Gc-helper.ru

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

Светодиод для выключателя с сопротивлением

Выключатель с подсветкой для светодиодных ламп

  • 1 Неоновый индикатор
  • 2 Подсветка на неоновой лампочке
  • 3 Расчет гасящего резистора
  • 4 Конструкция
  • 5 Светодиодная подсветка
  • 6 Подсветка на светодиоде
  • 7 Расчет сопротивления резистора
  • 8 Расчет мощности
  • 9 Применение конденсатора
  • 10 Расчет гасящего конденсатора
  • 11 Выключатель в работе. Видео

Во многих выключателях встроена очень полезная функция – подсветка. С этой функцией исключены поиски выключателя в темной комнате. Как же она работает? Подсветка устроена довольно просто: под клавишей выключателя помещается миниатюрный световой индикатор, а в клавише сделано небольшое окно, через которое можно видеть состояние выключателя.

Выключатель с подсветкой в интерьере комнаты

В качестве индикатора используют неоновую лампочку или светодиод, в работе каждого из них есть свои особенности. Во многих источниках сообщается, что такие выключатели можно использовать только с галогенными и лампами накаливания, так как энергосберегающие – с такими выключателями вспыхивают, а светодиодные – немного светятся в темноте.

Для того чтобы разобраться с этими явлениями надо понимать механизм работы каждого индикатора.

Неоновый индикатор

Во многих выключателях используют неоновую лампочку в качестве индикатора, она представляет собой чаще всего стеклянный баллон, заполненный неоном, в котором размещены на некотором расстоянии друг от друга два электрода.

Давление газа очень небольшое – несколько десятых долей мм ртутного столба. В такой среде между электродами при подаче на них напряжения возникает так называемый тлеющий разряд – это светятся ионизированные молекулы газа. В зависимости от рода газа цвет свечения может быть самым разным: от красного у неона, до сине-зеленого у аргона.

На рисунке изображена миниатюрная неоновая лампочка, в электротехнике их чаще всего используют в качестве индикаторов наличия тока.

Подсветка на неоновой лампочке

Выключатель с подсветкой на неоновой лампочке очень надежен, срок службы лампочки более 5 тыс. часов, индикатор хорошо виден в темноте. Схема подключения проста.

Схема подключения подсветки на неоновой лампочке

На схеме изображено подключение подсветки из неонки к выключателю. L1 – это неоновая лампочка из типа МН-6, ток 0,8 мА, напряжение зажигания 90 В, это данные из справочника. R1 – гасящий резистор, S1 – выключатель освещения.

Расчет гасящего резистора

Сопротивление резистора рассчитывается по формуле:

где R – сопротивление резистора (Ом); ?U – разность (Uс – Uз) между напряжением сети и зажиганием лампы в вольтах; I – сила тока лампы (А).

Ближайший номинал резистора 150 кОм. Вообще номинал резистора можно выбирать в пределах от 150 до 510 кОм, при этом лампочка нормально работает, при большем номинале увеличивается долговечность, и уменьшается рассеиваемая мощность.

Мощность резистора вычисляется по следующей формуле:

где P – мощность (Вт), рассеиваемая на резисторе;

P=220-90 ? 0,0008 = 0,104 Вт.

Ближайший больший номинал мощности резистора – 0,125 Вт. Этой мощности вполне хватает, резистор едва заметно нагревается, не более чем до 40-50 градусов, что вполне допустимо. Если есть возможность, желательно поставить резистор мощностью 0,25 Вт.

Расчет сопротивления резистора для подключения светодиодов.

Конструкция

Если припаять вывод резистора к любому выводу лампы, можно собрать схему.

Собранная подсветка своими руками

Остается собранную схему подключить. Для этого при снятом корпусе выключателя вывод резистора подключается к одной клемме, а лампочки – к другой.

Схема работы неоновой подсветки

Теперь при выключенном положении клавиши, ток будет идти через схему (нижний рисунок), а так как ток ограничен сопротивлением, то силы его хватит, чтобы зажечь подсветку, но совершенно недостаточно для работы лампы освещения. При включении выводы схемы подсветки закорачиваются, и ток течет через выключатель, минуя подсветку, к лампе освещения (верхний рисунок).

Такую подсветку можно поставить в выключатель, в котором она не была предусмотрена изготовителем, при этом в клавише включения не обязательно сверлить отверстие. Материал, из которого делают клавиши, легко просвечивается, и в темноте выключатель довольно хорошо виден, поэтому сверлить отверстие для лампочки не обязательно.

Светодиодная подсветка

Часто встречается подсветка из светодиода, который представляет собой полупроводниковый прибор излучающий свет при протекании через него электрического тока.

Цвет светоизлучающего диода зависит от материала, из которого он изготовлен и в некоторой степени от приложенного напряжения. Светодиоды представляют собой соединение двух полупроводников различных типов проводимости p и n. Называют это соединение – электронно-дырочный переход, именно на нем возникает излучение света при прохождении через него прямого тока.

Возникновение светового излучения объясняется рекомбинацией носителей зарядов в полупроводниках, на приведенном ниже рисунке изображена примерная картина происходящего в светодиоде.

Рекомбинация носителей зарядов и возникновение светового излучения

На рисунке кружком со знаком «–» обозначены отрицательные заряды, они находятся в зеленой области, так условно обозначена область n. Кружок со знаком «+» символизирует положительные носители тока, находятся они в коричневой зоне p, граница между этими областями и есть p-n переход.

Когда под действием электрического поля положительный заряд преодолевает p-n переход, то прямо на границе он соединяется с отрицательным. А так как при соединении происходит и возрастание энергии от столкновения этих зарядов, то часть энергии идет на нагревание материала, а часть излучается в виде светового кванта.

