Блок питания для светодиодной ленты. Какой лучше выбрать

⁰

Работа светодиода основана на излучении квантов света, возникающих при протекании по нему тока. В зависимости от этого меняется и яркость свечения элемента. При малом токе он светит тускло, а при большом - вспыхивает и сгорает. Для ограничения протекающего через него тока проще всего использовать сопротивление. Выполнить правильный расчёт резистора несложно, но при этом следует помнить, что он только ограничивает, но не стабилизирует ток.

Принцип работы и свойства

Светодиод - это прибор , обладающий способностью излучать свет. На печатных платах и схемах он обозначается латинскими буквами LED (Light Emitting Diode), что в переводе обозначает «светоизлучающий диод». Физически он представляет собой кристалл, помещённый в корпус. Классически им считается цилиндр, одна сторона которого имеет выпуклую округлую форму, являющуюся линзой-полусферой, а другая - плоское основание, и на ней располагаются выводы.

С развитием твердотельных технологий и уменьшения технологического процесса промышленность стала производить SMD-диоды, предназначенные для установки поверхностным монтажом. Несмотря на это, физический принцип работы светодиода не изменился и одинаков как для любого вида, так и для цвета устройства.

Процесс изготовления прибора излучения можно описать следующим образом. На первом этапе выращивают кристалл. Происходит это путём помещения искусственно изготовленного сапфира в заполненную газообразной смесью камеру. В состав этого газа входят легирующие добавки и полупроводник. При нагреве камеры происходит осаждение образующегося вещества на пластину, при этом толщина такого слоя не превышает нескольких микрон. После окончания процесса осаждения методом напыления формируются контактные площадки и вся эта конструкция помещается в корпус.

Из-за особенностей производства одинаковых по параметрам и характеристикам светодиодов не бывает. Поэтому хотя производители и стараются отсортировывать близкие по значениям устройства, нередко в одной партии попадаются изделия, отличающиеся по цветовой температуре и рабочему току.

Устройство радиоэлемента

Светодиод или LED-диод представляет собой полупроводниковый радиоэлемент, в основе работы которого лежат свойства электронно-дырочного перехода. При прохождении через него тока в прямом направлении на границе соприкосновения двух материалов возникают процессы рекомбинации, сопровождающиеся излучением в видимом спектре.

Очень долго промышленность не могла изготовить синий светодиод, из-за чего нельзя было получить и излучатель белого свечения. Лишь только в 1990 году исследователи японской корпорации Nichia Chemical Industries изобрели технологию получения кристалла, излучающего свет в синем спектре. Это автоматически позволило путём смешения зелёного, красного и синего цвета получить белый.

В основе процесса излучение лежит освобождение энергии при рекомбинации зарядов в зоне электронно-дырочного перехода. Образовывается он путём контакта двух полупроводниковых материалов с разной проводимостью. В результате инжекции, перехода неосновных носителей заряда, образуется запирающий слой.

На стороне материала с n-проводимостью возникает барьер из дырок, а на стороне с p-проводимостью - из электронов. Наступает равновесие. При подаче напряжения в прямом смещении происходит массовое перемещение зарядов в запрещённую зону с обеих сторон. В результате они сталкиваются и выделяется энергия в виде излучения света.

Этот свет может быть как видимым человеческому глазу, так и нет. Зависит это от состава полупроводника, количества примесей, ширины запрещённой зоны. Поэтому видимый спектр достигается путём изготовления многослойных полупроводниковых структур.

Характеристики светодиодов

Цвет свечения зависит от типа полупроводника и степени его легирования, что определяет ширину запрещённой зоны p-n перехода. Срок службы светодиодов в первую очередь зависит от температурных режимов его работы. Чем выше нагрев прибора, тем быстрее наступает его старение. А температура, в свою очередь, связана с проходящей через светодиод силой тока. Чем меньшей мощности источник света, тем дольше его срок службы. Старение выражается в виде уменьшения яркости прибора света. Поэтому так важно правильно подобрать сопротивление для светодиода.

К основным характеристикам LED-диодов относят:

Способы подключения

Для беспроблемной работы светодиода очень важно значение рабочего тока. Неверное подключение источников излучения или существенный разброс их параметров при совместной работе приведёт к превышению протекающего через них тока и дальнейшему перегоранию приборов. Связано это с увеличением температуры, из-за которой кристалл светодиода просто деформируется, а p-n переход пробьётся. Поэтому так важно ограничить подающуюся на источник света величину тока, то есть ограничить питающее напряжение.

Проще всего это выполнить, используя сопротивление, включённое последовательно в цепь излучателя. В этом качестве применяется обыкновенный резистор, но он должен иметь определённую величину. Его большое значение не сможет обеспечить нужную разность потенциалов для возникновения процесса рекомбинации, а меньшее - спалит. При этом нужно не только знать, как рассчитать сопротивление для светодиода, но и понимать, как правильно его поставить, особенно если схема насыщена радиоэлементами.

В электрической цепи может использоваться как один светодиод, так и несколько. При этом существует три схемы их включения:

одиночная;
последовательная;
параллельная.

Одиночный элемент

Когда в электрической цепи используется только один светодиод, то последовательно с ним ставится одни резистор. В результате такого подключения общее напряжение, приложенное к этому контуру, будет равно сумме падений разности потенциалов на каждом элементе цепи. Если обозначить эти потери на резисторе как Ur, а на светодиоде Us, то общее напряжение источника ЭДС будет равно: Uo = Ur + Us.

Перефразируя закон Ома для участка сети I = U / R, получается формула: U = I * R. Подставив полученное выражение в формулу для нахождения общего напряжения, получим:

Uo = IrRr + IsRs, где

Ir - ток, протекающий через резистор, А.
Rr - расчётное сопротивление резистора, Ом.
Is - ток, проходящий через светодиод, А.
Rs - внутренний импеданс светодиода, Ом.

Значение Rs изменяется в зависимости от условий работы источника излучения и его величина зависит от силы тока и разности потенциалов. Эту зависимость можно увидеть изучая вольт-амперную характеристику диода. На начальном этапе происходит плавное увеличение тока, а Rs имеет высокое значение. После импеданс резко падает и ток стремительно возрастает даже при незначительном росте напряжения.

Если соединить формулы, получится следующее выражение:

Rr = (Uo - Us) / Io, Ом

При этом учитывается, что сила тока, протекающего в последовательном контуре участка цепи, одинакова в любой его точке, то есть Io = Ir = Is. Это выражение подходит и для последовательного соединения светодиодов, ведь при нём для всей цепи используется также лишь один резистор.

Таким образом, для нахождения нужного сопротивления остаётся узнать величину Us. Значение падения напряжения на светодиоде является справочной величиной и для каждого радиоэлемента она своя. Для получения данных понадобится воспользоваться даташитом на устройство. Даташит - это набор информационных листов, которые содержат исчерпывающие сведения о параметрах, режимах эксплуатации, а также схемы включения радиоэлемента. Выпускает его производитель изделия.

Параллельная цепь

При параллельном соединение радиоэлементы контактируют между собой в двух точках - узлах. Для такого типа цепи справедливы два правила: сила тока, входящая в узел, равна сумме сил токов, исходящих из узла, и разность потенциалов во всех точках узлов одинакова. Исходя из этих определений, можно сделать заключение, что в случае параллельного соединения светодиодов искомый резистор, располагающийся в начале узла, находится по формуле: Rr = Uo / Is1+In, Ом, где:

Uo - приложенная к узлам разность потенциалов.
Is1 - сила тока, протекающая через первый светодиод.
In - ток, проходящий через n-й светодиод.

Но такая схема с общим сопротивлением, располагающимся перед параллельным соединением светодиодов, - не используется. Связанно это с тем, что в случае перегорания одного излучателя, согласно закону, сила тока, входящая в узел, останется неизменной. А это значит, она распределится между оставшимися рабочими элементами и при этом через них пойдёт больший ток. В результате возникнет цепная реакция и все полупроводниковые излучатели в конечном счёте сгорят.

Поэтому правильно будет использовать собственный резистор для каждой параллельной ветки со своим светодиодом и выполнить расчёт резистора для светодиода отдельно для каждого плеча. Такой подход ещё выгоден тем, что в схеме можно использовать радиоэлементы с разными характеристиками.

Расчёт сопротивления каждого плеча происходит аналогично одиночному включению: Rn = (Uo - Us) / In, Ом, где:

Rn - искомое сопротивление n -ой ветки.
Uo - Us - разность падений напряжений.
In - сила тока через n-й светодиод.

Пример расчёта

Пускай на электрическую схему поступает питание от источника постоянного напряжения, равного 32 вольтам. В этой схеме стоят два параллельно включённых друг другу светодиода марки: Cree C503B-RAS и Cree XM-L T6. Для расчёта требуемого импеданса понадобится узнать из даташита типовое значение падения напряжения на этих светодиодах. Так, для первого оно составляет 2.1 В при токе 0,2, а второго - 2,9 В при той же величине силы тока.

Подставив данные значения в формулу для последовательной цепи, получится следующий результат:

R1 =(U0-Us1)/ I=(32−2,1)/0,2 = 21,5 Ом.
R2 = (U0-Us2)/ I=(32−2,9)/0,2 = 17,5 Ом.

Из стандартного ряда подбирают ближайшие значения. Ими будут: R1 = 22 Ома и R2 = 18 Ом. При желании можно рассчитать и мощность, рассеиваемую на резисторах по формуле: P = I*I*U. Для найденных резисторов она составит P= 0,001 Вт.

Браузерные онлайн-калькуляторы

При большом количестве светодиодов в схеме рассчитывать для каждого сопротивление - процесс довольно утомительный, тем более что при этом можно допустить ошибку. Поэтому проще всего для расчётов использовать онлайн-калькуляторы.

Представляют они собой программу, написанную для работы в браузере. В интернете можно встретить много таких калькуляторов для светодиодов , но принцип работы у них одинаков. Понадобится ввести справочные данные в предложенных формах, выбрать схему подключения и нажать кнопку «Результат» или «Расчёт». После чего останется только дождаться ответа.

Пересчитав вручную, его можно проверить, но особого смысла в этом не будет, так как при вычислении программы используют аналогичные формулы.

Подключать светодиоды - дело не из сложных. Для правильного подключения достаточно знать школьный курс физики и соблюсти ряд правил.

Главный параметр у любого светодиода - ток, а не напряжение, как считают многие. Светодиод необходимо питать стабилизированным током, величина которого всегда указана производителем на упаковке или в datasheet.

Ток на светодиодах ограничивается резистором - это самый дешевый вариант. Но есть и более "продвинутый" - использовать . По факту, использование резисторов - пережиток прошлого, ведь на сегодняшний день драйверов на любой вкус и цвет полным-полно и по самой привлекательной цене. К примеру, самые дешевые можно . Драйверы обеспечивают стабильный ток на светодиодах независимо от изменения напряжения на его входе.

Правильное подключение светодиода к драйверу следует так: сперва необходимо подключить светодиод к драйверу, только после этого включаем драйвер.

Существует несколько типов :

Вспомним закон Ома:

R - сопротивление - измеряется в Омах

U - напряжение- измеряется в вольтах (В)

I - ток- измеряется в амперах (А)

Пример расчета резистора для светодиода:

Допустим, источник питания выдает 12 В: Vs=12 В

Светодиод - 2 В и 20 мА

20 мА=0,02 А.

R=10/0.02=500 Ом

На сопротивление рассеивается 10 В (12-2)

Посчитаем мощность сопротивления:

P=10*0.02 A=0.2 Вт

Необходимый резистор - R=500 Ом и Р=0,2 Вт

Расчет резистора для светодиода при последовательном соединение светодиодов

Минус светодиода подключается с плюсом последующего. Так соединить можно до бесконечности. При падение напряжения на светодиоде умножается на количество диодов в цепи. Т.е. если у нас 5 светодиодов с номинальным током 700 мА и падением напряжения 3,4 Вольта, то и драйвер нам необходим на 700 мА 3,4*5=17В

Это мы рассмотрели какие можно подбирать драйверы, а теперь вернемся непосредственно к тому, как произвести расчет резистора для светодиода при таких соединениях.

Выше мы рассмотрели расчет резистора для светодиода (одного). Пр последовательном соединении расчет аналогичный, но необходимо учитывать, что падение напряжения на резисторе меньше. Если "на пальцах", то от источника питания Мы отнимается суммарное падение напряжения на светодиодах Vl=3*2=6В. При условии, что у нас источник выдает 12В, то 12-6=6В.

R=6/0.02=300 Ом.

Р=6*0,02=0,12Вт

Т.е. нам нужен резистор на 300 Ом и 0,125 Вт.

Характеристики светодиода и источника питания аналогичные предыдущему примеру.

Расчет резистора для светодиода при параллельном соединении

При плюс светодиода соединяется с плюсом другого, минус с минусом. При таком соединении ток суммируется, а падение остается неизменным. Т.е. если мы имеем 3 светодиода 700 мА и падением 3,4 В, то 0,7*3=2,1А, то нам потребуется драйвер с параметрами 4-7 В и не менее 2,1А.

Расчет резистора для светодиода в этом случае аналогичен первому случаю.

Расчет резистора для светодиода при последовательно-параллельное соединении

Интересное соединение. При таком расположении диодов несколько последовательных цепочек соединяются параллельно. Необходимо знать, что количество светодиодов в цепочках должно быть равным. Драйвер подбирается с учетом падения напряжения на одной цепочке и произведению тока на количество цепочек. Т.е. 3 последовательные цепи с параметрами 12В и 350 мА подключаются параллельно, напряжение остается 12В, а ток 350*3=1,05А. Для долгой работы чипов нам нужен светодиодный драйвер с 12-15В и током 1050мА.

Расчет резистора для светодиода в этом случае будет таким:

Резистор аналогичен при последовательном соединении, однако, стоит учитывать, что потребление от источника питания увеличится в три раза (0,2+0,2+0,2=0,06А).

При подключении светодиодов через резистор нужен стабилизированный источник питания, т.к. при изменении напряжения будет изменяться и ток, идущий через диод.

Существует еще один способ соединения светодиодов - параллельно-последовательное с перекрестным соединением. но это достаточно сложная тема в расчетах, поэтому не буду ее тут раскрывать. Если потребуется, конечно, опишу, но думаю это нужно только узкому кругу специалистов.

В сети можно найти много онлайн-калькуляторов, которые Вам рассчитают сразу резисторы. Но слепо верить им не стоит, а лучше перепроверить, следуя поговорке: "Хочешь сделать это хорошо, сделай это сам".

Видео на тему правильного расчета резисторов для LEDs

именно так), то она мгновенно сгорит, почернеет и пустит дым. Светить после этого, она уже никогда не будет. Так делать, категорически вам не советую.

Светодиодные ленты питаются напряжением 12 или 24 вольт. Я использую ленту на 12 вольт. Почему? Потому, что ее проще купить и она дешевле.

Для того, чтобы превратить сетевое напряжение 220 вольт в 12, используется импульсный блок питания . Его основной параметр - это мощность, которую он способен отдать . Как рассчитать мощность блока питания, я вам покажу на конкретном примере.

Вот две пятиметровые RGB-ленты ,

30 светодиодов на метр, которые нужно запитать.

Расчет блока питания для светодиодной ленты

Сначала, необходимо выяснить, какую мощность потребляет один метр такой ленты. Подробно о типах лент, я рассказывал в статье Виды светодиодных лент . Чему равна мощность одного метра ленты, вы можете посмотреть в этой таблице:

Тип светодиода	Д иодов на 1 метре	Мощность
SMD 3 528	60	4,8 Вт
SMD 3 528	120	7,2 Вт
SMD 3 528	240	16 Вт
SMD 5050	30	7,2 Вт
SMD 5050	60	14 Вт
SMD 5050	120	25 Вт

Мощность одного метра ленты

-7,2 ватт а. Всего 10 метров (две бобины по 5 метров). Умножаем 10 метров на 7,2 ватт а, получаем 72 ватт а. Это мощность, которую потребляет лента.

Важный момент! Блок питания обязательно должен иметь запас по мощности минимум 30%. Иначе, он быстро сгорит от перегрузки. Соответственно, 72 ватта плюс 30%, получается 93,4 ватта.

Вот именно такой мощности нужен блок питания , чтобы запитать 10 метров светодиодной ленты SMD 5050 c 30 светодиодами на метре. Существует, как минимум , три варианта блоков питания, которые можно купить в магазинах, продающ их светодиодные ленты.

Варианты блоков питания для светодиодной ленты

Компактный герметичный блок питания в пластиковом корпусе (1)

Небольшой размер, легкий, влагозащищенный.

Однако, его мощность не бывает больше 75 ватт. Поэтому, чтобы запитать две ленты, потребуется два блока питания по 50 ватт. Используется в подсветке интерьеров, т.к. его проще всего спрятать.

Герметичный

блок питания в алюминиевом корпусе (2)

Мощность 1

00 ватт и его одного хватит, чтобы запитать сразу две ленты. Однако, весит он больше килограмма и имеет большие габариты. Используется, в основном, для подсветки уличных вывесок, т.к. очень надежен и хорошо защищен от внешних воздействий (солнце, мороз, дождь).

Открытый блок питания

(3)

Этот тоже выдает 1

00 ватт, но имеет самые большие размеры. Лично я не встречал ни разу, чтобы его использовали для подсветки потолков или стен. Его невозможно спрятать в нишу. Применяется для питания аппаратуры, обычно устанавливается в аппаратные отсеки или специальные шкафы. Его достоинство - это более низкая стоимость.

Светодиод имеет очень небольшое внутреннее сопротивление, если его подключить напрямую к блоку питания, то сила тока будет достаточной высокой, чтобы он сгорел. Медные или золотые нити, которыми кристалл подключается к внешним выводам, могут выдерживать небольшие скачки, но при сильном превышении перегорают и питание прекращает поступать на кристалл. Онлайн расчёт резистора для светодиода производится на основе его номинальной рабочей силы тока.

1. Онлайн калькулятор
2. Основные параметры
3. Особенности дешёвых ЛЕД

Онлайн калькулятор

Предварительно составьте схему подключения, чтобы избежать ошибок в расчётах. Онлайн калькулятор покажет вам точное сопротивление в Омах. Как правило окажется, что резисторы с таким номиналом не выпускаются, и вам будет показан ближайший стандартный номинал. Если не удаётся сделать точный подбор сопротивления, то используйте больший номинал. Подходящий номинал можно сделать подключая сопротивление параллельно или последовательно. Расчет сопротивления для светодиода можно не делать, если использовать мощный переменный или подстроечный резистор. Наиболее распространены типа 3296 на 0,5W. При использовании питания на 12В, последовательно можно подключить до 3 LED.

Резисторы бывают разного класса точности, 10%, 5%, 1%. То есть их сопротивление может погрешность в этих пределах в положительную или отрицательную сторону.

Не забываем учитывать и мощность токоограничивающего резистора, это его способность рассеивать определенное количество тепла. Если она будет мала, то он перегреется и выйдет из строя, тем самым разорвав электрическую цепь.

Чтобы определить полярность можно подать небольшое напряжение или использовать функцию проверки диодов на мультиметре. Отличается от режима измерения сопротивления, обычно подаётся от 2В до 3В.

Основные параметры

Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми. Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно. Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.

Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от 10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В.

Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа и зависит от назначения:

цвета синий, красный, зелёный, желтый;
трёхцветный RGB;
четырёхцветный RGBW;
двухцветный, теплый и холодный белый.

Особенности дешёвых ЛЕД

Прежде чем подобрать резистор для светодиода на онлайн калькуляторе, следует убедится в параметрах диодов. Китайцы на Aliexpress продают множество led, выдавая их за фирменные. Наиболее популярны модели SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Всё самое плохое обычно делается под брендом Epistar.

Например, чаще всего китайцы обманывают на SMD5630 и SMD5730. Цифры в маркировке обозначают лишь размер корпуса 5,6мм на 3,0мм. В фирменных такой большой корпус используется для установки мощных кристаллов на 0,5W , поэтому у покупателей диодов СМД5630 напрямую ассоциируется с мощностью 0,5W. Хитрый китаец этим пользуется, и в корпус 5630 устанавливает дешевый и слабенький кристалл в среднем на 0,1W , при этом указывая потребление энергии 0,5W.

Китайские светодиодные лампы кукурузы

Наглядным примером будут автомобильные лампы и светодиодные кукурузы, в которых поставлено большое количество слабеньких и некачественных ЛЕД чипов. Обычный покупатель считает, чем больше светодиодов чем лучше светит и выше мощность.

Автомобильные лампы на самых слабых лед 0,1W

Чтобы сэкономить денежку, мои светодиодные коллеги ищут приличные ЛЕД на Aliexpress. Ищут хорошего продавца, который обещает определённые параметры, заказывают, ждут доставку месяц. После тестов оказывается, что китайский продавец обманул, продал барахло. Повезёт, если на седьмой раз придут приличные диоды, а не барахло. Обычно сделают 5 заказов, и не добившись результата и идут делать заказ в отечественный магазин, который может сделать обмен.

В схемах со светодиодами обязательно используются для ограничения. Они защищают от перегорания и преждевременного выхода из строя светодиодных элементов. Основная проблема заключается в точном подборе необходимых параметров, поэтому у специалистов широкой популярностью пользуется калькулятор расчета сопротивления для светодиодов. Для получения максимально точных результатов потребуются данные о напряжении источника питания, о прямом напряжении самого светодиода и его расчетном токе, а также схема подключения и количество элементов.

Как рассчитать сопротивление токоограничивающих резисторов

В самом простом случае, когда отсутствуют необходимые исходные данные, величину прямого напряжения светодиодов можно с высокой точностью установить по цвету свечения. Типовые данные об этом физическом явлении сведены в таблицу.

Многие светодиоды имеют расчетный ток 20 мА. Существуют и другие виды элементов, у которых этот параметр может достигать значения 150 мА и выше. Поэтому для того чтобы точно определить номинальный ток, понадобятся данные о технических характеристиках светодиода. Если же нужная информация полностью отсутствует, номинальный ток элемента условно принимается за 10 мА, а прямое напряжение - 1,5-2 вольта.

Количество токоограничивающих резисторов напрямую зависит от схемы подключения полупроводниковых элементов. Например, если используется , можно вполне обойтись одним резистором, поскольку сила тока во всех точках будет одинаковой.

В случае параллельного соединения одного гасящего резистора будет уже недостаточно. Это связано с тем, что характеристики светодиодов не могут быть абсолютно одинаковыми. Все они обладают собственными сопротивлениями и такими же разными потребляемыми токами. То есть, элемент с минимальным сопротивлением потребляет большее количество тока и может преждевременно выйти из строя.

Следовательно, если выйдет из строя хотя-бы один светодиод из подключенных параллельно, это приведет к возникновению повышенного напряжения, на которое остальные элементы не рассчитаны. В результате, они тоже перестанут работать. Поэтому при параллельном соединении для каждого светодиода предусматривается собственный резистор.

Все эти особенности учтены в онлайн-калькуляторе. В основе расчетов лежит формула определения сопротивления: R = Uгасящее/Iсветодиода. В свою очередь Uгасящее = Uпитания - Uсветодиода.