Светодиоды и их применение | OPPOZIT.RU | мотоциклы Урал, Днепр, BMW | оппозитный форум, ремонт и тюнинг мотоциклов
Home

Светодиоды и их применение

Данная статья призвана немного прояснить принципы использования светодиодов на практике.
Светодиоды обладают многими достоинствами, так то : долговечность,виброустойчивость,экономичность,малые габариты. Эти несомненные плюсы привлекают,но зачастую не реализуются на практике в виду не совсем полного понимания работы этих устройств.

Светодиод-в первую очередь необходимо рассматривать как нелинейный полупроводниковый прибор,а не как обычный аналог лампы накаливания.

Полупроводниковые диоды имеют нелинейную зависимость прямого тока от напряжения на его выводах. До достижения порогового напряжения на его выводах-ток через прибор минимален, диод закрыт.но по достижению порогового напряжения диод открывается, ток резко возрастает.

Для наглядности приведены вольт-амперные характеристики (ВАХ) обычного кремниевого диода и светодиодов



Эта характеристика даёт понять нам,что светодиод имеет малое дифференциальное сопротивление в диапазоне рабочих токов. Небольшое приращение напряжения приводит к резкому росту тока через прибор. Отличия от ламп накаливания, имеющих чисто активное сопротивление (как следствие-практически прямую ВАХ) ,как говорится –налицо.

Поэтому использование светодиодов напрямую от источника напряжения, без токоограничительных или токостабилизирующих устройств настоятельно не рекомендуется. Не лишним будет упомянуть и зависимость порогового напряжения от температуры,с повышением температуры оно снижается.

На рис1 приведена простейшая схема включения светодиода с ограничением тока через светодиод резистором. Расчёт схемы довольно прост. Зная (справочные данные) номинальный рабочий ток через светодиод и падение напряжения на нём нетрудно рассчитать номинал резистора R1 и его мощность.

R1=(Uвх-Uпад):Iном

Мощность рассеивания резистора=(Uвх-Uпад)*Iном

Где:

  • Uвх –входное напряжение
  • Uпад-падение напряжения на светодиоде при номинальном токе
  • Iном-номинальный рабочий ток светодиода.

    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.

  • manowar
    
    Koks_72rus's picture

    Даааааа,это шикарно!=))) респект автору!

    

    Вот и покупай.
    Кто знает, куда можно применить эту достаточно полезную инфу, тот и применит.

    

    Зачем чё то мудрить? В автомагазинах продаются лампы на светодиодах которые вставляются на место штатных, различные по мощности от 4W до 20W и причём разных цветов, стоимость от 20рэ до 100рэ.

    

    купил 2 белых фанаря буду делать стопы светодиоды ставить.

    
    yran111's picture

    Люди можете кто нибудь помочь рассчитать какие нужны резисторы и другое, оборудование 6 В, Я далек от всего этого, облажеться нельзя, стоят диоды дорого. yran111.ru@mail.ru

    
    liv's picture

    не встречал, и не искал, но с двух цветными например желт и красный есть чему разгуляться

    
    manowar's picture

    liv существуют и полноцветные.

    
    liv's picture

    я бы поставил хотя бы простейший выпрямитель если бортовой ток переменный (ну не знаю какие у вас аппараты), ну и еще один косяк сверх яркие светодиоды потре*****ют бОльший ток по сравнению с обыкновенными и быстро дохнут, и возможно потре*****емый ток в сумме наберется такой же как и лампа накаливания потре*****ет. Ну и просится в такие устройства печатная плата, а даже простенькую платку не каждый сможет сделать. В солнечную погоду простые светодиоды практически не видно. Ну главное у сверх ярких относительно небольшой ресурс, у син около 10 тыс часов, хотя простые диоды практически вечны. Также я не парюсь с расчетом резисторов, подбираю по яркости свечения. Существуют 2 цветные диоды (у них три вывода).

    
    krin's picture

    В ауди R8 стоит матрица из нескольких св.д., но там и рефлектор под них сделан!!

    
    krin's picture

    За такой прожектор, от встречных, получишь битой по шлему! А, чтоб, нормально сфокусировать,- нужен точечный источник.

    

    Как у гирлянды из светодиодов по 3-5 ват так и у отдельных светодиодов по 16 ватт есть свои + и - :
    От гирлянды легче отвдить тепло (и всетаки они греются) и ей можно заполнить фару любого профиля, одиночные - просто малые габариты.
    Один человек вот что сделал http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=4860 - НО - на слабомощных светодиодах. Сейчас такую вещь можно сварганить на более мощных светодиодах http://www.dart.ru/cataloguenew/leds/power/index.shtml млм http://www.dart.ru/index5.shtml?/cataloguenew/leds/dle/dle-nw40.shtml. Кстати - сам недавно заказал у них светик - 3 цвета по 1 вату - прикольная замена ночника получилась.

    
    krin's picture

    Пока не пойдут в серию диоды в 1000 люменов (где-то Ватт 16), заморачиваться не стоит! Годик подожди.

    

    www.dealextreme.com
    вот тут, кстати, и светодиоды сверхяркие, и драйверы к ним и прочие прибабахи разные :)

    
    manowar's picture

    светляки если синие-с падением около 2.8 вольт,20ма долговременных держат.
    можно кратковременно больше.или эксперементально выяснить-прирост яркости на прирост тока-как прекратился заметный рост оной -значит хватит,достигли максимального тока.
    ..насчёт ценового казуса-вкурсе.кстати.. добывать белые дешевле из фонарика ;)
    или брать оптом.

    
    krin's picture

    Занятно, мерси!

    

    Оч давно интересуюсь данной темой и нарыл вот что http://www.pitaemled.biz/.
    Грамотно расписано про светодиоды - питание, теплоотвод и т.п.
    для меня интерес представляет установка в ближний или противотуманки.

    

    Ок, спасибо, чуть ближе к лету, как до электрики доберусь...

    
    Terryk's picture

    Спасибо что все собрал в одну кучу и систематизировал, и за то что в прошлый раз надоумил спасибо. Но остался вопрос - какие ТТХ имеют светодиоды кооторые в зажигалках чтоят, ато самое смешное что ели их из зажигалок выколупывать - дешевле чем покупать будет...

    
    krin's picture

    Многие иномарки, сегодня, используют светодиоды и соединяют их по схеме4х4.То есть, 4 группы из четырёх параллельных соединяют последовательно, плюс 1 резистор.И обязательно ставят 1 обычный диод встречно-параллельно цепочке св/диодов для защиты от ЭДС самоиндукции.Расчёт как по рис.1 R1=(Uвх-4Uпад):4Iном.

    
    manowar's picture

    есть такая штука-лень...от руки .. прощее.
    на самом деле -нагнулась регистрация рисовалки.

    

    manowar ты ж ведь сам говорил когдато "Че эт вы на листочках, да ручками. Надо мышкою да на компутере" а сам чего твариш. А ВОТ ЗА СТАТЕЙКУ ОТДЕЛЬНОЕ СПАСИБО. БУДУ БУКВУ "Х" РИСОВАТЬ ;-)

    
    manowar's picture

    "Правда понял не всё"
    а ты поспрашай, разьясним если что ...

    

    Спасибо, Мановар. С этим вопросом стало более менее прозрачно)))

    

    Классная статья, много полезного. Правда понял не всё.))

    

    Мановар - человечище! Хоть народ будет куда отсылать точнее. А то "в поиск, в поиск" )))

    Активные обсуждения форума

    User login