. Рисунок 11 подтверждает, что кривая выходной мощности для матрицы с цепочками по 12 светодиодов проходит значительно ниже.

Хорошо видно, что в некоторых областях приведенных графиков выходная мощность даже выше, чем кривая MPP. Это может произойти вследствие одного или обоих из следующих обстоятельств:

1. Значения V_MP и I_MP указаны неточно. Производители оговаривают их типовое отклонение порядка 5%.
2. Кривая MPP снимается при резистивной нагрузке. Напротив, светодиоды представляют собой нелинейные нагрузки, а с нелинейными нагрузками солнечная панель может работать по-другому.

Причина, по которой светодиодные нагрузки так хорошо отслеживают мощность, состоит в том, что прямое напряжение V_F светодиода зависит от тока. При снижении тока светодиода слегка уменьшается и V_F. Это соответствует кривой MPP, что естественным образом обеспечивает отслеживание.

Солнечные дневные лампы отличаются простотой, дешевизной и большим сроком службы, что делает их идеальными для многих жилых, коммерческих и промышленных приложений. Они также могут сделать свет доступным для семей с низким доходом и сельских общин, не имеющих надежного электричества. Еще больше упростить конструкцию и снизить ее стоимость может использование специальных микросхем, позволяющих сделать простой активный ограничитель тока.

Ссылки

1. Simple Solar Day Lamp which lasts for 15 years, Instructables
2. High Power Solar Day Lamp, Instructables
3. Add-on LEDs for Solar Day Lamp, Instructables
4. Солнечная панель питает «дневную лампу» и УКВ приемник

Материалы по теме

1. Datasheet ON Semiconductor BC546
2. Datasheet STMicroelectronics TIP31C

Хорошие и плохие схемы включения светодиодов

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, светодиод является прибором токовым, 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.

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.

Смотрите также из ранее опубликованного на сайте: Как подключить светодиод к осветительной сети

Ограничительные резисторы это, конечно, хорошо. Но только тогда, когда известно, что вот эта гирлянда будет питаться от стабилизированного источника 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.

Рисунок 14. 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.

• Лупа с подсветкой: переходим на светодиоды
• Как подключить светодиод к осветительной сети
• Регулирование яркости светодиодов, принципы ШИМ-регулирования

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Практическая электроника, Все про светодиоды

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Как снизить напряжение на светодиоды с 5в до 3,5в?

купил клавиатуру с синей подсветкой — в ней 10 светодиодов на длинной планке — надо заменить их на другие светодиоды — но зная что ЮСБ выдаёт 5в не могу найти светодиоды на 5в — нашел только на 3,5в — вопрос: как можно понизить напряжение внутри клавиатуры? и как можно спаять светодиоды чтобы они не сгорели(читал где-то что они распределяют между собой вольтаж)?

• Вопрос задан более трёх лет назад
• 3833 просмотра

Комментировать
Решения вопроса 0
Ответы на вопрос 1

Посмотрите как у вас подключены диоды на планке, возможно там уже стоят резисторы или они включены по другой схеме.

Правильно каждый из светодиодов включать через собственный токоограничивающий резистор — на 10 диодов 10 резисторов. Сопротивление можно рассчитать используя любой калькулятор или по формуле закона Ома. В простых конструкциях встречается параллельное соединение светодиодов с общим ограничителем тока (резистором), но из за разброса параметров диодов токи через них также будут различаться и могут превысить допустимые. Но если уменьшить общий ток раза в 1,5-2 от номинального конструкция прослужит дольше.

Ответ написан более трёх лет назад
Комментировать
Нравится Комментировать
Ваш ответ на вопрос

Войдите, чтобы написать ответ

• Электроника
• +2 ещё

Почему не делают белые светильники без люминофора на основе RGB?

• 2 подписчика
• 23 янв.
• 175 просмотров