Правильное подключение светодиодов

Преимущества светодиодов

Люминесцентные (энергосберегающие, как их еще называют) лампы — это газоразрядные конструкции, которые за короткий срок вытеснили привычные лампы накаливания благодаря своей экономичности и долговечности. Теперь их превосходство заканчивается благодаря появлению светодиодных образцов. Изначально они появились практически одновременно с энергосберегающими, но разница в цене какое-то время ограничивала их применение.


Люминесцентные виды — это современная модификация всем знакомых ламп дневного света. Они имеют недостатки:

  • внутри колбы присутствует небольшое количество вредной ртути;
  • запуск люминесцентных ламп возможен только с ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат);
  • при работе происходит мерцание, заметное невооруженным глазом, вредное и в некоторых ситуациях опасное;
  • утилизация вышедших из строя ламп производится только специализированными организациями;
  • во время работы светильник может издавать звук;
  • цветопередача энергосберегающих устройств не качественная, свет имеет мертвенный, неестественный оттенок.

Светодиодные конструкции лишены этих недостатков полностью. Лед-светильник обладает следующими преимуществами:

  • полная экологическая безопасность;
  • ровный, не мигающий свет;
  • лампа включается мгновенно, без задержек;
  • широкий выбор цвета свечения, от холодного синего до теплого красного;
  • прочная колба, устойчивая к внешним воздействиям.

Как только цены на светодиодные лампы снизились до приемлемого значения, пользователи активно начали производить замену на этот тип светильников.

Пульсация

Пульсация наблюдается у светодиодов, оснащенных драйвером низкого качества. Чаще всего для нормального функционирования не достаточно емкости встроенного конденсатора.

Как уменьшить пульсацию

Для снижения пульсации теоретически можно запитать диод от мощного конденсатора-накопителя (емкость от 100 мкф). Но он дорогой и обладает сравнительно большими размерами. При его замене резистором одновременно с пульсацией снижается уровень освещенности и КПД. Плюс – продление срока службы светодиода.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Накопитель заряда для сглаживания пульсаций чаще всего электролитический, обладающий большой емкостью.

Для расчета емкости используется формула: C=4.45*I/U-UД, где:

  • I – ток, проходящий через диод (а миллиамперах);
  • U=310 В (амплитудное напряжение электросети);
  • UД – снижение напряжения в светодиодной лампе.

Как подключить точечные светильники

Одним из самых распространенных типов светодиодных светильников, устанавливаемых на потолочную поверхность, являются точечные модели. Их монтаж может осуществляться несколькими методами:

  1. Подвесным.
  2. Накладным.
  3. Встраиваемым.

Первые два варианта лучше всего подходят, когда потолок в помещении выполнен из труднообрабатываемого монолитного материала, например, железобетона. Встраиваемый, напротив, идеален для натяжной или подвесной конструкции.

В зависимости от материала потолочной поверхности, его особенностей и толщины применяются следующие способы монтажа светодиодных светильников:

  1. Для плит-перекрытий на монолитной железобетонной основе – крепежная проволоки, крюки и скобы. Подходит для навесного монтажа светильника. Фиксация приспособления в материал осуществляется посредством специальных анкеров и дюбелей.
  2. Для основания небольшого сечения – фиксирующие элементы с закреплением на внешней стороне. Чтобы подвесить светильник, потолок просверливается насквозь, в отверстие вставляются крюки с упорными пластинами или болты с аналогичными шайбами (где это возможно).
  3. Для деревянных плоскостей – крюк с резьбой.
  4. Для подвесных вариантов – система монтажных переходников, расположенных под материалом (гипсокартоном, ПВХ-панелями или пленками и тканями).

Как правило, точечные светильники устанавливают не по одному, а сразу в цепочку в соответствии со схемой:

При выборе варианта монтажа в подвесной или натяжной потолок прежде всего устанавливается проводка, драйвера и управляющая аппаратура в местах с хорошей вентиляцией. Затем в соответствии с расположением монтажных переходников и отверстий под светодиодные светильники подвешивается и сам материал. После этого устанавливаются приборы освещения.

Как выбрать нужный драйвер?

Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:

  1. выходной ток;
  2. максимальное выходное напряжение;
  3. минимальное выходное напряжение.

Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов — это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.

Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для фитолампы:

Номинальный ток этих диодов — 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.

Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3. 4 вольта. Берем по-максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер должен быть в состоянии выдать не менее 40 вольт.

Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).

Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.

Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:


Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.

Примеры драйверов, идеально совместимых с различными типами светодиодов, приведены в таблице:

Светодиоды Какой нужен драйвер
60 мА, 0.2 Вт (smd 5050, 2835) см. схему на TL431
150мА, 0.5Вт (smd 2835, 5630, 5730) драйвер 150mA, 9-34V (можно одновременно подключить от 3 до 10 светодиодов)
300 мА, 1 Вт (smd 3528, 3535, 5730-1, LED 1W) драйверы 300мА, 3-64V (на 1-24 последовательно включенных светодиода)
700 мА, 3 Вт (led 3W, фитосветодиоды) драйвер 700мА (для 6-10 светодиодов)
3000 мА, 10 Ватт (XML2 T6) драйвер 3A, 21-34V (на 7-10 светодиодов) или см. схему

Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.

Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.

Подключение светодиода к источнику питания 12 В может быть осуществлено несколькими способами. Первым вариантом решения задачи является увеличение последовательно соединенных светодиодов в цепи. Второй способ связан с применением токоограничивающего резистора.

Принципы подключения

Светоизлучающие диоды активно применяются в подсветке, индикации

Своими руками можно создать устройства, поэтому важно знать, как производить соединение светодиодов

К основным способам подключения относятся:

  • параллельное;
  • последовательное;
  • комбинированное.

Основные причины выхода из строя светодиодных цепочек:

  • неправильное соединение;
  • некачественные диоды или блоки питания.

Конструкция излучающего диода подразумевает его подключение к источнику постоянного тока

При соединении важно соблюдать полярность компонента – если перепутать катод и анод, диод не будет излучать световой поток

Полярность

Определить, какой из электродов является плюсом, а какой – минусом, можно несколькими способами.

Первый – конструктивно. Обычный LED компонент имеет две ножки, длинная является плюсом (анодом), а короткая – катодом.

При помощи тестера. Для этого нужно взять мультиметр, перевести его в положение «Прозвонка» и прикладывать щупы к электродам. Когда красный щуп коснется анода, а черный катода – светодиод загорится. Если при перестановке на шкале высвечивается и не меняется «бесконечное» сопротивление, есть неполадка с элементом. Так что мультитестер используется и для проверки работоспособности излучающих приборов.

Визуальный осмотр. Можно посмотреть внутрь колбы. Широкая часть – это катод, а узкая – анод. Мощные светодиоды сверхъяркого типа имеют маркировку выводов «+» и «–». Компоненты для поверхностного монтажа обычно имеют специальный скос, который указывает на катод.

Включение в источник питания. Диод можно подключить к аккумулятору, батарее или другому блоку. Нужно постепенно повышать электропитание, которое вызовет свечение. Если компонент не горит, полярность следует поменять. Собирается такая схема проверки обязательно с использованием токоограничивающего резистора.

По технической документации. В паспорте прибора будет написано, какая полярность.

После определения плюса и минуса электродов нужно разобраться с методом подсоединения.

Сколько диодов можно подключить к сети с напряжением 12 В

Возникает вопрос, сколько светодиодов можно включить в такую схему, чтобы мощность не тратилась на тепло. На самом деле много. Из какого-то количества диодов создаются последовательные цепочки, которые подключаются к одному гасящему вольтаж элементу.

Для расчета сопротивления используется формула: R=(Uпит. – nUд)/Iд, где n- количество ламп.

Для подключения к аккумулятору в авто целесообразно использовать цепочки из 3-х элементов (или количества, кратного трем: 6, 9, 12). На трех диодах вольтаж упадет на 10,5 В (в среднем), резистору достанется 1,5 В.

Чтобы подключить 4 элемента, их нужно сгруппировать по парам, каждую из них запитать через резистор и соединить параллельно.

Как подключить светодиод к 12 вольтам

Подключать светодиод напрямую к 12 вольт — запрещено, он сгорит в долю секунды.  Необходимо использовать ограничительный резистор (сопротивление). Размерность резистора высчитывается по формуле:


R= (Uпит-Uпад)/0,75I,

где  R –величина сопротивления резистора;

Uпит и Uпад – напряжение питания и падающее;

I – проходящий ток.

0.75 — коэффициент надёжности для светодиода (величина постоянная)

Для большей ясности, рассмотрим на примере подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору 12 вольт.

В данном случае:

  • Uпит — 12 вольт (напряжение в авто аккумуляторе)
  • Uпад — 2,2 вольта (напряжение питания светодиода)
  • I — 10 мА или 0,01 А (ток  одного светодиода)

По вышеуказанной формуле, получим R=(12-2.2)/0.75*0.01 = 1306 Ом или 1,306 кОм

Ближайшее стандартное значение резистора — 1,3 килоОм

Это еще не всё. Требуется вычислить требуемую минимальную мощность резистора.

Но для начала определим фактический ток I (он может отличаться от указанного выше)

Формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет)

где:

Rсвет — Сопротивление светодиода:

Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом,

из этого следует, что ток в цепи

I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А

Фактическое падение напряжения светодиода будет равно:

 Uпад.свет = Rсвет * I = 220 * 0,007 = 1,54 В

И наконец, мощность равна:

P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт).

Следует взять чуть больше мощности стандартной величины. В данном случае лучше подойдет 0,125 Вт.

Итак, чтобы правильно подключить один светодиод к 12 вольтам, (авто аккумулятор) потребуется в цепь вставить резистор, сопротивлением 1,3 кОм и мощностью 0,125 Вт.


Резистор можно присоединять к любой ноге светодиода.

Разновидности блоков питания для светодиодов

Большая часть светодиодных лент и отдельных лед-ламп требуют для питания пониженного постоянного тока – далеко не все могут работать напрямую от сети 220 В. Предназначенные для них блоки питания разделяются по нескольким основным параметрам:

  1. Номинальному напряжению на выходе.
  2. Мощности.
  3. Степени герметичности и материалу.
  4. Типу электропреобразования (трансформаторные и импульсные).

Наибольшее распространение по первому признаку получили блоки питания на 12 В, хотя существуют модификации на 24, 48, 36 и 5 вольт. При выборе подобного устройства для светодиодов, установленных в конкретных условиях, большое значение имеет его внешнее исполнение, уровень защиты, материала и исполнение корпуса.

По этим параметрам модули разделяются на следующие виды:

  1. Не защищенный (открытый). Его корпус выполнен в форме отдельных ячеек-пустот и полностью пропускает воздух к компонентам. Поэтому его можно ставить только в помещения с низкой влажностью – спальни, гостиные, детские, прихожие, лестницы. Уровень защиты — IP20. Плюсы – низкая цена, лучшее естественное охлаждение, долговечность, высокая мощность. Минусы – большие габариты, сложность скрытого монтажа и невозможность установки на улицу и во влажном помещении.
  2. Герметичный. Все компоненты устройства (микросхема) закрыты в полностью водонепроницаемом корпусе. Существуют модели как в пластиковом, так и в алюминиевом исполнении. Преимущество первых в легком весе и компактности, недостаток – в ограниченной мощности (не больше 75 ватт) и плохом охлаждении. Поэтому для схемы светодиодов на 100 и более Вт лучше использовать экземпляры из алюминиевого сплава – лучше отдающих тепло в окружающее пространство. Кроме того, дюралевые изделия более прочны, хотя и более тяжелы, и громоздки. Герметичные блоки питания можно устанавливать на улицу и в любое влажное помещение – ванную, кухню, баню, бассейн. Степень их влагозащиты — IP67.
  3. Полугерметичные. Это усредненный вариант между моделями первого и второго типа. Блок питания имеет металлический или пластмассовый корпус со снимаемой крышкой. Внутри его установлен вентилятор для охлаждения (независимо от мощности). Отверстия в корпусе сделаны так, чтобы капли дождя или конденсата не проникали внутрь. Тем не менее, его не рекомендуется устанавливать под открытое небо. Степень защит от воды — IP54. Кроме того, устройства отличаются повышенным шумом во время работы, что может снижать комфорт пребывания рядом с ними. Поэтому их лучше устанавливать в нежилых помещениях.

Как определить полярность светодиода?

Самостоятельное определение светодиодной полярности осуществляется несколькими несложными методами:

  • посредством измерений;
  • по результатам визуальной оценки;
  • при подключении к источнику питания;
  • в процессе ознакомления с технической документацией.

К числу самых распространенных вариантов определения полярности светоизлучающих диодов относятся первые три способа, которые должны выполняться с соблюдением стандартной технологии.

Использование тестирующих устройств

С целью максимально точного определения светодиодной полярности, щупы мультиметра подключаются непосредственно к диоду, после чего отслеживаются показания тестера. При высвечивании на шкале «бесконечного» сопротивления, провода щупов меняются местами.

Если тестер показывает какие-либо показатели конечного значения в условиях замеров сопротивления проверяемых светоизлучающих диодов, то можно быть уверенным в подключении прибора с соблюдением вида полярности, а данные о расположении «плюса» и «минуса» являются точными.

Проверка светодиодов мультиметром

Наиболее удобно выполнять замеры мультиметром цифрового типа, имеющим оптимальные показатели разрядности шкалы на дисплее.

Визуальное определение полярности

Несмотря на множество существующих в настоящее время видов конструкций светодиодного оборудования, наиболее широкое распространение получили излучающие свет диоды, заключенные в цилиндрический корпус D от 3,5 мм.

Наиболее мощные диоды сверх яркого типа обладают планарными плоскими выводами, промаркированными «+» и «-».

Устройства в цилиндрическом корпусе имеют внутри пару электродов, отличающихся площадью. Именно катодная часть светоизлучающих диодов отличается большей электродной площадью и наличием характерного скоса на «юбке».

Светодиоды, применяемые в поверхностном монтаже, обладают специальным скосом или «ключом», указывающим на катод или минусовую полярность.

Подключение к источнику питания

Передача питания от элементов с постоянным напряжением — один из самых наглядных вариантов определения диодной полярности, требующий использования специального блока с поступательным регулированием напряжения, или традиционной аккумуляторной батареи. После подключения, постепенно повышаются показатели напряжения, что вызывает свечение светодиода и свидетельствует о правильном определении полярности.

Подключение диодов к питанию

Чтобы проверить работоспособность светового диода, в обязательном порядке подключается резистор токоограничивающего типа с сопротивлением от 680 Ом.


С этим читают