Конструктивно светодиод представляет собой металлическое, чаще всего медное основание, на котором закреплены два кристалла полупроводников разной проводимости, один из них является анодом, другой – катодом. К основанию приклеен алюминиевый рефлектор с закрепленной на нем линзой.

Как можно понять из рисунка ниже, немало в конструкции уделено внимания отводу тепла, это неслучайно, так как полупроводники хорошо работают в узком тепловом коридоре, выход за его границы нарушает работу прибора вплоть до выхода из строя.

Схема устройства светодиода

У полупроводников с ростом температуры, в отличие от металлов, сопротивление не увеличивается, а напротив, уменьшается. Это может вызвать неконтролируемое увеличение силы тока и соответственно нагрева, при достижении определенного порога происходит пробой.

Светодиоды очень чувствительны к превышению порогового напряжения, даже кратковременный импульс выводит его из строя. Поэтому токоограничивающие резисторы должны быть подобраны очень точно. Кроме того, светодиод рассчитан на прохождение тока только в прямом направлении, т.е. от анода к катоду, если прикладывается напряжение обратной полярности, то это также может вывести его из строя.

И все же, несмотря на эти ограничения, светодиоды широко применяются для подсветки в выключателях. Рассмотрим схемы включения и защиты светодиодов в выключателях.

Подсветка на светодиоде

На рисунке ниже приведена схема подсветки. Она содержит: гасящий резистор R1, светодиод VD2 и защитный диод VD1. Буква а – анод светодиода, k – катод.

Схема подсветки на светодиоде

Так как рабочее напряжение светодиода гораздо ниже сетевого, то для его снижения используют гасящие резисторы, в зависимости от потребляемого тока его сопротивление будет разным.

Расчет сопротивления резистора

Сопротивление резистора R рассчитывается по формуле:

где R – сопротивление гасящего резистора (Ом);

Uc – напряжение сети (здесь 220 В);

Uсд – рабочее напряжение светодиода (В);

Iсд – рабочий ток светодиода (А);

Сделаем расчет гасящего резистора для светодиода АЛ307А. Исходные данные: рабочее напряжение 2 В, сила тока от 10 до 20 мА.

Используя вышеприведенную формулу, Rмакс=(220 – 2)/0,01=218 00 ОМ, Rмин= (220 – 2)/0,02=10900 ОМ. Получаем, что сопротивление резистора должно лежать в пределах от 11 до 22 кОм.

Расчет мощности

Также надо рассчитать мощность, рассеиваемую резистором, ее рассчитывают по формуле:

где Р – мощность, рассеиваемая на резисторе (Вт);

Uc – напряжение сети (здесь 220 В);

Uсд – рабочее напряжение светодиода (В);

Iсд – рабочий ток светодиода (А);

Подсчитываем мощность: Рмин=(220-2)*0,01 = 2,18 Вт, Рмакс=(220-2)*0,02=4,36 Вт. Как следует из расчета, мощность, рассеиваемая резистором, довольно значительная.

Из номиналов мощностей резисторов самый ближайший больший – это 5 Вт, но такой резистор довольно больших габаритов, и спрятать его в корпус выключателя не удастся, да и впустую тратить электроэнергию нерационально.

Так как расчет проводился на максимально допустимый ток светодиода, а в таком режиме у него многократно снижается долговечность, снизив ток в два раза, можно убить двух зайцев: уменьшить рассеиваемую мощность и увеличить срок службы светодиода. Для этого надо просто увеличить сопротивление резистора вдвое до 22-39 кОм.

Подключение подсветки к клеммам выключателя

На рисунке выше приведена схема подключения подсветки к клеммам выключателя. К одной клемме подходит фазный провод сети, ко второй –провод от лампочки освещения, подсветка подключается к двум этим клеммам. Когда выключатель разомкнут, то через схему подсветки течет ток, и она горит, но лампа освещения не светится. Если выключатель замкнуть, то напряжение потечет по цепи, минуя подсветку, освещение включится.

В заводских выключателях с подсветкой чаще всего используется схема, изображенная на рисунке выше. Номинал резистора – от 100 до 200 кОм, производители идут на сознательное уменьшение тока через светодиод до 1-2 мА, а значит, и яркости свечения, потому что в ночное время этого вполне достаточно. В то же время снижается рассеиваемая мощность, можно не устанавливать и защитный диод, потому что обратное напряжение не превышает допустимое.

Применение конденсатора

В качестве гасящего элемента можно применить конденсатор, он в отличие от резистора имеет не активное, а реактивное сопротивление, поэтому при прохождении через него тока на нем не выделяется тепло.

Все дело в том, что при движении электронов по проводящему слою резистора, они сталкиваются узлами кристаллической решетки материала и передают им часть своей кинетической энергии. Поэтому материал нагревается, а электрический ток испытывает сопротивление продвижению.

Совершенно другие процессы возникают при движении тока через конденсатор. Конденсатор в простейшем случае представляет собой две металлических пластины, разделенные диэлектриком, так что постоянный электрический ток через него течь не может. Но зато на этих пластинах может сохраняться заряд, и если его периодически заряжать и разряжать, то в цепи начинает течь переменный ток.

Расчет гасящего конденсатора

Если конденсатор включить в цепь переменного тока, то он через него будет протекать, но в зависимости от емкости и частоты тока его напряжение снизится на какую-то величину. Для вычисления используют следующую формулу:

где Xc – емкостное сопротивление конденсатора (ОМ);

f – частота тока в сети (в нашем случае 50 ГЦ);

С – емкость конденсатора в (мкФ);

Для расчетов эта формула не совсем удобна, поэтому на практике чаще всего прибегают к следующей – эмпирической, которая позволяет с достаточной точностью проводить подбор конденсатора.

