Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Как выбрать светодиод для подключения к 12 вольтам

Необходимый вид диодов подбирают исходя из конкретных задач. На рынке существует множество вариантов, от индикаторных до сверхмощных. Для подсветки кнопок и индикаторов на панели приборов в авто можно использовать маломощные диоды. Для подсветки интерьера квартиры или машины применяют простые сверхъяркие. Для установки в головную оптику, дневные головные огни автомобилей или в фонарики устанавливают мощные светодиоды.

С технической точки зрения нет каких-либо ограничений по мощности и потребляемому току. Главное, чтобы напряжение диода не превышало напряжение источника питания.

Важным фактором является размер и форма корпуса. В зависимости от предназначения могут использоваться диоды в круглом корпусе или детали поверхностного монтажа (SMD). Все зависит от потребности и задач.

Как подключить светодиод

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Основные технические  характеристики светодиода описываются тремя параметрами:

  1. прямое напряжение;
  2. номинальный рабочий ток;
  3. номинальная мощность.

Наиболее распространены LED чипы  с прямым напряжением  в районе  3, 6, и 12 вольт.  Модели на 6В и 12В используются преимущественно в автомобильных лампах, в бытовые изделия не устанавливаются.

Существует 2 способа подключения:

  1. к источнику напряжения, требуется расчёт резистора для светодиодов;
  2. к источнику тока, называется драйвер.

В первом варианте стабилизировано напряжение, оно должно превышать напряжение падения на диоде.

Пример.
Если падение составляет 3V на 1 led, а блок питания для светодиодов на 12 вольт., то для включения 1 диода с номинальным рабочим 0,1 Ампер получим следующий расчёт:

  • 12В – 3B = 9В
  • 9В / 0,1А = 90 Ом

Параллельное подключение к драйверу для уменьшения тока
Параллельное подключение к драйверу для уменьшения тока

Во втором варианте стабилизирована сила тока и схема подключения будет такая я же, как в первом варианте, только надо исключить резистор. Подбираются лед чипы с таким же номинальным током при последовательном подключении. Если ток драйвера слишком велик, а включить очень надо, то можно использовать параллельную схему.  При такой схеме в каждой цепочке  будет кратно снижаться.

Многие ошибочно думают, если подключить последовательно, то потребляемая мощность останется неизменной, потому что ток не надо будет увеличивать. Они забывают, что придется повысить вольты питания.

Варианты подключения

Самое время ознакомиться с основными вариантами подключения.

К одному резистору

Подключение светодиода к 12 вольтам
Типичная схема подключения.

Как мы уже выяснили выше, светодиод имеет полярность. Поэтому он подключаетсяк источнику питания постоянного напряжения. Самые распространенные виды потребляют около 10-20 мА. По сути – это главная характеристика детали. Вторым параметром указывают падение напряжения. Для обычных светодиодов оно находится в пределах 2-4 В.

Единственная правильная схема подключенияосуществляется с токоограничивающим резистором. Он подбирается по закону Ома. Сопротивление рассчитывается как разница напряжения источника и падения напряжения, деленная на произведение максимального тока диода и коэффициента надежности (обычно равен 0,75).

Закон Ома: «величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению».

Также необходимо вычислить мощность резистора. Она рассчитывается по простой формуле: разница напряжения источника и падения напряжения в квадрате, деленная на сопротивлениев омах.

Последовательное подключение нескольких LED

Подключение светодиода к 12 вольтам
Принципиальная схема последовательного подключения.

Последовательное подключение – это установка двух и более светодиодов в один ряд. В данной схеме также используется один токоограничивающий резистор. Формула расчета аналогична для единичного диода, но падение напряжения суммируется.

Для примера возьмем наш теоретический светодиод белого цвета на 3 вольта и 20 mA. Мы последовательно подключаем три единицы. Таким образом, сумма нашего падения напряжения составит 9 вольт. Остаток в три вольта делим на силу тока в 0.02 ампера с коэффициентом надежности 0,75. В результате мы узнаем что нам потребуется один резистор на 200 Ом.

Каждый диод к отдельному резистору

Подключение светодиода к 12 вольтам
Принципиальная схема параллельного подключения.

В данной схеме каждый светодиод подключается к плюсу и минусу источника питания. Несмотря на то, что в Сети можно найти схемы с одним общим резистором, на практике такое решение нецелесообразно. Даже в одной партии диоды различаются по параметрам потребляемого тока и падения напряжения. В итоге мы получим разную интенсивность свечения диодов. Сопротивление рассчитывается для каждого диода отдельно.

Смотрите также:   Последовательное, параллельное и смешанное соединение конденсаторов

Обозначение светодиода на схеме

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Обозначается на схеме двумя типами пиктограмм. Две стрелочки показывают что он излучает свет.

