Gc-helper.ru

ГК Хелпер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Максимальный импульсный ток светодиода

Правильное питание – залог здоровья светодиодов

Светоизлучающему диоду, как и человеку, необходимо питаться правильно. Только в этом случае он гарантирует многолетнюю и безотказную работу. Светодиоды имеют нелинейную вольтамперную характеристику, схожую с обычным диодом. Поэтому их питание должно осуществляться стабильным током – это один из ключевых принципов. Если его не соблюдать, последствия для светодиодов могут быть самые плачевные.

Чтобы определить, какая схема питания будет оптимальной в том или ином случае, необходимо для начала узнать исходные данные:

  • параметры светодиода, нормируемые производителем;
  • параметры питающей сети (сеть 220 В, аккумулятор, батарейки или что-то другое).

Параметры светодиода

Самые важные параметры – это номинальный и максимальный ток. При номинальном обычно нормируются световые характеристики – сила света в канделах или световой поток в люменах. Максимальный ток – это предельное значение, при котором можно эксплуатировать данный прибор. Значения этих параметров в современных однокристальных приборах варьируются от нескольких мА до 3 А.

Прямое падение напряжения – напряжение питания светодиодов, которое падает на p-n-переходе при номинальном токе. Его значение пригодиться при расчете выходных параметров источника питания.

Максимальная температура корпуса и p-n-перехода, максимальное обратное напряжение — параметры тоже важные, но в случаях, когда соблюдаются токовые режимы и схема не предусматривает обратного включения, на них можно не обращать внимания.

Параметры питающей сети

При изготовлении любого устройства своими руками, необходимо определить параметры источника, который будет осуществлять питание светодиодов. Сеть 220 В, автомобильный аккумулятор на напряжение 12 В или простые батарейки – в любом случае необходимо определить диапазон питающего напряжения, то есть минимальное и максимальное его значение. На сеть 220 В дается (но не всегда соблюдается) допуск ±10%. Для аккумулятора берется в расчет напряжение при полной зарядке и в разряженном состоянии. С батарейками и так всё понятно.

В случае с автономными источниками питания важно также узнать их емкость и максимальный выходной ток.

Простейшая схема

Пусть стоит задача сделать своими руками примитивный светодиодный фонарик, питающийся от одной батарейки. Возьмем, к примеру, светодиод C503C (CREE) с номинальным током ILED=20 мА и падением напряжения ULED =3,2 В.

В качестве источника питания используем литиевую батарейку на 3,7В (если использовать пальчиковые батарейки, то одной не обойдешься).

Если включать светодиод напрямую, то сила тока через светодиод будет ограничиваться только внутренним сопротивлением батарейки, что в лучшем случае будет приводить к очень быстрому ее разряду, а в худшем к выходу из строя светодиода. Простейшая схема включения показана на рисунке ниже.

Для ограничения тока используется резистор, сопротивление которого определяется по формуле R=(UБ-ULED)/ ILED. В нашем случае сопротивление составит 25 Ом.

При увеличении мощности диода, схема будет усложняться, т.к. при больших токах применять резистор нецелесообразно – слишком большие потери мощности. Если напряжение питания имеет большой диапазон, эта схема тоже не годится, потому что не обеспечивает стабилизацию тока.

Развиваем тему

Питание мощных светодиодов осуществляется с применением стабилизаторов тока – драйверов. Они могут быть выполнены как на основе дискретных компонентов, так и с применением специализированных микросхем. Драйвер можно приобрести в готовом виде, а можно изготовить своими руками – это не сложно, учитывая, что схем и рекомендаций в интернете с избытком.

Еще один важный момент организации питания полупроводниковых источников света: при объединении светодиодов в группы, рекомендуется их последовательное соединение. Это обусловлено тем, что падение напряжения на p-n-переходе имеет определенный разброс от прибора к прибору, и при параллельном включении токи через них будут отличаться.

Питание светодиодов от 220 В сети , организуется с помощью так называемых сетевых драйверов. По сути, это импульсные источники питания для светодиодов, они преобразуют сетевое напряжение в стабильный постоянный ток. Изготавливать такой источник своими руками – довольно сложно, если вы не специалист в этой области, а учитывая широкую номенклатуру, представленную на современном рынке еще и нецелесообразно.

Светодиодная схема — LED circuit — Wikipedia

В электроника, Светодиодная схема или же Светодиодный драйвер является электрические схема используется для питания светодиод (ВЕЛ). Схема должна обеспечивать достаточный ток для включения светодиода с требуемой яркостью, но должна ограничивать ток, чтобы предотвратить повреждение светодиода. В падение напряжения через светодиод примерно постоянен в широком диапазоне рабочего тока; поэтому небольшое увеличение приложенного напряжения значительно увеличивает ток. Для индикаторных светодиодов малой мощности используются очень простые схемы. Более сложный, Источник тока схемы необходимы при включении мощных светодиодов для освещения, чтобы добиться правильного регулирования тока.

Содержание

  • 1 Базовая схема
  • 2 Рекомендации по источникам питания
  • 3 Драйверы MOSFET
  • 4 Последовательный резистор
  • 5 Светодиодные матрицы
  • 6 Светодиодный дисплей
  • 7 Полярность
  • 8 Импульсный режим
  • 9 Светодиод как датчик света
  • 10 Смотрите также
  • 11 Рекомендации

Базовая схема

Самая простая схема для управления светодиодом — через последовательный резистор. Он обычно используется для индикаторов и цифровых дисплеев во многих бытовых приборах. Однако эта схема не является энергоэффективной, поскольку энергия рассеивается в резисторе в виде тепла.

У светодиода падение напряжения указано при предполагаемом рабочем токе. Закон Ома и Законы цепи Кирхгофа используются для расчета соответствующего номинала резистора путем вычитания падения напряжения светодиода из напряжения питания и деления на желаемый рабочий ток. При достаточно высоком напряжении питания несколько последовательно включенных светодиодов могут получать питание от одного резистора.