Читать еще:  Как устанавливать выключатель света двухклавишный

Исходные данные: Uc –220 В; Uсд –2 В; Iсд –20 мА;

Находим емкость конденсатора С =(4,45*20)/(220-2)=0,408 мкФ, из ряда номинальных емкостей Е24 выбираем ближайший меньший 0,39 мкФ. Но при выборе конденсатора необходимо еще учитывать его рабочее напряжение, оно должно быть не меньше, чем Uc*1,41.

Дело в том, что в цепи переменного тока принято различать действующее и эффективное напряжение. Если форма тока синусоидальная, то действующее напряжение в 1,41 больше эффективного. Значит, конденсатор должен иметь минимальное рабочее напряжение 220*1,41=310 В. А так как такого номинала нет, то ближайший больший будет 400 В.

Для этих целей можно использовать пленочный конденсатор типа К73-17, его габариты и масса вполне позволяют разместить в корпусе выключателя.

Выключатель в работе. Видео

О совместной работе светодиодной лампы и выключателя с подсветкой можно узнать из этого видео.

Все расчеты, сделанные в статье, действительны для режима нормального свечения, при использовании их для выключателей номиналы резисторов можно скорректировать в сторону увеличения в 2-3 раза. Это уменьшит яркость свечения светодиода, неонки и мощность рассеивания резисторов, а значит, и их габариты.

Если в качестве гасящего сопротивления используется конденсатор, то его номинал нужно корректировать в сторону уменьшения для снижения яркости, а также габаритов, но рабочее напряжение конденсатора снижать нельзя.

Снижение силы тока через подсветку уменьшает вероятность мигания энергосберегающих ламп в темноте, так как уровень зарядки входного конденсатора в импульсном преобразователе этих ламп не достигает порога запуска.

Мигает светодиодная лампа при выключенном или включенном свете и как это исправить

Часто бывает так, что электричество на выключателе выключено, а светодиодная лампа все равно мигает. Но случаются моменты, что и при включенном свете светодиоды мигают. На возникновение этих ситуаций влияет много факторов. Чтобы с этим разобраться, давайте рассмотрим причины возникновения неисправностей и их устранение по порядку.

Конструктивные особенности источников света

Прежде чем разобраться, почему происходит мигание светодиодных ламп, когда выключено напряжение на выключателе, необходимо узнать их конструктивные особенности и принцип работы.

Обычные лампы накаливания создают свечение при прохождении тока через спираль с высоким сопротивлением. В данном случае – это видимая зрению вольфрамовая нить. За счет разного диаметра нити изменяется ее сопротивление а, следовательно, и сама мощность источника света. Свечение спирали происходит за счет прохождения через нее переменного тока.

Лампа на светодиодах имеет схожий принцип работы. Свечение происходит за счет прохождения напряжения в светодиоде через практически незаметный человеческому глазу излучатель света. Только в отличие от вольфрамовой нити, для свечения светодиода необходима подача постоянного тока.

Как известно, во всех электрических сетях подается переменный ток. Чтобы LED-лампы работали, производитель их комплектует электрическими схемами, включающими выпрямитель напряжения. Именно эти микросхемы являются причиной, создающей мигание светодиодов даже тогда, когда напряжение выключено на настенном выключателе. Если говорить точно, то распайка схемы имеет конденсаторы, исполняющие роль пускателя и фильтра. Накопленное в них напряжение часто вызывает мигание светодиодов.

Причины мерцания выключенных лампочек и методы устранения неисправностей

Установленные в доме светодиодные лампы после выключения напряжения начинают мигать. Многие хозяева почему-то предполагают, что неисправность заключается в самом источнике света. На самом деле они заблуждаются. Причин создающих мигание светодиодных ламп в выключенном состоянии много и часто это связано с неисправностью электропроводки или наличием подсветки в выключателе.

Последствия от этих двух причин одинаковы. Они заключаются в пропуске малых импульсов напряжения, заряжающего конденсатор микросхемы. Во время разряда конденсатора, когда напряжение на выключателе выключено, светодиоды начинают мигать. Светодиод загорается на долю секунды и выключается после полного разряда конденсатора из-за нехватки напряжения для запуска.

Проблема подсветки выключателя

Часто на выключателе можно встретить подсветку, своего рода индикатор, чтобы удобно было ориентироваться ночью. Это может быть неоновая лампа или светодиод с резистором. При отключенном на выключателе свете ток проходит через резистор, создавая допустимое напряжение для работы светового индикатора. Эта схема подсветки на выключателе пропускает ток, который направляется к прибору освещения со светодиодной лампой и накапливается в конденсаторе.

Немногие LED-лампы имеют защиту от мерцания в отключенном состоянии. Она состоит из дополнительно впаянного на плату резистора. Выключенная светодиодная лампа без защиты мигает от разряда конденсатора до тех пор, пока не выйдет из строя. Только наличие защиты дает возможность использования светодиодного источника света совместно с коммутирующим устройством, оборудованным индикатором.

Самым простым решением проблемы при отключенном свете, является удаление на выключателе индикатора:

  1. Отключив питающий автомат, обесточьте выключатель. Для надежности проверьте измерительным прибором отсутствие напряжения.
  2. Извлеките коммутирующий прибор из коробки, закрепленной в стене. Порядок извлечения зависит от конструктивных особенностей выключателя.
  3. Кусачками откусите провода, подающие питание подсветке. Здесь надо быть внимательным, чтобы случайно не перерезать силовую цепь.
  4. Теперь останется установить выключатель на место, и испытать, будет ли мерцать освещение при выключении напряжения.

Если конструктивные особенности коммутирующего устройства не позволяют отключить индикатор, выключатель надо просто заменить другим:

  1. Соблюдая те же меры безопасности, извлеките коммутирующий прибор из гнезда и отсоедините от контактов провода.
  2. Подсоедините новый выключатель без индикатора. Зафиксируйте его прижимным механизмом в гнезде. Сверху установите декоративные накладки.
  3. Подайте напряжение и испытайте на мерцание освещение при выключении коммутирующего устройства.

Когда такие методы почему-то приходятся не по душе, можно пойти другим путем, то есть сделать свечение индикатора независимым от коммутирующего прибора. Для этого лампочку на выключателе надо подключить напрямую в сеть. Она будет постоянно светить при выключении и включении освещения, потребляя малое количество электроэнергии.

Установка резистора

Устранить мигание светодиодных ламп при выключенном свете поможет установка в цепь шунтирующего сопротивления. Для этого используют резистор мощностью 2 Вт сопротивлением 50 Ом. Данный метод позволит избежать выключения подсветки или замены коммутирующего прибора. Дополнительное сопротивление, подсоединенное в цепь, устраняет токи утечки, которые заряжают конденсатор в лампе и заставляют ее мигать после выключения.

Делать установку резистора необходимо там, где распределяется питание, то есть, в распределительной коробке. Крепить сопротивление у потолка к люстре нельзя по причине пожаробезопасности. Проходящий через резистор ток сильно его нагревает. Чтобы избежать распространения возгорания, на него надевают изолирующую термоусадочную трубку.

Чтобы после выключения светодиодная лампа перестала мерцать, надо делать параллельное подключение резистора в схему. При этом его подсоединение лучше делать пайкой для создания хорошего контакта. Часто лишний нагрев происходит от плохого контакта на скрутках.

Впаянное сопротивление должно быть уложено в короб, после чего можно испытать работу освещения. Если диоды не мигают после выключения, значит, установка сопротивления выполнена правильно.

Устранение мерцания лампой накаливания

Если после выключения в люстре начинают мигать светодиодные лампы, самый простой способ избавиться от проблемы – это установить 1 лампу накаливания в свободное гнездо. Ее надо вкрутить ближе к точке входящего напряжения. Она исполнит роль сопротивления, забирая импульсы на себя.

Проблемой может послужить отсутствие дополнительного гнезда в люстре. Например, если прибор освещения рассчитан на 1 рожок. Также теряется эффект экономии электроэнергии за счет большей мощности лампы накаливания. Здесь можно прибегнуть к хитрости, установив в один рожок светодиодный источник света, в другое гнездо маломощную лампу накаливания 25 или 40 Вт.

Корректирование электропроводки

Во время выполнения электромонтажных работ неопытными людьми, происходит перепутывание нулевого провода с фазой. Это приводит к тому, что на выключателе прерывается нуль, а фаза продолжает поступать к источнику света. Установленный в схеме конденсатор продолжает заряжаться, отчего светодиодная лампа мерцает при отключенном свете. Чтобы светодиоды перестали мигать при выключении, придется делать перемену фазы. Здесь можно пойти двумя путями:

  • поменять местами фазу и нуль в распределительном щитке на всю квартиру;
  • сделать эту же процедуру в распределительной коробке конкретной комнаты.

Для определения фазного провода надо воспользоваться тестером или специальным пробником, который продается в виде отвертки с прозрачной ручкой.

Причиной мерцания лампы в люстре, когда напряжение выключено, может стать соединение нулевого провода с заземлением или сырость стен, где проложена проводка. При этом возникают так называемые токи-паразиты, от которых мигают светодиоды. Для их контроля потребуется дополнительный монтаж защитного оборудования, например, УЗО.

Другие факторы

Когда все методы испробованы, напряжение выключено, а светильник мигает, надо обратить внимание на другие факторы:

  • светодиодная лампа мигает после ее выключения при близком расположении устройства, создающего большое электромагнитное поле. Это могут быть вышки мобильной связи, мощные радиостанции и даже некоторые модели телевизоров. В таких условиях при выключенном свете светодиоды будут продолжать мерцать;
  • низкое качество самой лампы способствует тому, что после выключения напряжения она мигает. Особенно это часто проявляется в дешевых изделиях китайского производства.

Мерцание светодиодов во время работы

Существуют проблемы, когда при включении лампы начинают мигать. Здесь надо обратить внимание на их поведение. Если при включении светодиоды зажглись и мгновенно отключились, значит, причину следует искать в пусковом устройстве. Имея некоторые навыки, его можно заменить самостоятельно. Но если лампа на гарантии, с ней лучше обратиться к специалистам.

Если после включения светодиоды светятся, но постоянно мигают во включенном состоянии, то проблема может быть в следующем:

  1. Низкое напряжение создает сбой работы схемы, регулирующей стабильное свечение светодиодов. Чтобы это выяснить, требуется делать периодический замер напряжения сети. Если показатель ниже 5%, надо обратиться в соответствующую инстанцию. Кроме неприятного мерцания, низкое напряжение сети уменьшает срок службы светодиодного источника света больше чем на 20%.
  2. Неисправная работа пусковой системы приводит к тому, что во включенном состоянии светодиоды мигают. Это часто происходит в старых лампах после длительного использования. Если пусковую систему самостоятельно заменить не удастся, придется приобретать новую лампу.
  3. Резкие перепады напряжения приводят к мерцанию светодиодов. Если после включения оставить светильник работать в таких условиях, его срок эксплуатации резко снизится. Скачки напряжения вызывает работа сварочного аппарата или некачественная подача электроэнергии. При выявлении этих проблем надо обратиться к соответствующим инстанциям или на время отключить освещение до нормализации напряжения.

Вовремя установив и устранив причину, кроме спасения своего зрения, продлите срок эксплуатации довольно недешевого источника света.

Выключатель с подсветкой

Наверное, любой человек не один раз сталкивался с такой житейской проблемой, когда возвратившись домой вечером, прежде чем войти в неосвещенную комнату, мы начинаем искать на ощупь выключатель, для того что бы включить свет.

Читать еще:  Выключатели освещения с датчиками присутствия

Порой эта процедура занимает немало времени, и сопровождается падением предметов попавшихся по пути. С целью облегчения поиска выключателя, а так же экономии нервов и времени и был в свое время придуман выключатель с подсветкой.

По своей конструкции и внешнему виду выключатель с подсветкой ни чем не отличается от обычного выключателя, только тем, что оборудован световой индикацией, которая в темном помещении сразу бросается в глаза и точно указывает его месторасположение.

При этом световой индикатора выключателя, потребляет мало электроэнергии и работает только тогда, когда свет выключен. Поэтому беспокоится о том, что при использовании данного устройство расход электроэнергии станет больше не стоит — выключатель с подсветкой ее практически не потребляет.

Давайте поподробнее разберемся в принципе работы и схеме подсветки клавишных переключателей.

Как правило, в качестве источника света в системе подсветки выключателя используется неоновая лампа или светодиод с резистором, которые параллельно подключены к контактам выключателя. В то время когда выключатель находится в выключенном положении, питание светящего элемента осуществляется через нить накала осветительной лампы, имеющей маленькое сопротивление.

Подключение выключателя с подсветкой

У многих потребителей нередко возникает вопрос. Почему через подсветку не загораются лампы освещения? Ответ на него довольно прост. Все дело в том, что для того чтобы загорелась неоновая лампа достаточно небольшого напряжения и силы тока. А вот для полноценной работы лампы накаливания такого напряжения и силы тока будет недостаточно.

С целью понижения напряжения в схеме подсветки используется токоограничивающий резистор.

Схема подсветки выключателя работает по следующему принципу.

Когда контакты выключателя находятся в разомкнутом состоянии, ток от фазы протекает по следующей схеме. В начале, он идет через сопротивление, потом через неонку, а после нее направляется на нить лампы накаливания и на ноль.

Так как сопротивление нити осветительной лампы накаливания по сравнению с сопротивлением подсветки выключателя намного меньше, то все напряжение в 220В направленно на неонку и соединённое с ней последовательно сопротивление, поэтому неоновая лампочка и светится.

После того как контакты выключателя замыкаются, происходит замыкание цепи питания лампочки и сопротивление и неонка отключаются от общей схемы и гаснет. Электрический ток, как известно еще из школьной программы по физике, всегда идет по цепи с наименьшим сопротивлением (закон Ома).

В данном случае эта цепь питания осветительной ламы, сопротивления которой практически равно нулю, а сопротивление схемы подсветки достаточно велико, а напряжение тока, который по-прежнему идет через неоновую лампочку очень маленькое и его не хватает, чтобы она зажглась.

Кстати необходимо заметить, что в том случае если лампа отсутствует или вышла из строя подсветка работать, не будет, из-за того, что цепь питания будет оборванна.

Для того чтобы, лучше разобраться в принципе работы выключателей с подсветкой не лишнем будет повторить школьный курс физики. Вернее ту его часть, где изучается закон Ома, и подробно описаны все нюансы параллельного и последовательного соединение проводников.

Установка выключателя с подсветкой

Установить и подключить выключатель с подсветкой очень просто. Его можно устанавливать на место снятых обыкновенных выключателей, при этом проводки, идущие от лампочки подсветки, подключаются параллельно к контактам выключателя одновременно с силовыми проводами.

Если вы решили установить у себя дома выключатель с подсветкой, то перед этим необходимо определиться, с какими видами осветительных ламп вы его будете использовать. Дело в том, что данное устройство плохо сочетается с некоторыми из них.

Например, совместно с лампами накаливания или галогенными лампами, выключатель с подсветкой работает идеально. А вот применять такие выключатели вместе с люминесцентными или светодиодными лампами, которые оснащены пускорегулирующим устройством не рекомендуется. В противном случае они после выключение выключателя будут мерцать или продолжать светится.

Расчет резистора для светодиода: как подобрать токоограничивающий элемент

Расчет резистора для светодиода

Светодиод – прибор, который преобразует проходящий через него ток в световое излучение. Их используют для освещения в прожекторах и лампах, для украшения в гирляндах, в фарах авто. В статье ниже вы узнаете, как правильно подключить светодиод и чем отличаются разные виды соединений. А также, зачем для подключения нужен резистор и как рассчитать, какой резистор вам нужен.


Особенности подключения светодиода

Главная особенность подключения светодиода к блоку питания — маленькое внутреннее сопротивление. То есть, при прямом подключении к сети, сила тока будет слишком высокой и светодиод может сгореть. Подключение кристалла светодиода происходит по медным или золотым нитям. Они выдерживают небольшие скачки тока, но, когда допустимое значение сильно превышается, они перегорают, прекращая питание элемента. Поэтому для их подключения используют резистор, ограничивающий поступление тока, так, чтобы он по номиналу подходил к заявленной у диода характеристике.

Также при подключении ограничителей тока необходимо помнить про соблюдение полярности и подключать отрицательный анод к отрицательному полю, а катод к положительному.

Особенности дешёвых LED

При подборе светодиода на рынке можно найти совершенно разные цены. Чем же отличаются дорогие диоды от дешёвых?
Светодиоды за разную стоимость отличаются не только внешними особенностями, но и техническими характеристиками. У дешёвых светодиодов параметры сильно отличаются друг от друга, в то время, как у дорогих они уменьшаются плавно при изменении тока или напряжения сети. Кроме того, дешёвые аналоги могут служить недолго и свет будет более тусклым или режущим глаза. На что нужно обратить внимание при покупке светодиодной лампы и как ее установить читайте тут.

Можно ли обойтись без резисторов

Если подсоединить светодиоды без резистора, то при небольшом изменении напряжения в сети, ток, подаваемый в диод, изменится в несколько раз. Даже если вы подключили несколько диодов, и они работают без резистора, нет гарантии, что напряжение сети не поднимется выше допустимого. Поэтому, если вы не хотите, чтобы диоды сгорели, нужно либо воспользоваться резистором, ограничивающим поток тока, либо использовать драйвер.

Справка! драйвер — блок питания для светодиодов, в нём стабильно поддерживается определённый ток на выходе. Драйверы часто используют в качестве источника питания для светодиода.

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор

В некоторых случаях подключение светодиодов возможно не через драйвер, а токоограничительный резистор.

  • Если свечение нужно в качестве индикатора, где не имеет значения, насколько ярко будет гореть диод, а важен сам факт свечения.
  • Для проверки работоспособности диодов их подключают через резистор к аккумулятору с высоким напряжением, из-за которого ЛЕД элемент может сломаться. Резистор ограничивает поступающее на диод напряжение и можно проверить его работоспособность без риска поломки деталей.
  • Для определения отрицательного и положительного полей светодиода.
  • При исследовании, как будет работать новый светодиод, используют ограничительные резисторы, чтобы элемент не перегорел при тестировании.

Расчет резистора для светодиода при последовательно-параллельном соединении

Последовательно-параллельно светодиоды соединяют в осветительных приборах с высокой мощностью. Соединение универсально: используется и для постоянного, и для переменного тока.
В таком случае последовательно соединённые цепочки светодиодов соединяют параллельно.

Для успешного соединения в каждой цепочке должно быть одинаковое количество диодов.

Нагрузочный резистор должен быть выбран с учётом того, что во всех параллельных ветках будет одинаковое напряжение. Поэтому для вычисления нужно вычислить только сопротивление одного резистора в любой цепи:
R = (Un*ULED)/ ULED,
где n — число светодиодов на ветке.
Лимит по числу диодов на ветке находится по формуле: n = (U = ULED)/ULED.
После проведения необходимых расчётов можно соединить диоды гибридным способом.

Плюсы гибридного соединения:

  • При выходе из строя одного диода, остальная часть схемы продолжит полноценно работать и не случится перенапряжения.
  • Для работы нужно меньше резисторов, чем в других соединениях.

Вычисление сопротивления при параллельном соединении светодиодов

Параллельное соединение используют, если суммарное соединение диодов, которых нужно подсоединить к источнику питанию, больше, чем напряжение источника. То есть, если при последовательном соединении диодов питания не хватает, и они не работают.
При параллельном соединении несколько веток с диодами параллельно соединяют, на каждой из них установлен свой резистор.

В таком случае во всем устройстве будет одинаково меняться напряжение, а проходящий ток может быть разным на каждой из веток.

Расчёты проводят для каждой отдельно взятой ветки.
Сначала нужно рассчитать сопротивление резистора по закону Ома:
U=I*R,
I — допустимый ток для прибора, значение можно взять из характеристики прибора.
Теперь нужно рассчитать мощность резистора:
P = U2/R.
Можно сократить: P=I*U.

Преимущества параллельного соединения:

  • Если один светодиод перегорит, то другие цепи продолжат работать;
  • Можно добавить больше светодиодов, чем при последовательном;
  • Можно использовать для двуцветного свечения лампочек. При этом цвет диодов меняется при изменении направления тока.

Если добавить импульсный модулятор к двум параллельно соединенным диодам, можно добиться широкого диапазона изменения цвета.

Недостатки:

  • Увеличение нагрузки на остальные элементы, если один перестанет работать;
  • Нужно много резисторов для соединения.

Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении

Диоды можно соединять последовательно в цепочку. Для этого нужно анод устройства соединить с катодом другого, и так продолжать цепочку, пока не достигнете нужного размера. Соединение происходит с помощью резистора, который ограничивает ток, поступающий на элементы, чтобы избежать их поломки.
Зная закон Ома, можно найти сопротивление включенного в схему резистора:
R=(U-ULED1+…+ULEDn)/ILED
Где U — напряжение сети;
ULED1– ULEDn — сумма напряжений включенных в цепь светодиодов.
ILED — ток, являющийся оптимальным для светодиодов.
Мощность резистора вычисляется по формуле:
P = I 2 *R

Лучше всего поставить резистор с мощностью, в два раза превышающую нужное значение, чтобы при перепаде напряжения устройства продолжало исправно работать.

Преимущества последовательного соединения:

  • В цепочке один ток;
  • Простое и быстрое соединение;
  • Возможное количество светодиодов ограничено уровнем напряжения;
  • При выходе из строя одного диода, перестаёт работать вся цепочка.

Как подключить светодиод к 220в через резистор

Светодиоды пропускают через себя ток в одном направлении. При переменном напряжении его направление меняется 2 раза за период, то есть в одном случае ток протекает через диод, а в ином — нет. Так как ток протекает в половине случаев, для определения среднего значения тока, который проходит через диод, нужно разделить U пополам.
Соответственно, U = 110В.
Допустим, собственное сопротивление у диода: 1,7 Ом.

Ток, проходящий через диод:
I=U/ ULED
110/1,7=65А.

Высокий ток, пройдя через полупроводник, сожжёт его, поэтому нужно использовать дополнительный прибор с сопротивлением, чтобы он, по принципу рассеивания, уменьшал количество тока, подаваемого на диод.

При высоком токе нельзя использовать параллельное соединение, так как если одна из цепей перестанет работать, значение тока в остальных увеличится и прибор сгорит.

  • Можно использовать дополнительный LED-элемент для блокировки обратного напряжения.

  • Использование встречно-параллельного соединения диодов с резистором:

Для того, чтобы прибор работал исправно, необходимо учитывать, что через все диоды должен проходить один ток, значит нужно подобрать элементы с одинаковыми характеристиками.

После соединения пересчитайте ёмкость конденсатора, потому что на светодиодах должно увеличиться напряжение.

Какой резистор нужен для светодиода на 12 вольт

12-вольтовая система — стандартная в автомобиле. В подключении LED-элемента к 12 вольтовой системе нет ничего сложного. Важно правильно провести расчёты сопротивления диода через токоограничивающий резистор.
Перед началом вычислений надо узнать характеристики имеющихся светодиодов: падение напряжения и требуемый им ток.
Сопротивление резистора рассчитывается по формуле:
R = U/I

  • 1 светодиод
    ULED = 3.3 Вольт
    ILED = 0,02А
    При таком внутреннем сопротивлении диода, он будет отлично работать в системе, напряжение которой ограничивается значением 3,3 Вольт.
    Возьмём напряжение с запасом, так как скачки бывают до максимального значения 14,5.
    Максимально возможное напряжение отличается от допустимого для исправной работы светящегося элемента на 11,2 Вольта. Значит, перед включением диода, нужно снизить подаваемый ему ток на это значение.

Сперва нужно посчитать сопротивление, необходимое резистору:
R=U/I. R=560 Ом.
Для того, чтобы расчёты были более надёжными, надо вычислить мощность резистора:
P = U * I Мощность — 0,224Вт.
При выборе резистора, необходимо округлять значения в большую сторону и выбирать более мощный вариант.

  • 2 и 3 светодиода
    Рассчитывается аналогичным образом, светодиодное напряжение будет умножаться на количество светящихся элементов
  • От 4 светодиодов
    При подключении больше трёх светодиодов к такой сети не нужен будет резистор, так как напряжение не будет сильно превышать допустимое и светодиоды будут работать исправно.

Резисторы вы можете установить и на положительном, и на отрицательном полюсе, это не имеет значения при использовании.

Теория

Для того, чтобы светодиоды не перегорели, важно правильно рассчитать ограничивающий резистор.

Математический расчёт

Необходимые вычисления можно сделать самостоятельно, при низких значениях вам не потребуется калькулятор. Либо при помощи специальной программы, проводящей подсчёты за вас.
При расчёте сопротивления гасящего резистора нужно знать закон Ома.
R = U-ULED /ILED
U — напряжение сети;

ULED — значение напряжения, оптимального для работы диода
I LED —ток, на который рассчитана работа элемента
Чтобы не произошёл перегрев резистора во время работы, необходимо дополнительно рассчитывать оптимальную мощность для такого напряжения.
P = (U-ULED)*ILED

В этой схеме резистор подключается к катоду светящегося элемента.

Графический расчёт

В большинстве случаев, пользуются математическими вычислениями, но графический способ более наглядный и в каких-то случаях его применять значительно удобнее.

Для построения графика нужно знать характеристики светящегося элемента: ток и напряжение.
Теперь можно узнать сопротивление резистора по графику:

На нём пунктирной линией показано вычисление для элемента, на работу которого нужно 20мА тока. Далее соединяем точку пересечения пунктирной линии с “кривой ЛЕД”, отмеченной голубым цветом, со значением напряжения диода. Линия пересекает шкалу максимального тока, где указано нужное значение.
После этого нужно провести расчёт сопротивления токоограничивающего резистора:
R=ULED/Imax
Его мощность: P=I 2 *R

Схемы подключений светодиодной ленты можно посмотреть здесь.

Светодиоды стали незаменимой частью нашей жизни, они стоят в качестве индикаторов на бытовой технике, в виде декоративных светодиодных лент и в составе оптопары в промышленности, а также в качестве более экологичного и экономного освещения. В использовании светодиодов нет ничего сложного, главное — не забывать использовать балластный резистор, благодаря которому ток будет ограниченно поступать на светящиеся элементы, и они не сломаются. Теперь вы знаете, как рассчитать нужное сопротивление резистора, разные способы соединения диодов и для чего их используют.

Правильное подключение светодиода. Схемы подключения.

  1. Подключение светодиода к низковольтному напряжению постоянного тока.

Чтобы подобрать резистор для светодиода, будем пользоваться следующим способом: нам известно, что напряжение светодиода 2В, соответственно при подключении светодиода к 12 вольтам (например, светодиод будем использовать в автомобиле) нам надо ограничить 10В, в принципе в случаях светодиодов правильней говорить ограничить ток светодиода, но мы при выборе резистора будем пользоваться простым проверенным многими годами способом без всяких математических формул. На каждый вольт необходим резистор сопротивлением 100 Ом, т.е. если светодиод с рабочим напряжением 2В, и мы подключаем к 12 вольтам, нам нужен резистор 100Ом х 10В=1000 Ом или 1кОм обычно на схемах обозначается 1К, мощность резистора зависит от тока светодиода, но если мы используем обычный не мощный светодиод, как правило, его ток 10-20мА и в этом случае достаточно резистора на 0,25Вт самого маленького резистора по размеру.

Резистор с большей мощностью нам понадобится в 2х случаях: 1) если ток светодиода будет больше и 2) если напряжение будет выше, чем 24В и соответственно в случаях подключения светодиода к напряжению 36-48В и выше нам понадобится резистор с большей мощностью 0,5 – 2Вт, а в случае подключения светодиода к сети 220В лучше использовать резистор на 2Вт, но при подключении светодиода к сети переменного тока нам потребуется еще ряд элементов, но об этом чуть позже.

Если требуется светодиод подключить к батарейке, скажем на 3В, то можно поставить резистор последовательно на 100 Ом, а если батарейка пальчиковая на 1,5В, то можно подключить и без резистора.
При расчете мы можем выбрать только резисторы из стандартных номиналов, поэтому нет ничего страшного, если сопротивление резистора, будет чуть больше или меньше расчетного.

Если вы используете очень яркий светодиод, а светодиод используется, к примеру, для индикации в каких-либо устройствах, то можно сопротивление резистора увеличить, и тем самым яркость светодиода уменьшится, и светодиод не будет ослеплять. Но лучше всего в таких случаях если не требуется большая яркость светодиода, то при покупке в магазине или заказе в Китае можно выбрать матовый светодиод нужного цвета и током, как правило, 6-20мА, угол обзора у данных светодиодов, как правило, составляет 60 градусов, они отлично подходят для индикации, не ослепляют и от них не устают глаза, даже если долго на них смотреть. Прозрачные белые светодиоды для данных целей, как правило, не подходят.

В случае подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO, как правило, рабочее напряжение составляет 5В, соответственно резистор можно взять 300-470 Ом можно и еще с большим сопротивлением. Главное учитывать, что ток не может превышать предельного тока вывода микроконтроллера, как правило, не более 10мА, поэтому сопротивление резистора 300-470 Ом для подключения светодиода является золотой серединой. Схема подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO представлена на рисунке 3. Стоит обратить Ваше внимание, что светодиод может быть подключен как анодом, так и катодом к микроконтроллеру и от этого будет зависеть программный способ управления светодиодом.

3. Последовательное подключение нескольких светодиодов
При последовательном соединении светодиодов чтобы их яркость не отличалась, друг от друга надо, чтобы светодиоды были одного типа. При последовательном соединении светодиодов сопротивление резистора будет меньше в отличие от случая, когда мы подключаем один светодиод. Для расчета резистора мы так же можем использовать ранее рассмотренный способ.

К примеру, нам необходимо последовательно подключить четыре светодиода к напряжению постоянного тока 12В, соответственно рабочее напряжение светодиодов 2В при последовательном соединении будет 2В х 4шт. = 8В. Тогда мы можем выбрать резистор из стандартного ряда на 470-510 Ом. При последовательном соединении светодиодов ток, протекающий через все светодиоды, будет одинаковым.

Рисунок 5 — Последовательное соединение светодиодов
Одним из недостатков последовательного соединения светодиодов является тот факт, что в случае выхода одного из светодиодов из строя, все светодиоды перестанут светится. Ниже приведена схема с последовательным соединением двух, трех и четырех светодиодов.

4.Параллельное подключение светодиодов
При параллельном подключении светодиодов резистор выбираем так же, как в случае одиночного светодиода. На каждый светодиод должен быть свой резистор при этом, если резисторы по сопротивлению будут отличаться или светодиоды будут различных марок, то будет очень заметно неравномерность свечения одного светодиода от другова. Ток при параллельном соединении будет складываться в зависимости от количества светодиодов.

5. Подключение мощных светодиодов с большим рабочим током, как правило, применяемых для освещения. При использовании мощных светодиодов лучше всего не использовать обычные резисторы, а применять специальные импульсные источники питания для светодиодов в них, как правило, уже установлены цепи стабилизации тока, данные источники питания обеспечивают равномерность свечения светодиодов и более долговечный срок службы. Светодиоды, применяемые для освещения необходимо устанавливать на теплоотвод (радиатор).

6. Подключение светодиода к переменному напряжению 220В.
(Внимание. Опасное напряжение все работы по подключению к сети 220В необходимо производить только при выключенном, снятом напряжении и при этом необходимо убедится, что напряжение отсутствует. Будьте внимательны. Ко всем элементам схемы не должно быть прямого доступа).
При подключении светодиода к переменному напряжению 220В нам понадобится не только резистор, но и диод для выпрямления напряжения, так как светодиод работает от постоянного тока. Без диода на переменное напряжение лучше не включать. Схема подключения светодиода к сети 220В представлена на рисунке 7. Благодаря тому что мы используем два резистора вместо одного, мы можем использовать резисторы мощностью 1Вт. Так же лучше всего установить конденсатор особено если будет заметно мерцание светодиода. Конденсатор может быть керамический или пленочный главное нельзя использовать электролитический конденсатор.

7. Подключение двухцветных светодиодов.
Если мы возьмем двухцветный светодиод, то увидим, что у данного светодиода не два, а три вывода, соответственно, один вывод по центру является общим, а два вывода по бокам каждый отвечает за свой цвет.

Немного математики :
Расчет сопротивления ограничивающего резистора при 5В и токе светодиода 20мА:
R = U / Imax = 5 / 0.020 = 250 Ом — соответственно сопротивление резистора при 5В должно быть не меньше 250 Ом

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector