Последовательное соединение светодиодов и параллельное подключение: схемы включения светодиодов параллельно и последовательно, как правильно соединить ленты или панели к сети с напряжением 12 и 220 вольт

Прочитайте, в чем заключаются основные особенности параллельного и последовательного подключений светодиодов. В каком случае используется тот или иной вид соединения, какие составляющие нужны для сбора цепей. Какие ошибки допускают при сборке.

Принципы подключения

СоединениеСветоизлучающие диоды активно применяются в подсветке, индикации. Своими руками можно создать устройства, поэтому важно знать, как производить соединение светодиодов.

К основным способам подключения относятся:

  • параллельное;
  • последовательное;
  • комбинированное.

Основные причины выхода из строя светодиодных цепочек:

  • неправильное соединение;
  • некачественные диоды или блоки питания.

Конструкция излучающего диода подразумевает его подключение к источнику постоянного тока. При соединении важно соблюдать полярность компонента – если перепутать катод и анод, диод не будет излучать световой поток.

Важно! Любой компонент имеет техдокументацию, в которой указывается полярность. Ее узнать можно по маркировке компонента или визуально.

Полярность

Определить, какой из электродов является плюсом, а какой – минусом, можно несколькими способами.

Первый – конструктивно. Обычный LED компонент имеет две ножки, длинная является плюсом (анодом), а короткая – катодом.

Светодиоды

При помощи тестера. Для этого нужно взять мультиметр, перевести его в положение «Прозвонка» и прикладывать щупы к электродам. Когда красный щуп коснется анода, а черный катода – светодиод загорится. Если при перестановке на шкале высвечивается и не меняется «бесконечное» сопротивление, есть неполадка с элементом. Так что мультитестер используется и для проверки работоспособности излучающих приборов.

Визуальный осмотр. Можно посмотреть внутрь колбы. Широкая часть – это катод, а узкая – анод. Мощные светодиоды сверхъяркого типа имеют маркировку выводов «+» и «–». Компоненты для поверхностного монтажа обычно имеют специальный скос, который указывает на катод.

Включение в источник питания. Диод можно подключить к аккумулятору, батарее или другому блоку. Нужно постепенно повышать электропитание, которое вызовет свечение. Если компонент не горит, полярность следует поменять. Собирается такая схема проверки обязательно с использованием токоограничивающего резистора.

По технической документации. В паспорте прибора будет написано, какая полярность.

После определения плюса и минуса электродов нужно разобраться с методом подсоединения.

Параллельное включение

Светодиод (СД, LED ) – микроэлемент, работа которого зависит от многих параметров. Погрешности в микротехнологиях приводят к тому, что вольт-амперная характеристика каждого отдельного СД отличается. Поэтому порог срабатывания («включения») всех диодов одновременно различен. Это допускается стандартами качества и это необходимо учитывать при построении электросхем. Параллельное соединение светодиодов требует именно такой настройки для их одновременного срабатывания.

Основы параллельного и последовательного подключения светодиодов

Схема параллельного подключения

На электросхеме видно, что для каждого СД выбирается свой резистор. При настройке резисторы R1-R6 регулируют работу всей системы. Порог срабатывания каждого диода лежит в пределах 2,5-3,0 Вольт, поэтому резисторы необходимо подбирать под каждый диод.

Положительным показателем является низковольтная характеристика. Уровень срабатывания одного LED составляет до 3,0 В, поэтому можно рассчитать весь световой узел на низкое напряжение.

Существенным достоинством параллельного подсоединения является «живучесть» такого варианта. При выходе из строя одного светодиодного элемента система продолжает работать и давать освещение.

Это качество используется в мини-приборах, когда важна миниатюризация и они собраны на аккумуляторных «таблетках». Подобные поделки широко выпускаются промышленностью и предназначены для небольших задач – местной подсветки, в рекламных целях и т.д.

Читайте также

Screenshot_1-e1591035447114-768x328.png

Как правильно перепаять светодиод

Преимущества и недостатки

Преимуществами параллельного подключения СД являются: низкое напряжение питания схемы, что дает возможность построения миниатюрных приборов; высокая «живучесть» системы, так как каждый диод подключен напрямую к источнику тока. Недостатками – необходимость настройки каждого СД, что ведет к увеличению числа элементов (резисторов); необходимость отдельного источника тока (или драйвера) при использовании электросетей общего назначения.

Основные теоретические вопросы

Вольт-амперная характеристика (сокр. ВАХ) – это график отображающий зависимость величины тока протекающего через любой прибор от напряжения, приложенного к нему. Простая и очень ёмкая характеристика для анализа нелинейных компонентов. С её помощью можно выбрать режимы работы, и определить характеристики источника питания для прибора.

Взгляните на пример линейной и нелинейной ВАХ.

Пример линейной и нелинейной ВАХ

График под номером 1 на рисунке отображает линейную зависимость тока от напряжения, такую имеют все приборы резистивного характера, например:

  • Лампа накаливания;
  • обогреватель;
  • резистор (сопротивление);

График номер 2 – это ВАХ характерная для p-n переходов диодов, транзисторов и диодов.

Способы подключения

Светодиодная лентаЭтапы соединения:

  • определение полярности;
  • составление схемы подключения;
  • подбор драйвера и блока питания;
  • расчет резистора;
  • сбор цепи;
  • тестирование подключенной системы.

Можно выделить 2 метода соединения – к электросети 220 Вольт и 12 Вольт. Осуществить подключение можно последовательно или параллельно. Наилучшим способом считается последовательное соединение светодиодов.

Как работает светодиод?

Принцип работы изделия основывается на взаимодействии двух полупроводников, положительного и отрицательного типа (p-n-переход). Когда электрический ток проходит через полупроводники, в месте соприкосновения выделяется энергия, излучающая свет. Это обусловлено переходом от одного типа проводимости к другому, когда ионы положительно заряженных дырок соединяются с отрицательными зарядами электронов.

Подробнее о работе диодов

Какое выбрать подключение светодиодов: последовательно или параллельно? Это сильно зависит от условий работы и источника питания, а также системы стабилизации напряжения и тока. Для правильного выбора нужно рассмотреть оба варианта.

Изначально шла речь о вольт-амперной характеристике не просто так, рассмотрим подробно её форму для Led приборов.

ВАХ для светодиодов

Обратите внимание, что в области напряжений ниже чем 2,5В, ток через светодиод протекает крайне малый или вообще не протекает. Преодолев уровень в 2,5 вольта через диод начинает протекать ток и он зажигается на участке от 2,5 до 3 вольт. После этого уровня ток начинает стремительно нарастать.

Для 5 мм диодов белого свечения рабочий ток – 20мА при 3В, а при 3.5 вольта ток будет равняться 80 мА, что в четверо превышает номинал.

Яркость диода хоть и зависит от протекающего через него тока, но при чрезмерно больших значениях LED светится не намного ярче, чем при номинале. Поэтому не стоит экспериментировать с высоким показателями – ваши диоды просто перегорят.

Значения напряжений могут различаться в зависимости от типов и конструкции LED, на это влияет их количество в одном корпусе, цвет, и даже материал который был выбран в качестве основы чипа.

А нужно ли менять люминесцентные лампочки на LED-лампы?

На сегодняшний день можно уверенно сказать, что LED-лампочки любого форм-фактора практически по всем показателям превосходят люминесцентные аналоги. Причём светодиодные технологии продолжают прогрессировать, а значит, изделия на их основе будут ещё более совершенными в будущем. В подтверждение сказанного ниже приведена сравнительная характеристика двух видов трубчатых ламп.

Люминесцентные лампы Т8:

  • наработка на отказ составляет порядка 2000 ч. и зависит от количества включений, но не более 2000 циклов;
  • свет распространяется во все стороны, в связи с чем они нуждаются в отражателе;
  • постепенное увеличение яркости в момент включения;
  • пускорегулирующий аппарат (ПРА) служит источником сетевых помех;
  • деградация защитного слоя со снижением светового потока на 30%;
  • стеклянная колба и пары ртути внутри неё требуют бережного отношения и утилизации.

Светодиодные лампы Т8:

срок службы не менее 10 тыс. ч. и не зависит от частоты вкл./выкл.;
имеют направленный световой поток;
мгновенно включаются на полную яркость;
драйвер не оказывает влияния на электросеть;
потеря яркости не превышает 10% за 10 тыс. часов;
имеют значительно меньшую мощность электропотребления;
полностью экологически безопасны.

Кроме того, светодиодные лампы Т8 обладают вдвое большей светоотдачей при равном энергопотреблении, реже выходят из строя и имеют гарантию от производителя. Возможность размещения внутри колбы разного количества светодиодов позволяет добиться оптимального уровня освещённости. Это означает, что взамен люминесцентной лампы Т8-G13-600 мм на 18 Вт можно установить светодиодную лампу такой же длины на 9, 18 или 24 Вт.

Взвесив все «За» и «Против», можно сделать вывод, что переделка люминесцентного светильника под светодиодную лампочку полностью оправдана, как с технической, так и с экономической точки зрения.

Виды и основные параметры светодиодов

На схеме светодиод обозначается как обычный диод с двумя параллельными стрелками, направленными наружу и указывающими на его излучающий характер. В продаже имеется большое количество типов светодиодов, которые различаются между собой функциональным назначением, конструкцией, мощностью, цветом свечения и другими свойствами.

По назначению светодиоды разделяют на два вида – индикаторные и осветительные.

Индикаторные:

  • светодиоды SMD;
  • сверхъяркие Super Flux “Piranha”;
  • DIP светодиоды (Direct In-line Package);
  • Straw Hat («соломенная шляпа»).

Осветительные:

  • COB (Chip On Board) светодиоды;
  • SMD LED;
  • филаментные (Filament LED).

Индикаторные

Индикаторные светодиоды отличаются малой мощностью и умеренной яркостью свечения. Используются для цветовой индикации режимов работы различных приборов и оборудования, а также для подсветки дисплеев и приборных щитов. Разновидности индикаторных светодиодов:

  • DIP-светодиоды. Кристалл-излучатель находится в выводном корпусе, который чаще всего представляет собой выпуклую линзу. Минус – малый угол рассеивания излучения.
  • «Пиранья» – излучатель сверхвысокой яркости с четырьмя выводами, обеспечивающими его удобное крепление на плате. Востребован для подсветки приборов в автомобилях и в рекламных вывесках.
  • «Соломенная шляпа». Цилиндрический двухвыводный прибор со значительным углом рассеивания излучения и увеличенным диаметром линзы. Применяется в декоративных конструкциях и светосигналах тревоги.
  • SMD-светодиоды. Приборы сверхвысокой яркости располагаются в корпусах, рассчитанных на SMT-монтаж. В их маркировке указываются размеры в дюймах (их сотых долях) или в мм. На базе SMD-светодиодов изготавливаются светодиодные ленты.

Осветительные

Осветительные светодиоды встречаются в конструкции фонарей, фар, лент. Отличаются мощностью и яркостью свечения. Большинство осветительных приборов размещают в корпусах для SMT-монтажа. Изготавливаются в двух разновидностях белого цвета:

  • cool white – холодный;
  • warm white – теплый.

Осветительный SMD-светодиод представляет собой теплоотводящую подложку, на которой смонтирован излучающий кристалл, обработанный люминофорным составом.

Подключение к сети 12 в

Напряжение 12 В является оптимальным для работы светоизлучающего диода. Оно безопасно, и используется для включения в особо опасных помещениях (ванная, смотровые ямы гаража, бани).

Для подключения к 12 В нужен резистор. Он рассчитывается по той же формуле, что и для 220 В.

Важное преимущество 12 В – оно постоянное. Это позволяет упростить схему соединения.

Применение светодиодов

Такая продукция активно применяется в разных областях: световая реклама, домашние и промышленные осветительные приборы, автомобильная светотехника, светофоры и дорожные знаки, дизайн помещений, ландшафтная и архитектурная подсветка, а также многое другое.

Преимущества светодиодов:

  • значительная длительность эксплуатации;
  • экологическая безопасность;
  • высокая надежность и безотказность;
  • экономия электроэнергии;
  • высокое качество освещения;
  • низкие эксплуатационные расходы.

Последовательное подключение

Светодиодная лентаЧтобы подключить светодиоды последовательно, нужно к катоду одного устройства припаять анод другого, и так до нужной длины цепочки. Соединение производится через токоограничивающий резистор. По схеме будет протекать один и тот же ток через все элементы. Уровень напряжения будет суммой падений на каждом участке.

Так, для подключения к источнику питания с напряжением 12 Вольт потребуется не более четырех светодиодов 3 Вольт (3*4=12). Для большего числа диодов нужен более мощный аккумулятор.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

  • одинаковый уровень тока;
  • простота.

Недостатки:

  • количество светодиодов ограничено падением напряжения;
  • если сломается один элемент, непригодной становится вся цепочка.

Схема раньше использовалась в гирляндах для елки. Сейчас ее вытеснило смешанное соединение.

Как подключить мощный светодиод

Для мощного светодиода потребуется источник питания с большим номиналом. Так, диод 1 В будет загораться, если по нему будет протекать ток величиной не менее 350 мА. Для 5 В элемента потребуется источник тока с нагрузкой не менее 1,4 А.

Схема соединения также будет включать токоограничивающий резистор и интегральный стабилизатор напряжения. Он помогает обезопасить светодиод от скачков электричества. Чаще всего используется интегральная микросхема LM317 для стабилизации. Подключить мощный светодиод можно параллельно, последовательно и комбинированным способом.

Если нет нужного резистора

Нужное сопротивление (R) и мощность (P) резистора можно получить, комбинируя в последовательно-параллельном порядке резисторы других номиналов и мощностей.

Формула сопротивления для последовательного соединения резисторов

R = R1 + R2

Формула сопротивления для параллельного соединения резисторов

двух:

R = (R1 * R2) / (R1 + R2) или R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2)

неограниченного количества:

R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + … + 1 / Rn)

Мощности резисторов

Мощности резисторов в сборке рассчитываются исходя из тех-же формул, что и одиночные резисторы. При последовательном включении, в формулу вычисления мощности подставляется напряжение источника питания за вычетом падения напряжения на других последовательно стоящих резисторах и светодиоде. Подробнее это будет показано на нижеследующих примерах.

Примеры

1. Заменим резистор 1,3 кОм 0,125 Вт из первого примера последовательной сборкой.

1,3 кОм = 1 кОм + 100 Ом + 100 Ом + 100 Ом

Рассчитаем минимальные мощности для каждого резистора. Для этого посчитаем фактическое падение напряжения на каждом резисторе, для чего сначала посчитаем фактический ток, ибо он будет отличаться от номинального светодиодного 0,01 А за счёт коэффициента надёжности и соответствующего увеличения сопротивления. Итак,

I = U / (Rрез.+ Rсветодиода), где

Rсветодиода = Uпад.номин. / Iномин. = 2 / 0,01 = 200 Ом, значит ток в цепи будет:

I = 12 / (1300 + 200) = 0,008 А

Теперь вычисляем фактическое падение напряжения на резисторах и светодиоде:

Uпад.рез_1000 = Rрез_1000 * I = 1000 * 0,008 = 8 В

Uпад.рез_100 = Rрез_100 * I = 100 * 0,008 = 0,8 В

Uпад.светодиода = Rсветодиода * I = 200 * 0,008 = 1,6 В

Теперь у нас есть все данные для расчёта мощностей:

Pрез_1000 = (12 −(0,8 + 0,8 + 0,8 + 1,6))2 / 1000 = 0,064 Вт

Pрез_100 = (12 −(8 + 0,8 + 0,8 + 1,6))2 / 100 ≈ 0,0064 Вт

Итого, исходя из стандартных мощностей резисторов, получаем 1 кОм 0,125 Вт и 3 резистора 100 Ом по 0,05 Вт. Включив резисторы указанного номинала последовательно, мы получим общее сопротивление 1,3 кОм нужной нам мощности.

2. Заменим резистор 39 кОм 2 Вт из второго примера параллельной сборкой.

Занеся формулу R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3) в Excel, выясним, что 41,2 кОм ≈ параллельному соединению 100 кОм, 130 кОм и 150 кОм. Точнее это будет сопротивление 41053 Ом.

Рассчитаем минимальные мощности для каждого резистора. Для этого посчитаем фактическое падение напряжения на каждом резисторе, для чего сначала посчитаем фактический ток, ибо он будет отличаться от номинального светодиодного 0,01 А за счёт коэффициента надёжности и соответствующего увеличения сопротивления. Итак,

I = U / (Rрез.+ Rсветодиода), где

Rсветодиода = Uпад.номин. / Iномин. = 2 / 0,01 = 200 Ом, значит ток в цепи будет:

I = 220 / (41053 + 200) ≈ 0,005 А

Теперь вычисляем фактическое падение напряжения на светодиоде:

Uпад.светодиода = Rсветодиода * I = 200 * 0,005 = 1 В

Теперь у нас есть все данные для расчёта мощностей:

Pрез_68 = (220 −1)2 / 100000 ≈ 0,48 Вт

Pрез_100 = (220 –1)2 / 130000 ≈ 0,37 Вт

Pрез_110 = (220 –1)2 / 150000 ≈ 0,32 Вт

Итого, исходя из стандартных мощностей резисторов, получаем все резисторы по 0,5 Вт. Включив резисторы указанного номинала параллельно, мы получим общее сопротивление 41 кОм нужной нам мощности.

Указанные выше параллельный и последовательный способы можно комбинировать, без проблем создавая вот такие сборки, которые также легко рассчитываются при их разбивании на фрагменты:

[Вернуться в начало]

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...