Особливості та схеми підключення світлодіода до 12 вольт

Джерела живлення на 12В знаходять повсюдне застосування через свою універсальність і практичність. Дане напруга одночасно є безпечним для людини і достатнім для роботи багатьох електричних приладів. Не стали винятком і світлодіоди. Сьогодні асортимент світлодіодів розширився настільки, що підключити їх до 12 вольт не зовсім просто. Навіть мають аналогічне напругу світлодіоди на 12 вольт вимагають знань певних нюансів. У даній статті постараємося максимально докладно розібратися з усіма джерелами живлення на 12В і дати практичні рекомендації по підключенню до них будь-яких світлодіодів.

трохи теорії

Світлодіод характеризується двома основними параметрами: номінальним прямим струмом і прямим падінням напруги, виміряним при цьому струмі. Обидва значення є паспортними і на їх підставі можна зробити висновок про потужності споживання світлодіода. Плавно збільшуючи один з параметрів (наприклад, напруга), мультиметром можна фіксувати другий параметр (струм).
В результаті вийде ще один найважливіший параметр, притаманний будь-якому диоду – вольт-амперна характеристика (ВАХ). Вона є нелінійної і наочно доводить те, що навіть незначне перевищення номінального прямого напруги веде до різкого зростання струму і, отже, до деградації кристала напівпровідника. Крім цього, всі світловипромінюючі діоди мають низьке зворотне напруга (близько 5В). Тому перед початком експлуатації світлодіода потрібно повторно переконатися в дотриманні полярності. Для захисту світлодіода від переполюсовкі зустрічно паралельно йому можна встановити звичайний діод з великим зворотною напругою.

Види джерел живлення на 12В

Світлодіод будь-якого типу повинен підключатися до джерела живлення (ІП) зі стабілізованою струмом на виході. Однак виробники світлодіодних світильників часто економлять на якості і встановлюють в них недорогі блоки живлення з відсутність стабілізації.

Найбільш поширені безтрансформаторні блоки живлення (БП) на 12В з гасить конденсатором і токозадающего резистором на виході. В таких схемах відсутня будь-яка стабілізація і захист. В результаті скачки напруги нічим не нівелюються і негативно відбиваються на роботі світильника. Проте, схема настільки дешева, що часто зустрічається в світлодіодних лампах і інших пристроях. При харчуванні малопотужних світлодіодів від акумулятора з напругою живлення 12В можна обмежитися резистором, правильно підібраним по опору і потужності. Виняток становить бортова мережа автомобіля, в якій напруга може коливатися в широких межах. Так що при конструюванні світлодіодним схеми для автомобіля без стабілізатора струму (драйвера) не обійтися.

У найпростішому випадку драйвер можна сконструювати своїми руками на лінійній ІМС LM317T, вартість якої становить близько 0,2 $. У цьому випадку для отримання стабільного напруги на 12В досить мінімального набору елементів в обв’язки. При сумарному струмі через світлодіоди до 300 мА вона відмінно працює без додаткового охолодження. Типова схема включення LM317T як стабілізатор струму приведена нижче. Існують також нестабілізовані блоки живлення, в яких послідовно включені: понижуючий трансформатор, випрямляч і ємнісний фільтр (конденсатор). Їх використання виправдане лише в житлових районах зі стабільним напругою мережі, так як будь-який прояв стрибків і імпульсних перешкод буде мати негативний вплив на роботу світлодіодів. Набагато надійніше імпульсні джерела живлення на 12В. Вони гарантують високий ККД і стабільний вихідний струм і напруга при перепадах електромережі.

Різновидом імпульсного ІП на 12В можна вважати комп’ютерний блок живлення. У старих моделях на 250 Вт здатність навантаження по виходу +12 становить 10А, що більш ніж достатньо для включення декількох потужних світлодіодів. Якщо габарити і шум вентилятора – не перешкода, то колишньому у вживанні блоку живлення від комп’ютера можна подарувати друге життя.

Якщо ж форм-фактор і естетичні показники мають значення, то краще купити готовий БП на 12В. Його вартість сильно залежить від потужності і варіанти виконання (в корпусі або без нього).

Для тих, хто погано розбирається в електриці, нагадаємо, що існують джерела змінної напруги на 12В. Усередині такого блоку розташований понижуючий трансформатор з запобіжником, а на корпусі присутній напис: «Output AC 12V», що означає: «вихідна змінна напруга 12В». До нього забороняється безпосередньо підключати світлодіоди. Щоб використовувати його в світлодіодному освітленні, потрібно як мінімум, доповнити схему доданими мостом, конденсатором і стабілізатором струму на LM317T.

Способи підключення світлодіодів до ІП на 12В

Щоб підключити до 12 вольт стабілізованого джерела живлення один світлодіод на 3В, доведеться компенсувати надлишок (приблизно 9В) на резисторі або стабилитроне. Це вкрай неефективно, тому що основна частина енергії буде розсіюватися на допоміжних елементах ланцюга.