Характеристики

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Перед   расчётом схемы подключения светодиодов убедитесь в их параметрах и качестве. Китайцы очень часто обманывают, подсовывая LED с другими параметрами или с более низкой мощностью. Особенно хорошо у китайцев получается обманывать на SMD 5630 и SMD5730, общеизвестная мощность у них 0,5W. Цифры 5630 и 5730 обозначают только размер корпуса, например, 5,7мм на 3,0мм.

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Пользуясь этим они устанавливают в стандартный корпус кристалл на 0,07W – 0,1W и затем продают их как с мощностью 0,5W. То есть световой поток будет в 5 раз меньше, чем вы ожидали. Хорошим примером будут светодиодные лампы кукурузы, которые просто утыканы маломощными LED в количестве от 20 до 130 штук. За счёт такого внешнего вида, кукуруза в глазах покупателя кажется  мощнее, чем диодная лампа с 10 диодами, аналогичного энергопотребления.

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Так же они изготавливают копии общеизвестных производителей особенно Cree и Philips. На настоящие КРИ и Флипсы они похожи только внешне, технические характеристики хуже на 30-40%.

Этапы сборки

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Примерная последовательность сборки и проверки в рабочем режиме.

  1. найдите в документации технические характеристики, сколько вольт падает на каждом LED;
  2. составьте схему подключения учитывая напряжение питания;
  3. вычислите потребляемую мощность всей электрической цепи;
  4. подберите блок питания или драйвер подходящий по мощности;
  5. рассчитайте резистор в случае использования питания стабилизированным напряжением;
  6. найдите правильную полярность на ножках LED;
  7. припаяйте провода диодным компонентам;
  8. подключите источник питания;
  9. плотно установите диоды на радиатор и закрепите их;
  10. включаем всю конструкцию в сеть 220V предварительно зажмурившись;
  11. если ничего не взорвалось, то измеряем потребление энергии, нагрев, потребляемый ток;
  12. корректируем ток, если он оказался выше или ниже расчётного;
  13. прогреваем в течение 30 минут
  14. для китайских диодов температура на электрическом контакте не должна превышать 60°, для фирменных это указано в спецификациях, может быть максимум  до 130° — 150°.

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить
Алюминиевая звезда

Установка  на систему охлаждения чаще всего требует хорошего оборудования и навыков. Поэтому диоды невысокой мощности 1W, 3W, 5W лучше покупать сразу на подложке из алюминия или меди в виде звезды. Таким образов вы не перегреете ножки и не испортите диодный чип.  Затем звезду ставят на радиатор с использованием теплопроводной пасты.

Для припаивания проводов к звезде нужен паяльник помощней, потому что алюминий быстро забирает тепло от места контакта с припоем.

Источники питания

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Чтобы подключить сверхяркие светодиоды к постоянному стабилизированному напряжению необходимо использовать токоограничивающий резистор.  При мощности потребления энергии более 10W его использовать не рационально.

Самые распространённые имеют мощность:

  1. 0,5W в корпусе SMD;
  2. 1W, 3W, 5W в корпусе Эмиттер, круглый с ножками;
  3. квадратные COB диоды от 5W, 10W.

Самые распространённые стабилизированные источники:

  1. 1,5V – пальчиковые батарейки;
  2. 3,7V – литиевые аккумуляторы от телефонов;
  3. 5 Вольт — это USB зарядные устройства для смартфоном и планшетов;
  4. 9V – батарейка Крона;
  5. 12 вольт – бортовая сеть автомобиля, блоки питания от бытовой электроники;
  6. 19V – блоки питания от ноутбуков, хорошо стабилизированы, и выдают до 90W.

Модуль стабилизатора за 100 руб
Модуль стабилизатора за 100 руб

Для снижения количества вольт с источника питания нужен стабилизатор с возможностью регулировки. Обычно покупаю их на Aliexpress в средне по 2$ за модели на 2 Ампера, и 5$ за мощный модуль на 5 Ампер. В России на них цена слишком высокая, лучше купить заранее, но в 2-3 раза больше.

Подключение к батарейке 1,5В

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Для подключения диода напрямую к батарейке с 1,5В требуется повышение до 3В. Это реализуется на небольших специализированных микросхемах. Чаще всего используется в аккумуляторных фонариках на одной пальчиковой батарее. Микросхема может быть стабилизатором Ампер  или повышать только вольты. Если стабилизировано только напряжения, то для включения диода потребуется ставить сопротивление, которое тоже расходует энергию. Светодиодный драйвер более экономичен для фонарика.

Китайцы по 100руб. продают готовые платы со стабилизаторами, которые из 1.5 могут сделать от 2В до 5В. Кто дружит с паяльником, может сделать своими руками, микросхеме практически не требуется дополнительных элементов.

Питание от 5В

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Самый популярный источник, в каждом доме есть несколько зарядных устройств и куча старых от кнопочных телефонов. При 5В подключать можно только параллельно по одному. Для последовательного соединения требуется минимум 6В.

Наглядным примером будет светодиодная лента на 5В. Из такой ленты и старых зарядных устройств делаю светодиодные светильники-ночники. На корпус клеится отрезок ленты длиной 3-4 см и подключается в USB гнездо. Если корпус разборный, то припаиваю провода внутрь, прямо к плате.

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить
Светодиодная лента на 5В с питанием от USB

Смотрите также:   Как пользоваться мультиметром: проводим измерения

Включение на 9V

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить
Батарейка Крона на 9В и регулятор яркости

Наиболее известным источником девяти вольт является батарея типа Крона. При небольших размерах она имеет очень малую емкость. Девять вольт позволят включить последовательно до 3 iner. Если 3 штуки включены последовательно, то небольшое снижение будет приводить к значительному уменьшению яркости. Если невозможно обеспечить хорошую стабилизацию, то придется уменьшить до 2 ЛЕД чипов.

Для регулировки яркости можно использовать миниатюрный диммер, цена которого 50 руб.

Как подключить светодиод к 12 вольтам

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить
Стабилизатор на 12V

12 вольт уже обеспечивает широкие возможности по включению. Схема подключения светодиодов может быть последовательной по 3 штуки. Четыре штуки таким образом не включают, потому что следует учитывать снижение напряжения под нагрузкой. Например оно может снизится с 12В до 11В, что приведет к значительной потере светового потока.

Лучше всего использовать низковольтный драйвер, чтобы не использовать резистор.  Такой стабилизатор работает от 12V имеет регулятор напряжения на выходе и настройку Ампер. К тому же по конструкции он проще, чем на 220В и не имеет трансформатора, только дроссель.

Светодиоды 12 вольт: схема, мощные, без резистора, сколько можно подключить

Примером будет светодиодная лента на 12В, в которой 3 LED и резистор включены последовательно.

В автомобильной сети, в том числе и прикуривателе, при заведенном двигателе бывает от 13,5В до 15В. Но скачки могут быть и до 30В. На заглушенном авто будет от 12В до 13В, зависит от уровня заряда автомобильного аккумулятора. Поэтому очень не рекомендуется включать LED без стабилизированного блока питания или стабилизатора тока. Китайские очень плохо переносят такие скачки, из-за низкого качества и плохих проводников у кристалла.  Фирменные типа Cree Philips Osram могут долго работать  в автомобиле и без стабилизатора, это было протестировано на светодиодных лампах для габаритных огней.

Сопротивление для светодиодов

Формула расчета сопротивления.

Вычисляем параметры:

  • Разница напряжение источника питания и падения напряжения – 12-3=9.
  • Произведение максимальной силы тока (ампер) и коэффициента надежности – 0.02*0,75=0,015.
  • Рассчитываем сопротивление(кОм) – 9/0.015 = 600 (кОм).

Формула расчета мощности.

Расчет мощности резистора:

  • Разница напряжения источника питания и падения напряжения – 12-3=9.
  • Согласно формуле, возводим в квадрат – 9*9=81.
  • Делим на сопротивлениерезисторав омах – 81/600=0,135 Вт.

Таким образом, нам идеально подойдет резистор MRS25 (0,6 Вт, 600 Ом, ± 1%). На середину 2020 года его стоимость составляет около 8 рублей. Обычно нет необходимости высчитывать мощность резистора. Тем не менее, это важно делать для проверки будущей сборки.

Последовательное подключение

При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:

В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.

Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).

Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта. Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.

После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему параллельного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).

Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.

Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.

Недостатки последовательного подключения

  1. При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема;
  2. Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.

Параллельное подключение

В данной ситуации все происходит наоборот. На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.

Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002).

Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).

Это глубокое заблуждение!!! Почему? Ответ Вы найдете ниже

Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.

Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.

Смотрите также:   Что такое температурный коэффициент сопротивления?

Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.

Недостатки параллельного подключения:

  1. Большое количество элементов;
  2. При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.

Смешанное подключение

Подобный способ подключения является самым оптимальным. По такому принципу собраны все светодиодные ленты. Он подразумевает комбинацию параллельного и последовательного подключения. Как он выполняется можно увидеть на фото:

Схема подразумевает включение параллельно не отдельных светодиодов, а последовательных цепочек из них. В результате этого даже при выходе из строя одной или нескольких цепочек, светодиодная гирлянда или лента будут по-прежнему одинаково светить.

Мы рассмотрели основные способы подключения простых светодиодов. Теперь разберем методы соединения мощных светодиодов, и с какими проблемами можно столкнуться при неправильном подключении.

Сколько светодиодов можно подключить к 12 Вольт

Чтобы выяснить, сколько светодиодов можно подключить к 12 В, необходимо поделить Uпит на Uпад. Либо разрешено исходить из среднего значения 2 Вольта на каждую лампочку. Таким образом на каждые 12 В разрешено монтировать не больше 6 LED. Если учесть, что какая-то часть напряжения (примерно 2 В) обязательно должна уходить к гасящему резистору, количество диодов уменьшится на один.

Напряжение светодиода не всегда равно 2 В. К тому же при подключении и соединении ЛЕД стоит учитывать оттенок свечения лампочки и его яркость. Для определения точного количества ламп на один БП двенадцать Вольт можно воспользоваться специальной программой.

Подключение мощных LED диодов к 12В

При подключении современных мощных кристаллов или их сборок принцип не меняется. В цепи также должен присутствовать гасящий резистор. Для примера можно взять популярный на китайских торговых площадках светодиод.  Это сборка из нескольких кристаллов, соединенных параллельно. Потребляемый ток составляет 350 mA, а напряжение по-прежнему 3,4 вольта.

Подставляя параметры в нашу формулы, мы легко узнаем, что нам потребуется установить резистор с сопротивлением 32 Ома и мощностью 2,2 Вт.

Как подключить мощный светодиод?

Для работоспособности мощных светоизлучающих диодов, так же, как и простых нам потребуется источник питания. Однако в отличии от предыдущего варианта, он должен быть на порядок мощней.

Чтобы засветить мощный светодиод номиналом 1W, источник питания должен выдерживать не менее 350 мА нагрузки. Если номинал 5W, то источник питания постоянного тока должен выдержать нагрузку тока не менее 1,4А.

Для корректной работы мощного светодиода обязательно необходимо использовать интегральный стабилизатор напряжения типа LM, который защищает его от скачков напряжения.

Если необходимо подключить не один, а несколько мощных LED, рекомендуем ознакомиться с правилами последовательного и параллельного подключения, которые были описаны выше.

Эффективное подключение к одному ИП

Выше мы уже выяснили, что к одному источнику питания можно запитать неограниченное количество светодиодов. Главное, чтобы хватило мощности. Тем не менее, простое параллельное включение лампочек с резистором для каждой из них является неэффективным. Из предыдущего пункта мы увидели, что более 2/3 мощности рассеивается на токоограничивающем резисторе. Поэтому часто возникает вопрос, сколько всего светодиодов можно подключить к 12 в.

Наиболее эффективным подключением к 12 вольтам считается цепочки из трех последовательных светодиодов с одним резистором. По такой же схеме выпускаются все светодиодные ленты, работающие от блока питания на 12 В.

Ошибки при подключении

  1. Прямое подключение к источнику питания. прямое подключение светодиода к источнику питания
    В данном случае светодиод моментально сгорит, поскольку отсутствует ограничивающий ток резистор.
  2. Параллельное подключение через один резистор. параллельное подключение через один резистор
    Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный.
  3. Последовательное подключение с различным током потребления. последовательное подключение светодиодов с различным током потребления
    При такой схеме подключения есть 2 варианта: либо просто одни будут светить тусклее других, либо те, что рассчитаны на меньший ток – сгорят.
  4. Неправильно подобранный ограничивающий резистор. неправильно подобранный ограничивающий ток резистор светодиода
    При неправильно подобранном сопротивлении через светодиоды будет проходить большой ток, в результате чего, они будут перегреваться и со временем перегорят. При большом сопротивлении они будут светить не в полную силу.
  5. Подключение к сети переменного напряжения номиналом 220В без диода или других компонентов защиты. Если при подключении с сети 220В, е
    сли не установить дополнительный диод, то на светодиоде возникнет амплитудное значение напряжения в 315В, которое моментально выведет его из строя.подключение светодиода без защиты

Вывод

Надежность светодиодов гораздо выше ламп накаливания и газоразрядных моделей, но лишь при правильном подключении. Поэтому нельзя забывать о необходимости токоограничивающего резистора, который подбирается по простой форме. Также в обязательном порядке соблюдается полярность, особенно при монтаже диода к 12-вольтовой сети.

Источники
  • https://math-nttt.ru/novosti/kak-podklyuchit-12.html
  • http://led-obzor.ru/podklyuchenie-svetodiodov-k-12-volt-k-seti-220v
  • https://Svetilov.ru/svetovye-pribory/svetodiody/podkljuchenie-k-12-voltam
  • https://ledno.ru/svetodiody/podklyuchenie-svetodiodov.html
  • https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/kak-podklyuchit-svetodiod-k-12v-postoyannogo-toka/

Помогла ли вам статья?

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Библиотека радиолюбителя
Adblock
detector