Светодиоды и их применение

Практически выбор резистора выглядит так

- Имеем красный «среднестатистический» светодиод, с падением напряжения ~1.9в,рабочим током 10ма,максимальным-20ма ,источник питания-бортовая сеть автомобиля,мотоцикла(12-14.2в). оговоримся-точность расчёта на результат при одиночном включении светодиода фактически не влияет.округлим для простоты расчёта падение напряжения до 2в.

Итак: (12в-~2в):0.01А=1000ом(1Ком), мощность(12в-~2в)*0.01А =0.1вт

Проверяем не выйдет ли за пределы допустимого рабочего тока при максимальном напряжении в бортсети : (14.2в- ~2в):1000=0.0122А(12.2 ма), что много меньше максимально допустимого 20ма. Следовательно выбираем резистор 1к, 0.125вт(или больше)

При необходимости использования нескольких светодиодов в качестве группового излучателя света целесообразно их последовательное включение-сокращается кол-во резисторов,возрастает общий кпд схемы. Прямое параллельное включение нескольких светодиодов с одним резистором нежелательно.

При параллельном соединении токи светодиодов складываются,при последовательном-складывается падение напряжений на светодиоде.

При последовательном включении в изначальную формулу проставляем не падение напряжения одиночного светодиода, а сумму падений на группе последовательно включённых светодиодов.

R1=(Uвх-Uпад*N):Iном где N-количество последовательно включённых светодиодов.

Но тут необходимо небольшое отступление-на практике,как в вышеописанном примере,питающие напряжения редко бывают стабильны,увлекатся большим количеством последовательно включённых светодиодов (для бортсети 12в-это на мой взгляд более 4 шт красных, (с падением ~2в)) нецелесообразно, ибо приведёт к увеличению нижнего диапазона питающих напряжений, большому колебанию тока и соответственно яркости свечения светодиодов.

Пример с бортсетью 12в мы рассмотрели выше,при колебаниях напряжения 12-14.2в ток через светодиод составил 10-12.2ма.

Например взять крайний случай-использование 4-х светодиодов в подобной бортсети,включенных последовательно с токоограничительным резистором.

Имеем выходные расчётные данные такими: сопротивление резистора 400ом,ток 10-15.5ма. колебания тока уже составят более 50%,это уже будет визуально довольно заметно

Как вариант-использование вместо токоограничительных резисторов-источника тока.

Намеренно не будем рассматривать стабилизаторы тока на дискретных элементах,ибо выйдем за рамки одной статьи

Современные микросхемы стабилизаторов напряжения (LM317 и её клоны-кр142ен12,ен22,ld1083-ld1085 итд) превосходно справляются с этой задачей.

Использование данной микросхемы (DA1) в таком режиме отображено на рис2.

Резистор R1 задаёт общий ток светодиодов. Расчёт схемы прост.R1=1.25(это напряжение стабилизации мс):I. I-тут общий ток нескольких веток светодиодов.

для запитки одной «ветки» cветодиодов с током 10 ма R1 cоставит 1.25:0.01=125ом.

Двух=62ом,трёх-41 итд.

Хорошо подходит данный стабилизатор для питания «сверхярких» светодиодов с током потребления от 20 ма и выше. Но не лишён и недостатков. Их надо учесть.

Первое, падение напряжение на стабилизаторе такого плана не должно быть меньше 2.5-3-х вольт. Ниже - теряет свои стабилизирующие свойства, ток падает. Неприятно,но не смертельно.

Второе: применяется смешанное соединение светодиодов. Тут есть даже пара подводных камней.точнее в параллельном включении веток светодиодов. Расчёт ведётся по сумме токов нескольких веток. В случае повреждения одной из ветки последовательно соединенных светодиодов-их ток распределяется на остальные ветви.

Не следует использовать светодиоды в таком включении на максимальном токе (если, естественно, количество веток больше 1 ;) ), использовать надо строго одинаковые светодиоды и желательно из одной партии. естественно количество последовательно соединённых должно также совпадать. Но и тут может быть разница в токах разных ветвей. Разброс параметров ,при максимальных токах, приведёт к увеличению сверх расчётного тока через ту ветку, где будет наименьшее суммарное падение напряжения.

Светодиоды, особенно мощные – греются. И как мы знаем - с разогревом уменьшается их пороговое напряжение, что приводит к увеличению тока этой ветви. Выход один - вводить дополнительно последовательно с каждой цепью последовательно включённых светодиодов - резистор, номиналом единицы-десятки Ом (на схеме 2 R2`).

Если таки выходит необходимость использования резисторов с каждой веткой последовательно включённых светодиодов-то выходит использование стабилизатора тока не является необходимым. На схеме №3 DA1-обычный стабилизатор напряжения серий кр142ен5, LM7805-7808 или же регулируемые 317,1083-1085 со своими резисторами задающими вых напряжение. расчёт R1 производится как и по схеме №1,исходя из выходного стабилизированного питания мс.

При использовании микросхемных стабилизаторов напряжения и общем потребляемым током свыше 300ма –микросхемы требуют использования радиатора. Даб не углублятся в эти дебри-воспользуйтесь данными производителя этих микросхем (datasheets), оттуда же подчерпнёте и много другой полезной информации по этим микросхемам. Так то –максимальное напряжение на входе устройства,максимальный ток,рассеиваемая мощность итд.

От себя могу лишь вкратце охарактеризовать и дать рекомендации по использованию схем.

По рис 1 плюсы: начинает работать фактически от напряжения ,едва превышающего пороговое светодиода(ов,если последовательно),подходит к использованию на низких напряжениях питания,просто,примитивно.

Минусы… стабилизация тока отсутствует.

По рис 2 плюсы-стабилизация тока ,верхние значения входных напряжений могут быть весма большими-37в+сумма падений на светодиодах. Схема может содержать 1 мс и 1 резистор.и это при работе на … скажем 30 светодиодов ;)

По рис 3. стабилизация тока косвенная.недостатки-использование и мс и резистора на каждую последовательную ветвь светодиодов. На 78й серии стаб имеет большое мин.падение напряжение(до 2.5в),фиксированные вых напряжения.Предпочтительнее 1083 с обвязкой.

В заключении хотелось бы напомнить-светодиоды ,микросхемы боятся статики,неправильного подключения и перегрева.пайка этих деталей должна быть максимально быстрая,не более 2 сек.

Было бы некорректно обойти вниманием светодиоды с интегрированным резистором,рассчитанные на подключение напрямую к источнику напряжения. Но в виду их малораспространенности ,дороговизны ,небольшой яркости- практическое использование под вопросом. Разве что в схемах индикации,где проблематично разместить доп внешний резистор.

Также не лишним будет упомянуть что разработаны и специальные микросхемы-драйвера светодиодов,осуществляющие стабилизацию тока светодиодов. Среди них есть как линейные стабилизаторы(мало отличающиеся по принципу действия от схемы №2),так и импульсные,имеющие повышенный кпд.

Но опять таки –имеют или узкую специализацию или малораспростаненны и дороги.

Для повышения кпд возможно использование неспециализированных распространённых микросхем импульсных стабилизаторов напряжения.например,таких как MC34063.схему включения можно почерпнуть из технической документации. Использование её в качестве источника тока не документировано,но вполне осуществимо.

Рекомендовал бы её включение, как понижающий стабилизатор, нагруженный на группу светодиодов с общим резистором,с которого берется напряжение обратной связи.

Дополнительно будут полезны для ознакомления пара практических схем.

На рис №4 использование одной матрицы из 12 сверхярких светодиодов в качестве габарита и стоп сигнала.

Примененные светодиоды имели параметр в рабочей точке 30ма падение напряжения в 2.2в

R3=10ом 0.125вт(можно исключить,если светодиоды не «Китай» ;) )

R2=75 ом 1-2вт

R1=270 ом 1вт

VD1-обычный кремниевый диод с максимальным током 1и более ампер(1n4001-1n4007 итд)

На рис №5 приведена схема замены лампы накаливания в цепи контроля генератора светодиодом.R1 подбор в пределах 1-4.7кОм . зависит от расположения светодиода,от его типа.дабы и «считывание» летним днём обеспечить и ночью не ослепнуть.