Для підвищення ККД схеми світлодіоди з’єднують послідовно по три штуки. Якщо врахувати, що падіння напруги на найбільш поширених білих світлодіодах приблизно 3,3, то для погашення решти 2В (12-3,3 * 3 = 2) досить одного малопотужного резистора. Світлодіоди жовтого і червоного кольору світіння можна об’єднувати послідовно по 5 штук, так як їх падіння напруги не перевищує 2,2В.

В ідеалі, перед розрахунком резистора потрібно точно знати робоча напруга кожного світлодіода. Його можна взяти з паспорта або виміряти самостійно. Замір виробляють на включеному світлодіоді, через який протікає номінальний струм. Потім по закону Ома визначають номінал і потужність струмообмежувального резистора:

R = Uпіт- (ULED1 + ULED2 + … + ULEDn) / ILED.
P = (Uпіт- (ULED1 + ULED2 + … + ULEDn)) * ILED.

Більш докладно про розрахунок і вибір резистора написано в даній статті.

Кількість підключаються світлодіодів до джерела живлення залежить не тільки від наявності потрібної напруги, але і від здатності навантаження блоку живлення. Це означає, що сумарний струм в навантаженні не повинен перевищувати максимальний вихідний струм блоку живлення.

Сьогодні деякі виробники випускають світлодіоди з високим падінням напруги. До них можна віднести і світлодіоди 12 вольт, підключення яких необхідно виконувати строго через джерело стабілізованого струму.

Також окремим випадком є ??підключення до джерела живлення 12В світлодіодної стрічки. Тут схема підключення набагато простіше, так як не потрібно стабілізувати струм, а обмежувальний резистор є в кожній групі з декількох світлодіодів. Найпростішим і недорогим варіантом включення світлодіодним стрічки є використання блоку живлення від комп’ютера. Для цього достатньо з’єднати плюс стрічки з жовтим (+12), а мінус стрічки – з чорним (загальним) проводом.

Свої нюанси мають і COB-матриці. Нарівні з іншими світлодіодами вони повинні працювати від драйвера і, в залежності від умов, їх яскравість можна регулювати шляхом зміни струму. У паспорті до COB-матриці обов’язково вказується робочий струм і зразкове падіння напруги при цьому струмі.

Конструювати світлодіодний світильник на базі COB-матриці з живленням від блоку 12В некоректно з кількох причин. Навіть якщо падіння напруги на матриці близько до 12В, то її можна підключити до такого ж стабілізованому блоку живлення тільки через обмежувальний резистор. В результаті струм буде нижче номіналу, при цьому знижується яскравість і ефективність всього пристрою.

Розв’язати ситуацію можна шляхом додавання в ланцюг харчування перетворювача напруги в струм. Для цього до виходу ІП на 12В підключають плату низьковольтного драйвера, вихідний струм якого дорівнює току споживання COB-матриці. Такі перетворювачі випускаються серійно і мають низьку ціну, широкий діапазон робочих струмів і напруг, компактні розміри. Для високовольтних світлодіодів і збірок (з прямою напругою понад 12В) підбирати слід драйвер підвищує типу. При бажанні перетворювач з потрібними параметрами можна зібрати своїми руками.

Докладний алгоритм по включенню світлодіода до 12В

Спираючись на вищевикладену інформацію, складемо покроковий алгоритм підключення світлодіодів до джерела живлення на 12В.

1) Визначити тип блоку живлення:

  • якщо БП зовні нагадує мережевий адаптер, то дізнатися його тип можна за масою. Пристрій імпульсного типу буде важити 100-200 г, що в 2-3 рази менше маси лінійного аналога;
  • з напису на корпусі дізнатися вид напруги на виході (постійне, змінне);
  • з напису дізнатися потужність і максимальний струм, який він здатний видати в навантаження, тобто светодиодам;
  • включити БП в мережу і виміряти напругу на виході мультиметром, щоб переконатися в його справності.

2) За типом світлодіода дізнатися його номінальний струм, напруга і споживану потужність.

3) Зробити висновок про можливість підключення світлодіода до наявного БП. Наприклад, є імпульсний адаптер з параметрами:

  • напруга на вході – AC: 230V ~ 50Hz;
  • напруга на виході – DC: 12V = 1А;
  • потужність – 12W.

До нього можна послідовно підключити 3 однотипних синіх, зелених або білих світлодіода через резистор, розрахувавши його номінал за наведеною вище формулою. Їх номінальний струм не повинен перевищувати 700 мА. Тоді потужність в навантаженні не перевищить:
P = PLED1 + PLED1 + PLED1 + PR = 3,3 * 0,7 + 3,3 * 0,7 + 3,3 * 0,7 + 2 * 0,7 = 8,3 Вт.
Що залишився запас потужності дозволить адаптера довго і стабільно працювати без перевантажень.

4) З’єднувати світлодіоди слід з дотриманням полярності, а резистор можна розмістити в будь-якій частині електричного кола.

5) Всі контакти готового пристрою повинні бути надійно запаяні і після успішного запуску заізольовані.

Ссылка на основную публикацию