led

Особенности и схемы подключения светодиода к 12 вольтам

Источники питания на 12В находят повсеместное применение ввиду своей универсальности и практичности. Данное напряжение одновременно является безопасным для человека и достаточным для работы многих электрических приборов. Не стали исключением и светодиоды. Сегодня ассортимент светодиодов расширился настолько, что подключить их к 12 вольтам не совсем просто. Даже имеющие аналогичное напряжение светодиоды на 12 вольт требуют знаний определенных нюансов. В данной статье постараемся максимально подробно разобраться со всеми источниками питания на 12В и дать практические рекомендации по подключению к ним любых светодиодов.

Немного теории

ВАХСветодиод характеризуется двумя основными параметрами: номинальным прямым током и прямым падением напряжения, измеренным при этом токе. Оба значения являются паспортными и на их основании можно сделать вывод о мощности потребления светодиода. Плавно увеличивая один из параметров (например, напряжение), мультиметром можно фиксировать второй параметр (ток).

В результате получится ещё один важнейший параметр, присущий любому диоду – вольт-амперная характеристика (ВАХ). Она является нелинейной и наглядно доказывает то, что даже незначительное превышение номинального прямого напряжения ведёт к резкому росту тока и, следовательно, к деградации кристалла полупроводника. ВАХ Cree XM-L

Кроме этого, все светоизлучающие диоды имеют низкое обратное напряжение (около 5В). Поэтому перед первым включением светодиода нужно повторно убедиться в соблюдении полярности. Для защиты светодиода от переполюсовки встречно параллельно ему можно установить обычный диод с большим обратным напряжением.

Виды источников питания на 12В

Светодиод любого типа должен подключаться к источнику питания (ИП) со стабилизированным током на выходе. Однако производители светодиодных светильников часто экономят на качестве и устанавливают в них недорогие блоки питания с отсутствие стабилизации.

Наиболее распространены бестрансформаторные блоки питания (БП) на 12В с гасящим конденсатором и токозадающим резистором на выходе. В таких схемах отсутствует какая-либо стабилизация и защита. В результате скачки сетевого напряжения ничем не нивелируются и негативно отражаются на работе светильника. Тем не менее, схема настолько дешевая, что часто встречается в светодиодных лампах и прочих устройствах. схема светодиодной лампы из КитаяПри питании маломощных светодиодов от аккумулятора с напряжением питания 12В можно ограничиться резистором, правильно подобранным по сопротивлению и мощности. Исключение составляет бортовая сеть автомобиля, в которой напряжение может колебаться в широких пределах. Так что при конструировании светодиодной схемы для автомобиля без стабилизатора тока (драйвера) не обойтись.

В самом простом случае драйвер можно сконструировать своими руками на линейной ИМС LM317T, стоимость которой составляет около 0,2$. В этом случае для получения стабильного напряжения на 12В достаточно минимального набора элементов в обвязке. При суммарном токе через светодиоды до 300 мА она отлично работает без дополнительного охлаждения. Типовая схема включения LM317T в качестве стабилизатора тока приведена ниже. схема подключенияСуществуют также нестабилизированные блоки питания, в которых последовательно включены: понижающий трансформатор, выпрямитель и емкостной фильтр (конденсатор). Их использование оправдано лишь в жилых районах со стабильным напряжением сети, так как любое проявление скачков и импульсных помех будет отрицательно влиять на работу светодиодов. схема блока питанияГораздо надёжнее импульсные источники питания на 12В. Они гарантируют высокий КПД и стабильный выходной ток и напряжение при перепадах сети питания. импульсный БП

Разновидностью импульсного ИП на 12В можно считать компьютерный блок питания. В старых моделях на 250 Вт нагрузочная способность по выходу +12В составляет 10А, что более чем достаточно для включения нескольких мощных светодиодов. Если габариты и шум вентилятора – не помеха, то бывшему в употреблении блоку питания от компьютера можно подарить вторую жизнь.

Если же форм-фактор и эстетические показатели имеют значения, то лучше купить готовый БП на 12В. Его стоимость сильно зависит от мощности и варианта исполнения (в корпусе или без него).

Для тех, кто плохо разбирается в электричестве, напомним, что существуют источники переменного напряжения на 12В. Внутри такого блока расположен понижающий трансформатор с предохранителем, а на корпусе присутствует надпись: «Output AC 12V», что означает: «выходное переменное напряжение 12В». К нему запрещается напрямую подключать светодиоды. Чтобы использовать его в светодиодном освещении, нужно как минимум, дополнить схему диодным мостом, конденсатором и стабилизатором тока на LM317T.

Способы подключения светодиодов к ИП на 12В

Чтобы подключить к 12 вольтам стабилизированного источника питания один светодиод на 3В, придётся компенсировать излишек (примерно 9В) на резисторе или стабилитроне. Это крайне неэффективно, так как основная часть энергии будет рассеиваться на вспомогательных элементах цепи.

Для повышения КПД схемы светодиоды соединяют последовательно по три штуки. Если учесть, что падение напряжения на наиболее распространенных белых светодиодах примерно 3,3В, то для погашения оставшихся 2В (12-3,3*3=2) достаточно одного маломощного резистора. Светодиоды желтого и красного цвета свечения можно объединять последовательно по 5 штук, так как их падение напряжения не превышает 2,2В.

В идеале, перед расчетом резистора нужно точно знать рабочее напряжение каждого светодиода. Его можно взять из паспорта либо измерить самостоятельно. Замер производят на включенном светодиоде, через который протекает номинальный ток. Затем по закону Ома определяют номинал и мощность токоограничивающего резистора:

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

Более подробно о расчёте и выборе резистора написано в данной статье.

Количество подключаемых светодиодов к источнику питания зависит не только от наличия нужного напряжения, но и от нагрузочной способности блока питания. Это означает, что суммарный ток в нагрузке не должен превышать максимальный выходной ток блока питания.

Сегодня некоторые производители выпускают светодиоды с высоким падением напряжения. К ним можно отнести и светодиоды 12 вольт, подключение которых необходимо выполнять строго через источник стабилизированного тока.

Также отдельным случаем является подключение к источнику питания 12В светодиодной ленты. Здесь схема подключения гораздо проще, так как не нужно стабилизировать ток, а ограничительный резистор есть в каждой группе из нескольких светодиодов. Самым простым и недорогим вариантом включения светодиодной ленты является использование блока питания от компьютера. Для этого достаточно соединить плюс ленты с жёлтым (+12В), а минус ленты – с чёрным (общим) проводом.

Свои нюансы имеют и COB-матрицы. Наравне с другими светодиодами они должны работать от драйвера и, в зависимости от условий, их яркость можно регулировать путём изменения тока. В паспорте к COB-матрице обязательно указывается рабочий ток и примерное падение напряжения при этом токе.

Конструировать светодиодный светильник на базе COB-матрицы с питанием от блока 12В не корректно по нескольким причинам. Даже если падение напряжения на матрице близко к 12В, то её можно подключить к такому же стабилизированному блоку питания только через ограничительный резистор. В результате ток будет ниже номинала, при этом снижается яркость и эффективность всего устройства.

Разрешить ситуацию можно путём добавления в цепь питания преобразователя напряжения в ток. Для этого к выходу ИП на 12В подключают плату низковольтного драйвера, выходной ток которого равен току потребления COB-матрицы. Такие преобразователи выпускаются серийно и имеют низкую цену, широкий диапазон рабочих токов и напряжений, компактные размеры. Для высоковольтных светодиодов и сборок (с прямым напряжением более 12В) подбирать следует драйвер повышающего типа. При желании преобразователь с нужными параметрами можно собрать своими руками.

Подробный алгоритм по включению светодиода к 12В

Опираясь на вышеизложенную информацию, составим пошаговый алгоритм подключения светодиодов к источнику питания на 12В.

1) Определить тип блока питания:

  • если БП внешне напоминает сетевой адаптер, то узнать его тип можно по массе. Устройство импульсного типа будет весить 100-200 г, что в 2-3 раза меньше массы линейного аналога;
  • из надписи на корпусе узнать вид напряжения на выходе (постоянное, переменное);
  • из надписи узнать мощность и максимальный ток, который он способен выдать в нагрузку, то есть светодиодам;
  • включить БП в сеть и измерить напряжение на выходе мультиметром, чтобы убедиться в его исправности.

2) По типу светодиода узнать его номинальный ток, напряжение и потребляемую мощность.

3) Сделать вывод о возможности подключения светодиода к имеющемуся БП. К примеру, есть импульсный адаптер с параметрами:

  • напряжение на входе – AC: 230V ~50Hz;
  • напряжение на выходе – DC: 12V = 1А;
  • мощность – 12W.

К нему можно последовательно подключить 3 однотипных синих, зелёных или белых светодиода через резистор, рассчитав его номинал по приведенной выше формуле. Их номинальный ток не должен превышать 700 мА. Тогда мощность в нагрузке не превысит:
P=PLED1+ PLED1+PLED1+PR=3,3*0,7+3,3*0,7+3,3*0,7+2*0,7=8,3 Вт.
Оставшийся запас мощности позволит адаптеру длительно и стабильно работать без перегрузок.

4) Соединять светодиоды следует с соблюдением полярности, а резистор можно разместить в любой части электрической цепи.

5) Все контакты готового устройства должны быть надежно запаяны и после успешного запуска заизолированы.