Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Параллельное соединение светодиодов

Как определить полярность светодиода?

Самостоятельное определение светодиодной полярности осуществляется несколькими несложными методами:

  • посредством измерений;
  • по результатам визуальной оценки;
  • при подключении к источнику питания;
  • в процессе ознакомления с технической документацией.

К числу самых распространенных вариантов определения полярности светоизлучающих диодов относятся первые три способа, которые должны выполняться с соблюдением стандартной технологии.

Использование тестирующих устройств

С целью максимально точного определения светодиодной полярности, щупы мультиметра подключаются непосредственно к диоду, после чего отслеживаются показания тестера. При высвечивании на шкале «бесконечного» сопротивления, провода щупов меняются местами.

Если тестер показывает какие-либо показатели конечного значения в условиях замеров сопротивления проверяемых светоизлучающих диодов, то можно быть уверенным в подключении прибора с соблюдением вида полярности, а данные о расположении «плюса» и «минуса» являются точными.

Проверка светодиодов мультиметром

Наиболее удобно выполнять замеры мультиметром цифрового типа, имеющим оптимальные показатели разрядности шкалы на дисплее.

Визуальное определение полярности

Несмотря на множество существующих в настоящее время видов конструкций светодиодного оборудования, наиболее широкое распространение получили излучающие свет диоды, заключенные в цилиндрический корпус D от 3,5 мм.

Наиболее мощные диоды сверх яркого типа обладают планарными плоскими выводами, промаркированными «+» и «-».

Устройства в цилиндрическом корпусе имеют внутри пару электродов, отличающихся площадью. Именно катодная часть светоизлучающих диодов отличается большей электродной площадью и наличием характерного скоса на «юбке».

Светодиоды, применяемые в поверхностном монтаже, обладают специальным скосом или «ключом», указывающим на катод или минусовую полярность.

Подключение к источнику питания

Передача питания от элементов с постоянным напряжением — один из самых наглядных вариантов определения диодной полярности, требующий использования специального блока с поступательным регулированием напряжения, или традиционной аккумуляторной батареи. После подключения, постепенно повышаются показатели напряжения, что вызывает свечение светодиода и свидетельствует о правильном определении полярности.

Подключение диодов к питанию

Чтобы проверить работоспособность светового диода, в обязательном порядке подключается резистор токоограничивающего типа с сопротивлением от 680 Ом.

5Подключение RGB светодиода с общим катодомк Arduino

Если вы используете RGB светодиод с общим катодом, то подключите длинный вывод светодиода к GND платы Arduino, а каналы R, G и B – к цифровым портам Arduino. При этом нужно помнить, что светодиоды загораются при подаче на каналы R, G, B высокого уровня (HIGH), в отличие от светодиода с общим анодом.

Схема подключения RGB светодиода с общим катодом к Arduino

Если не менять вышеприведённый скетч, то каждый цвет светодиода в этом случае будет гореть 0,2 секунды, а пауза между ними составит 0,1 секунду.

Полезный совет

Если вы хотите управлять яркостью светодиода, то подключайте RGB светодиод к цифровым выводам Arduino, которые имеют функцию ШИМ (PWM). Такие выводы на плате Arduino обычно помечены знаком тильда (волнистая линия), звёздочкой или обведены кружочками.

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.

Характеристика двухцветных диодов с двумя и тремя выходами

В двухцветный диод установлены 2 кристалла,соединенные встречно-параллельно. Корпус имеет стандартные размеры DIP И SMD с двумя или тремя выводами. При первом варианте каждый вывод служит анодом одного кристалла и катодом другого. Такой источник излучает 2 или 3 цвета. Третий получается при одновременном свечении обеих кристаллов.

Возможные комбинации цветов:

  • красный
    и синий;
  • красный
    и зеленый;
  • красный
    и желтый или желто-зеленый;
  • синий
    и желтый;
  • зеленый
    и желтый.

Падение напряжения зависит от цвета
кристалла:

  • красный
    1,6 В;
  • зеленый
    1,8 В;
  • синий
    3,5 В;
  • желтый
    1,7 В.

Если у двухцветного светодиода 2 вывода, кристаллы соединены встречно-параллельно. В конструкции с общим анодом или катодом установлено 2 светодиода разного цвета.

В чипах с двумя выводами общий контакт чаще всего расположен посередине корпуса, но бывают исключения. Определить полярность можно при помощи омметра.

Цвета кристаллов подбираются в
соответствии с правилами эргономики. Зеленый цвет чаще всего указывает на
нормальную работу оборудования, красный – на аварийную ситуацию. Для
определения режима ждущего режима используется желтый цвет. Синие кристаллы
используются для подсветки поверхностей темных оттенков.

Два основных принципа о том как можно подключить светодиод к 12 вольтам или понизить напряжение на нагрузке

Прежде, чем перейти к конкретным схемам и их описаниям, хотелось бы сказать о двух принципиально разных, но возможных вариантах подключения светодиода к 12 вольтовой сети. Первый, это когда напряжение падает за счет того, что последовательно светодиоду подключается дополнительное сопротивление потребителя, в качестве которого выступает микросхема-стабилизатор напряжения. В этом случае определенная часть напряжения теряется в микросхеме, превращаясь в тепло. А значит вторая, оставшаяся, достается непосредственно нашему потребителю — светодиоду. Из-за этого он и не сгорает, так как не все суммарное напряжение проходит через него, а только часть. Плюсом применения микросхемы является тот факт, что она способна в автоматическом режиме поддерживать заданное напряжение. Однако есть и минусы. У вас не получиться снизить напряжение ниже уровня, на которое она рассчитана. Второе. Так как микросхема обладает определенным КПД, то падение относительно входа и выхода будет отличаться на 1-1,5 вольта в меньшую сторону. Также для применения микросхемы вам необходимо будет применить хороший рассеивающий радиатор, установленный на ней. Ведь по сути тепло выделяемое от микросхемы, это и есть невостребованные нами потери. То есть то, что мы отсекли от большего потенциала, чтобы получить меньший. Второй вариант питания светодиода, когда напряжение ограничивается за счет резистора. Это сродни тому, если бы большую водопроводную трубы взяли бы и сузили. При этом поток (расход и давление) снизились бы в разы. В этом случае до светодиода доходит лишь часть напряжения. А значит, он также может работать без опасности быть сожженным. Минусом применения резистора будет то, что он также имеет свой КПД, то есть также тратит невостребованное напряжение в тепло. В этом случае бывает трудно установить резистор на радиатор. В итоге, он не всегда подойдет для включения в цепь. Также минусом будет являться и то обстоятельство, что резистор не поддерживает автоматического удержания напряжение в заданном пределе. При падении напряжения в общей цепи, он подаст настолько же меньшее напряжение и на светодиод. Соответственно обратная ситуация произойдет при повышении напряжения в общей цепи. Конечно, тот и другой вариант не идеальны, так при работе от портативных источников энергии каждый из них будет тратить часть полезной энергии на тепло. А это актуально! Но что сделать, таков уж принцип их работы. В этом случае источник питания будет тратить часть своей энергии не на полезное действие, а на тепло. Здесь панацеей является использование широтно-импульсной модуляции, но это значительно усложняет схему… Поэтому мы все же остановимся на первых двух вариантах, которые и рассмотрим на практике.

Принцип работы двухцветных светодиодов

Принцип работы элементов с двумя выводами простой. Цвет свечения меняется одновременно с изменением полярности подключения. Это значит, что цвет полностью зависит от того, в какому пути проходит ток. При подаче плюса на один из выводов один кристалл начинает светиться, второй запирается. После смены полярности запертый начинает светиться, светящийся запирается.

Такая схема используется в индикаторах,
работающих от переменного напряжения. Двухцветные диоды соединяются параллельно
и встречно, ток ограничивает один резистор. Такие элементы часто монтируются в кнопочные
выключатели, при помощи которых меняется цвет свечения.

Так как цвет свечения светодиодов
ненасыщенный и тусклый, при смешении образуется оттенок, который человеку
сложно определить. Еще одна особенность – изменение оттенка при взгляде на источник
света с различных ракурсов.

Ситуация меняется, если речь идет о двухцветном светодиоде с тремя выводами в сочетании с микроконтроллером. Эта схема дает возможность включать каждый цвет по отдельности и одновременно оба. При подключении к схеме ШИМ регулятора появляется возможность менять яркость свечения каждого кристалла, чтобы добавить дополнительные оттенки.

Работа с сетью 220 В

Самый простой указатель напряжения электросети без источника питания делается из резистора, ограничителя тока (транзистора), выпрямителя (диода) и любого светодиода. Сопротивление резистора 100 – 150 кОм.

Характеристики диода:

  • ток
    10-100 мА;
  • напряжение
    1-1,1 В;
  • обратное
    напряжение 30-75 В.

При 220 В частоте 3 Гц светодиод
загорается. Корректировать частоту и повысить яркость можно изменением емкости
конденсатора. Такой индикатор срабатывает при минимальном напряжении 4,5 В.
Кроме тока сети он может определить исправность, включенное и выключенное
состояние электроприбора.

Проверка
постоянного напряжения

Для проверки сети на 12 вольт и целостности соединений можно сделать другой светодиодный индикатор (нужны 2 разноцветных светодиодных элемента). Для ограничения тока можно использовать резистор с сопротивлением 50-100 Ом или лампочку накаливания с небольшой мощностью. Один из светодиодов загорается при подключении напряжения соответствующей полярности.

В самодельный индикатор для сети 12 В можно добавить конденсатор, диод и 2 транзистора. Полевой транзистор стабилизирует ток. Конденсатор, защищающий диод от скачков напряжения, нужен с емкостью 0,1 мкФ, неполярный. Резистор с сопротивлением 1 Мом является нагрузкой биполярного транзистора. При проверке сети с постоянным напряжением диод проверяет полюса. Если ток переменный, этот элемент срезает минусовую половину. При подаче напряжения значение тока определяет биполярный транзистор и сопротивление резистора (500-600 Ом).

Такой прибор подходит для работы с переменной и постоянной сетью с напряжением 5-600 В.

Индикатор
для микросхем – логический пробник

Приборы для индикации микросхем называются логическими пробниками. Такой индикатор трехуровневый (в схему включаются 3 светодиода).

Логический пробник дает возможность:

  • определить
    фазу, короткое замыкание, сопротивление электросети;
  • установить
    наличие напряжения 12 – 400 В;
  • определить
    полюса при постоянном токе;
  • проверить
    состояние диодов, транзисторов и других деталей;
  • определить
    целостность электросети прозвоном;
  • диагностировать
    обрывы реле и катушек;
  • прозвонить
    дроссели и моторы;
  • определить
    выводы трансформаторов.

Источник питания батарейка на 9 В. При
замкнутых щипах потребляется ток 110 мА. После размыкания ток не потребляется,
устанавливать выключатель и переключатель режимов не нужно.

При проверке сети с сопротивлением 0 –
150 Ом горят 2 светодиода, при повышении показателя один. При 220-380 вольтах
загорается третий, остальные мерцают. Если цепь порвана, светодиоды не
загораются. При нуле на контакте 0,5 В, открывается один транзистор (КТ315Б),
при 2,4 В – второй (КТ203Б).

Допускается замена транзисторов на другие, имеющие аналогичные параметры.

Индикатор
напряжения на двухцветном светодиоде

Еще одна простая микросхема индикатора – с двухцветным светодиодом. Некоторые домашние мастера используют ее для определения режима работы лампы. Например, выключатель осветительного прибора в подвале, оснащенный индикатором, установлен на лестнице. Если она горит, свечение красное, после выключения – зеленое.

Вариант
для автомобиля

Схема
для индикации заряда аккумулятора и напряжения сети автомобиля состоит из:

  • RGB-светодиода;
  • 3-х
    стабилитронов;
  • 3-х
    биполярных транзисторов (BC847C);
  • 9-и
    резисторов;

Уровень определяется по цвету. Зеленое свечение при 12-14 В, синее – при 11,5 В, красное – при 14,4 В).

Если при сборке схемы не допущены ошибки, один из резисторов (на 2,2 кОм) и транзистор (на 8,2 В) определяют минимальный предел вольтажа. При снижении показателя транзистор, соответствующий синему свечению, подключает кристалл.

Если вольтаж не снижается и не повышается, ток проходит через 2 резистора, стабилитрон на 5,6 В и светодиод, появляется свечение зеленого цвета (транзисторы, соответствующие красному и синему цвету, закрываются). При повышении напряжения до 14,4 В загорается красный свет.

Одноцветная

Подключение одноцветной светодиодной ленты не представляет ничего сложного. Все, что нужно – приобрести составляющие элементы подсветки, отрезать нужную длину LED ленты, припаять ее к блоку питания и заизолировать оголенные контакты. Сейчас мы подробно рассмотрим каждый из этапов подключения.

Выбираем схему подключения

Чтобы самостоятельно подключить светодиодную ленту к сети 220 вольт, нужно в первую очередь выбрать схему подсоединения всех элементов. Если Вы решили сделать подсветку, используя при этом не более 5 метров изделия, тогда достаточно соединить ленту с блоком питания 220 на 12 в, а БП подключить к домашней сети через шнур с вилкой.

Однако часто бывает, что нужно подключить более 5 метров светодиодной ленты – 10, 15 либо даже 20 метров. В этом случае соединять все отрезки последовательно запрещается, т.к. произойдет перегрев первого 5-метрового отрезка и в то же время напряжение на последующих участках значительно упадет. Такое подсоединение сократит срок службы LED подсветки. Все самые популярные схемы подключения светодиодной ленты мы подробно рассмотрели в соответствующей статье. Для примера предоставим их еще раз.

Последовательно (допускается, если нужно добавить небольшой отрезок):

Параллельно:

С двумя блоками питания (если лента большой длины):

Обращаем Ваше внимание на то, что можно подключить светодиодную ленту через выключатель либо диммер, что очень удобно при создании дополнительной подсветки в кухне либо другой комнате. В этом случае выключатель света подключается перед блоком питания в разрыв фазы, как показано на схеме ниже:

Диммер нужно подключать после блока питания, так, как показано на этом примере:

Со схемами подключения светодиодов к сети 220v разобрались, теперь переходим к самому процессу соединения элементов цепи.

Соединяем комплектующие

В самом простом примере мы имеем блок питания 220/12v и 5 метров одноцветной LED ленты. Чтобы подключить все элементы к 220 вольтам, нужно выполнить следующие действия:

Отрезать подходящую длину изделия. О том, как правильно резать светодиодную ленту, мы уже рассказывали. Разрезать проводник нужно в строго отведенных местах, обозначенных пунктирной линией либо значком ножниц, как показано на фото ниже:

Подготовить провода для подключения. Если длина не более 5 метров, можно смело выбирать провод, сечением 1,5 мм2. При большой длине ленты рекомендуем рассчитать сечение провода по мощности и току, чтобы выбрать подходящее значение.
Подготовить паяльник, канифоль и припой.
Обезжирить контактные площадки светодиодного проводника, используя ватку и спирт.
Зачистить провода для подключения изделия на 2-3 мм для пайки.
Выполнить лужение проводов и контактных площадок для пайки.
Припаять проводки к светодиодной ленте. Лучше всего для пайки использовать оловяно-свинцовый припой

Важно не перепутать жилы по цветам, иначе светодиоды не загорятся. Черный либо синий провод нужно подсоединить к клемме «-», а красный к «+».

Заизолировать место пайки, используя термоусадочную трубку

Кстати, вместо термоусадки также можно использовать клеевой пистолет, который надежно защитит оголенные контакты.

Подключить провода от ленты к блоку питания, также руководствуясь цветовой маркировкой.
К клеммам L, N и PE подсоединить кабель от сети 220 вольт. Не забудьте перед этим отключить электричество в доме либо квартире.

Недостаток таких переходников в том, что со временем контакт будет ухудшаться, чего нельзя сказать о более надежной пайке проводов. Увидеть, как подключить светодиодную ленту с помощью коннекторов и пайки Вы можете на видео ниже:

Наглядная инструкция по подсоединению контактов

Как работает светодиод

Светодиод является двухпроводным полупроводниковым источником света. Это p-n переходной диод, который излучает свет при активации. Когда к выводам приложено подходящее напряжение, электроны могут рекомбинировать с электронными отверстиями внутри устройства, выделяя энергию в виде фотонов. Этот эффект называется электролюминесценцией, а цвет света (соответствующий энергии фотона) определяется энергетической шириной запрещенной зоны полупроводника.

Материал, используемый в светодиодах, в основном алюминий-галлий-арсенид (AlGaAs). В своем первоначальном состоянии атомы этого материала прочно связаны. Без свободных электронов проводимость электричества здесь становится невозможной.

При добавлении примеси, которая известна как легирование, вводятся дополнительные атомы, что эффективно нарушает баланс материала.

Эти примеси в виде дополнительных атомов способны либо обеспечивать свободные электроны (N-тип) в системе, либо высасывать некоторые из уже существующих электронов из атомов (P-тип), создавая «дыры» на атомных орбитах. В обоих случаях материал становится более проводящим. Таким образом, под воздействием электрического тока в материале N-типа электроны могут перемещаться от анода (положительный) к катоду (отрицательный) и наоборот в материале P-типа. Из-за свойства полупроводника ток никогда не будет идти в противоположных направлениях в соответствующих случаях.

Из приведенного выше объяснения ясно, что интенсивность света, излучаемого источником (в данном случае светодиодом), будет зависеть от уровня энергии испускаемых фотонов, который, в свою очередь, будет зависеть от энергии, выделяемой электронами, прыгающими между атомными орбитами из полупроводникового материала.

Мы знаем, что для того, чтобы заставить электрон выстрелить с более низкой орбиты на более высокую, его энергетический уровень необходимо поднять. И наоборот, если электроны вынуждены падать с более высоких на более низкие орбитали, логически энергия должна высвобождаться в процессе.

В светодиодах вышеуказанные явления хорошо используются. В ответ на P-тип легирования электроны в светодиодах движутся, падая с верхних орбиталей на нижние, высвобождая энергию в виде фотонов, то есть света. Чем дальше эти орбитали отстоят друг от друга, тем больше интенсивность излучаемого света.

Различные длины волн, вовлеченные в процесс, определяют различные цвета, производимые светодиодами. Следовательно, свет, излучаемый устройством, зависит от типа используемого полупроводникового материала. Инфракрасный свет создается с использованием арсенида галлия (GaAs) в качестве полупроводника. Красный или желтый свет получают с использованием галлия-арсенида-фосфора (GaAsP) в качестве полупроводника. Красный или зеленый свет получается при использовании галлия-фосфора (GaP) в качестве полупроводника.

Ошибки при подключении

Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный

Часто мастера допускают ошибки при монтаже LED. Самые актуальные из них:

  • Подключение лампочек напрямую без резистора. В этом случае диоды просто перегорают.
  • Выполнение параллельного подключения при помощи одного резистора. Такая ошибка грозит постепенным выходом из строя всех лампочек. Ведь рабочий ток у каждой свой.
  • Неправильно подобранный резистор. В этом случае через лампочки проходит слишком большой ток, что опять же приводит к их сгоранию. Если же сопротивление будет большим, элементы будут светиться недостаточно ярко.
  • Выполнение последовательного подключения с разными токами потребления. Здесь возможны два варианта — лампы будут светиться с разной интенсивностью яркости, или перегорят те, которые рассчитаны на меньший ток.
  • Подсоединение лед ламп к сети с переменным током 220 без использования диода либо иных защитных компонентов. На лампочку поступает напряжение 315 В, что моментально приводит к её сгоранию.
  1. Прямое подключение к источнику питания. В данном случае светодиод моментально сгорит, поскольку отсутствует ограничивающий ток резистор.
  2. Параллельное подключение через один резистор. Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный.
  3. Последовательное подключение 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. 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, если не установить дополнительный диод, то на светодиоде возникнет амплитудное значение напряжения в 315В, которое моментально выведет его из строя.
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации