Схема подключения светодиода 10 ватт 12 вольт. Мастерская LED освещения в Днепре. Конструкция светодиода, варианты исполнения

Содержание:

Светодиоды уже давно используются в различных сферах жизни и деятельности людей. Благодаря своим качествам и техническим характеристикам, они приобрели широкую популярность. На основе этих источников света создаются оригинальные светотехнические конструкции. Поэтому у многих потребителей до воль но часто возникает вопрос, как подключить светодиод к 12 воль там. Данная тема очень актуальна, поскольку такое подключение имеет принципиальные отличия от других типов ламп. Следует учитывать, что для работы светодиодов используется только постоянный ток. Большое значение имеет соблюдение полярности при подключении, в противном случае, светодиоды просто не будут работать.

Особенности подключения светодиодов

В большинстве случаев для подключаемых светодиодов требуется ограничение тока с помощью резисторов. Но, иногда вполне возможно обойтись и без них. Например, фонарики, брелоки и другие сувениры со светодиодными лампочками питаются от батареек, подключенных напрямую. В этих случаях ограничение тока происходит за счет внутреннего сопротивления батареи. Ее мощность настолько мала, что ее попросту не хватит, чтобы сжечь осветительные элементы.

Однако при некорректном подключении эти источники света очень быстро перегорают. Наблюдается стремительное падение , когда на них начинает действовать нормальный ток. Светодиод продолжает светиться, но в полном объеме выполнять свои функции он уже не может. Такие ситуации возникают, когда отсутствует ограничивающий резистор. При подаче питания светильник выходит из строя буквально за несколько минут.

Одним из вариантов некорректного подключения в сеть на 12 воль т является увеличение количества светодиодов в схемах более мощных и сложных устройств. В этом случае они соединяются последовательно, в расчете на сопротивление батарейки. Однако при перегорании одной или нескольких лампочек, все устройство выходит из строя.

Существует несколько способов, как подключить светодиоды на 12 воль т схема которых позволяет избежать поломок. Можно подключить один резистор, хотя это и не гарантирует стабильную работу устройства. Это связано с существенными различиями полупроводниковых приборов, несмотря на то, что они могут быть из одной партии. Они обладают собственными техническими характеристиками, отличаются по току и напряжению. При превышении током номинального значения один из светодиодов может перегореть, после этого остальные лампочки также очень быстро выйдут из строя.

В другом случае предлагается соединить каждый светодиод с отдельным резистором. Получается своеобразный стабилитрон, обеспечивающий корректную работу, поскольку токи приобретают независимость. Однако данная схема получается слишком громоздкой и чрезмерно загруженной дополнительными элементами. В большинстве случаев ничего не остается, как подключить светодиоды к 12 воль там последовательно. При таком подключении схема становится максимально компактной и очень эффективной. Для ее стабильной работы следует заранее позаботиться об увеличении питающего напряжения.

Определение полярности светодиода

Чтобы решить вопрос, как подключить светодиоды в цепь 12 воль т, необходимо определить полярность каждого из них. Для определения полярности светодиодов существует несколько способов. Стандартная лампочка имеет одну длинную ножку, которая считается анодом, то есть, плюсом. Короткая ножка является катодом - отрицательным контактом со знаком минус. Пластиковое основание или головка имеет срез, указывающий на место расположения катода - минуса.

В другом способе необходимо внимательно посмотреть внутрь стеклянной колбочки светодиода. Можно легко разглядеть тонкий контакт, который является плюсом, и контакт в форме флажка, который, соответственно, будет минусом. При наличии мультиметра можно легко определить полярность. Нужно выполнить установку центрального переключателя в режим прозвонки, а щупами прикоснуться к контактам. Если красный щуп соприкоснулся с плюсом, светодиод должен загореться. Значит черный щуп будет прижат к минусу.

Тем не менее, при кратковременном неправильном подключении лампочек с нарушением полярности, с ними не произойдет ничего плохого. Каждый светодиод способен работать только в одну сторону и выход из строя может случиться только в случае повышения напряжения. Значение номинального напряжения для отдельно взятого светодиода составляет от 2,2 до 3 воль т, в зависимости от цвета. При подключении светодиодных лент и модулей, работающих от 12 воль т и выше, в схему обязательно добавляются резисторы.

Расчет подключения светодиодов в схемах на 12 и 220 воль т

Отдельный светодиод невозможно напрямую подключить к источнику питания на 12 В поскольку он сразу же сгорит. Необходимо использование ограничительного резистора, параметры которого рассчитываются по формуле: R= (Uпит-Uпад)/0,75I, в которой R является сопротивлением резистора, Uпит и Uпад - питающее и падающее напряжения, I - ток, проходящий по цепи, 0,75 - коэффициент надежности светодиода, являющийся постоянной величиной.

В качестве примера можно взять схему, используемую при подключение светодиодов на 12 воль т в авто к аккумулятору. Исходные данные будут выглядеть следующим образом:

• Uпит = 12В - напряжение в автомобильном аккумуляторе;
• Uпад = 2,2В - питающее напряжение светодиода;
• I = 10 мА или 0,01А - ток отдельного светодиода.

В соответствии с формулой, приведенной выше, значение сопротивления будет следующим: R = (12 - 2,2)/0,75 х 0,01 = 1306 Ом или 1,306 кОм. Таким образом, ближе всего будет стандартная величина резистора в 1,3 кОм. Кроме того, потребуется расчет минимальной мощности резистора. Данные расчеты используются и при решении вопроса, как подключить мощный светодиод к 12 воль там. Предварительно определяется величина фактического тока, которая может не совпадать со значением, указанным выше. Для этого используется еще одна формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет), в которой Rсвет является сопротивлением светодиода и определяется как Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в цепи составит: I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А.

В результате, фактическое падение напряжения светодиода будет равно: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54 В. Окончательно значение мощности будет выглядеть так: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт). Для практического подключения значение мощности рекомендуется немного увеличить, например, до 0,125 Вт. Благодаря этим расчетам, удается легко подключить светодиод к аккумулятору 12 воль т. Таким образом, для правильного подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору на 12В, в цепи дополнительно понадобится резистор на 1,3 кОм, мощность которого составляет 0,125Вт, соединяющийся с любым контактом светодиода.

Расчет осуществляется по такой же схеме, что и для 12В. В качестве примера берется такой же светодиод с током 10 мА и напряжением 2,2В. Поскольку в сети используется переменный ток напряжением 220В, расчет резистора будет выглядеть следующим образом: R = (Uпит.-Uпад.) / (I х 0,75). Вставив в формулу все необходимые данные, получаем реальное значение сопротивления: R = (220 — 2.2) / (0,01 х 0,75) = 29040 Ом или 29,040 кОм. Ближайший стандартный номинал резистора - 30 кОм.

Далее выполняется расчет мощности. Вначале определяется значение фактического тока потребления: I = U / (Rрез.+ Rсвет). Сопротивление светодиода рассчитывается по формуле: Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в электрической цепи будет составлять: I = 220 / (30000 + 220) = 0,007А. В результате, реальное падение напряжение на светодиоде будет следующим: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54В.

Для определения используется формула: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59Вт. Значение мощности следует увеличить до стандартного, составляющего 2Вт. Таким образом, чтобы подключить один светодиод к сети с напряжением 220В понадобится резистор на 30 кОм с мощностью 2Вт.

Однако в сети протекает переменный ток и горение лампочки будет происходить лишь в одной полуфазе. Светильник будет выдавать быстрый мигающий свет, с частотой 25 вспышек в секунду. Для человеческого глаза это совершенно незаметно и воспринимается как постоянное свечение. В такой ситуации возможны обратные пробои, которые могут привести к преждевременному выходу из строя источника света. Чтобы избежать этого, выполняется установка обратно направленного диода, обеспечивающего баланс во всей сети.

Ошибки при подключении

Сегодня к нам для исследований и опытов попал мощный десятиваттный светодиод модели Cree XM-L-H. Конструкция светодиода - стандартная алюминиевая "звезда" с пятачками под пайку проводов и вырезами для привинчивания LED прибора к радиатору.

Естественно вы понимаете, что конструктивное исполнение данного светодиода не предназначенно для рассеивания такой большой мощности. В ходе экспериментов уже пол ватта вызывало небольшой нагрев корпуса.

Технические параметры светодиода Cree XM-L-H указанные на сайте.

XMLAWT-0-1A0-T60-00-0001
- 1000-Lumen ultra bright white light output
- Working voltage: 3.0~3.5V
- Working current: 3000mA
- Aluminum plate: 20mm

Прежде всего снимем вольт-амперную характеристику указанного LED прибора и занесём результаты в таблицу.

Напряжение на светодиоде	2,3	2,4	2,5	2,57	2,63	2,72	2,81	2,95 3,1
Ток светодиода, мА	1	10	50	100	250	500	1000	2000 3000

Как видим крутизна ВАХ довольно велика, и небольшое отклонение напряжения в пределах 0,1В сразу приводит к резкому изменению тока потребления. А учитывая, что рабочий ток доходит до 3-х ампер - использование гасящего резистора для стабилизации тока отпадает. Ведь для нормального питания данного на 10 вт допустим от аккумулятора автомобиля 12В, пришлось бы установить резистор на 3 Ома мощностью 35 ватт!

Так что в данном случае, использование специального преобразователя-драйвера безальтернативно. Тем более цена его в пределах 2-4уе.

А теперь испытаем светодиод в поединке с лампочкой накаливания 220В 60Вт. На фотографиях ниже показаны варианты освещения с обеими источниками света.

Только светодиод на 10 ватт

Только лампа накаливания на 60 ватт

Выводы делайте сами. Конечно светодиод проигрывает по цветовой температуре (всё-таки 6000К), но по яркости на ватт потребляемой мощности он в несколько раз превзошёл соперника.

Ещё одна хорошая особенность - очень широкий угол света, почти 170 градусов. Прошла эпоха светодиодов с линзочками, теперь для получения нормального освещения не требуется даже рефлектор. Конструкция светоизлучателя LED прибора такова, что свет испускается равномерно по всей полусфере.

Представляется интересным использовать данный 10-ти ваттный либо в мощном светодиодном фонарике (что и было сделано), либо вместе с LED драйвером в корпусе сгоревшей люминисцентной энергосберегающей лампы. Но не забывайте про достаточный теплоотвод - размеры радиатора должны быть не менее 10 кв. см.

О цене светодиода говорить не буду, так как снижение стоимости LED приборов происходит постоянно. Уточняйте в интернет магазинах. В следующих статьях мы проведём интересные эксперименты с мощнейшим светодиодом в несколько десятков ватт!

Обсудить статью 10 ВТ СВЕТОДИОДЫ

В названии статьи специально не стал писать, что фонарик светодиодный, так как сейчас найти НЕсветодиодные фонари в продаже стало нереально. Разве что по сараям да тумбочкам ещё у некоторых валяется. Как видно, спор между лампами накаливания и светодиодами окончательно решился в пользу последних. Теперь уже обычные стеклянные лампочки на низкое напряжение стали, говоря словами А.Райкина: "дифисит". Попробуйте купить их в магазине - удивитесь:) А значит для создания нашего нового фонарика на мощность 10 ватт задействуем доступный и недорогой светодиод Cree с аналогичной мощностью.

Ещё нам понадобится LED драйвер на 3В 1.5А, ёмкий литий-ионный аккумулятор 3,7В от телефона, зарядное устройство от мобильника (практически любое), кнопка включения, гнездо сети (для зарядного устройства) и корпус. На последнем пункте остановимся немного подробнее.

Для основы десятиваттного фонарика надо выбрать что-то крупное и желательно металлическое. Не забывайте - светодиод такой мощности прилично греется и теплоотвод должен соответствовать. Да и аккумулятору придётся отдавать ток более ампера, так что имеет смысл ставить пальчиковые литиевые от ноутбуков.

В своём варианте использовал 3-й плафон никелированной люстры, которую недавно пустил на ламповый УНЧ . В нём делаем отверстие под сетевое гнездо, для заряда аккумулятора, а остальное в плафоне есть и так.

Схемы фонарика как таковой нету, все узлы берутся готовые. Вам только придётся спаять все эти модули между собой по приведённому рисунку.

Светодиод на 10 ватт прикрутил к круглому куску алюминия толщиной 1см. Он будет и радиатором и рефлектором (полирнул его до блеска). Не забывайте использовать термопасту - она заметно улучшает охлаждение LED элемента. Цена её всего 0,5уе за тюбик и хватает пасты на долго.

Разместив все элементы фонаря внутри корпуса спаиваем их гибкими проводами в хорошей изоляции (не забываем про напряжение 220В!). Последней привинчиваем алюминиевый диск рефлектора со светодиодом.

Хотя диодных фонарей в продаже имеется сотня различных моделей и мощностей, купить фонарик на 10 ватт и более очень проблематично. А в интернет магазинах они стоят под сотню долларов. Здесь же данный девайс собирается из подручных материалов буквально за вечер, с расходами только на сам светодиод. Поэтому его самостоятельная сборка оправдана на 100%.

Переход на более экономичные схемы освещения без потери мощности сделал довольно популярными так называемые сверхъяркие светодиоды от 10вт. Светодиод может найти себе несколько применений, но существуют некоторые нюансы, которые следует учитывать, проектируя схему с его использованием.

Характеристики светодиодов на 10 вт

Устройства с одинаковой мощностью могут существенно отличаться друг от друга. Производители выпускают устройства для различных целей, поэтому стоит подробней рассмотреть основные параметры:

• Световая температура. Светодиод на 10 ватт может охватывать весь диапазон в 2300-10000 К или работать только в определенной его части. Этот параметр отвечает за оттенок свечения (желтовато-белый, теплый белый, ярко-белый и холодный-белый). При этом светодиоды, имеющие маркировку t10 (автомобильные) как правило, рассчитаны на 2 последних отрезка.
• Индекс цветопередачи.
• Время работы. Светодиоды с мощностью 10 ватт могут работать 50-150 тыс. часов.
• Угол свечения (рассеивания). Зависит от области применения; для прожекторов хватит и 100-150 градусов, автомобильное освещение с маркировкой t10 рассчитано на 360 градусов. В сущности теперь отсутствует необходимость во всевозможных линзах и рефлекторах, так как при мощности в 10w светодиоды обладают довольно большим углом свечения.
• Диапазон рабочих температур. От этого параметра зависит не только то, куда может быть установлен светодиод на 10w. Верхняя граница температур очень важна при подборе радиаторов, предохраняющих устройство от преждевременных перегревов и поломок. В современных устройства доходит вплоть до 100 градусов.
• Температура хранения светодиодов на 10 вт лежит в пределах 40 ~ +100 ° C.
• Размер устройств обычно измеряется в мм.
• Конструкция. В зависимости от назначения, светодиоды на 10w могут быть выполнены в нескольких вариациях. Автомобильные лампы t10 могут также различаться по размерам (типы цоколя также измеряются в мм). Обычные светодиоды на 10 ватт могут стоять на алюминиевой «звезде». Такая площадка имеет пятачки под провода и вырезы для подключения к радиатору.

Светодиоды для автомобиля (цоколь t10)

Светодиодные лампы мощностью в 10w могут найти себе несколько применений (освещение салона, номерных знаков, багажника), но чаще всего они устанавливаются в качестве габаритных огней. Несмотря на то, что светодиоды справедливо считаются более надежными, чем лампы накаливания, при их установке в цоколь t10 можно столкнуться с некоторыми сложностями.

Стоит учесть следующие факторы:

• конструкция должна быть защищена от влияния вибраций;
• источники тепла существенно влияют на работоспособность автомобильных ламп мощностью в 10w;
• светодиод может существенно терять яркость при неправильной эксплуатации.

Схемы на 10-ватных светодиодных лампах

Сфера применения устройств зависит также и от их мощности, которая в данном случае равно 10 вт. Светодиод такого типа может называться сверхъярким и использоваться при разработке ярких фонариков или прожекторов. Сложность применения заключается в том, чтобы правильно обеспечить охлаждение прибора. Для этого следует правильно рассчитать площадь рефлектора (не менее 100мм²) и его минимальную толщину сечения (около 4-6 мм), что справедливо и для светодиодных матриц мощностью от 10 вт.

В целом светодиод на 10w имеет свои особенности, и его монтаж не всегда является целесообразным, но при этом нельзя не отметить существенный выигрыш в яркости, особенно в сравнении с лампочками на 60-100 w и экономию пространства в сотни мм (что иногда – весьма существенно).

Наконец, пришла долгожданная посылка с мощным светодиодом на 10 ватт. Долго думал что с ним делать и наконец, решил изготовить мощный светодиодный светильник для освящения гостиной комнаты.

Поскольку светодиод пришел без ИБП, начались задумки. Было два варианта БП для этого зверя - использовать маломощный ИБП и не тратить время и нервы или переделать китайский ЭТ. В битве питальника победил электронный трансформатор от китайского производителя на 105 ватт. Как мы знаем, электронный трансформатор такого рода является сетевым ИБП, на выходе которого образуется переменное напряжение 12 Вольт. Именно такое напряжение нужно для питания нашего светодиода.

Для начала нужно дополнить блок функцией включения без нагрузки. Для этого Нам нужно внести в схему ЭТ ничтожные переделки. Для начала на основном трансформаторе мотаем всего 2 витка (провод лучше взять с длиной 10-15см, диаметр 0,5-0,7мм). Дальше тем же проводом мотаем еще 2 витка на трансформаторе ОС. Трансформатор ОС состоит из 3-х обмоток. Две из них являются базовыми и состоят из 3-х витков (каждая), нам нужно удалить третью обмотку и заменить места припоя выводов обмотки перемычкой. Резистор ОС может иметь сопротивление 2,7-10 Ом, в моем случае использован мощный проволочный резистор с сопротивлением 7-10 ватт. В ходе работы этот резистор может достаточно сильно перегреваться, поэтому нужно подобрать резистор с мощностью 5-10 Ватт.

В выпрямителе у нас использован всего один диод, подключенный в прямом направлении. SR2040CT. Данный диод был снят из компьютерного блока питания. Можно использовать любые диоды Шоттки с током более 5 Ампер. В моем случае диод держит до 20 Ампер.

Дроссель тоже взят от компьютерного блока питания, хотя можно и самому мотать. Кольцо - любое удобное (феррит или порошковое железо), обмотка состоит из 8-10 витков провода с диаметром 1 мм.

Электролитический конденсатор можно убрать из схемы, как и стабилизатор, но я предпочел пойти по трудной дороге, поэтому схема была дополнена стабилизатором напряжения на 12 Вольт (для питания моего светодиода нужно было именно такое напряжение).

Стабилизатор имеет достаточно простую схему и состоит всего из трех компонентов. Вся схема держится на мощном биполярном транзисторе серии КТ819, хотя можно ставить любые другие аналогичные биполярные транзисторы (обратной проводимости). Стабилитрон взят достаточно мощный КД84Д. Резистор с сопротивлением 430 Ом можно ставить и с меньшей мощностью, в ходе работы греется слабо.

Корпус от другого ЭТ с мощностью 150ватт. Во избежания от КЗ вся схема была изолирована от каркаса, хотя последний покрашен. Сверху поставил пару слоев стекловолокна на всякий случай. Все транзисторы (в том числе и транзистор в стабилизаторе) были прикручены к корпусу через изолирующие шайбы и прокладки.

Сам светодиод поставил на достаточно большой теплоотвод, который раньше использовал для охлаждении микросхемы TDA2050.

Стыковал теплоотвод с корпусом блока питания с помощью старой и доброй эпоксидки.

Уже несколько дней данный светильник освящает гостиную комнату - пока никаких проблем, блок питания греется, но перегрев стабильный, так, что такая схема вполне потянет в качестве источника питания для мощных светодиодов.