Схемы подключения светодиодов к 220В и 12В

Рассмотрим способы включения лед диодов средней мощности к наиболее популярным номиналам 5В, 12 вольт, 220В. Затем их можно использовать при изготовлении цветомузыкальных устройств, индикаторов уровня сигнала, плавное включение и выключение. Давно собираюсь сделать плавный искусственный рассвет , чтобы соблюдать распорядок дня. К тому же эмуляция рассвета позволяет просыпаться гораздо лучше и легче.

Про подключение светодиодов к 12 и 220В читайте в предыдущей статье, рассмотрены все способы от сложных до простых, от дорогих до дешёвых.

1. Типы схем
2. Обозначение на схеме
3. Подключение светодиода к сети 220в, схема
4. Подключение к постоянному напряжению
5. Самый простой низковольтный драйвер
6. Драйвера с питанием от 5В до 30В
7. Включение 1 диода
8. Параллельное подключение
9. Последовательное подключение
10. Подключение RGB LED
11. Включение COB диодов
12. Подключение SMD5050 на 3 кристалла
13. Светодиодная лента 12В SMD5630
14. Светодиодная лента RGB 12В SMD5050

Типы схем

Схема подключения светодиодов бывает двух типов, которые зависят от источника питания:

светодиодный драйвер со стабилизированным током;
блок питания со стабилизированным напряжением.

В первом варианте применяется специализированный источник, который имеет определенный стабилизированный ток, например 300мА. Количество подключаемых LED диодов ограничено только его мощностью. Резистор (сопротивление) не требуется.

Во втором варианте стабильно только напряжение. Диод имеет очень малое внутреннее сопротивление, если его включить без ограничения Ампер, то он сгорит. Для включения необходимо использовать токоограничивающий резистор.
Расчет резистора для светодиода можно сделать на специальном калькуляторе.

Калькулятор учитывает 4 параметра:

снижение напряжения на одном LED;
номинальный рабочий ток;
количество LED в цепи;
количество вольт на выходе блока питания.

Разница кристаллов

Если вы используете недорогие LED элементы китайского производства, то скорее всего у них будет большой разброс параметров. Поэтому реальное значение Ампер цепи будет отличатся и потребуется корректировка установленного сопротивления. Чтобы проверить насколько велик разброс параметров, необходимо включить все последовательно. Подключаем питание светодиодов и затем понижаем напряжение до тех пор, когда они будут едва светиться. Если характеристики отличаются сильно, то часть LED будет работать ярко, часть тускло.

Это приводит к тому, что на некоторых элементах электрической цепи мощность будет выше, из-за этого они будут сильнее нагружены. Так же будет повышенный нагрев, усиленная деградация, ниже надежность.

Обозначение на схеме

Для обозначения на схеме используется две вышеуказанные пиктограммы. Две параллельные стрелочки указывают, что светит очень сильно, количество зайчиков в глазах не сосчитать.

Подключение светодиода к сети 220в, схема

Для подключения к сети 220 вольт используется драйвер, который является источником стабилизированного тока.

Схема драйвера для светодиодов бывает двух видов:

простая на гасящем конденсаторе;
полноценная с использованием микросхем стабилизатора;

Собрать драйвер на конденсаторе очень просто, требуется минимум деталей и времени. Напряжение 220В снижается за счёт высоковольтного конденсатора, которое затем выпрямляется и немного стабилизируется. Она используется в дешевых светодиодных лампах. Основным недостатком является высокой уровень пульсаций света, который плохо действует на здоровье. Но это индивидуально, некоторые этого вообще не замечают. Так же схему сложно рассчитывать из-за разброса характеристик электронных компонентов.

Полноценная схема с использованием специализированных микросхем обеспечивает лучшую стабильность на выходе драйвера. Если драйвер хорошо справляется с нагрузкой, то коэффициент пульсаций будет не выше 10%, а в идеале 0%. Чтобы не делать драйвер своими руками, можно взять из неисправной лампочки или светильника, если проблема у них была не с питанием.

Если у вас есть более менее подходящий стабилизатор, но сила тока меньше или больше, то её можно подкорректировать с минимум усилий. Найдите технические характеристики на микросхему из драйвера. Чаще всего количество Ампер на выходе задаётся резистором или несколькими резисторами, находящимися рядом с микросхемой. Добавив к ним еще сопротивление или убрав один из них можно получить необходимую силу тока. Единственное нельзя превышать указанную мощность.

Подключение к постоянному напряжению

Далее будут рассмотрены схемы подключения светодиодов к постоянному напряжению. Наверняка у вас дома найдутся блоки питания со стабилизированный полярным напряжением на выходе. Несколько примеров:

3,7В – аккумуляторы от телефонов;
5В – зарядные устройства с USB;
12В – автомобиль, прикуриватель, бытовая электроника, компьютер;
19В – блоки от ноутбуков, нетбуков, моноблоков.

Самый простой низковольтный драйвер

Простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов состоит из линейной микросхемы LM317 или его аналогов. На выходе таких стабилизаторов может быть от 0,1А до 5А. Основные недостатки это невысокий КПД и сильный нагрев. Но это компенсируется максимальной простотой изготовления.

Входное до 37В, до 1,5 Ампера для корпуса указанного на картинке.

Для рассчёта сопротивления, задающего рабочий ток используйте калькулятор стабилизатор тока на LM317 для светодиодов.

Драйвера с питанием от 5В до 30В

Если у вас есть подходящий источник питания от какой либо бытовой техники, то для включения лучше использовать низковольтный драйвер. Они бывают повышающие и понижающие. Повышающий даже из 1,5В сделает 5В, чтобы светодиодная цепь работала. Понижающий из 10В-30В сделает более низкое, например 15В.

В большом ассортименте они продаются у китайцев, низковольтный драйвер отличается двумя регуляторами от простого стабилизатора Вольт.

Реальная мощность такого стабилизатора будет ниже, чем указал китаец. У параметрах модуля пишут характеристику микросхемы и не всей конструкции. Если стоит большой радиатор, то такой модуль потянет 70% — 80% от обещанного. Если радиатора нет, то 25% — 35%.

Особенно популярны модели на LM2596, которые уже прилично устарели из-за низкого КПД. Еще они сильно греются, поэтому без системы охлаждения не держат более 1 Ампера.

Более эффективны XL4015, XL4005, КПД гораздо выше. Без радиатора охлаждения выдерживают до 2,5А. Есть совсем миниатюрные модели на MP1584 размером 22мм на 17мм.

Включение 1 диода

Чаще всего используются 12 вольт, 220 вольт и 5В. Таким образом делается маломощная светодиодная подсветка настенных выключателей на 220В. В заводских стандартных выключателях чаще всего ставится неоновая лампа.

Параллельное подключение

При параллельном соединении желательно на каждую последовательную цепь диодов использовать отдельный резистор, чтобы получить максимальную надежность. Другой вариант, это ставить одно мощное сопротивление на несколько LED. Но при выходе одного LED из строя увеличится ток на других оставшихся. На целых будет выше номинального или заданного, что значительно сократит ресурс и увеличит нагрев.

Рациональность применений каждого способа рассчитывают исходя из требований к изделию.

Последовательное подключение

Последовательное подключение при питании от 220в используют в филаментных диодах и светодиодных лентах на 220 вольт. В длинной цепочке из 60-70 LED на каждом падает 3В, что и позволяет подсоединять напрямую к высокому напряжению. Дополнительно используется только выпрямитель тока, для получения плюса и минуса.

Такое соединение применяют в любой светотехнике:

светодиодные лампах для дома;
led светильники;
новогодние гирлянды на 220В;
светодиодные ленты на 220.

В лампах для дома обычно используется до 20 LED включенных последовательно, напряжение на них получается около 60В. Максимальное количество используется в китайских лампочках кукурузах, от 30 до 120 штук LED. Кукурузы не имеют защитной колбы, поэтому электрические контакты на которых до 180В полностью открыты.

Соблюдайте осторожность, если видите длинную последовательную цепочку, к тому же на них не всегда есть заземление. Мой сосед схватил кукурузу голыми руками и потом рассказывал увлекательные стихи из нехороших слов.

Подключение RGB LED

Маломощные трёхцветные RGB светодиоды состоят из трёх независимых кристаллов, находящихся в одном корпусе. Если 3 кристалла (красный, зеленый, синий) включить одновременно, то получим белый свет.

Управление каждым цветом происходит независимо от других при помощи RGB контроллера. В блоке управления есть готовые программы и ручные режимы.

Включение COB диодов

Схемы подключения такие же, как у однокристальных и трехцветных светодиодов SMD5050, SMD 5630, SMD 5730. Единственное отличие, вместо 1 диода включена последовательная цепь из нескольких кристаллов.

Мощные светодиодные матрицы имеют в своём составе множество кристаллов включенных последовательно и параллельно. Поэтому питание требуется от 9 до 40 вольт, зависит от мощности.

Подключение SMD5050 на 3 кристалла

От обычных диодов SMD5050 отличается тем, что состоит из 3 кристаллов белого света, поэтому имеет 6 ножек. То есть он равен трём SMD2835, сделанным на этих же кристаллах.

При параллельном включении с использованием одного резистора надежность будет ниже. Если один их кристаллов выходит из строя, то увеличивается сила тока через оставшиеся 2. Это приводит к ускоренному выгоранию оставшихся.

При использовании отдельного сопротивления для каждого кристалла, выше указанный недостаток устраняется. Но при этом в 3 раза возрастает количество используемых резисторов и схема подключения светодиода становится сложней. Поэтому оно не используется в светодиодных лентах и лампах.

Светодиодная лента 12В SMD5630

Наглядным примером подключения светодиода к 12 вольтам является светодиодная лента. Она состоит из секций по 3 диода и 1 резистора, включенных последовательно. Поэтому разрезать её можно только в указанных местах между этими секциями.

Светодиодная лента RGB 12В SMD5050

В RGB ленте используется три цвета, каждый управляется отдельно, для каждого цвета ставится резистор. Разрезать можно только по указанному месту, чтобы в каждой секции было по 3 SMD5050 и она могла подключатся к 12 вольт.

Здравствуйте уважаемые Знатоки. Мне нужно собрать 2 шт. LED светильник состоящий из 20 диодов по 3W, а второй из 40 диодов. Напряжение у каждого 3,2-3,4 V, 600-700mA. Драйверы на них получаются достаточно дорогие, посоветуйте как можно их подключить в сеть 220v.
Тут представлены схемы без трансформатора через мост ну и там конденсаторы и резисторы. Подскажите её можно использовать для запитки фонаря, и как подобрать детали, Был бы очень признателен если бы кто то расписал как и что делать а главное из чего. Благодарю

Отвечает Друзь. Проще поставить диоды на 20-30 Ватт или использовать линейки светодиодные. Есть мощные диоды которые сразу подключаются в 220 вольт. У них драйвер расположен на подложке вместе с диодом, получается недорого и просто. Схема подключения светодиодов есть у меня на сайте в разделе «Питание».

Подключил 4 потолочных светильника с Led Driver,но почемуто один самый первый или самый последний в цепи мигает при выключином свете. Менял провода местами,менял блок,ничего не помогает.подскажите

Может выключатель с подсветкой. Выключатель должен размыкать фазу. Бывает небольшая наводка с другой линии на 220 вольт, заряд постепенно накапливается и светильник вспыхивает. Да и китайская схемотехника тут тоже влияет.

Добрый день.
Есть светодиодная матрица на на 64 светодиода 2835 включенная в 220в на ней есть 3-и микросхемы, произведение китайское.
Проблема заключается в том, что есть подсветка не всех светодиодов при выключенном 1-м из проводов из сети, т.е. работает как ночник.
Что можно сделать.

Пир выключении необходимо разрывать фазу, а не ноль. Может у вас выключатель с подсветкой.

Пытаюсь заменить галогеновое освещение на светодиодные лампы. От сети 220v питание идет на трансформатор HTM 70/230-240 OSRAM. Далее 12v двумя линиями по 3 лампы в каждой, подключенных параллельно. Лампы OSRAM LED STAR MR16 35 36° по 5w. При включении горят с мерцанием частотой 50гц. Как устранить мерцание с использованием готовых комплектующих, которые можно купить в магазине ( не «сделай сам»).

HTM 70/230-240 OSRAM

Купите хороший блок питания на 12 вольт и проблема исчезнет. Можете поставить параллельно конденсатор на 500-1000 микрофарад.

Здравствуйте. Вопрос такой: в здании поменяли светильники с накаливания на светодиодные. При снятии векторной диаграммы со счётчика электроэнергии заметили, что характер нагрузки поменялся на активно-емкостную (ток стал опережать напряжение на 30 градусов). Не может ли быть связано с установленными в светильника конденсаторами? Спасибо.

Коэффициент мощности изменился из-за светильников.

Добрый день!
На приборе установлено устройство плавного пуска ламп накаливания (220 вольт), при замене на светодиодные лампы, последние начинают мерцать.
Можно ли что нибудь сделать?

Уберите блок плавного пуска.

Доброго здоровья. Светодиод 3в. 20ма.сколько светодиодов можно подключить последовательно .Блок питания с гасящим конденсатором.

Длина цепи ограничена напряжением. 73 светодиода можно подключить без гасящего конденсатора.

Здравствуйте, как лучше подключить 1w диод от аккумулятора 6v, подойдет ли драйвер с питанием 12v из китая?

На схемах вроде всё указано, а дальше уже вам выбирать.

Правильное питание светодиодов для ленивых чайников! За 20р и 10 минут! Плавный розжиг в подарок!

Предисловие

Недавно хвастался, что от китайских братьев пришла первая посылочка.

К сожалению, китайские товарищи умеют работать руками и умеют торговать, но вот что они делают и продают знают не всегда, поэтому приходится сначала брать “кота в мешке” по догадкам, а потом разбираться с этим самостоятельно. В описании лота сами все прочтете, у продавца спрашивать конкретику бесполезно — он сам знает только то что в описании лота, т.е. не больше вашего Да и знал бы — не сказал, кроме “бест фо ю и чипест!”. Ну такие они вот, что с ними сделаешь? Я месяц прожил в Шанхае, работал, общался и торговался с ними — забавные ребята.

Чего это и зачем?

Это светодиодный драйвер для встраивания в лампочки MR16. Драйвера эти бывают разных конфигураций по мощности и числу светодиодов.

— MR16 это тип цоколя лампы. Такие колокольчики которые вы можете встретить в подвесных потолках. Собственно вон те рожки и есть “папа” этого цоколя.
— 3x3W (а так же 1x3W, 3x1W, 5x2W и т.п.) это конфигурация драйвера. Например, под 3x1W подразумевается что драйвер предназначен для питания 3 светодиодов мощностью 1 ватт. Но к этому мы еще вернемся.

А при чем тут автомобили?

В автомобиле, устанавливая светодиодные лампы, подсветки и прочий модный лед-тюнинг нельзя цеплять светодиоды напрямую, так как бортовая сеть совсем не тот источник питания который вашему лед-тюнингу обеспечит спокойную и долгую жизнь в течении положенных 50 000 часов (около 6 лет), если машина не сгниет быстрее. К тому же хочется всяких фишек типа плавного розжига, регулировки яркости и т.д. К этому мы тоже вернемся. Конечно можно и нужно обойтись токоограничивающим резистором (извините что отошел от линии чайника), местами даже встроенными в ленты и цоколи, но они не дают достаточной защиты.

В общем не важно, для чего и кто придумал эту штучку, важно что она нам подходит для наших целей.

Две ножки-гвоздика — это вход питания. Один цепляется на плюс, другой на массу. Какой куда не важно, поэтому они не отмечены, так как в схеме предусмотрен диодный мост (четыре пластиковых кирпичика возле ножек) который защищает все от переполюсовки и переворачивает питание как надо. Хотя изначально он задумывался еще и для того чтобы можно было подключить лампу не только к источнику постоянного напряжения, но и переменного.

Два провода с другой стороны паяются к ленте или диодам. Белый паяется на минус, красный (в виду экономии китайцами красителей — розовый) паяется на плюс.

Вот собственно и все подключение.

Опять о конфигурации

Диоды питаются током, а не напряжением. С напряжением у них все просто — они его “роняют”. Светодиоды обычно примерно на 3.6в. Т.е. если на первый светодиод подать 12в, то следующему достанется уже 12-3.6=8.4в, следующему 8.4-3.6=4.8в и т.д. до тех пор пока ничего не останется. Светодиоды до которых дошло напряжение меньше минимального просто не будут светиться.

Число 3 в “3x1W” просто означает что напряжения на выходе хватает примерно на 3 диода. 3.6в это округленно 4 в, а 3*4=12в — напряжение автомобильной бортсети. Поэтому если нам надо запитать 12в светодиодную ленту — это то что нам нужно. Конфига 1x это примерно 4-5в на выходе — если вам надо запитать один сверхмощный диод, например Cree Q5 или XL, то это то что нужно.

В принципе, светодиоды, как и любые диоды, выдерживают очень большие перегрузки по напряжению при наличии стабилизатора тока. Так как их убивает именно чрезмерный ток — они перегреваются. Поэтому можно ограничиться покупкой только конфиги 3х, тем более что реально она не ровно 12в, эти данные я приведу ниже. И к тому же в них более мощные компоненты, а это повышает надежность.

Разберемся теперь с мощностью. Как я говорил выше — диоды питаются током. Чрезмерный ток их убивает. Вот задача этого драйвера как раз и состоит в том, чтобы следить за тем, чтобы ток на выходе не ушел за заданные пределы. Закон Ома учили? Мощность это ток умножить на напряжение. 3W/3.6в=0.83А. Или 830мА. Китайская мощность На самом деле конфигу задет резистор в схеме, что приводит к выдаче нужного тока. По токам конфиги 650мА (3 ватта), 450мА (2 ватта) и 350мА (1 ватт). Так что зная каким током питаются ваши диоды — вы выбираете нужную конфигу в китайских ваттах. Но это еще не все! Имея острый глаз и тонкий паяльник — ток можно переконфигуить, заменив резистор на нужный. И не только так. Но об этом дальше.

Вы можете найти такой девайс на старшем брате алиэкспресса — алибабе. Так как там тусуются производители в основном — у них очень хорошо в табличках представлены возможные серийные конфиги которые они выпускают.

Ну что? Не пора ли чайникам закипеть?

Все что было сказано до этого вполне достаточно для того, чтобы использовать данный полезный девайс не вникая в тонкости. Это будет в 1000 раз лучше, чем совсем без него по любому. Далее я начну кипятить мозги (не зря же свои вскипятил?) тем, кто хочет стать продвинутым чайником, как я

Взлом кота
При написании поста ни один кот, включая моего Кузю, не пострадал!

Еще до получения посылки, разглядев скудные фотки китайских девайсов я порылся в гугле на предмет того, как сейчас модно делать промышленные драйвера, какие чипы используются и какая схема по набору деталей (диоды, резисторы, индуктивность, конденсатор и микросхемка) соответствует той, что видно на картинке.

Естественно, оказалось, что каждый уважающий себя производитель чипов выпускает такие дравера и схемы включения в общем-то похожи. NCL30105, NCP3065, DR3062, TPS92550, LM311… в общем дофига всего… и у всех свои тонкости и характеристики.

Поэтому как только получил посылку, первым делом попытался разглядеть название чипа и нарыть по нему инфу. Самое сложное было разглядеть название. Размер чипа пара миллиметров, размер символов на нем около полумиллиметра.

Воружившись лампой, фотокамерой телефона настроенной на 8-кратный зум и макрорежим…

CL6807! Хм… не попадалось… Гуглим и находим даташит: akizukidenshi.com/download/ds/chiplink/CL6807.pdf. Вот те и на… китаец И как они это любят, на официальном сайте вместо даташита черте что: www.chiplink-semi.com/productview.aspx?pid=64.

Но не суть. Железяка полностью соответствует типовой схеме из даташита. При чем железяки продавали с параметрами питания 12в и макс мощностью 3 ватта, т.е. 650мА. А что мы видим в даташите? CL6807 — 30V 1A LED driver with internal switch. Хм… с хорошим запасом! Может что другое слабовато? Из полупроводников только 5 кубиков SS14. Вот даташит на них: www.datasheetcatalog.org/…3otx125tzrrfsqo9xdk3y.pdf — это диоды Шотки 40V 1A. Так что выходит, что железяка может разгоняться до 1А тока и работать при напряжении на входе до 30 вольт. А если учесть, что стабилизаторы тока можно включать паралельно и при этом токи складываются, парочкой таких можно запросто запитать даже 10 ваттный Cree XL T6, а мощнее него пока ничего не придумали.

С параметрами мощности разобрались.

Что же из прочих вкусностей там заготовлено?

— На выходе встроен полевой транзистор. Это хорошо.
— При напряжении менее 7в чип отключается. Зря…
— А вот защиты от перенапряжения, как у американских у него нет. Плохо.
— И отключения при перегреве нет. Опять наэкономили.
— Защиты от короткого замыкания в нагрузке нет. Плохо.
— Защита от обрыва нагрузки на выходе есть. Ну хоть это не порезали!
— Есть поддержка димминга и не только ШИМ-сигналом, но и аналоговым! Это хорошо.
— Зато есть поддержка плавного розжига. Да… дешевые эффекты это в китайском стиле Но пожалуй за это драйвовчане готовы простить слабости в защите

Чего это там про плавный розжег? Это где?

В даташите сказано, что для увеличения времени розжига (изначально оно почти нулевое) необходимо добавить конденсатор по вкусу между выводом ADJ (нижняя правая нога на чипе) и GND (нижняя средняя нога). Т.е. припаиваем сверху подходящий конденсатор и вуаля! Время розжига соответствует времени необходимому для полной зарядки конденсатора. Т.е. чем выше емкость — тем дольше разгорается.

Этим же выводом ADJ происходит гашение диодов — при подаче сигнала уровня ниже 0.4в чип выключится, сигнал 0.5в до 2.5в работает как аналоговый диммер от 0% до 100% яркости. Ну и ШИМ сигнал там тоже воспринимается по частоте 500Гц это 100% яркость. В общем управлять яркостью и включением можно как угодно, все зависит от фантазии. Можно от магнитолы в такт музыки сделать, можно от фотоэлемента яркость в зависимости от освещенности и т.д. Главное научиться держать паяльник

И опять к конфигурации. Сколько вешать в граммах?

Ток на выходе программируется резистором. Он на схеме один — Rs. Формула приведена в даташите: Ioutnom = 0.1/Rs. Т.е. Rs = 0.1/Ioutnom.

Кто внимательно разглядывал фотки — наверняка как и я заметили что на железке 2 резистора, а на схеме один. И номиналы не в кассу (330 и 300), не по формуле. А это еще один китайский прикол. На 3W конфигу 650мА поставили два паралельных резистора фактически заменив один двумя номиналами в 2 раза выше. Зачем? Да очень просто — один не припаял или выпаял и получил без проблем самую популярную конфигу в 350мА (1W). Удобно Здесь токи я написал так, как это любят делать китайцы — “как-то так”. Более точные значения оставляю вычислять вам, как упражнение

Доклад окончен

С 10 вечера до 3 часов ночи писал. Теоретическую часть изложил. Дальше будет уже по результатам работы с паяльником.

Несколько простых схем питания светодиодов

Несмотря на богатый выбор в магазинах светодиодных фонариков различных конструкций, радиолюбители разрабатывают свои варианты схем для питания белых суперярких светодиодов. В основном задача сводится к тому, как запитать светодиод всего от одной батарейки или аккумулятора, провести практические исследования.

После того, как получен положительный результат, схема разбирается, детали складываются в коробочку, опыт завершен, наступает моральное удовлетворение. Часто исследования на этом останавливаются, но иногда опыт сборки конкретного узла на макетной плате переходит в реальную конструкцию, выполненную по всем правилам искусства. Далее рассмотрены несколько простых схем, разработанных радиолюбителями.

В ряде случаев установить, кто является автором схемы очень трудно, поскольку одна и та же схема появляется на разных сайтах и в разных статьях. Часто авторы статей честно пишут, что эту статью нашли в интернете, но кто опубликовал эту схему впервые, неизвестно. Многие схемы просто срисовываются с плат тех же китайских фонариков.

Автор статьи, которую Вы сейчас читаете, на авторство схем тоже не претендует, это просто небольшая подборка схем на «светодиодную» тему.

Зачем нужны преобразователи

Все дело в том, что прямое падение напряжения на светодиоде, как правило, не менее 2,4…3,4В, поэтому от одной батарейки с напряжением 1,5В, а тем более аккумулятора с напряжением 1,2В зажечь светодиод просто невозможно. Тут есть два выхода. Либо применять батарею из трех или более гальванических элементов, либо строить хотя бы самый простой DC-DC преобразователь.

Именно преобразователь позволит питать фонарик всего от одной батарейки. Такое решение уменьшает расходы на источники питания, а кроме того позволяет полнее использовать заряд гальванического элемента: многие преобразователи работоспособны при глубоком разряде батареи до 0,7В! Использование преобразователя также позволяет уменьшить габариты фонарика.

Простейшая схема для питания светодиода

Схема представляет собой блокинг-генератор. Это одна из классических схем электроники, поэтому при правильной сборке и исправных деталях начинает работать сразу. Главное в этой схеме правильно намотать трансформатор Tr1, не перепутать фазировку обмоток.

В качестве сердечника для трансформатора можно использовать ферритовое кольцо с платы от негодной энергосберегающей люминесцентной лампы. Достаточно намотать несколько витков изолированного провода и соединить обмотки, как показано на рисунке ниже.

Трансформатор можно намотать обмоточным проводом типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром не более 0,3мм, что позволит уложить на кольцо чуть большее количество витков, хотя бы 10…15, что несколько улучшит работу схемы.

Обмотки следует мотать в два провода, после чего соединить концы обмоток, как показано на рисунке. Начало обмоток на схеме показано точкой. В качестве транзистора можно использовать любой маломощный транзистор n-p-n проводимости: КТ315, КТ503 и подобные. В настоящее время проще найти импортный транзистор, например BC547.

Если под рукой не окажется транзистора структуры n-p-n, то можно применить транзистор проводимости p-n-p, например КТ361 или КТ502. Однако, в этом случае придется поменять полярность включения батарейки.

Резистор R1 подбирается по наилучшему свечению светодиода, хотя схема работает, даже если его заменить просто перемычкой. Вышеприведенная схема предназначена просто «для души», для проведения экспериментов. Так после восьми часов беспрерывной работы на один светодиод батарейка с 1,5В «садится» до 1,42В. Можно сказать, что почти не разряжается.

Для исследования нагрузочных способностей схемы можно попробовать подключить параллельно еще несколько светодиодов. Например, при четырех светодиодах схема продолжает работать достаточно стабильно, при шести светодиодах начинает греться транзистор, при восьми светодиодах яркость заметно падает, транзистор греется весьма сильно. А схема, все-таки, продолжает работать. Но это только в порядке научных изысканий, поскольку транзистор в таком режиме долго не проработает.

Преобразователь с выпрямителем

Если на базе этой схемы планируется создать простенький фонарик, то придется добавить еще пару деталей, что обеспечит более яркое свечение светодиода.

Нетрудно видеть, что в этой схеме светодиод питается не пульсирующим, а постоянным током. Естественно, что в этом случае яркость свечения будет несколько выше, а уровень пульсаций излучаемого света будет намного меньше. В качестве диода подойдет любой высокочастотный, например, КД521.

Преобразователи с дросселем

Еще одна простейшая схема показана на рисунке ниже. Она несколько сложнее, чем схема на рисунке 1 , содержит 2 транзистора, но при этом вместо трансформатора с двумя обмотками имеет только дроссель L1. Такой дроссель можно намотать на кольце все от той же энергосберегающей лампы, для чего понадобится намотать всего 15 витков обмоточного провода диаметром 0,3…0,5мм.

При указанном параметре дросселя на светодиоде можно получить напряжение до 3,8В (прямое падение напряжения на светодиоде 5730 3,4В), что достаточно для питания светодиода мощностью 1Вт. Наладка схемы заключается в подборе емкости конденсатора C1 в диапазоне ±50% по максимальной яркости светодиода. Схема работоспособна при снижении напряжения питания до 0,7В, что обеспечивает максимальное использование емкости батареи.

Если рассмотренную схему дополнить выпрямителем на диоде D1, фильтром на конденсаторе C1, и стабилитроном D2, получится маломощный блок питания, который можно применить для питания схем на ОУ или других электронных узлов. При этом индуктивность дросселя выбирается в пределах 200…350 мкГн, диод D1 с барьером Шоттки, стабилитрон D2 выбирается по напряжению питаемой схемы.

При удачном стечении обстоятельств с помощью такого преобразователя можно получить на выходе напряжение 7…12В. Если предполагается использовать преобразователь для питания только светодиодов, стабилитрон D2 можно из схемы исключить.

Все рассмотренные схемы являются простейшими источниками напряжения: ограничение тока через светодиод осуществляется примерно так же, как это делается в различных брелоках или в зажигалках со светодиодами.

Светодиод через кнопку включения, без всякого ограничительного резистора, питается от 3…4-х маленьких дисковых батареек, внутреннее сопротивление которых ограничивает ток через светодиод на безопасном уровне.

Схемы с обратной связью по току

А светодиод является, все-таки, токовым прибором. Неспроста в документации на светодиоды указывается именно прямой ток. Поэтому настоящие схемы для питания светодиодов содержат обратную связь по току: как только ток через светодиод достигает определенного значения, выходной каскад отключается от источника питания.

В точности также работают и стабилизаторы напряжения, только там обратная связь по напряжению. Ниже показана схема для питания светодиодов с токовой обратной связью.

При внимательном рассмотрении можно увидеть, что основой схемы является все тот же блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2. Транзистор VT1 является управляющим в цепи обратной связи. Обратная связь в данной схеме работает следующим образом.

Светодиоды питаются напряжением, которое накапливается на электролитическом конденсаторе. Заряд конденсатора производится через диод импульсным напряжением с коллектора транзистора VT2. Выпрямленное напряжение используется для питания светодиодов.

Ток через светодиоды проходит по следующему пути: плюсовая обкладка конденсатора, светодиоды с ограничительными резисторами, резистор токовой обратной связи (сенсор) Roc, минусовая обкладка электролитического конденсатора.

При этом на резисторе обратной связи создается падение напряжения Uoc=I*Roc, где I ток через светодиоды. При возрастании напряжения на электролитическом конденсаторе (генаратор, все-таки, работает и заряжает конденсатор), ток через светодиоды увеличивается, а, следовательно, увеличивается и напряжение на резисторе обратной связи Roc.

Когда Uoc достигает 0,6В транзистор VT1 открывается, замыкая переход база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается, блокинг-генератор останавливается, и перестает заряжать электролитический конденсатор. Под воздействием нагрузки конденсатор разряжается, напряжение на конденсаторе падает.

Уменьшение напряжения на конденсаторе приводит к снижению тока через светодиоды, и, как следствие, уменьшению напряжения обратной связи Uoc. Поэтому транзистор VT1 закрывается и не препятствует работе блокинг-генератора. Генератор запускается, и весь цикл повторяется снова и снова.

Изменяя сопротивление резистора обратной связи можно в широких пределах изменять ток через светодиоды. Подобные схемы называются импульсными стабилизаторами тока.

Интегральные стабилизаторы тока

В настоящее время стабилизаторы тока для светодиодов выпускаются в интегральном исполнении. В качестве примеров можно привести специализированные микросхемы ZXLD381, ZXSC300. Схемы, показанные далее, взяты из даташитов (DataSheet) этих микросхем.

На рисунке показано устройство микросхемы ZXLD381. В ней содержится генератор ШИМ (Pulse Control), датчик тока (Rsense) и выходной транзистор. Навесных деталей всего две штуки. Это светодиод LED и дроссель L1. Типовая схема включения показана на следующем рисунке. Микросхема выпускается в корпусе SOT23. Частота генерации 350КГц задается внутренними конденсаторами, изменить ее невозможно. КПД устройства 85%, запуск под нагрузкой возможен уже при напряжении питания 0,8В.

Прямое напряжение светодиода должно быть не более 3,5В, как указано в нижней строчке под рисунком. Ток через светодиод регулируется изменением индуктивности дросселя, как показано в таблице в правой части рисунка. В средней колонке указан пиковый ток, в последней колонке средний ток через светодиод. Для снижения уровня пульсаций и повышения яркости свечения возможно применение выпрямителя с фильтром.

Здесь применяется светодиод с прямым напряжением 3,5В, диод D1 высокочастотный с барьером Шоттки, конденсатор C1 желательно с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (low ESR). Эти требования необходимы для того, чтобы повысить общий КПД устройства, по возможности меньше греть диод и конденсатор. Выходной ток подбирается при помощи подбора индуктивности дросселя в зависимости от мощности светодиода.

Микросхема ZXSC300

Отличается от ZXLD381 тем, что не имеет внутреннего выходного транзистора и резистора-датчика тока. Такое решение позволяет значительно увеличить выходной ток устройства, а следовательно применить светодиод большей мощности.

В качестве датчика тока используется внешний резистор R1, изменением величины которого можно устанавливать требуемый ток в зависимости от типа светодиода. Расчет этого резистора производится по формулам, приведенным в даташите на микросхему ZXSC300. Здесь эти формулы приводить не будем, при необходимости несложно найти даташит и подсмотреть формулы оттуда. Выходной ток ограничивается лишь параметрами выходного транзистора.

При первом включении всех описанных схем желательно батарейку подключать через резистор сопротивлением 10Ом. Это поможет избежать гибели транзистора, если, например, неправильно подключены обмотки трансформатора. Если с этим резистором светодиод засветился, то резистор можно убирать и проводить дальнейшие настройки.

Правильное подключение светодиодов

На сегодняшний день существуют сотни разновидностей светодиодов, отличающихся внешним видом, цветом свечения и электрическими параметрами. Но всех их объединяет общий принцип действия, а значит, и схемы подключения к электрической цепи тоже базируются на общих принципах. Достаточно понять, как подключить один индикаторный светодиод, чтобы затем научиться составлять и рассчитывать любые схемы.

Распиновка светодиода

Прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о правильном подключении светодиода, необходимо научиться определять его полярность. Чаще всего индикаторные светодиоды имеют два вывода: анод и катод. Гораздо реже в корпусе диаметром 5 мм встречаются экземпляры, имеющие 3 или 4 вывода для подключения. Но и с их распиновкой разобраться тоже несложно.

Всего существует 3 надёжных способа определения полярности: визуальный, с помощью мультиметра и путём подключения к источнику напряжения. Каждый из них по-своему уникален и интересен, в связи с чем данная тема вынесена в отдельную статью: «Где плюс, а где минус?»

SMD-светодиоды могут иметь 4 вывода (2 анода и 2 катода), что обусловлено технологией их производства. Третий и четвёртый выводы могут быть электрически незадействованными, но использоваться в качестве дополнительного теплоотвода. Приведенное расположение выводов не является стандартом. Для вычисления полярности лучше сначала заглянуть в datasheet, а затем подтвердить увиденное мультиметром. Визуально определить полярность SMD-светодиода с двумя выводами можно по срезу. Срез (ключ) в одном из углов корпуса всегда расположен ближе к катоду (минусу).

Простейшая схема подключения светодиода

Нет ничего проще, чем подключить светодиод к низковольтному источнику постоянного напряжения. Это может быть батарейка, аккумулятор или маломощный блок питания. Лучше, если напряжение будет не менее 5 В и не более 24 В. Такое подключение будет безопасным, а для его реализации понадобится лишь 1 дополнительный элемент – маломощный резистор. Его задача – ограничить ток, протекающий через p-n-переход на уровне не выше номинального значения. Для этого резистор всегда устанавливают последовательно с излучающим диодом.

Всегда соблюдайте полярность при подключении светодиода к источнику постоянного напряжения (тока).

Если из схемы исключить резистор, то ток в цепи будет ограничен только внутренним сопротивлением источника ЭДС, которое очень мало. Результатом такого подключения станет мгновенный выход из строя излучающего кристалла.

Расчёт ограничительного резистора

Взглянув на вольт-амперную характеристику светодиода, становится понятно: насколько важно не ошибиться при расчёте ограничительного резистора. Даже небольшой рост номинального тока приведёт к перегреву кристалла и, как следствие, к снижению рабочего ресурса. Выбор резистора производят по двум параметрам: сопротивлению и мощности. Сопротивление рассчитывают по формуле:

U – напряжение питания, В;
U_LED – прямое падение напряжения на светодиоде (паспортное значение), В;
I – номинальный ток (паспортное значение), А.

Полученный результат следует округлить до ближайшего номинала из ряда Е24 в большую сторону, а затем рассчитать мощность, которую должен будет рассеивать резистор:

R – сопротивление резистора, принятого к установке, Ом.

Более подробную информацию о расчётах с практическими примерами можно получить в статье о расчете резистора для светодиода. А тот, кто не желает погружаться в нюансы, может быстро рассчитать параметры резистора с помощью онлайн-калькулятора.

Включение светодиодов от блока питания

Речь пойдёт о блоках питания (БП), работающих от сети переменного тока 220 В. Но даже они могут сильно отличаться друг от друга выходными параметрами. Это могут быть:

источники переменного напряжения, внутри которых есть только понижающий трансформатор;
нестабилизированные источники постоянного напряжения (ИПН);
стабилизированные ИПН;
стабилизированные источники постоянного тока (светодиодные драйверы).

Подключить светодиод можно к любому из них, дополнив схему нужными радиоэлементами. Чаще всего в качестве блока питания применяют стабилизированные ИПН на 5 В или 12 В. Данный тип БП подразумевает, что при возможных колебаниях напряжения сети, а также при изменении тока нагрузки в заданном диапазоне напряжение на выходе изменяться не будет. Это преимущество позволяет подключать к БП светодиоды, используя только резисторы. И именно такой принцип подключения реализован в схемах с индикаторными светодиодами. Подключение мощных светодиодов и светодиодных матриц нужно производить через стабилизатор тока (драйвер). Несмотря на их более высокую стоимость, только так можно гарантировать стабильную яркость и продолжительную работу, а также исключить преждевременную замену дорогостоящего светоизлучающего элемента. Такое подключение не требует наличия дополнительного резистора, а светодиод присоединяется непосредственно к выходу драйвера с соблюдением условия:

I_{драйвера} – ток драйвера по паспорту, А;
I_LED – номинальный ток светодиода, А.

При несоблюдении условия, подключенный светодиод перегорит от перегрузки по току.

В качестве источника питания можно использовать даже одну пальчиковую батарейку на 1,5 В. Но для этого придётся собрать небольшую электрическую схему, которая позволит повысить напряжение питания до нужного уровня. О том, как это сделать, можно узнать из статьи «Как подключить светодиод от батарейки на 1,5 В».

Последовательное подключение

Собрать рабочую схему на одном светодиоде – несложно. Другое дело, когда их несколько. Как правильно подключить 2, 3 … N светодиодов? Для этого нужно научиться рассчитывать более сложные схемы включения. Схема последовательного подключения представляет собой цепь из нескольких светодиодов, в которой катод первого светодиода соединен с анодом второго, катод второго с анодом третьего и так далее. Через все элементы схемы течёт ток одинаковой величины:

А падения напряжений суммируются:

Исходя из этого, можно сделать выводы:

объединять в последовательную цепь целесообразно только светодиоды с одинаковым рабочим током;
при выходе из строя одного светодиода произойдёт обрыв цепи;
количество светодиодов ограничено напряжением БП.

Параллельное подключение

Если от БП с напряжением, например, 5 В, необходимо зажечь несколько светодиодов, то их придется соединить между собой параллельно. При этом последовательно с каждым светодиодом нужно поставить резистор. Формулы для расчёта токов и напряжений примут следующий вид:

Таким образом, сумма токов в каждой ветви не должна превышать максимально допустимый ток БП. При параллельном подключении однотипных светодиодов достаточно рассчитать параметры одного резистора, а остальные – будут такого же номинала.

Все правила последовательного и параллельного подключения, наглядные примеры, а также информацию о том, как нельзя включать светодиоды, можно найти в данной статье.

Смешанное включение

Разобравшись со схемами последовательного и параллельного подключения, пришло время комбинировать. Один из вариантов комбинированного подключения светодиодов показан на рисунке.

Кстати, именно так устроена каждая светодиодная лента.

Включение в сеть переменного тока

Подключать светодиоды от БП не всегда целесообразно. Особенно, если речь идёт о необходимости сделать подсветку выключателя или индикатор наличия напряжения в сетевом удлинителе. Для подобных целей достаточно будет собрать одну из простых схем подключения светодиода к сети 220 В. Например, схема с токоограничительным резистором и выпрямительным диодом, защищающим светодиод от обратного напряжения. Сопротивление и мощность резистора вычисляют по упрощённой формуле, пренебрегая падением напряжения на светодиоде и диоде, так как оно на 2 порядка меньше напряжения сети:

Из-за большой мощности рассеивания (2–5 Вт), резистор часто заменяют неполярным конденсатором. Работая на переменном токе, он как бы «гасит» лишнее напряжение и почти не нагревается.

Подключение мигающих и многоцветных светодиодов

Внешне мигающие светодиоды ничем не отличаются от обычных аналогов и могут мигать одним, двумя или тремя цветами по заданному производителем алгоритму. Внутреннее отличие состоит в наличии под корпусом ещё одной подложки, на которой расположен интегральный генератор импульсов. Номинальный рабочий ток, как правило, не превышает 20 мА, а падение напряжения может варьироваться от 3 до 14 В. Поэтому перед подключением мигающего светодиода нужно ознакомиться с его характеристиками. Если их нет, то узнать параметры можно экспериментальным путём, подключившись к регулируемому БП на 5–15 В через резистор сопротивлением 51-100 Ом.

В корпусе многоцветного RGB-светодиода расположены 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов нужно помнить, что каждому цвету свечения соответствует своё падение напряжения.

Схемы питания светодиодов

Использование светодиодов для освещения и индикации — это надежное и экономичное решение. Светодиоды имеют очень высокий КПД, надежны, экономичны, безопасны, долговечны в сравнении с лампами накаливания и люминесцентными лампами. В данной статье рассматриваются способы включения светодиодов.

Описываются способы питания светодиода от компьютера, блока питания или прямо от бытовой сети переменного тока (розетки).

Что такое светодиод и как он работает

Светодиод — это, во-первых, диод. И точно так же как у обычного диода, у светодиода есть два вывода (контакта питания): анод (плюс) и катод (минус). Это связано с тем, что светодиод является полупроводником, то есть, проводит электрический ток только в одну сторону (от анода к катоду), и не проводит в обратную (от катода к аноду).

Итак, для того, чтобы светодиод засветился, надо пропускать через него электрический ток в направлении от анода к катоду. Для этого следует подать на его анод положительное, а на катод — отрицательное напряжение.

Тут и начинается самое неприятное. Оказывается, что светодиод нельзя подключать к источнику питания напрямую, поскольку это приводит к немедленному сгоранию светодиода. Причина сего поведения кроется в следующем. Выражаясь простым языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять значительную мощность, которую физически не способен выдержать.

Как мы все уже догадались, для нормальной работы светодиоду нужен строгий ограничитель. Именно с этой целью последовательно со светодиодом устанавливают резистор, который служит надежным ограничителем тока и мощности. Этот резистор называют ограничительным.

Какие бывают светодиоды

Во-первых, светодиоды можно разделить по цветам: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Большинство современных светодиодов выполнено из бесцветного прозрачного пластика, поэтому невозможно определить цвет светодиода не включив его.

Во-вторых, светодиоды можно разделить по номинальному току потребления. Широко распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. Следует помнить, что светодиод не в состоянии контролировать потребляемый ток. Именно поэтому мы вынуждены использовать ограничительные резисторы.

В-третьих, светодиоды можно разделить по такому параметру, как падение напряжения в открытом состоянии при номинальном токе. Несмотря на то, что про этот параметр часто забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничивающего резистора.

Параметры светодиодов

Номинальный прямой ток — это электрический ток, который мы должны пропускать через светодиод. Слово прямой уточняет, что речь идет о токе, текущем от анода к катоду. Слово номинальный говорит о том, что при таком токе светодиод будет исправно работать отведенный для него срок жизни и больше. Для перестраховки при расчете схемы можно принять номинальный ток на 5…10 % ниже, чем рекомендуемый производителем. Это незначительно снизит яркость свечения светодиода, зато в разы повысит его надежность и долговечность.

Падение напряжения при номинальном прямом токе — это напряжение между катодом и анодом, действующее при пропускании через светодиод номинального тока.
Этот параметр может значительно повлиять на схему подключения светодиода. Например, невозможно запитать светодиод с падением напряжения 3,2 вольт от двух аккумуляторов с напряжением по 1,2 вольт или от одного с напряжением 2,5 вольт.
Итак, для питания светодиода необходим источник питания, выдающий напряжение не меньше, чем падение напряжения при номинальном токе.

Подключаем светодиод к компьютеру

Светодиод(ы) можно подключить к компьютеру разными способами.

Для подключения светодиодов в качестве простого освещения удобно использовать разъемы блока питания, выдающие 5 и 12 вольт. Для подключения светодиодов в качестве светомузыки удобно использовать LPT порт компьютера.

Подключение светодиодов к блоку питания

Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.

Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.

Рассмотрим схему подключения одного светодиода.

При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом.

При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом.

Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.

При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло.

При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом.

Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.

При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом.

Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло.

Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов, однако они не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения сложны в расчетах, излишне требовательны к источнику питания, наконец, просто глупы, поэтому такие схемы здесь не приведены.

Подключение светодиодов к LPT порту

При питании светодиода от порта LPT последовательно со светодиодом можно включить резистор номиналом до 100 Ом. В большинстве случаев, при питании светодиода от LPT порта резистор бывает не нужен. LPT порт предварительно должен быть переведен в режим EPP.

Подключение светодиода к сети 220 вольт (к розетке)

Внимание! При подключении светодиодов к сети питания 220 вольт следует строго соблюдать меры по обеспечению электробезопасности.

При подключении светодиода к бытовой электросети переменного тока следует использовать ограничительный резистор номиналом 15 кОм для тока 10 мА или 30 кОм для тока 20 мА. Для дополнительной защиты светодиода в цепь можно дополнительно включить обычный диод. В этой схеме светодиод будет светиться лишь в полсилы.

В этой схеме светодиоды будут светиться в полную силу.

Обе схемы позволяют последовательно включить огромное количество светодиодов (до 70 штук).

Следует осознавать, что подключение светодиодов к розетке 220 В создает повышенную опасность поражения электрическим током.

Универсальная методика расчета схемы питания светодиодов

Как выбрать токоограничивающий резистор?

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

Расчет схемы для одного светодиода

За основу берется следующая схема:

Резистор выбирается по формуле:

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

Расчет схемы для нескольких светодиодов

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

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

Пример:

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

Немного об основах схемотехники светодиодных ламп

Судя по комментариям, многих людей интересуют не только параметры светодиодных ламп, но и теория их внутреннего устройства. Потому я решил немного поговорить об основах схемотехнических решений, чаще всего применяемых в этой области.

Итак, ядром и главным компонентом светодиодной лампочки является светодиод. С точки зрения схемотехники светоизлучающие диоды ничем не отличаются от любых других, разве только тем, что в смысле применения их как собственно диодов они обладают ужасными параметрами – очень маленьким допустимым обратным напряжением, относительно большой емкостью перехода, огромным рабочим падением напряжения (порядка 3.5 В для белых светодиодов – например, для выпрямительного диода это был бы кошмар) и т.д.

Однако мы понимаем, что главная ценность светодиодов для человечества состоит в том, что они светятся, причем порой достаточно ярко. Чтобы светодиод светился долго и счастливо, ему необходимо два условия: стабильный ток через него и хороший теплоотвод от него. Качество теплоотвода обеспечивается различными конструкционными методами, потому сейчас мы не будем останавливаться на этом вопросе. Поговорим о том, зачем и как современное человечество достигает первой цели – стабильного тока.

Понятное дело, что для освещения более всего интересны белые светодиоды. Делаются они на основе кристалла, излучающего синий свет, залитого люминофором, переизлучающим часть энергии в желто-зеленой области. На заглавной картинке хорошо видно, что токоведущие проволочки уходят в нечто желтое — это и есть люминофор; кристалл расположен под ним. На типичном спектре белого светодиода хорошо виден синий пик:

Спектры светодиодов с разными цветовыми температурами: 5000K (синий), 3700K (зеленый), 2600K (красный). Подробнее тут.

Мы уже разобрались, что в схемотехническом смысле светодиод отличается от любого другого диода только значениями параметров. Здесь надо сказать, что прибор это принципиально нелинейный; то есть, знакомому со школы закону Ома он совершенно не подчиняется. Зависимость тока от приложенного напряжения на таких устройствах описывается т.н. вольт-амперной характеристикой (ВАХ), причем для диода она носит экспоненциальный характер. Из этого следует, что самое незначительное изменение приложенного напряжения приводит к огромному изменению тока, но и это еще не все – при изменении температуры (а также старении) ВАХ смещается. Кроме этого, положение ВАХ слегка разное для разных диодов. Оговорю отдельно – не только для каждого типа, но для каждого экземпляра, даже из одной партии. По этой причине распределение тока через диоды, включенные параллельно, обязательно будет неравномерным, что не может хорошо сказаться на долговечности конструкции. При изготовлении матриц стараются либо использовать последовательное включение, что решает проблему в корне, либо выбирать диоды с примерно одинаковым прямым падением напряжения. Чтобы облегчить задачу, производители обычно указывают так называемый «бин» — код выборки по параметрам (по напряжению в том числе), в которую попадает конкретный экземпляр.

ВАХ белого светодиода.

Соответственно, чтобы все работало хорошо, светодиод необходимо подключать к устройству, которое вне зависимости от внешних факторов будет с высокой точностью автоматически подбирать такое напряжение, при котором в цепи протекает заданный ток (например, 350 мА для одноваттных светодиодов), причем контролировать процесс непрерывно. Вообще, такое устройство называется источником тока, но в случае светодиодов в наши дни модно употреблять заморское слово «драйвер». В целом, драйвером часто называют решения, главным образом предназначенные для работы в конкретном применении – например, «драйвер MOSFET» — микросхема, предназначенная для управления конкретно мощными полевыми транзисторами, «драйвер семисегментного индикатора» — решение для управления конкретно семисегментниками, и т.д. То есть, называя источник тока драйвером светодиодов, люди намекают, что этот источник тока по задумке предназначен именно для работы со светодиодами. Например, он может иметь специфичные функции – что-нибудь в духе наличия светового интерфейса DMX-512, определения обрыва и короткого замыкания на выходе (а обычный источник тока, вообще, должен без проблем работать и на короткое замыкание), и т.п. Тем не менее, понятия часто путают, и, например, называют драйвером самый обычный адаптер (источник напряжения!) для светодиодных лент.

Кроме того, устройства, предназначенные для задания режима осветительного прибора, часто называют балластом.

Итак, источники тока. Самым простым источником тока может быть сопротивление, включенное последовательно со светодиодом. Так делают при малых мощностях (где-то до полуватта), например, в тех же светодиодных лентах. С увеличением мощности потери на резисторе становятся слишком велики, а требования к стабильности тока повышаются, и потому возникает необходимость в более продвинутых устройствах, поэтичный образ которых я нарисовал выше. Все они строятся по одинаковой идеологии – в них имеется регулирующий элемент, контролируемый обратной связью по току.

Стабилизаторы тока разделяются на два типа – линейные и импульсные. Линейные схемы – родственники резистора (сам резистор и его аналоги также относятся к этому классу). Особого выигрыша в КПД они обычно не дают, зато повышают качество стабилизации тока. Импульсные схемы являют собой наилучшее решение, однако они сложнее и дороже.

Давайте теперь кратко пробежимся по тому, что в наши дни можно увидеть внутри светодиодных ламп или рядом с ними.

1. Конденсаторный балласт

Конденсаторный балласт являет собой развитие идеи насчет включения сопротивления последовательно со светодиодом. В принципе, светодиод можно подключить в розетку прямо так:

Встречновключенный диод необходим для того, чтобы не допустить пробоя светодиода в момент, когда сетевое напряжение сменит полярность – я уже упоминал, что светодиодов с допустимым обратным напряжением в сотни вольт не встречается. В принципе, вместо обратного диода можно поставить еще один светодиод.

Номинал резистора в схеме выше рассчитан для тока светодиода около 10 – 15 мА. Поскольку напряжение сети гораздо больше падения на диодах, последнее можно не учитывать и считать прямо по закону Ома: 220/20000

11 мА. Можно подставить пиковое значение (311 В) и убедиться, что даже в предельном случае ток диода не превысит 20 мА. Все выходит замечательно, кроме того, что на резисторе будет рассеиваться мощность около 2.5 Вт, а на светодиоде – около 40 мВт. Таким образом, КПД системы составляет порядка 1.5% (в случае одного светодиода будет еще меньше).

Идея рассматриваемого метода заключается в том, чтобы заменить резистор конденсатором, ведь известно, что в цепях переменного тока реактивные элементы обладают способностью ограничивать ток. Кстати, использовать дроссель тоже можно, более того, так делают в классических электромагнитных балластах для люминесцентных ламп.

Считая по формуле из учебника, легко получить, что в нашем случае требуется конденсатор емкостью 0.2 мкФ, либо катушка индуктивностью около 60 Гн. Здесь становится ясно, почему в подобных балластах светодиодных ламп никогда не встречаются дроссели – катушка такой индуктивности представляет собой серьезное и дорогое сооружение, а вот конденсатор на 0.2 мкФ добыть гораздо проще. Разумеется, он должен быть рассчитан на пиковое сетевое напряжение, причем лучше с запасом. На практике применяются конденсаторы с рабочим напряжением не менее 400 В. Немного дополнив схему, получаем то, что уже видели в предыдущей статье.

«Микрофарад» сокращется именно как «мкФ». Я останавливаюсь на этом потому, что достаточно часто вижу людей, пишущих в этом контексте «мФ», в то время как последнее — сокращение от «миллифарад», то есть 1000 мкФ. По-английски «микрофарад», опять же, пишется отнюдь не как «mkF», но, напротив, «uF». Это потому, что буква «u» напоминает букву “μ” с оторванным хвостиком.

Итак, 1 Ф/F = 1000 мФ/mF = 1000000 мкФ/uF/μF, и никак иначе!

Кроме того, «Фарад» — мужского рода, так как назван в честь великого физика-мужчины. Так что, «четыре микрофарада», но не «четыре микрофарады»!

Как я уже говорил, преимущество у такого балласта только одно – простота и дешевизна. Подобно балласту с резистором, здесь обеспечивается не слишком хорошая стабилизация тока, и, что еще хуже, присутствует значительная реактивная составляющая, что не особо хорошо для сети (особенно при заметных мощностях). Кроме того, при увеличении желаемого тока будет расти необходимая емкость конденсатора. Например, если мы хотим включить одноваттный светодиод, работающий при токе 350 мА, нам потребуется конденсатор емкостью около 5 мкФ, рассчитанный на напряжение 400 В. Это уже дороже, больше по габаритам и сложнее в конструкционном плане. С подавлением пульсаций здесь тоже все непросто. В целом можно сказать, что конденсаторный балласт простителен только для небольших ламп-маячков, не более того.

2. Бестрансформаторная понижающая топология

Это схемотехническое решение относится к семейству бестрансформаторных преобразователей, включающему в себя понижающую, повышающую и инвертирующую топологии. Кроме того, к бестрансформаторным преобразователям также относится SEPIC, преобразователь Чука и другая экзотика, вроде переключаемых конденсаторов. В принципе, драйвер светодиодов можно построить на основе любой из них, однако на практике в этом качестве они встречаются гораздо реже (хотя повышающая топология применяется, например, во многих фонариках).

Один из вариантов драйвера на основе бестрансформаторной понижающей топологии приведен на рисунке ниже.

В живой природе такое включение можно наблюдать на примере ZXLD1474 или варианта включения ZXSC310 (которая в исходной схеме включения, кстати, как раз повышающий преобразователь).

Здесь светодиод включается последовательно с катушкой. Схема управления отслеживает ток с помошью измерительного резистора R1 и управляет ключом T1. Если ток через светодиод падает ниже заданного минимума, транзистор открывается, и катушка с включенным последовательно с ней светодиодом оказывается подключенной к источнику питания. Ток в катушке начинает линейно нарастать (красный участок на графике), диод D1 в это время заперт. Как только схема управления регистрирует достижение током заданного максимума, ключ закрывается. В соответствии с первым законом коммутации катушка стремится поддержать ток в цепи за счет энергии, накопленной в магнитном поле. В этот момент ток протекает через диод D1. Энергия поля катушки расходуется, сила тока линейно убывает (зеленый участок на графике). Когда ток падает ниже заданного минимума, схема управления регистрирует это и снова открывает транзистор, подкачивая энергию в систему – процесс повторяется. Таким образом, ток поддерживается в заданных пределах.

Отличительная особенность понижающей топологии – возможность сделать пульсации светового потока сколь угодно малыми, поскольку в таком включении ток через светодиод никогда не прерывается. Путь приближения к идеалу лежит через увеличение индуктивности и повышение частоты коммутации (сегодня существуют преобразователи с рабочими частотами до нескольких мегагерц).

На основе такой топологии был сделан драйвер лампы Gauss, рассмотренной в предыдущей статье.

Недостатком метода является отсутствие гальванической развязки – когда транзистор открыт, схема оказывается напрямую соединенной с источником напряжения, в случае сетевых светодиодных ламп – с сетью, что может быть небезопасно.

3. Обратноходовый преобразователь

Несмотря на то, что обратноходовый преобразователь содержит нечто, похожее на трансформатор, в данном случае эту деталь правильнее называть двухобмоточным дросселем, поскольку ток никогда не течет через обе обмотки одновременно. В действительности по принципу действия обратноходовый преобразователь похож на бестрансформаторные топологии. Когда T1 открыт, ток в первичной обмотке нарастает, энергия в запасается в магнитном поле; при этом полярность включения вторичной обмотки сознательно подбирается такой, чтобы диод D3 на этом этапе был закрыт и тока на вторичной стороне не текло. Ток нагрузки в этот момент поддерживает конденсатор С1. Когда T1 закрывается, полярность напряжения на вторичной обмотке становится обратной (поскольку производная тока в первичной обмотке меняет знак), D3 открывается и накопленная энергия передается на вторичную сторону. В смысле стабилизации тока все то же самое – схема управления анализирует падение напряжения на резисторе R1 и подстраивает временные параметры так, чтобы ток через светодиоды оставался постоянным. Чаще всего обратноходовый преобразователь применяется при мощностях не более 50 Вт; далее он перестает быть целесообразным из-за возрастающих потерь и необходимых габаритов трансформатора-дросселя.

Надо сказать, что существуют варианты обратноходовых драйверов без оптоизолятора (например). Они полагаются на тот факт, что токи первичной и вторичной обмоток связаны, и при определенных оговорках можно ограничиться анализом тока первичной обмотки (или, чаще, отдельной вспомогательной обмотки) – это позволяет сэкономить на деталях и, соответственно, удешевить решение.

Обратноходовый преобразователь хорош тем, что он, во-первых, обеспечивает изоляцию вторичной части от сети (выше безопасность), а, во-вторых, позволяет относительно легко и дешево изготавливать лампы, совместимые со стандартными диммерами для ламп накаливания, а также устраивать коррекцию коэффициента мощности.

Немного о пульсациях

Как уже было упомянуто, импульсные источники работают на достаточно высоких частотах (на практике – от 30 кГц, чаще около 100 кГц). Потому ясно, что сам по себе исправный драйвер не может быть источником большого коэффициента пульсаций – прежде всего потому, что на частотах выше 300 Гц этот параметр просто не нормируется, ну и, кроме того, высокочастотные пульсации в любом случае достаточно легко отфильтровать. Проблема заключается в сетевом напряжении.

Дело в том, что, разумеется, все перечисленные выше схемы (кроме схемы с гасящим конденсатором) работают от постоянного напряжения. Потому на входе любого электронного балласта прежде всего стоит выпрямитель и накопительный конденсатор. Предназначением последнего является питать балласт в те моменты, когда сетевое напряжение уходит ниже порога работы схемы. И здесь, увы, необходим компромисс – высоковольтные электролитические конденсаторы большой емкости, во-первых, стоят денег, а, во-вторых, занимают драгоценное место в корпусе лампы. Здесь же коренится причина проблем с коэффициентом мощности. Описанная схема с выпрямителем имеет неравномерное потребление тока. Это приводит к возникновению высших гармоник оного, что и является причиной ухудшения интересующего нас параметра. Причем чем лучше мы будем пытаться отфильтровать напряжение на входе балласта, тем более низкий коэффициент мощности мы получим, если не предпринимать отдельных усилий. Этим объясняется тот факт, что почти все лампы с низким коэффициентом пульсаций, которые мы видели, показывают очень посредственный коэффициент мощности, и наоборот (разумеется, введение активного корректора коэффициента мощности скажется на цене, потому на нем пока что предпочитают экономить).

Пожалуй это все, что в первом приближении можно сказать на тему электроники светодиодных ламп. Надеюсь, что этой статьей я в какой-то мере ответил на все вопросы схемотехнического толка, которые были заданы мне в комментариях и личных сообщениях.

Уход за мягкой мебелью в домашних условиях

Общие правила ухода за мягкой мебелью в домашних условиях:

поддерживайте благоприятный климат в доме – влажность не выше 70 %, температуру – не ниже +2 оС;
расстояние до источников тепла и прямых солнечных лучей – 40-100 см;
уточните у производителя допустимое значение перепадов уровня пола (оно зависит от особенностей использованных механизмов);
используйте мягкую мебель только по назначению – не раскачивайтесь на креслах и стульях, не становитесь ногами на диван, не сидите на подлокотниках, не прыгайте и не используйте диван в качестве гимназического мата;
не допускайте падений на нее тяжелых предметов с углами;
в случае перестановки сначала освободите ее от дополнительной нагрузки после чего приподнимите над полом, держась строго за нижний край корпуса;
1-2 раза в год проверяйте и при необходимости регулируйте механизмы;
если пролили воду – промокните пятно чистым полотенцем или бумажной салфеткой, иначе пыль в волокнах может раствориться и образовать развод-ореол;
пятна удаляйте сразу (рекомендации как это делать на разных материалах – ниже);
перед тем как обрабатывать обивочную ткань влажными очистителями, почистите ее пылесосом.

Как ухаживать за мягкой мебелью с обивкой из разных материалов

Общие рекомендации

Текстиль

Не допускайте загрязнения текстильной обивки – пылесосьте ее не меньше 1 раза в месяц (по необходимости – чаще). Используйте специальную турбо-насадку для мягкой мебели или самую мягкую щетку.

Если появилось пятно – не трите его: так загрязнения глубже проникают в волокна. Приготовьте мыльный раствор, взбейте его в пену, наберите ее губкой из поролона или другого материала с хорошей впитываемостью.

Нанесите пену поверхностными выметающими движениями от краев пятна к центру. Подождите

1 минуту, после чего промокните раствор бумажной салфеткой. Затем удалите остатки мыла влажной губкой – не втирая, а выметая от краев к центру.

Промокните бумажной салфеткой, чтобы удалить лишнюю влагу. Аккуратно почистите влажную область мягкой щеткой. Дайте высохнуть влаге естественным способом – использовать фен или утюг специалисты не рекомендуют.

Натуральная и искусственная кожа

Мебель с обивкой из натуральной или искусственной кожи протирайте сухой микрофиброй не реже 1 раза в месяц (при необходимости чаще). Загрязненные участки протирайте влажной ветошью, после чего вытирайте насухо.

После полного высыхания увлажненных мест обработайте их защитным составом на основе масел и/или силиконов. Не реже 1-2 раз в год такой пропиткой нужно натирать обивку полностью – это подлит срок ее эксплуатации.

При уходе за обивкой полезно учитывать особенности ткани

Рогожка. Не используйте спирт и другие растворители.

Флок. Не используйте спирт и органические растворители – они могут растворить клеевой слой с ворсом. После чистки пылесосом протирайте материал влажной микрофиброй. При удалении пятен используйте мыльный раствор (или готовую пену) и поролоновую губку (не щетку).

Велюр. Сильные загрязнения и пятна удаляют микрофиброй, смоченной в растворе 10 % нашатырного спирта (ткань предварительно пылесосят).

Микровелюр. Необходима сухая чистка щеткой и пылесосом. Так как поры материала можно забить влажными загрязнениями, влажная чистка не рекомендована. Если нужно удалить пятно, сначала приложите к нему влажную бумажную салфетку, чтобы размягчить загрязнение. После этого смойте мыльной пеной, как указано выше, или используйте подходящий магазинный очиститель.

Вельвет. Требует регулярной чистки пылесосом. Пятна удаляют влажной губкой, при необходимости – 10 % спиртовым раствором. Чтобы после обработки восстановить структуру ткани, необходимо отпаривание.

Жаккард. Пятна удаляют теплой водой (температура не выше 40 оС) и губкой. При сильных загрязнениях можно использовать мягкую щетку. Для удаления пятен подходит 10 % раствор спирта.

Микрофибра. Можно протирать влажной губкой и мыльным раствором. Не следует использовать порошки с отбеливающими компонентами. Чтобы восстановить структуру после высыхания, «причешите» волокна щеткой с мягким ворсом.

Шеннил. Пятна удаляют мыльным и 10% спиртовым раствором. Жирные пятна обрабатывают 6 % раствором аммиака. Растворы изначально наносят на губку, а не на само пятно. Категорически запрещены ацетон и стиральные порошки.

Если используете готовые очистители для мягкой мебели – пользуйтесь каким-то одним: разные составы могут вызвать неожиданные реакции. Строго следуйте инструкции производителя – не превышайте указанные им дозировки и время выдержки. Не используйте агрессивные средства – соду, уксус и другие кислоты, хлорсодержащие составы и абразивы

Как удалять сложные пятна с разных видов тканей

Некоторые виды пятен можно удалить с той или иной ткани, если знать нюансы:

Свечной воск удаляют с помощью заморозки. Положите несколько кубиков льда в надежный пакет с застежкой, оберните его хлопчатобумажной тканью. Сухой холод приложите к восковому пятну. После заморозки воск измельчите и удалите пылесосом. Оставшийся жирный след прогладьте утюгом через бумажную салфетку – он испарится.
Пятна от шоколада заморозьте описанным выше способом, после чего удалите щеткой. Остатки смойте мыльным раствором и просушите.
Пятна от кофе смойте мыльным раствором. После при необходимости присыпьте крахмалом, дайте ему втянуть остатки загрязнений, а затем соберите все пылесосом.
Красное вино присыпьте мелкой солью и дайте ей впитать остатки влаги. Пропылесосьте. При необходимости повторите до полного высыхания.
Пролитое пиво удалите с помощью сухих бумажных салфеток, после чего замойте пятно слабым раствором укуса (это единственное исключение из правила): 1 столовая ложка уксуса на 0,5 л воды.
Свежие пятна на кожаной мебели – как натуральной, так и искусственной – можно протереть ватным диском, смоченным медицинским спиртом.

Если после высыхания вы все равно видите остатки пятна, чистку можно повторить. Если пятно не поддалось, воспользуйтесь услугами химчистки.

Чтобы избавить себя от неприятностей в виде стойких пятен на текстильной обивке, закажите съемные чехлы. Натуральную и искусственную кожу можно накрывать натуральными либо искусственными шкурами – такие сменные накидки проще чистить, а при необходимости легко поменять.