Если напряжение питания близко или равно прямому напряжению светодиода, то разумное значение для резистора не может быть рассчитано, поэтому используется другой метод ограничения тока.

Рекомендации по источникам питания

Вольт-амперные характеристики светодиода аналогичны любым диод. Текущий примерно экспоненциальная функция напряжения согласно Уравнение диода Шокли, и небольшое изменение напряжения может привести к большому изменению тока. Если напряжение ниже или равно пороговому значению, ток не течет, и в результате светодиод не горит. Если напряжение слишком высокое, ток превысит максимальный номинал, что приведет к перегреву и потенциально разрушению светодиода.

По мере нагрева светодиода падение напряжения на нем уменьшается (уменьшение ширины запрещенной зоны). [1] ). Это может способствовать увеличению тока.

Драйверы MOSFET

Активный регулятор постоянного тока обычно используется для светодиодов высокой мощности, стабилизируя светоотдачу в широком диапазоне входных напряжений, что может увеличить срок службы батарей. Активный постоянный ток обычно регулируется с помощью режим истощения МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), который является простейшим ограничителем тока. [2] Низкий отсев (LDO) регуляторы постоянного тока также позволяют общему напряжению светодиода быть более высокой долей напряжения источника питания.

Импульсные источники питания используются в Светодиодные фонарики и домашнее хозяйство Светодиодные лампы. Силовые МОП-транзисторы обычно используются для переключения драйверов светодиодов, что является эффективным решением для управления светодиодами высокой яркости. Мощность Интегральная схема (IC) микросхемы, такие как Supertex HV9910B, широко используются для непосредственного управления полевыми МОП-транзисторами без необходимости в дополнительных схемах. [2] Эти микросхемы Supertex IC на основе MOSFET являются наиболее распространенными драйверами светодиодов для твердотельное освещение со светодиодными лампами. В 2008 году они использовались для управления твердотельным освещением в Пекинский национальный центр водных видов спорта вовремя Летние Олимпийские игры 2008 года. [3]

Последовательный резистор

Серии резисторы представляют собой простой способ стабилизировать ток светодиода, но энергия теряется в резисторе.

Миниатюрные светодиодные индикаторы обычно питаются от постоянного тока низкого напряжения через токоограничивающий резистор. Обычны токи 2 мА, 10 мА и 20 мА. Индикаторы Sub-mA могут быть получены путем включения сверхярких светодиодов при очень низком токе. КПД имеет тенденцию к снижению при малых токах, [4] но индикаторы, работающие на 100 мкА, все еще практичны.

В монетная ячейка загорается светодиодный брелок с питанием, сопротивление самой ячейки обычно является единственным устройством ограничения тока.

Доступны светодиоды со встроенными последовательными резисторами. Это может спасти печатная плата пространство, и особенно полезны при строительстве прототипы или заполнение печатной платы способом, отличным от задуманного разработчиками. Однако номинал резистора устанавливается во время изготовления, что устраняет один из ключевых методов настройки яркости светодиода.

Значение последовательного сопротивления можно получить из Закон Ома, учитывая, что напряжение питания смещено падением напряжения на диоде, которое мало изменяется в диапазоне полезных токов:

р = V п о ш е р − V л е d − V s ш я т c час я л е d < displaystyle R = -V_ -V_ over I_ >>

р < displaystyle R> сопротивление в Ом, обычно округляется до следующего более высокого номинал резистора. V п о ш е р < displaystyle V_ <мощность>> напряжение источника питания в вольт, например 9-вольтовый аккумулятор. V л е d < displaystyle V_ > прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах, показанное как V ж < displaystyle V_ > на светодиодах. Обычно прямое напряжение светодиода составляет от 1,8 до 3,3 В. Он зависит от цвета светодиода. Красный светодиод обычно падает примерно от 1,7 до 2,0 вольт, но поскольку падение напряжения и частота света увеличиваются с запрещенная зона, синий светодиод может упасть примерно от 3 до 3,3 вольт. V s ш я т c час < displaystyle V_ > это падение напряжения на переключателе в вольтах: (A) для отсутствия переключателя используйте 0 вольт, (B) для механического переключателя используйте 0 вольт, (C) для БЮТ транзистор, использовать V C E ( s а т ) < displaystyle V_ > Напряжение насыщения коллектор-эмиттер из таблицы данных транзистора. я л е d < displaystyle I_ > желаемый ток светодиода в усилители. Максимальный ток указан в технических характеристиках светодиодов, например, 20 мА (0,020 А) является обычным для многих небольших светодиодов. Во многих схемах светодиоды работают с током, меньшим рекомендованного максимального значения, для экономии энергии, для разрешения использования резистора стандартного номинала или для уменьшения яркости.

Светодиодные матрицы

Строки из нескольких светодиодов обычно подключены последовательно. В одной конфигурации напряжение источника должно быть больше или равно сумме напряжений отдельных светодиодов; Обычно напряжения на светодиодах составляют около двух третей напряжения питания. Для каждой цепочки можно использовать один токоограничивающий резистор.

Параллельный операция также возможна, но может быть более проблематичной. Параллельные светодиоды должны иметь точно согласованное прямое напряжение (Vж), чтобы иметь аналогичные токи ответвления и, следовательно, аналогичный световой поток. Изменения в производственном процессе могут затруднить получение удовлетворительной работы при параллельном подключении некоторых типов светодиодов. [5]

Светодиодный дисплей

Светодиоды часто расположены таким образом, что каждый светодиод (или каждую цепочку светодиодов) можно индивидуально включать и выключать.

Прямой привод — это самый простой для понимания подход — он использует множество независимых однолинейных (или однорядных) схем. Например, человек может спроектировать схему цифровые часы таким образом, что когда часы показывают «12:34» на семисегментный дисплей, часы будут включать соответствующие сегменты напрямую и оставлять их включенными до тех пор, пока не потребуется отобразить что-нибудь еще.

Читать еще:  Ток есть а света нет

Тем не мение, мультиплексный дисплей методы используются чаще, чем прямой привод, потому что они имеют более низкие чистые затраты на оборудование. Например, большинство людей, разрабатывающих цифровые часы, проектируют их так, что, когда часы показывают «12:34» на семисегментный дисплей, в любой момент часы включают соответствующие сегменты одной из цифр — все остальные цифры темные. Часы сканируют цифры достаточно быстро, чтобы создать иллюзию, что они «постоянно» отображают «12:34» в течение всей минуты. Однако каждый «включенный» сегмент на самом деле быстро включается и выключается много раз в секунду.

Расширением этой техники является Чарлиплексинг где способность некоторых микроконтроллеры к три государства их выходные контакты означают, что можно управлять большим количеством светодиодов без использования защелок. Для N контактов можно вбить n 2 -n светодиодов.

Использование Интегральная схема технология управления светодиодами появилась в конце 1960-х годов. В 1969 г. Hewlett Packard представила числовой индикатор HP Model 5082-7000, ранний Светодиодный дисплей и первое светодиодное устройство, использующее технологию интегральных схем. Его разработкой руководили Говард С. Борден, Джеральд П. Пигини и египетский инженер. Мохамед М. Аталла, в HP Associates и Лаборатория HP, который занимался исследования и разработки (НИОКР) по практическим светодиодам в период с 1962 по 1968 год. [6] Это был первый интеллектуальный светодиодный дисплей, совершивший революцию в цифровой дисплей технологии, заменяющие Трубка Nixie и стать основой для более поздних светодиодных дисплеев. [7]

Полярность

В отличие от лампы накаливания, которые светятся независимо от электрического полярность, Светодиоды будет гореть только при правильной полярности. Когда напряжение на p-n переход в правильном направлении, течет значительный ток, и устройство называется смещен в прямом направлении. Если напряжение неправильной полярности, устройство считается неисправным. обратный смещенный, течет очень слабый ток и не излучается свет. Светодиоды могут работать от переменный ток напряжение, но они будут гореть только при положительном напряжении, в результате чего светодиод будет включаться и выключаться с частотой переменного тока.

Большинство светодиодов имеют низкий реверс напряжение пробоя номиналы, поэтому они также будут повреждены приложенным обратным напряжением выше этого порога. Причина повреждения — перегрузка по току в результате пробоя диода, а не само напряжение. Светодиоды, питаемые непосредственно от источника переменного тока, напряжение которого превышает обратное напряжение пробоя, можно защитить, поместив диод (или другой светодиод) в обратная параллель.

Производитель обычно советует, как определить полярность светодиода в техническом описании продукта. Однако нет стандартизации маркировки полярности для поверхностный монтаж устройств. [8] [9]

Импульсный режим

Многие системы включают и выключают светодиоды, периодически или периодически подавая питание. Пока частота мерцания больше, чем у человека порог слияния мерцания, а светодиод неподвижен относительно глаза, светодиод будет гореть постоянно. Изменение соотношения включения / выключения импульсов известно как широтно-импульсная модуляция. В некоторых случаях драйверы на основе ШИМ более эффективны, чем драйверы постоянного тока или постоянного напряжения. [4] [10] [11]

В большинстве технических паспортов светодиодов указан максимальный постоянный ток, безопасный для непрерывной работы. Часто они указывают более высокий максимальный импульсный ток, который безопасен для коротких импульсов, пока контроллер светодиодов поддерживает достаточно короткий импульс, а затем отключает питание светодиода на время, достаточное для охлаждения светодиода.

Светодиод как датчик света

Помимо излучения, светодиод может использоваться как фотодиод в свет обнаружение. Эта возможность может использоваться в различных приложениях, включая окружающий свет обнаружение и двунаправленная связь. [12] [13] [14]

Как фотодиод, светодиод чувствителен к длинам волн, равных или короче преобладающей длины волны, которую он излучает. Например, зеленый светодиод чувствителен к синему свету и некоторому зеленому свету, но не к желтому или красному свету.

Эта реализация светодиодов может быть добавлена ​​в конструкции только с небольшими изменениями в схемах. [12] Светодиод может быть мультиплексированный в такой схеме, чтобы ее можно было использовать как для излучения, так и для измерения в разное время. [12] [14]

Виды и технические характеристики светодиодов

Изначально светодиоды использовались в качестве индикаторов или в небольших устройствах. Например, в гирляндах или выключателях как подсветка. Современные приборы способны полностью заменить привычные лампы в домашних, уличных условиях, в промышленности, офисах. Чтобы сделать оптимальный выбор, необходимо ознакомиться с основными моментами перед покупкой.

  1. Классификация светодиодов по их области применения
  2. Индикаторные светодиоды
  3. Осветительные светодиоды
  4. Преимущества и недостатки
  5. Основные характеристики
  6. Ток потребления светодиода
  7. Номинальное напряжение
  8. Сопротивление световых диодов
  9. Светоотдача и угол свечения
  10. Мощность светодиодных ламп
  11. Цветовая температура
  12. Размер чипа LED-элемента
  13. Проверка светодиода с помощью мультиметра
  14. Цветовая маркировка световых диодов

Классификация светодиодов по их области применения

Изначально светодиоды применялись в качестве индикаторов

Элементы led-освещения различаются по области их применения. Основные типы светодиодов: индикаторные и осветительные. Устройства не одинаковы, каждые имеют свои отличительные особенности и технические параметры.

Индикаторные светодиоды

Первый LED-светильник появился в середине прошлого века. Прибор имел тусклое красноватое свечение, небольшую энергетическую эффективность. Несмотря на недостатки, разработки в данном направлении были продолжены. Спустя 20 лет появились варианты с желтым и зеленым оттенком. К началу 90-х сила светового потока достигла 1 Люмена. К началу 2000-х значение достигло уровня 100 Люменов.

В 1993 году японские инженеры представили светодиод синего цвета. Свет устройства стал значительно ярче предшественников. С этого момента на рынке стали появляться устройства с разным свечением – сочетание синего, зеленого, желтого и красного позволяют создавать любой цвет и оттенок.

В настоящее время разработки продолжаются. Появляются новые виды светодиодов. При этом сохраняется низковольтное потребление при увеличении силы светового потока.

Осветительные светодиоды

Первые модели с низкой светимостью (DIP) были пригодны для индикаторной работы (например, в темноте виден выключатель – горит небольшой красный светодиод). Современные устройства позволяют освещать значительные площади – бытовые и промышленные помещения. Мощность светодиода выросла – LED-прибор для фонарика с показателем 3Вт аналогичен лампе накаливания на 25-30Вт. Потребление электроэнергии меньше примерно в 10 раз.

Такие светодиоды получили название осветительные благодаря основной области применения. Используются в лентах, фарах, лампах, других изделиях. Изготавливаются в отдельных корпусах, которые допускают поверхностный монтаж.

Основное отличие – выдают только белый свет холодного или теплого оттенков. Классификация:

  • SMD – популярны модели с рассеивающим элементом на 100-130°; подложка для лампы из меди или алюминия, не нагреваются;
  • СОВ – более мощные, сверхъяркие, состоят из множества небольших кристаллов, угол рассеивания значительный;
  • Filament – обладают самым низким КПД (в сравнении с SMD), часто используются как декоративные элементы, изготавливаются различных размеров и форм.

Исходя из назначения и параметров помещения, выбирают оптимальный вариант. Характеристики осветительных устройств указаны на упаковке и в технической документации.

Преимущества и недостатки

Все больше пользователей стремятся заменить устаревшие лампы накаливания на современные модели ЛЕД-светильников. Основные плюсы использования светодиодов:

  • экономия электроэнергии без ущерба для светового потока лампы;
  • прочные материалы корпуса и внутренних элементов: малая вероятность механических повреждений;
  • длительный срок использования: в несколько раз превышает аналогичный показатель лампочек Ильича;
  • размер: диоды компактны и достаточно мобильны;
  • высокая яркость;
  • безопасность: минимальное напряжение сети – 3-24В.

Из недостатков отмечают высокую стоимость и необходимость в постоянном напряжении. Цена на изделия постепенно снижается благодаря высокому покупательскому спросу.

Основные характеристики

Технические параметры светодиодов отличаются в зависимости от модели. Общими показателями являются:

  • потребляемый ток;
  • напряжение номинального характера (вольтаж изделия);
  • мощность затрачиваемой электроэнергии (вольтамперный график);
  • температура свечения;
  • светимость (уровень светового потока).

Существуют и другие характеристики, но к ним обращаются в редких случаях. Для бытового использования достаточно учитывать только данные параметры светодиодов.

Ток потребления светодиода

Показатель позволяет выяснить количество тока, потребляемого электрически прибором (светодиодом). Для устройств с одним действующим кристаллом достаточно значения 0,02А. Если количество больше, характеристика повышается кратно числу элементов. По данному параметру подбирают резистор (стабилизатор), который устанавливается на вводе.

Стабилизатор позволяет сохранить прибор в рабочем состоянии при падениях напряжения независимо от причины. Более того – колебания величины тока светодиода изменяет цветовую температуру света от теплого к более яркому, холодному. Если скачок напряжения значительный, без дополнительного резистора диод сгорит мгновенно.

Чтобы правильно подобрать стабилизатор для преобразования тока, можно использовать специальный онлайн-калькулятор.

Номинальное напряжение

Величина напряжения – это количество тока в проводнике на выходе. Для изготовления LED-светодиодов используют разные материалы, электрические характеристики которых напрямую влияют на уровень допустимого напряжения и цвет освещения. Благодаря такой зависимости можно узнать, на какое напряжение рассчитаны конкретные светодиоды даже «на глаз». Например, если свечение желтое или красное, напряжение находится в пределах 1,9-2,5 Вольт, синее – около 3 Вольт.

Показатели тока и напряжения светодиода должны соответствовать. В противном случае диоды либо быстро сгорят, либо не будут выдавать свет на заявленном уровне.

Чтобы узнать, на сколько Вольт светодиод, можно использовать мультиметр или определить по цвету свечения. Для первого способа понадобится мультиметр и резистор – на дисплее после сборки появится значение.

Сопротивление световых диодов

Итоговое сопротивление зависит от электрической цепи, в которую подключается элемент. Один и тот же светодиод может показывать разное значение. Например, на входном – около 1 кОм, на выходном – несколько МОм. Однако сопротивление не является линейной характеристикой. Показатель обратно пропорционален напряжению, которое подается к электросети. Чем выше напряжение питания светодиодов, тем ниже уровень сопротивления устройства.

Светоотдача и угол свечения

Сравнить уровень светоотдачи различных ламп достаточно сложно. Например, светодиод размером 5 мм отдает свет на 1-5 Лм, а лампа накаливания в 70 Вт – 750 Лм. Угол рассеивания подбирается, исходя из площади помещения. В коридоре достаточно диода на 30°, в комнате лучше использовать элементы на 90-120° или несколько одновременно. Максимальный угол LED-светильников составляет 120°. Наиболее освещенное место – центр, к периферии свет рассеивается.

Мощность светодиодных ламп

Мощность диода зависит от нескольких связанных показателей. Для светодиодов величина колеблется в пределах от 0,5 до 3 Вт. Рассчитывается по закону Ома: необходимо перемножить значения силы тока и напряжения. Также определяется и вольт-амперная характеристика (ВАХ) светодиода.

От уровня мощности и ВАХ светодиода зависит выбор блока питания устройства. Не допускается использовать несоответствующие элементы – лампы сгорят при чрезмерном уровне напряжения и подачи тока.

Цветовая температура

Данный показатель является схожим с характеристиками других осветительных приборов, особенно к светодиодным люминесцентным устройствам. Обозначение температуры светодиода указывается в К (Кельвинах), иногда на упаковках встречается соответствующая диаграмма – шкала, на которой диапазон указан цветом. Соответствие света и значения:

  • 2700-3000 – теплый, желтоватый;
  • 3500-4000 – дневной, нейтральный;
  • 5500-7000 – холодный, с синевой.
Читать еще:  Подключение одноклавишного выключателя света схема подключения

Представлены основные оттенки. На практике цветов значительно больше. Подбирают температуру исходя из назначения помещения, необходимого уровня комфорта и предпочтений пользователей. Например, в спальню рекомендуют устанавливать светильники с теплым светом, а в комнаты без окон – с естественным оттенком.

Размер чипа LED-элемента

При покупке узнать размер чипа можно только по информации на упаковке. Самостоятельно проверить правильность указанных данных не получится. Средние размеры устройств: 45×45 ml, 24×40 ml и 24×24 ml на 1Вт, 0,75Вт и 0,5Вт соответственно. В привычной системе измерения – 30х30 ml равны 0,76х0,76 мм. Вследствие небольшого размера узнать точные размеры можно, разобрав устройство полностью.

Количество чипов (кристаллов) разное, зависит от модели и разновидности светодиода. В цветных элементах (RGB), которые не содержат люминофорного покрытия, их число можно посчитать.

Проверка светодиода с помощью мультиметра

Проверка светодиодов мультиметром

Мультиметр – это специальный тестер для электротехнических изделий, объединяющий функции разных устройств. На внешней панели расположен переключатель и несколько положений, одно из них – для проверки светодиодов. Порядок действий:

  1. Включить прибор, установить нужный режим.
  2. Специальными щупами коснуться «ножек» светодиода (отходящих проводов).
  3. Если на экране появилась цифра 1 – сменить полярность, повторить касание щупами.
  4. Если появился звук и диод начал светиться – все исправно, если нет – светодиод нерабочий.

Когда заведомо известно, что LED-светильник исправен, но мультиметр показывает другое, нужно проверить правильность сборки схемы: положение тестера, соединение контактов. Если и в данном случае мультиметр показывает неисправность, из строя вышел резистор.

Цветовая маркировка световых диодов

С одной стороны, цветовая маркировка позволяет определить вид и характеристики светодиода, с другой – единых обозначений не существует. Каждый производитель использует свои значения. В России есть цветовая маркировка, но ее редко используют – список элементов из цифр и букв слишком большой, запомнить достаточно сложно, расшифровка неудобна для обычного покупателя.

Более простое буквенное обозначение принимают за общепринятое (неофициально). Используют в основном для светодиодных лент. Кроме общих характеристик указывают степень защиты элемента от проникновения мусора и влаги – IP и цифры от 0 до 6.

Чтобы выбрать хороший вариант для замены устаревших лампочек, необходимо выяснить, какие бывают светодиоды, и установить параметры подключаемой электрической сети: соответствие напряжения, силы тока, сопротивления.

Ориентироваться на стоимость нельзя – марки дешевых светодиодов часто имеют завышенные параметры, используют неустойчивые материалы.

Простые линейные стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания.

Но пульсации — это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят.

Чтобы этого не допустить, светодиоды (особенно мощные) обычно запитывают через специальные схемы — драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока. В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов (на транзисторах или распространенных микросхемах).

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:

На рисунке 1 представлена схема, работа которой основана на т.н. эмиттерном повторителе. Транзистор, включенный таким образом, стремится поддерживать напряжение на эмиттере в точности таким же, как и на базе (разница будет только в падении напряжения на переходе база-эмиттер). Таким образом, зафиксировав напряжение базы с помощью стабилитрона, мы получаем фиксированное напряжение на R1.

Далее, используя закон Ома, получаем ток эмиттера: Iэ = Uэ/R1. Ток эмиттера практически совпадает с током коллектора, а значит и с током через светодиоды.

Обычные диоды имеют очень слабую зависимость прямого напряжения от тока, поэтому возможно их применение вместо труднодоступных низковольтных стабилитронов. Вот два варианта схем для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2:

Ток через светодиоды задается подбором резистора R2. Резистор R1 выбирают таким образом, чтобы выйти на линейный участок ВАХ диодов (с учетом тока базы транзистора). Напряжение питания всей схемы должно быть не меньше, чем суммарное напряжение всех светодиодов плюс около 2-2.5 вольт сверху для устойчивой работы транзистора.

Например, если нужно получить ток 30 мА через 3 последовательно включенных светодиодов с прямым напряжением 3.1 В, то схему следует запитать напряжением не ниже 12 Вольт. При этом сопротивление резистора должно быть около 20 Ом, мощность рассеивания — 18 мВт. Транзистор следует подобрать с максимальным напряжением Uкэ не ниже напряжения питания, например, распространенный S9014 (n-p-n).

Сопротивление R1 будет зависеть от коэфф. усиления транзистора hfe и ВАХ диодов. Для S9014 и диодов 1N4148 достаточно будет 10 кОм.

Применим описанный стабилизатор для совершенствования одного из светодиодных светильников, описанного в этой статье. Улучшенная схема будет выглядеть так:

Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения. Это приводит к существенному продлению срока службы светодиодной лампы.

Из осциллограмм видно, что добавив в схему стабилизатор тока для светодиода на транзисторе и стабилитроне, мы тут же уменьшили амплитуду пульсаций в несколько раз:

При указанных на схеме номиналах, на транзисторе рассеивается мощность чуть больше 0.5 Вт, что позволяет обойтись без радиатора. Если емкость балластного конденсатора увеличить до 1.2 мкФ, то на транзисторе будет падать

23 Вольт, а мощность составит около 1 Вт. В этом случае без радиатора не обойтись, но зато пульсации понизятся чуть ли не до нуля.

Вместо указанного на схеме транзистора 2CS4544, можно взять 2SC2482 или аналогичный с током коллектора больше 100 мА и допустимым напряжением Uкэ не менее 300 В (подойдут, например, старые советские КТ940, КТ969).

Желаемый ток, как обычно, задается резистором R*. Стабилитрон рассчитан на напряжение 5.1 В и мощность 0.5 Вт. В качестве светодиодов применены распространенные smd-светодиоды из китайской лампочки (а еще лучше взять готовую лампу и добавить в нее недостающие компоненты).

Теперь рассмотрим схему, представленную на рисунке 2. Вот она отдельно:

Токовым датчиком здесь является резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле 0.6/Iнагр. При увеличении тока через светодиоды, транзистор VT2 начинает открываться сильнее, что приводит к более сильному запиранию транзистора VT1. Ток уменьшается. Таким образом происходит стабилизация выходного тока.

Достоинства схемы — ее простота. К недостатку можно записать довольно большое падение напряжения (а следовательно и мощности) на транзисторе VT1. Это не критично при небольших токах (десятки и сотни миллиампер), однако дальнейшее увеличение тока через светодиоды потребует установки этого транзистора на радиатор.

Также, вместо биполярного транзистора, можно применить p-канальный MOSFET. Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух 10-ваттных светодиодах и 40-ваттном IRF9510 в корпусе ТО-220 (см. характеристики):

Ток через светодиоды задается подбором резистора R1. VT1 — любой маломощный. Светодиоды — Cree XM-L T6 10W (см. спецификацию) или аналогичные.

Транзистор VT2 и светодиоды необходимо разместить на общем радиаторе, площадью не менее 900 см 2 (это если без принудительного охлаждения). Использование термопасты обязательно. Ребра радиатора должен быть толстым и массивным, чтобы максимально быстро отводить тепло. Оцинкованные профили для гипсокартона, консервные банки из-под селедки и крышки от кастрюль категорически не подходят.

Если такая мощность не нужна, можно сократить количество светодиодов до одного. Но при этом придется понизить напряжение питания на 3-3.5 вольта. Иначе потребляемая мощность останется прежней, транзистор будет греться в два раза сильнее, а светить будет в два раза хуже.

Для снижения мощности правильнее было бы оставить оба светодиода, но уменьшить ток, например, до 2А — тогда мощность упадет с 20 до 12 Вт, а срок жизни светодиодов многократно возрастет. И площадь радиатора можно будет уменьшить до 600 см 2 .

Вместо IRF9510 можно взять, например, IRF9Z34N (19А, 55В) или NDP6020P (24А, 20В). Смотрите сами, какие есть в вашем распоряжении. Если совсем ничего нет, самое время закупиться по дешевке:

наименованиехарактеристикицена
IRF9510P-channel, 100V, 4A209 руб. / 10 шт.
IRF9Z34NP-channel, 55V, 19A124 руб. / 10 шт.
NDP6020PP-channel, 20V, 24A120 руб. / 10 шт.
Cree XM-L T610W, 3A135 руб. / шт.

Ну а самая простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов на полевом транзисторе состоит всего лишь из одного транзистора с закороченным накоротко затвором и истоком:

Вместо КП303Е подойдет, например, BF245C или аналогичный со встроенным каналом. Принцип действия схож со схемой на рисунке 1, только в качестве эталонного напряжения используется потенциал «земли». Величина выходного тока определяется исключительно начальным током стока (берется из даташита) и практически не зависит от напряжения сток-исток Uси. Это хорошо видно из графика выходной характеристики:

На схеме на рисунке 3 в цепь истока добавлен резистор R1, задающий некоторое обратное смещение затвора и позволяющий таким образом изменить ток стока (а значит и ток нагрузки).

Пример самого простого драйвера тока для светодиода представлен ниже:

Здесь применен полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа BSS229. Точное значение выходного тока будет зависеть от характеристик конкретного экземпляра и сопротивления R1.

Это, в общем-то, все способы превратить транзистор в стабилизатор тока. Есть еще так называемое токовое зеркало, но применительно к светодиодным светильникам оно не подходит. Поэтому перейдем к микросхемам.

Стабилизаторы тока на микросхемах

Микросхемы позволяют добиться гораздо более высоких характеристик, чем транзисторы. Чаще всего для сборки стабилизатор тока для светодиодов своими руками используют прецизионные термостабильные источники опорного напряжения (TL431, LM317 и другие).

TL431

Типовая схема стабилизатора тока для светодиодов на TL431 выглядит так:

Так как микросхема ведет себя так, чтобы поддерживать на резисторе R2 фиксированное напряжение 2.5 В, то ток через этот резистор всегда будет равен 2.5/R2. А если пренебречь током базы, то можно считать, что I = IR2. И чем выше будет коэффициент усиления транзистора hfe, тем больше эти токи будут совпадать.

R1 рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить минимальный рабочий ток микросхемы — 1 мА.

А вот пример практического применения TL431 в светодиодной лампе:

На транзисторе падает около 20-30 В, рассеиваемая мощность составляет менее 1.5 Вт. Кроме указанного на схеме 2SC4544 можно применить более мощный BD711 или старый советский КТ940А. Транзисторы в корпусе TO-220 не требуют установки на радиатор до мощностей 1.5-2 Вт включительно.

Читать еще:  Узкие выключатели света legrand

Резистор R3 служит для ограничения импульса зарядки конденсатора при включении питания. Ток через нагрузку задается резистором R2.

В качестве нагрузки Rн здесь выступают 90 белых чип-светодиодов 2835. Максимальная мощность при токе 60 мА составляет 0.2 Вт (24Lm), падение напряжения — 3.2 В. Также можно применить любые другие подходящие светодиоды, например, SMD5050.

Для увеличение срока службы мощность диодов специально занижена на 20% (0.16 Вт, ток 45 мА), соответственно, суммарная мощность всех светодиодов составляет — 14 Вт.

Хотя я бы рекомендовал найти светодиоды в точно таком же форм-факторе (2.8х3.5мм), но мощностью 0.5 Вт. Они и греться будут меньше и прослужат дольше.

Найти такие светодиоды, а также все необходимое для сборки схемы можно по этим ссылкам:

наименованиехарактеристикицена
SMD 2835LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W67 руб. / 100 шт.
2SC4544NPN, 300V, 0.1A10 руб. / шт.
BD711NPN, 100V, 12A120 руб. / 10 шт.
1N40071000V, 1A51 руб. / 100 шт.
TL431A36V, 100mA87 руб. / 100 шт.

Разумеется, приведенную схему стабилизатора тока для светодиодов на 220 В можно пересчитать под любой необходимый ток и/или другое количество имеющихся в распоряжении светодиодов.

С учетом допустимого разброса напряжения 220 Вольт (см. ГОСТ 29322-2014), выпрямленное напряжение на конденсаторе C1 будет находиться в диапазоне от 293 до 358 В, поэтому он должен быть рассчитан на напряжение не менее 400 В.

Исходя из диапазона питающих напряжений, рассчитываются параметры остальных элементов схемы.

Например, резистор, задающий рабочий режим микросхемы DA1 должен обеспечивать ток не менее 0.5 мА при напряжении на С1 = 293 В. Максимальное количество светодиодов не должно превышать NLED = 100 мА). Отлично подойдут упомянутые выше 1N4007.

Как видите, схемка простейшая и не содержит каких-либо доростоящих компонентов. Вот текущие цены (и они, скорее всего, будут и дальше снижаться):

названиехарактеристикистоимость
SMD 5630LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W240руб. / 1000шт.
LM3171.25-37V, >1.5A112руб. / 10шт.
MB6S600V, 0.5A67руб. / 20шт.
120μF, 400V18х30mm560руб. / 10шт.

Таким образом, потратив в общей сложности 1000 руб., можно собрать десяток 30-ваттных (. ) не мерцающих (. ) лампочек. А так как светодиоды работают не на полную мощность, а единственный электролит не перегревается, то эти лампы будут практически вечными.

Вместо заключения

К недостаткам приведенных в статье схем следует отнести низкий КПД за счет бесполезной траты мощности на регулирующих элементах. Впрочем, это свойственно всем линейным стабилизаторам тока.

Низкий коэффициент полезного действия неприемлем для устройств, питающихся от автономных источников тока (светильники, фонарики и т.п.). Существенного повышения КПД (90% и более) можно добиться применением импульсных стабилизаторов тока.

Полупроводниковые диоды. Общие характеристики диодов

Определение напряжения

Также очень часто у людей возникает вопрос «Как узнать напряжение светодиода?». Если вам нужно определить на сколько вольт светодиод, вы можете взять из списка выше значение в мА и перевести его в вольты по формуле: U = P/I, где: U – напряжение, в вольтах, Р – мощность, в ваттах, I – сила тока, в амперах.

Такой способ, как и в случае с мощностью, не является точным. Для надёжного определения напряжения вам понадобится блок питания с напряжением до 12 вольт, на котором можно его регулировать, мультиметр и резистор с сопротивлением 510 Ом. Необходимо последовательно собрать схему.

Принцип работы прост: сопротивление резистора ограничивает ток, а с помощью мультиметра вы отслеживаете напряжение светодиода. Плавно увеличив напряжение от блока питания, следует наблюдать за ростом показаний мультиметра. Когда яркость диода достигнет номинального значения, а показания мультиметра перестанут возрастать, запишите показания на экране. Это и будет номинальное напряжение светодиода, выраженное в вольтах. При отсутствии блока питания с регулируемым напряжением можно использовать «крону» на 9В. Такие несложные манипуляции позволят вам определить напряжение светодиода.

Таким образом, используя способы, описанные в этой статье, можно определить напряжение светодиода и его мощность. Эти способы подойдут людям, которые нашли неизвестный светодиод и хотят использовать его, но не имеют о нём информации, и тем, кто желает «разогнать» светодиод.

Самый лучший способ узнать мощность светодиода – это посмотреть рабочие характеристики на упаковке изделия. Зная марку и модель можно найти его характеристики в Интернете. В противном случае, останется только два способа: проверить мультиметром или постараться определить по внешнему виду, о них мы и поговорим в этой статье.

Зачем нужно знать мощность

Мощность светодиода нужна для выбора подходящего источника питания. Зная потребление светодиода, мы можем подобрать нужный ему блок питания. Расчет по мощности позволит избежать проблем при дальнейшей работе или сэкономить средства.

Рассмотрим примеры, чтобы стало понятно, о чем идет речь. Например, имеем светоизлучающий диод с рабочим напряжением 3,5 Вольта и током 0,1 Ампера. По формуле расчета мощности P=I*U, получаем значение P=3,5*0,1 => P=0,35 Ватт. Мощность десяти составит 3,5 Ватта или 1 Ампер. Отсюда делаем вывод, что для подключения одного светодиода нам потребуется блок питания (БП) мощностью 0,385 Ватта (с запасом 10%). Для подключения десяти понадобится БП на 3,85 Вт (также с запасом 10%).

Блок питания для светодиодов рекомендуется выбирать с запасом в 10-20%. Это предотвратит работу БП на пределе, что в свою очередь продлит его срок службы.

Основные параметры импульсных диодов

1. Общая емкость диода Сд (доли пикофарада – несколько пикофарад).

2. Максимальное импульсное прямое напряжение Uпр.и.max.

3. Максимально допустимый импульсный прямой ток Iпр.и.max.

4. Время установления прямого напряжения диода tуст – интервал времени от подачи импульса прямого тока на диод до достижения заданного значения прямого напряжения на нем (доли нс – доли мкс).

5. Время восстановления обратного сопротивления диода tвос – интервал времени, прошедший с момента прохождения тока через нуль (после изменения полярности приложенного напряжения) до момента, когда обратный ток достигнет заданного малого значения (порядка 0,1 I, где I – ток при прямом напряжении; tвос – доли нс – доли мкс).

Наличие времени восстановления обусловлено зарядом, накопленным в базе диода при инжекции. Для запирания диода этот заряд должен быть «ликвидирован». Это происходит за счет рекомбинаций и обратного перехода неосновных носителей заряда в эмиттер. Последнее приводит к увеличению обратного тока. После изменения полярности напряжения в течение некоторого времени t1 меняется мало и ограничен только сопротивлением внешней цепи. Временная диаграмма изменения тока через диод при подключении обратного напряжения приведена на рисунке 2.14. По истечении времени t1 концентрация

Рис. 2.14. Изменение тока через диод при подключении обратного напряжения. Условное обозначение диода Шотки

неосновных носителей заряда на границе перехода равна равновесной, но в глубине базы еще имеется неравновесный заряд. С этого момента обратный ток диода уменьшается до своего статического значения. Изменение его прекратится в момент полного рассасывания заряда, накопленного в базе.

В быстродействующих импульсных цепях широко используются диоды Шотки, в которых переход выполнен на основе контакта металл – полупроводник. У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе, их быстродействие зависит только от скорости процесса перезарядки барьерной емкости. Вольт–амперная характеристика диодов Шотки напоминает характеристику диодов на основе р–n переходов. Отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8–10 декад приложенного напряжения представляет почти идеальную экспоненциальную кривую, а обратные токи малы (доли – десятки наноампер). Конструктивно диоды Шотки выполняются в виде пластины низкоомного кремния, на которую нанесена высокоомная эпитаксиальная пленка с электропроводностью того же типа. На поверхность пленки вакуумным напылением нанесен слой металла.

Диоды Шотки применяют также в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах. Условное обозначение диода Шотки приведено на рис. 2.14.

Полупроводниковые стабилитроны.Полупроводниковые стабилитроны, называемые также опорными диодами, предназначены для стабилизации напряжений. Их работа основана на использовании явления электрического пробоя р–n перехода при включении диода в обратном напряжении.

Механизм пробоя может быть туннельным, лавинным или смешанным. У низковольтных стабилитронов (с низким сопротивлением базы) более вероятен туннельный пробой. У стабилитронов с высокоомной базой (сравнительно высокоомных) пробой носит лавинный характер. Материалы, используемые для создания р–n переходов стабилитронов имеют высокую концентрацию примесей. При этом напряженность электрического поля в р–n переходе значительно выше, чем у обычных диодов. При относительно небольших обратных напряжениях в р–n переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее электрический пробой, В этом режиме нагрев диода не носит лавинообразного характера, поэтому пробой не переходит в тепловой. На рисунке 2.15 приведены вольт–амперные характеристики стабилитрона КС510А при различных температурах.

Рис. 2.15. Вольт–амперные характеристики стабилитрона

Мощность светодиода

Не так сложно ответить на вопрос «Как узнать мощность светодиода?». Определить мощность и узнать ток светодиода (узнать на сколько вольт светодиод) вам поможет соответствие размеров, цвета и показателей (значение в ваттах – мощность, значение в мА – номинальный ток).

Маленького размера (от трёх до десяти миллиметров):

Данный способ является более сложным, но в то же время надёжным. Нам потребуются: мультиметр, блок питания и резистор с сопротивлением в 500 Ом. Подключите светодиод к резистору и блоку питания, соблюдая полярность. Увеличивая напряжение на блоке питания, сравните показатели блока и светодиода. Лучше, если на блоке питания имеется индикация напряжения. Также возможно использование двух вольтметров. В начале процедуры напряжение на полюсах блока питания и светодиода будет примерно одинаковым (допускается погрешность 0.1 вт и более). Достигнув определённого значения, увеличение разницы в напряжениях возрастёт. Важно знать, что такая техника не работает в случае с лазерными светодиодами.

Скорость переключения диодов 1N4000 и 1N5400

Как упоминалось выше, скорость переключения всех этих диодов относительно медленная из-за внутренней емкости полупроводника (между 10пф и 15пф), поэтому они не подходят для работы с высокими частотами.

Лучшее их применение — использование в качестве сетевых выпрямителей ( 50Гц/60Гц ) или для работы с частотами не более 1000 Гц.

А в качестве супрессоров в индуктивных нагрузках лучше, чтобы диод был как можно быстрее, для подавления ЭДС самоиндукции, которая создает помехи и может повредить силовые транзисторы, которые управляют индуктивной нагрузкой. В этих случаях лучше использовать быстрые диоды типа Шоттки.

В любом случае, с небольшими моторами или реле, диоды, такие как 1N4006 или 1N4007, работают правильно и являются практичным и экономичным решением.

Полупроводниковые диоды. Общие характеристики диодов

04.05 2:12 373 VN:F [1.9.22_1171]

Rating: 5.0/5 (1 vote cast)

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector