Напряжение на светодиоде: мультиметром, по внешнему виду, таблица параметров

Содержание

как определяется, на что влияет

Светодиод — полупроводниковый прибор, который преобразует прямой электрический ток в световое излучение. Английское название LED расшифровывается, как light emitting diode. Если раньше светодиоды представляли интерес только для узкого круга ученых, то сейчас их активно используют оформители для украшения помещений и разработки концепции светодизайна. В отличие от ламп накаливания, светодиоды преобразуют ток в световое излучение с минимальными потерями, то есть LED-лампы практически не нагреваются при наличии хорошего теплоотвода.

Если еще в середине прошлого века ученым удавалось получить мизерный КПД только в 2%, то сейчас светодиоды в среднем выдают КПД 35-45%, хотя встречаются и настоящие рекордсмены, у которых КПД достигает фантастических 60%. Светодиоды могут работать на протяжении длительного времени. Приборы относятся к низковольтным, то есть безопасным для человека. Основное эстетическое достоинство светодиодов — свет, излучаемый им, «чистый», так как лежит в узком диапазоне спектра. У приборов есть несколько основных ТХ: мощность, сила потребляемого тока, цветовая температура и напряжение. О том, как определить напряжение и поговорим дальше.

Как определить напряжение питания светодиодов

Источник питания для светодиодов — основная комплектующая деталь, которая преобразует сетевое напряжение. Как известно светодиоды питаются током, но напряжение, которое подается в данном случае, значения не имеет. Это может быть как 12 В, так и 1000 В. Главное для светодиода — это ток. При его нехватке свет лампочек тускнеет, а при переизбытке они начинают нагреваться, и даже теплоотвод не всегда может справиться. Если простая лампа накаливания «самостоятельно» выбирает для себя ток, то светодиод сам выбирает напряжение. Если светодиод требует напряжение в 5 В, а блок питания подает ему, к примеру, 5 В, то высока вероятность того, что светодиод просто сгорит. Дело в том, что возникает «конфликт» между источником питания и светодиодом. Первый пытается честно выдать 5 В, а второй старается взять только положенные для себя 3 В. Светодиод может «просадить» напряжение до нужного, если блок питания слабенький, но чаще в этой схватке все же побеждает хаос и разрушение и светодиод перегорает.

Чтобы подобных проблем не возникло, необходимо стабилизировать ток. Самый простой вариант — резистор. Он подключается последовательно со светодиодами. Резистор помогает ослабить источник питания и заставить его выдавать светодиоду нужное напряжение. Если речь идет о мощных светодиодах, то слабенькому резистору с ними не справиться. В этой ситуации потребуется полноценный стабилизатор.

Расчет резистора провести довольно просто. Для вычислений необходимо знать напряжение питания, падение напряжения и ток. От значения напряжения питания отнимают падение напряжения, а получившуюся величину делят на ток. Теперь остается только выбрать резистор с ближайшим стандартным сопротивлением. Некоторые предпочитают вообще убирать из формулы падение напряжения, так как его точное значение не всегда известно, но ниже приведены два способа для определения этой величины.

Как узнать падение напряжения на светодиоде

Падение напряжения на светодиоде — это одна из его важных характеристик. С помощью падения напряжения можно узнать, на сколько вольт уменьшится напряжение во время прохождения через один светодиод, если соединение было последовательным. К примеру, если падение напряжения на светодиоде 2,3 вольта, а напряжение питания 24 вольт, то после первой лампочки остальным останется 24—2,3=21,7 вольт. После прохождения второго светодиода значение станет еще меньше: 21,7—2,3=19,4 вольт.

Подсчеты можно проводить до тех пор, пока полученное значение не будет меньше падения напряжения, то есть на следующий диод его уже не хватит. После проведения нехитрых подсчетов можно прийти к выводу, что запитать при таких условиях можно только 10 светодиодов, а 11-й сиротливо останется в сторонке. Если в ленте их больше, то на остальных уже не хватит. Падение напряжения можно измерить двумя способами: практическим и теоретическим.

Теоретический метод

Для теоретического метода определения падения напряжения в светодиоде необходимы таблицы. Изменения этой характеристики напрямую связаны с его цветом. Для изготовления светодиодов разных цветов используются разные полупроводниковые материалы. Здесь производители во мнении не сходятся, а единого стандарта нет, поэтому каждый делает из того, из чего считает нужным. Падение напряжения во многом определяется химическим составом полупроводника. Точных значений для светодиодов одного цвета нет, но существует определенный диапазон, в котором они варьируются. К примеру, для синих и белых 3—3,6 В, для красных 1,8—2В, для жёлтых и зелёных 2—2,4В. Эти данные можно посмотреть по даташиту.

У белых светодиодов показатель самый высокий, а в хвосте списке расположились красные. Хотя данные и приблизительные, этого обычно достаточно для проведения расчетов. Если светодиоды достались по наследству без документации, то можно поискать в интернете похожие, а после скачать документацию для них. Такой метод, к сожалению, совершенно ненадежен, так как под идентичными корпусами может скрываться разная начинка, соответственно и характеристики у нее будут другими.

Практический метод

В реальности проще это падение напряжения на светодиоде измерить вольтметром в схеме, чем выискивать в графиках и таблицах. Не нужно объяснять, что вольтметр должен быть включен на постоянное напряжение, если через диод течет постоянный ток, а щупы должны касаться анода и катода диода. Если возникают трудности с идентификацией, то отличить их легко. Катод короче анода, что видно невооруженным глазом.

Итоги: что делать, если напряжение светодиода упало

Падение напряжения может сильно колебаться даже у одинаковых светодиодов от одного производителя в рамках одной партии. Этот показатель меняется по мере изнашивания светодиода. Также эта характеристика зависит от температуры. Сильный нагрев сокращает срок службы светодиода, поэтому необходим хороший теплоотвод и стабилизатор.

 

Напряжение питания светодиодов

Светоизлучающему диоду, как и человеку, необходимо питаться правильно. Только в этом случае он гарантирует многолетнюю и безотказную работу. Светодиоды имеют нелинейную вольтамперную характеристику, схожую с обычным диодом. Поэтому их питание должно осуществляться стабильным током – это один из ключевых принципов. Если его не соблюдать, последствия для светодиодов могут быть самые плачевные.

Чтобы определить, какая схема питания будет оптимальной в том или ином случае, необходимо для начала узнать исходные данные:

  • параметры светодиода, нормируемые производителем;
  • параметры питающей сети (сеть 220 В, аккумулятор, батарейки или что-то другое).

Содержание статьи

Параметры светодиода

Самые важные параметры –  это номинальный и максимальный ток. При номинальном обычно нормируются световые характеристики – сила света в канделах или световой поток в люменах. Максимальный ток – это предельное значение, при котором можно эксплуатировать данный прибор. Значения этих параметров в современных однокристальных приборах варьируются от нескольких мА до 3 А.

Прямое падение напряжения – напряжение питания светодиодов, которое падает на p-n-переходе при номинальном токе. Его значение пригодиться при расчете выходных параметров источника питания.

Максимальная температура корпуса и p-n-перехода, максимальное обратное напряжение  — параметры тоже важные, но в случаях, когда соблюдаются токовые режимы и схема не предусматривает обратного включения, на них можно не обращать внимания.

Параметры питающей сети

При изготовлении любого устройства своими руками, необходимо определить параметры источника, который будет осуществлять питание светодиодов. Сеть 220 В, автомобильный аккумулятор на напряжение 12 В или простые батарейки – в любом случае необходимо определить диапазон питающего напряжения, то есть минимальное и максимальное его значение. На сеть 220 В дается (но не всегда соблюдается) допуск ±10%. Для аккумулятора берется в расчет напряжение при полной зарядке и в разряженном состоянии. С батарейками и так всё понятно.

В случае с автономными источниками питания важно также узнать их емкость и максимальный выходной ток.

Простейшая схема

Пусть стоит задача сделать своими руками примитивный светодиодный фонарик, питающийся от одной батарейки. Возьмем, к примеру, светодиод C503C (CREE) с номинальным током ILED=20 мА и падением напряжения ULED =3,2 В.

В качестве источника питания используем литиевую батарейку на 3,7В (если использовать пальчиковые батарейки, то одной не обойдешься).

Если включать светодиод напрямую, то сила тока через светодиод будет ограничиваться только внутренним сопротивлением батарейки, что в лучшем случае будет приводить к очень быстрому ее разряду, а в худшем к выходу из строя светодиода. Простейшая схема включения показана на рисунке ниже.

Для ограничения тока используется резистор, сопротивление которого определяется по формуле R=(UБ-ULED)/ ILED. В нашем случае сопротивление составит 25 Ом.

При увеличении мощности диода, схема будет усложняться, т.к. при больших токах применять резистор нецелесообразно – слишком большие потери мощности. Если напряжение питания имеет большой диапазон, эта схема тоже не годится, потому что не обеспечивает стабилизацию тока.

Развиваем тему

Питание мощных светодиодов осуществляется с применением стабилизаторов тока – драйверов. Они могут быть выполнены как на основе дискретных компонентов, так и с применением специализированных микросхем. Драйвер можно приобрести в готовом виде, а можно изготовить своими руками – это не сложно, учитывая, что схем и рекомендаций в интернете с избытком.

Еще один важный момент организации питания полупроводниковых источников света: при объединении светодиодов в группы, рекомендуется их последовательное соединение. Это обусловлено тем, что падение напряжения на p-n-переходе имеет определенный разброс от прибора к прибору, и при параллельном включении токи через них будут отличаться.

Питание светодиодов от 220 В сети , организуется с помощью так называемых сетевых драйверов. По сути, это импульсные источники питания для светодиодов, они преобразуют сетевое напряжение в стабильный постоянный ток. Изготавливать такой источник своими руками – довольно сложно, если вы не специалист в этой области, а учитывая широкую номенклатуру, представленную на современном рынке еще и нецелесообразно.

 

Можно ли уменьшить напряжение на светодиоде?

Нет, но если вы опубликуете свою схему, есть очень хороший шанс, что мы поможем вам заставить ее работать с вашими 3V светодиодами (РЕДАКТИРОВАТЬ: см. Ниже).

Светодиоды не являются резистивными нагрузками с масштабированием тока и напряжения в соответствии с V = IR. Скорее, они все или ничего: они сбрасывают напряжение на то, на что они рассчитаны, при любом токе, который вы пропускаете через них.

Посмотрите на эту диаграмму для диодной проводимости (1 / сопротивление) (с http://fourier.eng.hmc.edu/e84/lectures/figures/diode1.gif ): Посмотрите на левое изображение. Это изображение для диода с падением напряжения ~ 0,6 В.

Вы видите, что светодиод не будет работать вообще ниже своего номинального напряжения (0,6 В на этом изображении, 3 В в вашем случае). Кроме того, он будет проводить весь ток, который вы пропускаете через него (более или менее, есть небольшая область, где его проводимость увеличивается в геометрической прогрессии).

Это не очень хорошая ситуация. Наши два варианта не включены или взорваны из-за перегрузки по току. Вот почему используется резистор: для ограничения тока. Рассмотрим эту схему с источником 5 В, светодиодом 3 В и резистором 100 Ом:

смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab

Светодиод будет работать при напряжении более 3 В, поэтому узел А будет под напряжением 3 В. Следовательно, падение напряжения на резисторе составит 5–3 В = 2 В. Ток определяется как V = IR: 2 В / 100 Ом = 20 мА. Резистор ограничивает ток для защиты светодиода.

РЕДАКТИРОВАТЬ: ЦЕПНОЙ АНАЛИЗ

смоделировать эту схему

Благодаря стабилитрону D3, узел 1 всегда будет под напряжением 3,3 В. Благодаря стабилитрону D1, узел 2 всегда будет под напряжением Vin — 3,3 В, когда светодиод не горит. Светодиод должен включаться, когда V [узел 1] на 1,7 В (падение напряжения) выше, чем V [узел 2]. Решение, которое позволяет нам знать, что светодиод включится, когда Vin меньше, чем 2-кратное падение напряжения стабилитрона — падение напряжения на светодиоде, 2×3,3 В — 1,7 В = 4,9 В, как и планировалось. С вашими 3В светодиодами это 2х3,3В — 3В = 3,6В. Нехорошо.

Я вижу два варианта. Одним из них является получение 3,9 В стабилитронов, а затем 2х3,9 В — 3 В = 4,8 В. Другой, возможно, более дешевый, должен получить красные светодиоды (все красные светодиоды имеют падение напряжения около 1,7 В).

Вывод: нелегко заставить его работать с 3V светодиодами. Получите кучу красных светодиодов. Вы будете использовать их в других проектах, и они почти ничего не стоят.

Светодиод — chipenable.ru

Светодиод (Light Emitting Diode, LED) — это полупроводниковый диод, способный излучать свет, когда к нему приложено напряжение в прямом направлении. По сути, это диод, преобразующий электрическую энергию в световую. В зависимости от материала из которого изготовлен светодиод, он может излучать свет разной длины волны (разного цвета) и иметь различные электрические характеристики. 

Светодиоды применяются во многих сферах нашей жизни в качестве средств отображения визуальной информации. Например, в виде одиночных излучателей или в виде конструкций из нескольких светодиодов — семисегментных индикаторов, светодиодных матриц, кластеров и так далее. Также в последние годы светодиоды активно занимают сегмент осветительных приборов. Их используют в автомобильных фарах, фонарях, светильниках и люстрах.

На электрических схемах светодиод обозначается символом диода с двумя стрелками. Стрелки направлены от диода, символизируя световое излучение. Не путай с фотодиодом, у которого стрелки направлены к нему.

На отечественных схемах буквенное обозначение одиночного светодиода — HL.

Стандартный одноцветный светодиод имеет два вывода — это анод и катод. Определить какой из выводов является анодом, можно визуально. У светодиодов с проволочными выводами анод обычно длиннее катода.

У SMD светодиодов выводы одинаковые, но на обратной стороне обычно есть маркировка в виде треугольника или подобия буквы T. Анодом является вывод, к которому обращена одна сторона треугольника или верхняя часть буквы Т. 

Если не получается определить визуально где какие выводы, можно прозвонить светодиод. Для этого понадобится источник питания или адаптер, способный давать напряжение около 5 Вольт. Подключаем любой вывод светодиода к минусу источника, а второй подключаем к плюсовой клемме источника через сопротивление 200 — 300 Ом. Если светодиод подключен правильно, он засветится. В противном случае меняем выводы местами и повторяем процедуру. 

Можно обойтись без резистора, если не подключать плюсовую клемму источника питания, а быстро «чиркнуть» ей по выводу светодиода. Но вообще подавать большое напряжение на светодиод, не ограничивая при этом ток, нельзя — он может выйти из строя!

Светодиод испускает свет, если к нему приложить напряжение в прямом направлении: к аноду — плюс, а к катоду — минус.

Минимальное напряжение, при котором светодиод начинает светится, зависит от его материала. В таблице ниже приведены значения напряжений светодиодов при тестовом токе 20 мА и цвета, которые они излучают. Эти данные я взял из каталога светодиодов фирмы Vishay, различных даташитов и Википедии. 

Самое большое напряжение требуется для голубых и белых светодиодов, а самое маленькое для инфракрасных и красных.

Излучение инфракрасного светодиода не видно человеческим глазом, поэтому такие светодиоды не применяются в качестве индикаторов. Они используются в различных датчиках, подсветках видеокамер. Кстати, если инфракрасный светодиод запитать и посмотреть на него через камеру мобильного телефона, то его свечение будет хорошо видно.

В показанной таблице даны примерные значения напряжения светодиода. Обычно этого достаточно, чтобы его включить. Точную величину прямого напряжения конкретного светодиода можно узнать в его даташите в разделе Electrical Characteristics. Там указано номинальное значение прямого напряжения при заданном токе светодиода. Для примера заглянем в даташит на красный SMD светодиод фирмы Kingbright.

Вольт-амперная характеристика светодиода показывает взаимосвязь между приложенным напряжением и током светодиода. На рисунке ниже показана прямая ветвь характеристики из того же даташита. 

Если светодиод подключить к источнику питания (к аноду +, к катоду -) и с нуля постепенно повышать на нем напряжение, то ток светодиода будет меняться согласно этому графику. По нему видно, что после прохождения точки «загиба», ток через светодиод будет резко возрастать при небольших изменениях напряжения. Это как раз та причина, по которой светодиод нельзя подключать к любому источнику питания без резистора, в отличии от лампочки накаливания. 

Чем выше ток, тем ярче светится светодиод. Однако повышать ток светодиода до бесконечности, естественно, нельзя. При большом токе светодиод перегреется и сгорит. Кстати, если сразу подать на светодиод высокое напряжение он даже может шлепнуть, как слабенькая петарда! 

Какие еще характеристики светодиода представляют интерес с точки зрения практического использования? 

Максимальная мощность рассеяния, максимальные значения постоянного и импульсного прямых токов и максимальное обратное напряжение. Эти характеристики показывают предельные значения напряжений и токов, которые не стоит превышать. Они описаны в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings.

Если приложить к светодиоду напряжение в обратном направлении, светодиод не засветится, да и вообще может выйти из строя. Дело в том, что при обратном напряжении может наступить пробой, в результате которого обратный ток светодиода резко возрастет. И если выделяемая на светодиоде мощность (обратный ток * на обратное напряжение) превысит допустимую — он сгорит. В некоторых даташитах дополнительно приводится и обратная ветвь вольт-амперной характеристики, из которой видно, при каком напряжении наступает пробой. 

Интенсивность излучения (сила света)

Грубо говоря, это характеристика, определяющая яркость свечения светодиода при заданном тестовом токе (обычно 20 мА). Обозначается — Iv, а измеряется в микроканделах (mcd). Чем ярче светодиод, тем выше значение Iv. Научное определение силы света есть в википедии.

Также представляет интерес график зависимости относительной интенсивности излучения светодиода от прямого тока. У некоторых светодиодов, например, при увеличении тока интенсивность излучения растет все меньше и меньше. На рисунке приведено несколько примеров. 

Спектральная характеристика

Она определяет в каком диапазоне длин волн излучает светодиод, грубо говоря цвет излучения. Обычно приводится пиковой значение длины волны и график зависимости интенсивности излучения светодиода от длины волны. Я редко смотрю на эти данные. Знаю, например, что светодиод красный и мне этого достаточно. 

Климатические характеристики

Они определяют диапазон рабочих температур светодиода и зависимости параметров светодиода (прямого тока и интенсивности излучения) от температуры. Если светодиод планируется использовать при высоких или низких температурах, стоит обратить внимание и на эти характеристики. 

Материал статьи рассчитан на начинающих электронщиков, а потому я намеренно не касаюсь физики работы светодиода. Осознание того, что светодиод излучает фотоны в результате рекомбинации носителей заряда в области p-n перехода, не несет никакой полезной информации для практического использования светодиодов. Да и не только для использования, но и для понимания в принципе. 

Однако, если вам хочется покопаться в этой теме, то даю направление, куда рыть — Пасынков В.В, Чиркин Л.К. «Полупроводниковые приборы» или Зи.С «Физика полупроводниковых приборов». Это ВУЗ`овские учебники — там все по-взрослому. 

О подключении светодиодов в следующем материале…

Поделился статьей — получил светодиодный луч добра!

Диод. Светодиод. Стабилитрон / Хабр

Не влезай. Убьет! (с)

Постараюсь объяснить работу с диодами, светодиодами, а также стабилитронами на пальцах. Опытные электронщики могут пропустить статью, поскольку ничего нового для себя не обнаружат. Не буду вдаваться в теорию электронно-дырочной проводимости pn-перехода. Я считаю, что такой подход обучения только запутает начинающих. Это голая теория, почти не имеющая отношения к практике. Впрочем, интересующимся теорией предлагаю

эту статью

. Всем желающим добро пожаловать под кат.

Это вторая статья из цикла электроники. Рекомендую к прочтению также

первую

, которая повествует о том, что такое электрический ток и напряжение.

Диод – полупроводниковый прибор, имеющий 2 вывода для подключения. Изготавливается, упрощенно говоря, путем соединения 2х полупроводников с разным типом примеси, их называют донорной и акцепторной, n и p соответственно, поэтому диод содержит внутри pn-переход. Выводы, обычно состоящие из луженой меди, называют анод (А) и катод (К). Эти термины пошли еще со времен электронных ламп и используются в письменном виде, для обозначения направленности диода. Гораздо проще графическое обозначение. Названия выводов диода запомнятся сами собой при применении на практике.

Как я уже писал, мы не будем использовать теорию электронно-дырочной проводимости диода. Просто инкапсулируем эту теорию до черного ящика с двумя зажимами для подключения. Примерно так же программисты инкапсулируют работу со сторонними библиотеками, не вдаваясь в е… подробности их работы. Или, например, когда, пользуясь пылесосом, мы не вдаёмся в подробности, как он устроен внутри, он просто работает и нам важно одно из свойств пылесоса – сосать пыль.

Рассмотрим свойства диода, самые очевидные:

  • От анода к катоду, такое направление называется прямым, диод пропускает ток.
  • От катода к аноду, в обратном направлении, диод ток не пропускает. (Вообще-то нет. Но об этом позже.)
  • При протекании тока, в прямом направлении, на диоде падает некоторое напряжение.

Возможно эти свойства вам и так хорошо известны. Но есть некоторые дополнения. Что же считать прямым, а что обратным направлением? Прямым называют такое включение, когда на аноде напряжение больше, чем на катоде. Обратное, наоборот. Прямое и обратное включение – это условность. В реальных схемах напряжение на одном и том же диоде может меняться с прямого на обратное и наоборот.

Кремниевый диод начинает пропускать хоть какой-либо значимый ток только тогда, когда на аноде напряжение будет больше примерно на 0,65 В, чем на катоде. Нет, не так. При протекании хоть какого-либо тока, на диоде образуется падение напряжения, примерно равное 0,65 В и выше.

Напряжение 0,65 В – называют прямым падением напряжения на pn-переходе. Это лишь примерная средняя величина, она зависит от тока, температуры кристалла и технологии изготовления диода. При изменении протекающего тока, она изменяется нелинейно. Чтобы как-то обозначить эту нелинейность графически, производители снимают вольтамперные характеристики диода. В мощных высоковольтных диодах падение напряжения может быть больше в 2, 3 и т.д. раза. Это означает, что внутри диода включено несколько pn-переходов последовательно.

Для определения падения напряжения можно использовать вольтамперную характеристику (ВАХ) диода в виде графика. Иногда эти графики приводятся в дата-листах (datasheets) на реальные модели диода, но чаще их нет. На первом мне попавшемся графике ниже приведены ВАХ КД243А, хотя это не важно, они все примерно похожи.

На графике Uпр – это прямое падение напряжения на диоде. Iпр – протекающий через диод ток. График показывает какое падение напряжения на диоде будет, при протекании n-го тока. Но чаще всего в даталистах не показываются реальные ВАХ, а приводится прямое падение напряжения, указанное при определенном токе. В английской литературе падение напряжения обозначается как forward voltage.

Как применять

Падение напряжения на диоде – для нас плохая характеристика, поскольку это напряжение не совершает полезной работы и рассеивается в виде тепла на корпусе диода. Чем меньше падение, тем лучше. Обычно падение напряжения на диоде определяют исходя из тока, протекающего через диод. Например, включим диод последовательно с нагрузкой. По сути это будет защита схемы от переплюсовки, на случай, если блок питания отсоединяемый. На рисунке ниже в качестве защищаемой схемы взят резистор 47 Ом, хотя в реальности это может быть все, что угодно, например, участок большой схемы. В качестве блока питания – батарея на 12 В.

Допустим, нагрузка без диода потребляет 255 мА. В данном случае это можно посчитать по закону Ома: I= U / R = 12 / 47 = 0,255 А или 255 мА. Хотя обычно потребление сферической схемы в вакууме уже известно, хотя бы по максимальным характеристикам блока питания. Найдем на графике ВАХ, указанный выше, падение напряжения для диода КД243А при 0,255 А протекающего тока, при 25 градусах. Оно равно примерно 0,75 В. Эти 0,75 В упадут на диоде, и для питания схемы останется 12 — 0,75 = 11,25 В — иногда может и не хватить. Как бонус, можно найти мощность, в виде тепла и потерь выделяющуюся на диоде по формуле P = I * U = 0,75 * 0,255 = 0,19 Вт, где I и U – ток через диод и падение напряжения на диоде.

Что же делать, когда график ВАХ недоступен? Например, для популярного диода 1n4007 указано только прямое напряжения forward voltage 1 В при токе 1 А. Нужно и использовать это значение, либо измерить реальное падение. А если для какого-либо диода это значение не указано, то сойдет среднее 0,65 В. В реальности проще это падение напряжения измерить вольтметром в схеме, чем выискивать в графиках. Думаю, не надо объяснять, что вольтметр должен быть включен на постоянное напряжение, если через диод течет постоянный ток, а щупы должны касаться анода и катода диода.

Немного про другие характеристики

В предыдущем примере, если перевернуть батарейку, я имею ввиду поменять полярность, см. нижний рисунок, ток не потечет и падение напряжения на диоде в худшем случае составит 12 В — напряжение батареи. Главное, чтобы это напряжение не превышало напряжение пробоя нашего диода, оно же обратное напряжение, оно же breakdown voltage. А также важно еще одно условие: ток в прямом направлении через диод не превышал номинальный ток диода, он же forward current. Это два основных параметра по которых выбирается диод: прямой ток и обратное напряжение.

Иногда в даталистах также указывается рассеиваемая мощность диодом или номинальная мощность (power dissipation). Если она указана, то ее нельзя превышать. Как ее посчитать, мы уже разобрались на предыдущем примере. Но если мощность не указана, тогда надо ориентироваться по току.

Говорят, что в обратном направлении ток через диод не течет, ну или почти не потечет. На самом деле через него протекает ток утечки, reverse current в английской литературе. Этот ток очень маленький, от нескольких наноампер у маломощных диодов до нескольких сот микроампер, у мощных. Также этот ток зависит от температуры и приложенного напряжения. В большинстве случаем ток утечки не играет никакой роли, например, в как в предыдущем примере, но, когда вы будете работать с наноамперами и поставите какой-либо защитный диод на входе операционного усилителя, тогда может случиться ой… Схема поведет себя совсем не так, как задумывалась.

У диодов так же есть некоторая маленькая паразитная емкость capacitance. Т.е., по сути, это конденсатор, параллельно включенный с диодом. Эту емкость надо учитывать при быстрых процессах при работе диода в схеме с десятками-сотнями мегагерц.

Также несколько слов по поводу термина «номинал». Обычно номинальные ток и напряжение обозначают, что при превышении этих параметров производитель не гарантирует работу изделия, если не сказано другое. И это для всех электронных компонентов, а не только для диода.

Что еще можно сделать

Применений диодов существует множество. Разработчики-радиоэлектронщики обычно выдумывают свои схемы из кусочков других схем, так называемых строительных кирпичиков. Вот несколько вариантов.

Например, схема защиты цифровых или аналоговых входов от перенапряжения:

Диоды в этой схеме при нормальной работе не пропускают ток. Только ток утечки. Но когда по входу возникает перенапряжение с положительной полуволной, т.е. напряжение входа становится больше чем Uпит плюс прямое падение напряжения на диоде, то верхний диод открывается и вход замыкается на шину питания. Если возникает отрицательная полуволна напряжения, то открывается нижний диод и вход замыкается на землю. В этой схеме, кстати, чем меньше утечки и емкость у диодов, тем лучше. Такие схемы защиты уже, как правило, стоят во всех современных цифровых микросхемах внутри кристалла. А внешними мощными сборками TVS-диодов защищают, например, USB порты на материнских платах.

Также из диодов можно собрать выпрямитель. Это очень распространённый тип схем и вряд ли кто-то из читателей про них не слышал. Выпрямители бывают однополупериодные, двухполупериодные и мостовые. С однополупериодным выпрямителем мы уже познакомились в нашем самом первом многострадальном примере, когда рассматривали защиту от переплюсовки. Никакими особыми плюсами не обладает, кроме плюса на батарейке. Один из самых важных минусов, который ограничивает применение схемы однополупериодного выпрямителя на практике: схема работает только с положительной полуволной напряжения. Отрицательное напряжение напрочь отсекает и ток при этом не течет. «Ну и что?», скажете вы, «Такой мощности мне будет достаточно!». Но нет, если такой выпрямитель стоит после трансформатора, то ток будет протекать только в одну сторону через обмотки трансформатора и, таким образом, трансформаторное железо будет дополнительно подмагничиваться. Трансформатор может войти в насыщение и греться намного больше положенного.

Двухполупериодные выпрямители этого недостатка лишены, но им необходим средний вывод обмотки трансформатора. Здесь при положительной полярности переменного напряжения открыт верхний диод, а при отрицательной – нижний. КПД трансформатора используется не полностью.

Мостовые схемы лишены обоих недостатков. Но теперь на пути тока включены два диода в любой момент времени: прямой диод и обратный. Падение напряжения на диодах удваивается и составляет не 0,65-1В, а в среднем 1,3-2В. С учетом этого падения считается выпрямленное напряжение.

Например, нам надо получить 18 вольт выпрямленного напряжения, какой трансформатор для этого выбрать? 18 вольт плюс падение на диодах, возьмем среднее 1,4 В, равно 19,4 В. Мы знаем из

предыдущей статьи

, что амплитудное значение переменного напряжения в корень из 2 раз больше его действующего значения. Поэтому во вторичной цепи трансформатора переменное действующее напряжение равно 19,4 / 1,41 = 13,75В. С учетом того, что напряжение в сети может гулять на 10%, а также под нагрузкой напряжение немного просядет, выберем трансформатор 230/15 В.

Мощность требуемого нам трансформатора можно посчитать от тока нагрузки. Например, мы собираемся подключать к трансформатору нагрузку в один ампер. Это если с запасом. Всегда оставляйте небольшой запас, в 20-40%. Просто по формуле мощности можно найти P = U * I = 15 * 1 = 15 ВА, где U и I – напряжение и ток вторичной обмотки. Если вторичных обмоток несколько, то их мощности складываются. Плюс потери на трансформацию, плюс запас, поэтому выберем трансформатор 20-40 ВА. Хотя часто трансформаторы продаются с указанием тока вторичных обмоток, но проверить по габаритной мощности не помешает.

После выпрямительного моста необходим сглаживающий конденсатор, на рисунке не показан. Не забывайте про него! Есть умные формулы по расчету этого конденсатора в зависимости от количества пульсаций, но порекомендую такое правило: ставить конденсатор 10000мкФ на один ампер потребления тока. Вольтаж конденсатора не меньше, чем выпрямленное без нагрузки напряжение. В данном примере можно взять конденсатор с номиналом 25В.

Диоды в этой схеме выберем на ток >=1А и обратное напряжение, с запасом, больше 19,4 В, например, 50-1000 В. Можно применить диоды Шоттки. Это те же диоды, только с очень маленьким падением напряжения, которое часто составляет десятки милливольт. Но недостаток диодов Шоттки – их не выпускают на более-менее высокие напряжения, больше 100В. Точнее с недавнего времени выпускают, но их стоимость заоблачная, а плюсы уже не так очевидны.

Светодиод

Внутри устроен совсем по другому, чем диод, но имеет те же самые свойства. Только еще и светится при протекании тока в прямом направлении.

Все отличие от диода в некоторых характеристиках. Самое важное – прямое падение напряжения. Оно гораздо больше, чем 0,65 В у обычного диода и зависит в основном от цвета светодиода. Начиная от красного, падение напряжения которого составляет в среднем 1,8 В, и заканчивая белым или синим светодиодом, падение у которых около 3,5 В. Впрочем, у невидимого спектра эти значения шире.

По сути падение напряжения здесь – минимальное напряжение зажигания диода. При меньшем напряжении, у источника питания, тока не будет и диод просто не загорится. У мощных осветительных светодиодов падение напряжения может составлять десятки вольт, но это значит лишь, что внутри кристалла много последовательно-параллельных сборок диодов.

Но сейчас поговорим об индикаторных светодиодах, как наиболее простых. Их выпускают в различных корпусах, наиболее часто в полуокруглых, диаметром 3, 5, 10 мм.

Любой диод светится в зависимости от протекающего тока. По сути это токовый прибор. Падение напряжения получается автоматически. Ток мы задаем сами. Современные индикаторные диоды более-менее начинают светиться при токе 1 мА, а при 10 мА уже выжигают глаза. Для мощных осветительных диодов надо смотреть документацию.

Применение светодиода

Имея лишь соответствующий резистор можно задать нужный ток через диод. Конечно, понадобится еще и блок питания постоянного напряжения, например, батарейка 4,5 В или любой другой БП.

Например, зададим ток 1мА через красный светодиод с падением напряжения 1,8 В.

На схеме показаны узловые потенциалы, т.е. напряжения относительно нуля. В каком направлении включать светодиод нам подскажет лучше всего мультиметр в режиме прозвонки, поскольку иногда попадаются напрочь китайские светодиоды с перепутанными ногами. При касании щупов мультиметра, в правильном направлении, светодиод должен слабо светиться.

Поскольку применен красный светодиод, то на резисторе упадет 4,5 — 1,8 = 2,7В. Это известно по второму закону Кирхгофа: сумма падений напряжения на последовательных участках схемы равно ЭДС батарейки, т.е. 2,7 + 1,8 = 4,5В. Чтобы ограничить ток в 1мА, резистор по закону Ома должен обладать сопротивлением R = U / I = 2,7 / 0,001 = 2700 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и необходимый нам ток. Не забываем переводить величины в единицы СИ, в амперы и вольты. Поскольку выпускаемые номиналы сопротивлений стандартизованы выберем ближайший стандартный номинал 3,3кОм. Конечно, при этом ток изменится и его можно пересчитать по закону Ома I = U / R. Но зачастую это не принципиально.

В этом примере ток, отдаваемый батарейкой, мал, так что внутренним сопротивлением батареи можно пренебречь.

С осветительными светодиодами все тоже самое, только токи и напряжения выше. Но иногда им уже не требуется резистор, надо смотреть документацию.

Что-то еще про светодиод

По сути, светить – это основное назначение светодиода. Но есть и другое применение. Например, светодиод может выступать в качестве источника опорного напряжения. Они необходимы, например, для получения источников тока. В качестве источников опорного напряжения, как менее шумные, применяют красные светодиоды. Их включают в схему так же, как и в предыдущем примере. Поскольку напряжение батарейки относительно постоянное, ток через резистор и светодиод тоже постоянный, поэтому падение напряжения остается постоянным. От анода светодиода, где 1,8В, делается отвод и используется это опорное напряжение в других участках схемы.

Для более надежной стабилизации тока на светодиоде, при пульсирующем напряжении источника питания, вместо резистора в схему ставят источник тока. Но источники тока и источники опорного напряжения – это тема еще одной статьи. Возможно, когда-нибудь я ее напишу.

Стабилитрон

В английской литературе стабилитрон называется Zener diode. Все тоже самое, что и диод, в прямом включении. Но сейчас поговорим только про обратное включение. В обратном включении под действием определенного напряжения на стабилитроне возникает обратимый пробой, т.е. начинает течь ток. Этот пробой полностью штатный и рабочий режим стабилитрона, в отличие от диода, где при достижении номинального обратного напряжения диод просто выходил из строя. При этом, ток через стабилитрон в режиме пробоя может меняться, а падение напряжение на стабилитроне остается практически неизменным.

Что нам это дает? По сути это маломощный стабилизатор напряжения. Стабилитрон имеет все те же характеристики, что и диод, плюс добавляется так же напряжение стабилизации Uст или nominal zener voltage. Оно указывается при определенном токе стабилизации Iст или test current. Также в документации на стабилитроны указываются минимальный и максимальный ток стабилизации. При изменении тока от минимального до максимального, напряжение стабилизации несколько плавает, но незначительно. См. вольт-амперные характеристики.

Рабочая зона стабилитрона обозначена зеленым цветом. На рисунке видно, что напряжение на рабочей зоне практически неизменно, при широком диапазоне изменения тока через стабилитрон.

Чтобы выйти на рабочую зону, нам надо установить ток стабилитрона между [Iст. min – Iст. max] с помощью резистора точно так же, как это делалось в примере со светодиодом (кстати, можно также с помощью источника тока). Только, в отличие от светодиода, стабилитрон включен в обратном направлении.

При меньшем токе, чем Iст. min стабилитрон не откроется, а при большем, чем Iст. max – возникнет необратимый тепловой пробой, т.е. стабилитрон просто сгорит.

Расчёт стабилитрона

Рассмотрим на примере нашего рассчитанного трансформаторного БП. У нас есть блок питания, выдающий минимум 18 В (по сути там больше, из-за трансформатора 230/15 В, лучше мерить в реальной схеме, но суть сейчас не в этом), способный отдавать ток 1 А. Нужно запитать нагрузку с максимальным потреблением 50 мА стабилизированным напряжением 15 В (например, пусть это будет какой-нибудь абстрактный операционный усилитель – ОУ, у них примерно такое потребление).

Такая слабая нагрузка выбрана неспроста. Стабилитроны довольно маломощные стабилизаторы. Они должны проектироваться так, чтобы через них мог проходить без перегрева весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации Iст. min. Это необходимо, потому что ток после резистора R1 делится между стабилитроном и нагрузкой. В нагрузке ток может быть непостоянным, либо нагрузка может выключаться из схемы совсем. По сути это параллельный стабилизатор, т.е. весь ток, который не уйдет в нагрузку, примет на себя стабилитрон. Это как первый закон Кирхгофа I = I1 + I2, только здесь I = Iнагр + Iст. min.

Итак, выберем стабилитрон с напряжением стабилизации 15 В. Для установки тока через стабилитрон всегда необходим резистор (или источник тока). На резисторе R1 упадет 18 – 15 = 3 В. Через резистор R1 будет протекать ток Iнагр. + Iст. min. Примем Iст. min = 5 мА, это примерно достаточный ток для всех стабилитронов с напряжением стабилизации до 100 В. Выше 100 В можно принимать 1мА и меньше. Можно взять Iст. min и больше, но это только будет бесполезно греть стабилитрон.

Итак, через R1 течет Ir1 = Iнагр. + Iст. min = 50 + 5 = 55 мА. По закону Ома находим сопротивление R1 = U / I = 3 / 0,055 = 54,5 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и ток через резистор. Выберем из ближайшего стандартного ряда сопротивление 47 Ом, будет чуть больше ток через стабилитрон, но ничего страшного. Его даже можно посчитать, общий ток: Ir1 = U / R = 3 / 47 = 0,063А, далее минимальный ток стабилитрона: 63 — 50 = 13 мА. Мощность резистора R1: P = U * I = 3 * 0,063 = 0,189 Вт. Выберем стандартный резистор на 0,5 Вт. Советую, кстати, не превышать мощность резисторов примерно Pmax/2, дольше проживут.

На стабилитроне тоже рассеивается мощность в виде тепла, при этом в самом худшем случае она будет равна P = Uст * (Iнагр + Iст.) = 15 * (0,050 + 0,013) = 0,945 Вт. Стабилитроны выпускают на разную мощность, ближайшая 1Вт, но тогда температура корпуса при потреблении около 1Вт будет где-то 125 градусов С, лучше взять с запасом, на 3 Вт. Стабилитроны выпускают на 0,25, 0,5, 1, 3, 5 Вт и т.д.

Первый же запрос в гугле «стабилитрон 3Вт 15В» выдал 1N5929BG. Далее ищем «datasheet 1N5929BG». По даташиту у него минимальный ток стабилизации 0,25 мА, что меньше 13 мА, а максимальный ток 100 мА, что больше 63 мА, т.е. укладывается в его рабочий режим, поэтому он нам подходит.

В общем-то, это весь расчёт. Да, стабилизатор это неидеальный, внутреннее сопротивление у него не нулевое, но он простой и дешевый и работает гарантировано в указанном диапазоне токов. А также поскольку это параллельный стабилизатор, то ток блока питания будет постоянным. Более мощные стабилизаторы можно получить, умощнив стабилитрон транзистором, но это уже тема следующей статьи, про транзисторы.

Проверить стабилитрон на пробой обычным мультиметром, как правило, нельзя. При более-менее высоковольтном стабилитроне просто не хватит напряжения на щупах. Единственное, что удастся сделать, это прозвонить его на наличие обычной диодной проводимости в прямом направлении. Но это косвенно гарантирует работоспособность прибора.

Еще стабилитроны можно использовать как источники опорного напряжения, но они шумные. Для этих целей выпускают специальные малошумящие стабилитроны, но их цена в моем понимании зашкаливает за кусочек кремния, лучше немного добавить и купить интегральный источник с лучшими параметрами.

Также существует много полупроводниковых приборов, похожих на диод: тиристор (управляемый диод), симистор (симметричный тиристор), динистор (открываемый импульсно только по достижении определенного напряжения), варикап (с изменяемой емкостью), что-то еще. Первые вам понадобятся в силовой электронике при постройки управляемых выпрямителей или регуляторов активной нагрузки. А с последними я уже лет 10 не сталкивался, поэтому оставляю эту тему для самостоятельного чтения в вики, хотя бы про тиристор.

Расчет резистора для светодиодов: примеры, онлайн калькулятор

При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор.  Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих драйверов. Однако, при всей ее простоте, для обеспечения оптимального режима работы необходимо провести расчет резистора для светодиода.

Светодиод как нелинейный элемент

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов:

Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему.

Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер. Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения на несколько десятых долей вольта, ток может измениться в несколько раз.

Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (т.н. рабочую область) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.

На рисунке показаны типовые значения рабочих точек для красных, зеленых, белых и голубых светодиодов при токе 20 мА. Здесь можно заметить, что led разных цветов при одинаковом токе имеют разное падение напряжения в рабочей области. Эту особенность следует учитывать при проектировании схем.

Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду, как показано на картинке справа:

Полная же ВАХ выглядит следующим образом:

Здесь видно, что обратное включение бессмысленно, поскольку светодиод не будет излучать, а при превышении некоторого порога обратного напряжения выйдет из строя в результате пробоя. Излучение же происходит только при включении в прямом направлении, причем интенсивность свечения зависит от тока, проходящего через led. Если этот ток ничем не ограничивать, то led перейдет в область пробоя и перегорит. Если нужно установить рабочий светодиод или нет, то Вам будет полезна статья подробно раскрывающая все способы проверки led.

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:

Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:

где U пит  — напряжение питания,

U пад- падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:

Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять

Из стандартного ряда сопротивлений Е24 подбираем наиболее близкое значение номинала – 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе, составит

Таким образом, потребуется гасящий резистор номиналом 510 Ом и мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Может сложиться впечатление, что при низких напряжениях питания можно подключать led без резистора. На этом видео наглядно показано, что произойдет со светоизлучающим диодом, включенного таким образом, при напряжении всего 5 В:

Светодиод сначала будет работать, но через несколько минут просто перегорит. Это вызвано нелинейным характером его ВАХ, о чем говорилось в начале статьи.

Никогда не подключайте светодиод без гасящего резистора даже при низком напряжении питания. Это ведет к его выгоранию и, в лучшем случае, к обрыву цепи, а в худшем – к короткому замыканию.

Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов

Подключить несколько led можно двумя способами: последовательно и параллельно. Схемы включения показаны ниже. Не забудьте почитать более подробно про способы подключения светодиодов.

При последовательном соединении используется один резистор, задающий одинаковый ток всей цепочке led. При этом следует учитывать, что источник питания должен обеспечивать напряжение, превышающее общее падение напряжения на диодах. То есть при соединении 4 светодиодов с падением 2.5 В потребуется источник напряжением более 10 В. Ток при этом для всех будет одинаковым. Сопротивление резистора в этом случае можно рассчитать по формуле:

где  — напряжение питания,

— сумма падений напряжения на светодиодах,

— ток потребления.

Так, 4 зеленых светодиода Kingbright L-132XGD напряжением 2.5 В и током 10 мА при питании 12 В потребуют резистора сопротивлением

При этом он должен рассеивать мощность

При параллельном подключении каждому светоизлучающему диоду ток ограничивает свой резистор. В таком случае можно использовать низковольтный источник питания, но ток потребления всей цепи будет складываться из токов, потребляемых каждым светодиодом. Например, 4 желтых светодиода BL-L513UYD фирмы Betlux Electronics с потреблением 20 мА каждый, потребуют от источника ток не менее 80 мА при параллельном включении. Здесь сопротивление и мощность резисторов для каждой пары «резистор – led» рассчитываются так же, как при подключении одиночного светодиода.

Обратите внимание, что и при последовательном, и при параллельном соединении используются источники питания одинаковой мощности. Только в первом случае потребуется источник с большим напряжением, а во втором – с большим током.

Нельзя подключать параллельно несколько светодиодов к одному резистору, т.к. либо они все будут гореть очень тускло, либо один из них может открыться чуть раньше других, и через него пойдет очень большой ток, который выведет его из строя.

Программы для расчета сопротивления

При большом количестве подключаемых led, особенно если они включены и последовательно, и параллельно, рассчитывать сопротивление каждого резистора вручную может быть проблематичным.

Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления. Очень удобным в этом плане является онлайн калькулятор на сайте cxem.net:

https://cxem.net/calc/ledcalc.php

Он включает в себя небольшую базу данных самых распространенных светодиодов, поэтому необязательно вручную набирать значения падения напряжения и тока, достаточно указать напряжение питания и выбрать из списка нужный светоизлучающий диод. Программа рассчитает сопротивление и мощность резисторов, а также нарисует схему подключения или принципиальную схему.

Например, с помощью этого калькулятора был рассчитан резистор для трех светодиодов CREE XLamp MX3 при напряжении питания 12 В:

Также программа обладает очень полезной функцией: она подскажет цветовую маркировку требуемого резистора.

Еще одна простая программа для расчета сопротивления разработана Сергеем Войтевичем. Скачать программу можно по этой ссылке.

Здесь уже вручную выбирается способ подключения светодиодов, напряжение и ток. Программа не требует установки, достаточно распаковать ее в любую директорию.

Заключение

Гасящий резистор – самый простой ограничитель тока для светодиодной цепи. От его подбора зависит ток, а значит, интенсивность свечения и долговечность led. Однако следует помнить, что при больших токах на резисторе будет выделяться значительная мощность, поэтому для питания мощных светодиодов лучше применять драйверы.

Калькулятор светодиодов. Расчет ограничительных резисторов для одиночных светодиодов и светодиодных массивов • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Калькулятор нарисует принципиальную и монтажную схему одного светодиода с ограничительным резистором или светодиодного массива, состоящего из нескольких параллельных ветвей светодиодов, с последовательно включенным ограничительным резистором. Если вы только начинаете изучать электронику или учитесь в техническом университете, вы можете использовать этот калькулятор для изучения светодиодов. Если же вы не в первый раз разрабатываете массив светодиодов, воспользуйтесь им для проверки своих расчетов. И конечно, этот и другие калькуляторы на TranslatorsCafe.com пригодятся всем, кто хочет изучить технический английский, так как все они есть и в английской версии.

Пример: Рассчитать последовательно-параллельный массив, состоящий из 30 красных светодиодов с прямым напряжением 2 В и прямым током 20 мА для напряжения источника 12 В.

Входные данные

Напряжение источника питания

VsВ

Напряжение источника питания должно быть выше прямого напряжения светодиода и менее 250 В.

Прямой ток светодиода

IfмА

Для питания мощных светодиодов необходимо использовать стабилизаторы тока, а не ограничительные резисторы.

Выберите тип светодиода

Выберите тип светодиодаинфракрасныйкрасныйзелёныйжёлтыйоранжевый/янтарныйсинийбелыйдругой

или Прямое напряжение светодиода

VfВ

Количество светодиодов в массиве

Nt

Количество светодиодов в цепи последовательно включенных светодиодов с ограничительным резистором. Если этот параметр не задан, он будет рассчитан автоматически.

Ns

Число светодиодов в цепи последовательно включенных светодиодов не должно быть больше {0} для заданных напряжения источника питания и прямого напряжения светодиода.

Выходные данные

Такая схема имеет слишком низкий КПД из-за большой мощности, рассеиваемой на одном или нескольких ограничительных резисторах.

Массив {0} x {1}, всего светодиодов {2}

Число светодиодов в одной цепи {0}

Принципиальная схема

Монтажная схема

Номинал и максимальная рассеиваемая мощность резистора для последовательной цепи с максимальным для данного напряжения питания количеством светодиодов:

Общая мощность, рассеиваимая на всех ограничительных резисторах:

Общая мощность, рассеиваемая всеми светодиодами:

Общая мощность, потребляемая массивом светодиодов:

Ток, потребляемый от источника питания:

Количество светодиодов в матрице:

Количество последовательных ветвей, соединенных параллельно:

Количество светодиодов в последовательной ветви с макс. количеством светодиодов:

Количество светодиодов в дополнительной ветви с количеством светодиодов, меньшим максимального:

Определения и формулы для расчета

Одиночный светодиод

Светодиод (светоизлучающий диод) — полупроводниковый источник излучения в оптическом диапазоне с двумя или более выводами. Монохромные светодиоды обычно имеют два вывода, двухцветные — два или три вывода, трехцветные снабжены четырьмя выводами. Светодиод излучает свет, если к его вывода приложено определенное прямое напряжение.

Обычный инфракрасный светодиод и его условное обозначение на принципиальных схемах (на российских принципиальных схемах светодиоды изображают без разрыва проводника). Квадратный кристалл светодиода установлен на отрицательном электроде (катоде). К положительному электроду (аноду) кристалл подключается с помощью тонкого проводника.

Для подключения светодиода к источнику питания можно использовать простую схему с последовательно включенным токоограничительным резистором. Резистор необходим в связи с тем, что падение напряжение на светодиоде является постоянным в относительно широком диапазоне рабочих токов.

Цвета светодиодов, материал полупроводника, длина волны и падение напряжения
Цвет Материал полупроводника Длина волны Падение напряжения
Инфракрасный Арсенид галлия (GaAs) 850-940 нм
Красный Арсенид-фосфид галлия (GaAsP) 620-700 нм 1.6—2.0 В
Оранжевый Арсенид-фосфид галлия (GaAsP) 590-610 нм 2.0—2.1 В
Желтый Арсенид-фосфид галлия (GaAsP) 580-590 нм 2.1—2.2 В
Зеленый Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) 500-570 нм 1.9—3.5 В
Синий Нитрид индия-галлия (InGaN) 440-505 нм 2.48—3.6 В
Белый Диоды с люминофором или трехцветные RGB Широкий спектр 2.8—4.0 В

Поведение светодиодов и резисторов в схемах отличается. В соответствии с законом Ома, резисторы имеют линейную зависимость падения напряжения от протекающего через них тока:

Вольтамперные характеристики типичных светодиодов различных цветов

Если напряжение на резисторе увеличивается, ток также пропорционально увеличивается (здесь мы предполагаем, что величина сопротивления резистора остается постоянной). Светодиоды ведут себя не так. Их поведение соответствует поведению обычных диодов. Вольтамперные характеристики светодиодов разного цвета приведены на рисунке. Они показывают, что ток через светодиод не прямо пропорционален падению напряжения на светодиоде. Видно, что имеется экспоненциальная зависимость тока от прямого напряжения. Это означает, что при небольшом изменении напряжения ток может измениться очень сильно.

Если прямое напряжение на светодиоде невелико, его сопротивление очень большое и светодиод не горит. При превышении указанного в технических характеристиках порогового уровня светодиод начинает светиться и его сопротивление быстро падает. Если приложенное напряжение превышает рекомендуемую величину прямого напряжения, которое может быть в пределах 1,5—4 В для светодиодов различных цветов, ток через светодиод резко растет, что может привести к выходу его из строя. Для ограничения этого тока, последовательно со светодиодом включают резистор, который ограничивает ток таким образом, что он не превышал рабочий ток, указанный в характеристиках светодиода.

Формулы для расчетов

Светодиод в прямоугольном корпусе с плоским верхом применяется, например, для индикаторов уровня

Ток через ограничительный резистор Rs можно рассчитать по формуле закона Ома, в которой из напряжения питания Vs вычитается прямое падение напряжения на светодиоде Vf:

Здесь Vs напряжение источника питания в вольтах (например, 5 В от шины USB), Vf прямое падение напряжения на светодиоде и I прямой ток через светодиод в амперах. Значения Vf и If приводятся в технических характеристиках светодиода. Типичные значения Vf показаны выше в таблице. Типичный ток индикаторных светодиодов 20 мА.

После расчета сопротивления резистора, из ряда номиналов сопротивлений выбирается ближайшее большее стандартное значение. Например, если расчет показывает, что нужен резистор Rs = 145 ом, мы (и калькулятор) выберем резистор Rs = 150 ом.

Токоограничительный резистор рассеивает определенную мощность, которая рассчитывается по формуле

Оранжевые светодиоды обычно используются в маршрутизаторах для указания скорости обмена 10/100 Мбит/с. Зеленые светодиоды горят при скорости 1000 Мбит/с

Для надежной работы резистора его мощность выбирается вдвое выше расчетой. Например, если по формуле получилось 0,06 Вт, мы выберем резистор на 0,125 Вт.

А теперь рассчитаем эффективность работы нашей схемы (ее КПД), который покажет какой процент мощности, отдаваемой источником питания, потребляется светодиодом. На светодиоде рассеивается такая мощность:

Тогда общее потребление будет равно

КПД схемы включения светодиода с ограничительным резистором:

Для выбора источника питания необходимо рассчитать ток, который он должен отдавать в схему. Это делается по формуле:

Светодиодная лента со светодиодами типа 5050; цифры 50 и 50 означают длину и ширину микросхемы в миллиметрах; токоограничительные резисторы 150 ом уже установлены на ленте последовательно со светодиодами

Светодиодные массивы

Одиночный светодиод можно зажигать с помощью токоограничительного резистора. Однако для питания светодиодных массивов, которые все чаще используются для освещения, подсветки в телевизорах и компьютерных мониторах, в рекламе и для других целей, необходимы специализированные источники питания. Мы все привыкли к источникам, выдающим стабилизированное напряжение питания. Однако, для питания светодиодов нужны источники, в которых стабилизируется ток, а не напряжение. Однако и с такими источниками ограничительные резисторы все равно устанавливают.

Если нужно изготовить светодиодный массив, используют несколько последовательных светодиодных цепей, соединенных параллельно. Для цепи из последовательных светодиодов необходим источник питания с напряжением, которое превышает сумму падений напряжений на отдельных светодиодах. Если его напряжение выше этой суммы, необходимо включить в цепь один токоограничительный резистор. Через все светодиоды течет одинаковый ток, что (до определенной степени) позволяет получить одинаковую яркость.

Однако если один из светодиодов в цепи откажет так, что он будет в обрыве (именно такой отказ чаще всего и происходит), вся цепочка светодиодов погаснет. В некоторых схемах и конструкциях для предотвращения таких отказов вводят особый шунт, например, ставят стабилитрон параллельно каждому диоду. Когда диод сгорает, напряжение на стабилитроне становится достаточно высоким и он начинает проводить ток, обеспечивая работу исправных светодиодов. Этот подход хорош для маломощных светодиодов, однако в схемах, предназначенных для наружного освещения, нужны более сложные решения. Конечно, это приводит к увеличению стоимости и габаритов устройств. Сейчас (в 2018 году) можно наблюдать, что светодиодные фонари на улицах, при планируемом сроке службы в 10 лет служат не более года. То же относится и к бытовым светодиодным лампам, в том числе и производителей с известными именами.

Полоса светодиодов, используемая для подсветки телевизионного ЖК -дисплея. Такая полоска устанавливается с двух сторон панели дисплея. Данная конструкция позволяет делать очень тонкие дисплеи. Отметим, что телевизионные ЖК-дисплеи со светодиодной подсветкой, которые обычно продаются под названием LED TV, то есть «светодиодные телевизоры» таковыми на самом деле не являются. В настоящих светодиодных телевизорах (OLED TV) используются светодиодные графические экраны на органических светодиодах и стоят они значительно дороже телевизоров с ЖК-дисплеем.

При расчете требуемого сопротивления токоограничительного резистора Rs, все падения напряжения на каждом светодиоде складываются. Например, если падение напряжения на каждом из пяти соединенных последовательно горящих светодиодов составляет 2 В, то полное падение напряжение на всех пяти будет 2 × 5 = 10 В.

Несколько идентичных светодиодов можно соединять и параллельно. У параллельно соединенных светодиодов прямые напряжения Vf должны быть одинаковыми — иначе в них не будут протекать одинаковые токи и их яркость будет различной. Если светодиоды соединяются параллельно, очень желательно ставить токоограничительный резистор последовательно с каждым из них. При параллельном соединении отказ одного светодиода, при котором он будет в обрыве, не приведет к выходу из строя всего массива — он будет работать нормально. Другой проблемой параллельного соединения является выбор эффективного источника питания, обеспечивающего большой ток при низком напряжении. Такой источник питания будет стоить намного больше, чем источник той же мощности, но на высокое напряжение и меньший ток.

В этом обычном уличном фонаре 8 параллельных цепей из пяти последовательно соединенных мощных светодиодов питаются от источника питания со стабилизацией тока с высоким КПД. Отметим, что две цепи в этом фонаре (слева вверху и справа внизу), установленном всего несколько месяцев назад, уже сгорели, так как в каждой из них светодиоды соединены последовательно, а схемы для предотвращения отказов отсутствуют или не работают.

Расчет токоограничительных резисторов

Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как

Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как

Светодиоды типа 3014 (3,0 × 1,4 мм) для поверхностного монтажа, используемые для боковой подсветки ЖК-панели телевизора.

Количество цепей с максимальным количество светодиодов в цепи Nstrings:

Количество светодиодов в дополнительной цепи с остатком светодиодов Nremainder LEDs :

Если Nremainder LEDs = 0, то дополнительной цепи не будет.

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с максимальным количеством светодиодов:

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с количеством светодиодов меньше максимального:

Общая мощность PLED, рассеиваемая всеми светодиодами:

Мощность, потребляемая всеми резисторами:

Гибкие светодиодные дисплеи на железнодорожной станции; в таких дисплеях используются группы светодиодов в качестве отдельных пикселей. В связи с высокой яркостью светодиодов и их хорошей видимостью при ярком солнечном свете, такие дисплеи часто можно увидеть на наружной рекламных щитах и дорожных указателях маршрута. Светодиодные дисплеи также можно использовать для освещения и в этой роли их часто используют в фонарях с регулируемой цветовой температурой для видео и фотосъемки.

Номинальная мощность резисторов определяется с учетом двойного запаса k = 2, который обеспечивает надежную работу резистора. Выбираем из ряда значений мощности : 0.125; 0.25; 0.5; 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 16, 25, 50 W резистор с мощностью вдвое выше, чем расчетная.

Рассчитаем общую мощность, потребляемую всеми резисторами:

Рассчитаем общую мощность, потребляемую светодиодным массивом:

Рассчитаем ток, который должен обеспечить источник питания:

И наконец, рассчитаем КПД нашего массива:

Возможно, вас заинтересуют конвертеры Яркости, Силы света and Освещенности.

Автор статьи: Анатолий Золотков

Как избежать падения напряжения с помощью светодиодного освещения

По своему собственному определению, светодиодное освещение с постоянным напряжением требует определенного напряжения питания, которое остается постоянным.

Обычно для светодиодных светильников постоянного напряжения требуется источник питания 12 В постоянного тока или 24 В постоянного тока. Драйверы светодиодов постоянного напряжения обеспечивают постоянное напряжение питания, несмотря на любые колебания напряжения в сети.

Светодиодный драйвер постоянного напряжения MEAN WELL

Тем не менее, установщики светодиодного освещения должны знать, что прокладка длинного кабеля постоянного тока от драйвера светодиода к светодиодной осветительной арматуре может привести к падению напряжения, так что к тому времени, когда напряжение достигает светодиодной осветительной арматуры, оно будет ниже, чем допустимое. требуется для правильного включения светодиодных индикаторов.

В идеальном мире вы всегда хотите выполнять любые длительные пробежки на стороне переменного тока, располагая драйвер светодиода как можно ближе к светодиодным источникам света.

Естественно, в некоторых случаях это невозможно, и требуются более длинные кабели постоянного тока.

Если вы попали в такую ​​ситуацию, вы можете предпринять несколько шагов, чтобы избежать неприятностей.

Прежде всего вам необходимо рассчитать возможное падение напряжения.Есть несколько полезных онлайн-калькуляторов, которые делают эту работу довольно быстрой и простой. Вам необходимо знать калибр кабеля постоянного тока, который вы будете использовать, чтобы произвести расчеты.

Следующая ссылка приведет вас к онлайн-калькулятору напряжения:

http://www.calculator.net/voltage-drop-calculator.html

Как только вы узнаете фактическое падение напряжения, вы можете предпринять необходимые корректирующие действия. У вас есть несколько вариантов.

Вероятно, наиболее экономичным и простым решением является выбор драйвера светодиода с регулируемым выходным напряжением.Таким образом, вы можете отрегулировать напряжение, чтобы компенсировать падение напряжения.

В ADM есть две серии светодиодных драйверов MEAN WELL, которые доступны с возможностью регулировки:

Светодиодные драйверы MEAN WELL серии ELG

Светодиодные драйверы MEAN WELL серии HLG

При заказе убедитесь, что номер детали, который вы запрашиваете, имеет суффикс «A» или «AB», это означает, что драйвер светодиода регулируется.

Вы можете щелкнуть следующую ссылку, чтобы просмотреть наш интернет-магазин и узнать, какие модели уже доступны.Клиенты с торговым счетом ADM могут запросить логин, который позволит им видеть их оптовые цены и доступные запасы.

Светодиодные драйверы на складе

Ключевым отличием серии ELG от серии HLG является цена и гарантийный срок.

Серия ELG является более рентабельной из двух моделей, но имеет более короткий гарантийный срок — 5 лет. Гарантия на драйверы светодиодов серии MEAN WELL HLG составляет 7 лет.

Если вы обнаружите, что диапазон регулировки, предлагаемый вышеупомянутыми драйверами светодиодов, недостаточно широк, чтобы обеспечить необходимое напряжение, вы можете использовать преобразователь постоянного тока в постоянный MEAN WELL для повышения напряжения.

Конвертер постоянного тока в постоянный MEAN WELL

ADM предлагает ряд преобразователей постоянного тока в постоянный ток MEAN WELL мощностью от 15 до 1000 Вт.

Светодиодная арматура постоянного тока

Бывают обстоятельства, при которых падение напряжения может повлиять на работу осветительной арматуры постоянного тока. Напряжение может упасть ниже диапазона, необходимого для включения светодиодов. Другими словами, подаваемый ток может быть правильным, но мощности недостаточно для питания светодиода.

Если вы столкнетесь с этой проблемой, существует недорогое решение для ее устранения.

Вы можете использовать драйвер светодиода MEAN WELL, повышающий постоянный ток.

Драйвер повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный

Драйверы светодиодов постоянного тока в постоянный ток серии MEAN WELL LDH-45 доступны со следующими вариантами вывода:

Они будут повышать входное напряжение до требуемого уровня, но поддерживать требуемый постоянный выходной ток для управления светодиодами.

Если у вас есть какие-либо вопросы по устранению проблем с падением напряжения в светодиодных осветительных установках, не стесняйтесь обращаться в ADM.

Была ли эта информация полезной?

Почему бы не поделиться им со своими коллегами и коллегами? Просто нажмите на синий значок «Поделиться» в LinkedIn ниже.

Лаборатория

: Измерение прямого напряжения светодиодов

Светодиоды (светодиоды) освещают наш современный мир. Во всем, от индикаторов состояния до дисплеев и даже… ну, в общем, для освещения используются светодиоды всех цветов, форм и размеров. Как мы выяснили в предыдущем эксперименте, цвет светодиода определяется свойствами материала кремния, из которого он сделан.В этой лабораторной работе мы исследуем эти свойства и выясним, как они соотносятся с цветом светодиода.

Светоизлучающие диоды, как следует из их названия, похожи на обычные диоды в том, что ток может течь через них только в одном направлении. Это потому, что они состоят из двух различных типов полупроводников, спрессованных вместе. Мы назовем их N-Type и P-Type . Материалы N-типа заряжены отрицательно, потому что в них есть лишние электроны, в то время как материалы P-типа заряжены положительно, потому что в них отсутствуют электроны (у них есть «дырки»).Когда подается ток, электроны текут от N-типа к P-типу и притягиваются к отверстиям. Эти текущие электроны обладают довольно высокой энергией, и когда они «захватываются» дырками, которые находятся на более низком энергетическом уровне, им приходится отдавать часть этой энергии. В светодиодах эта энергия выделяется в виде света. Чем больше разность энергий (известная как запрещенная зона ), тем больше энергии должен высвободить электрон и тем короче длина волны света [1].

«Высота», на которую электрон «падает» в отверстие, является шириной запрещенной зоны светодиода и определяет длину волны излучаемого света.

Представьте, что вы стоите на лестнице и бросаете теннисные мячи в ведро с водой (будьте осторожны). Чем выше вы поднимаетесь по лестнице, тем больше «всплеск» вы произведете. По сути, это то, что определяет цвет светодиода. С красными светодиодами (с низкоэнергетическим длинноволновым светом) вы сбрасываете теннисные мячи с первых двух перекладин. С синими светодиодами (с высокоэнергетическим коротковолновым светом) вы роняете их почти сверху (опять же, будьте осторожны там, наверху). Высота, с которой вы бросаете теннисные мячи, — это ширина запрещенной зоны.

Напряжение, которое мы прикладываем, чтобы заставить светодиод светиться, пропорционально уровню энергии электронов, проходящих через него. Измеряя это напряжение, мы можем оценить, сколько энергии теряют электроны, проходя через него. (Неточно, но довольно близко)

Беспричинное изображение светодиодов

  • Светодиоды — непостоянные звери. Они довольно чувствительны и могут взорваться, если вы дадите им слишком много тока (здесь говорит личный опыт). Обязательно тщательно отрегулируйте их ток и перепроверьте свою проводку.
  • Некоторые светодиоды могут быть очень яркими даже при малых токах. Хотя на них, вероятно, безопасно смотреть, старайтесь не смотреть прямо в них.

Это специальный эксперимент, разработанный для лабораторий с ограниченным оборудованием. Мы создали две версии этого эксперимента на основе имеющегося в вашей лаборатории оборудования / расходных материалов:

  • Лаборатория A: портативные мультиметры, потенциометры и резисторы
  • Лаборатория B: настольный источник питания

Хотя процедуры и материалы разные, конечный результат точно такой же.Однако это может быть проще в зависимости от оборудования, имеющегося в вашей лаборатории.

  • Ручной мультиметр
    • Подойдет все, что может измерять напряжение до 0,01 В.
  • Резистор 100 Ом
  • Потенциометр 10 кОм
  • Батарея и выводы 9 В
  • Различные светодиоды
    • Желательно, чтобы вам понадобились как минимум красный, зеленый и синий светодиоды.
  1. Постройте следующую схему. Аккумулятор еще не вставляйте. (нажмите на фотографии, чтобы увеличить):
  2. Поверните потенциометр так, чтобы цифры наверху были обращены к отрицательному проводу аккумулятора. (на моем я повернул его до упора вправо)
    • Если у вас другой потенциометр, он может работать по-другому. Выньте светодиод и вставьте аккумулятор. Поместите щупы мультиметра на отрицательный провод аккумулятора и одну из ножек резистора. Поворачивайте потенциометр, пока измеритель не покажет ноль вольт.Затем вставьте светодиод обратно.
    • (сначала удалите светодиод)

    • Запомните, в какую сторону смотрит потенциометр, когда счетчик показывает ноль вольт.
  3. Поместите провод мультиметра на каждую ножку резистора и поворачивайте потенциометр до тех пор, пока напряжение не покажет 0,1 В , положительное или отрицательное. Вы должны увидеть, как светодиод начнет светиться.
  4. Измерьте напряжение на светодиоде. Запишите это значение. Это индикатор прямого напряжения светодиода .
  5. Верните потенциометр в исходное положение.
  6. Замените светодиоды и повторите шаги 3-5.
  • Настольный блок питания
    • Блок питания должен иметь регулировку напряжения и тока, а также цифровые дисплеи или шкалы для измерения этих значений.
  • Провода источника питания
    • Используйте провода типа «банановый разъем» с зажимами из крокодиловой кожи на концах.
  • Различные светодиоды
    • Желательно, чтобы вам понадобились как минимум красный, зеленый и синий светодиоды.
  • (дополнительно) Мультиметр
    • Мультиметры обычно более точны, чем показания напряжения / тока на блоке питания, поэтому вам следует использовать его для перепроверки ваших измерений, если он у вас есть.
  1. Установите ограничение тока источника питания на 10 мА.
    • На некоторых источниках питания это можно сделать, установив низкое напряжение (0,1 В), закоротив его выход и поворачивая ограничение тока до тех пор, пока оно не станет равным 10 мА.
  2. Установите напряжение до упора.
  3. Подключите светодиод к выводам источника питания.
  4. Медленно увеличивайте напряжение, пока оно не перестанет расти. Светодиод должен загореться примерно при 1-2 В.
  5. Запишите напряжение, при котором это происходит. Это индикатор прямого напряжения светодиода .
  6. Снова полностью убавьте напряжение.
  7. Замените светодиод другим и повторите шаги 3-6.

Мой блок питания. Обратите внимание на то, как горит красный индикатор «Current», указывая на то, что он регулирует ток.

  • Светодиод не горит
    • Проверьте правильность полярности светодиода. Светодиод загорается только тогда, когда ток течет от его положительного вывода к его отрицательному выводу.
    • Если вы выполняете лабораторную работу А, убедитесь, что ваш аккумулятор достаточно заряжен. Измерьте напряжение мультиметром. Эта лаборатория должна работать с батареей с низким напряжением 5 В (очень, очень разряженная батарея на 9 В!).
    • Если вы выполняете лабораторную работу B, убедитесь, что выход источника питания включен.У некоторых источников питания есть кнопка, которая позволяет включать или отключать их выход.
    • Если ни один из вышеперечисленных шагов не помог, возможно, ваш светодиод неисправен. Отложите его и сообщите об этом своему лаборанту.
  • Светодиод становится очень ярким, а затем внезапно гаснет
    • Возможно, ваш потенциометр был повернут не в ту сторону, когда вы начали. Это приведет к тому, что через светодиод будет протекать очень сильный ток, который повредил его. Не волнуйтесь, светодиоды не так уж и дороги! Отложите это, сообщите об этом своему инструктору лаборатории и считайте это опытом обучения.Убедитесь, что напряжение на светодиоде показывает ноль вольт, когда потенциометр находится в исходном положении.

9025 9025 желтый

Цвет светодиода Напряжение в прямом направлении (В)
Инфракрасный 1,09
Красный 1,80 1,87
Желто-зеленый 1,88
Зеленый 2.36
Синий 2,65
Белый 2,66
1N914 0,62

Наряду с обычными цветами 14 светодиодов и обычных белых светодиодов IN также протестированы слабосигнальный диод. Обратите внимание на то, что прямое напряжение для нормального диода намного меньше, чем для светодиода.

Проверка диода с помощью «метода потенциометра» не так интересна визуально, как проверка светодиодов.

Как мы исследовали в предыдущей лабораторной работе, белые светодиоды на самом деле являются синими светодиодами с желтым люминофором.Тот факт, что его прямое напряжение очень похоже на напряжение синего светодиода, говорит нам о том, что именно этот белый светодиод был сделан таким образом.

Помните, как работают люминофорные светодиоды (посередине)? Белый светодиод с люминофором содержит синий светодиод внизу.

Вот таблица общих цветов светодиодов и их (приблизительных) длин волн [2]:

LED

902 ~ 470

с большей длиной волны имеют более низкое прямое напряжение?

Вот удобная формула для определения энергии фотона определенной длины волны [3]:

Другими словами:

Обратите внимание, как энергия увеличивается с уменьшением длины волны.

Помещая это в таблицу выше, мы получаем:

Цвет Длина волны (нм)
Красный ~ 670
Оранжевый ~ 610
Желтый ~ 580
Желто-зеленый ~ 560
Зеленый ~ 540
Синий ~ 470

9025 ~ 670

Цвет Длина волны (нм) Энергия фотона (эВ)
Красный ~ 670
Оранжевый ~ 610 ~ 2,0
Желтый ~ 580 ~ 2,1
Желто-зеленый ~ 560 ~ 2,2
~ 2,2
~ 2.3
Синий ~ 470 ~ 2,6

Это говорит нам, сколько энергии должен потерять электрон, чтобы произвести фотон данной длины волны. Обратите внимание на то, что единицы измерения — электрон-вольт (эВ), то есть заряд электрона, умноженный на 1 вольт. У вас может возникнуть соблазн сравнить эти значения с измеренными вами прямыми напряжениями, но они не совсем сопоставимы. Из-за некоторых других эффектов прямое напряжение светодиода, умноженное на заряд электрона, на самом деле меньше энергии фотона! Однако они должны быть по крайней мере пропорциональны измеренным вами значениям [4].

Если у вас есть спектроскоп или спектрометр, вы действительно можете измерить длину волны ваших светодиодов! Я использовал спектроскоп Eisco PH 0100QA (не связанный с ними), недорогой и относительно точный. Обычно вы можете найти их за несколько долларов на многих веб-сайтах, посвященных физике или химии.

Мой спектроскоп. Вы смотрите через маленький конец и указываете большим концом на источник света.

Для спектроскопа Eisco вы смотрите в окуляр и наводите трубку так, чтобы свет, который вы хотите измерить, проходил через щель на другом конце.Вы должны увидеть яркое пятно в правой части поля зрения, где есть числовая шкала. Пиковая длина волны — это самая яркая точка пятна. Эти спектроскопы обычно лучше всего работают в слегка затемненной (не полностью темной) комнате, где света достаточно, чтобы видеть числа.

Красный светодиод, если смотреть через спектроскоп. Справа, прямо под числовой шкалой, вы можете видеть, что самая яркая точка находится где-то между отметками 6 и 6,5, то есть около 620-630 нм, то же самое с зеленым светодиодом.Его самое яркое пятно составляет около 530–540 нм, а яркое пятно синего светодиода — около 460–470 нм.

Используя свой спектроскоп, я измерил следующие длины волн для своих светодиодов:

9020 462 902 902 902 902 таблицы, так что у нас есть основа для сравнения, поскольку инфракрасное излучение невидимо невооруженным глазом, а спектроскоп в любом случае не работает так высоко.

Когда вы связываете длину волны с прямым напряжением светодиода, вы получаете этот красивый график:

Я также добавил линию (красную), чтобы показать, какой должна быть рассчитанная ширина запрещенной зоны светодиода. Обратите внимание, как измеренное мной прямое напряжение постоянно ниже. Скорее всего, это могло быть из-за того, что мой спектроскоп плохо откалиброван. Это также может указывать на то, что что-то помимо электрической потенциальной энергии может вносить вклад в энергию фотонов, но для уверенности мне понадобятся более точные приборы.

Цвет Длина волны (нм)
Инфракрасный * 940
Красный 6

Оранжевый 600
Желтый 585
Желто-зеленый 560
Зеленый 530
Синий
Длина волны (нм) Прямое напряжение (В)
940 1.09
630 1,80
600 1,84
585 1,87
560 1,88
560 1,88
1,88

В отличие от лазеров, светодиоды не очень точны. Их длины волн могут немного меняться в зависимости от температуры и силы тока (что, вероятно, просто нагревает светодиод).Это связано с тем, что более высокие температуры приводят к сужению запрещенной зоны светодиода, уменьшая энергию излучаемых фотонов [5].

Пробовали этот эксперимент? Прокомментируйте ниже свои наблюдения!

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode_physics; http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Electronic/led.html
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Color
  3. http://faculty.sites.uci.edu/ chem1l / files / 2013/11 / RDGLED.pdf; https://en.wikipedia.org/wiki/Photon_energy
  4. https: // www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/11143/111432S/Is-a-glowing-LED-meaningful-to-determine-the-Planks-constant/10.1117/12.2508193.full?webSyncID=9a0ce46e-9e6-e-c7 9dab-6a0cbad05932 и sessionGUID = 9ad883c9-d902-bc99-93ce-d268bead49a2; http://electron6.phys.utk.edu/phys250/Laboratories/Light%20emitting%20diodes.htm
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Band_gap

Поделитесь своими знаниями

Line Напряжение по сравнению с низким напряжением — какое освещение лучше?

Многие светодиодные фонари доступны в двух версиях: в версии с линейным напряжением для прямой работы от сети 120 В и в версии с низким напряжением для работы от трансформатора 12 В.В этой статье подробно показано, когда следует использовать какую из двух технологий.

Напряжение в сети или низкое напряжение?

Линейное напряжение и Низковольтная технология существует намного дольше, чем светодиодная технология. Даже старые лампы накаливания были доступны в обеих версиях. С введением светодиодного освещения по-прежнему доступны оба варианта. Однако у светодиодных фонарей есть много преимуществ по сравнению со старыми лампами накаливания. Между тем, сейчас доступно множество источников света и светильников в высоковольтном и низковольтном исполнении.

120В или 12В?

Иногда 120V и 12V упоминаются вместо линейного напряжения и низкого напряжения . Это индикатор рабочего напряжения для соответствующего светодиодного индикатора. Светодиоды линейного напряжения работают от сетевого напряжения 120 В. Низковольтные светодиоды в основном работают с напряжением 12 В.

Что означает напряжение в сети?

Светодиодные фонари в версии с линейным напряжением могут работать напрямую с сетевым напряжением 120 вольт, что является обычным в США.Термин «линейное напряжение» используется для переменных напряжений в диапазоне от 30 до 1000 вольт. Термин «линейное напряжение» не имеет ничего общего с высоким напряжением. Под высоким напряжением обычно понимается переменное напряжение 1000 вольт или более.

Что означает низкое напряжение?

Низковольтные светодиодные фонари в основном работают с напряжением 12В . В зависимости от лампы или светильника может потребоваться как напряжение постоянного тока (DC) , так и напряжение переменного тока (AC) . Это напряжение обычно генерируется трансформатором от сети 120 В.

Термин низкое напряжение — это разговорный термин для обозначения сверхнизкого напряжения . Тем не менее, термин «низкое напряжение» обычно используется, чтобы отличить его от технологии линейного напряжения.

Также существует линейка низковольтных светодиодов с рабочим напряжением 24В . Единственное преимущество перед широко используемыми лампами на 12 В — это меньшие потери мощности при длинном кабеле между трансформатором и источником света. Однако это не проблема для большинства домашних установок.

светодиодных точечных светильника доступны для низкого напряжения и сетевого напряжения.

Плюсы и минусы обеих технологий.

. Существует множество светодиодных фонарей с линейным напряжением, а также в версиях с низким напряжением. Оба излучают одинаковый свет. Когда выбрать какой вариант? Во многих случаях это не имеет значения, но в некоторых случаях технологии имеют преимущества и недостатки.

Плюсы линейного напряжения

Светодиодные лампы линейного напряжения имеют собственный встроенный блок питания и могут работать напрямую от сети.Никакого дополнительного трансформатора не требуется. При переходе на светодиоды старые лампы можно просто заменить модернизированными светодиодами.

  • Трансформатор не требуется
  • Простое преобразование в светодиодный

Минусы линейного напряжения

Светодиодные лампы линейного напряжения имеют более высокое рассеивание мощности, чем версия с низким напряжением, благодаря встроенному блоку питания. Это приводит к увеличению количества отходящего тепла, что может быть проблемой в зависимости от ситуации с установкой. В очках с небольшими лампами или встраиваемых точечных светильниках аккумуляция тепла сокращает срок службы светодиода.При сетевом напряжении 120 В необходимо соблюдать все правила техники безопасности при подключении и эксплуатации.

  • Больше рассеиваемой мощности / отходящего тепла
  • Повышенные требования безопасности

Плюсы низкого напряжения

Низковольтные светодиодные лампы обычно содержат только светодиод и его драйвер. Из-за отсутствия встроенного источника питания рассеивается небольшая мощность и достигается очень высокий КПД. Центральное электропитание обычно является более подходящим вариантом, особенно для установок с несколькими прожекторами.Работа с низким напряжением 12 В безвредна и предпочтительна для кабельных систем или влажных помещений.

  • Низкое рассеивание мощности / отходящее тепло
  • Высокая эффективность
  • Безопасное напряжение

Потребление низкого напряжения

Для работы всех светодиодных ламп низкого напряжения требуется подходящий светодиодный трансформатор. Это не обязательно является недостатком, но имеет смысл только для установок с несколькими светодиодами или прожекторами. Трансформатор должен соответствовать характеристикам осветительной установки, иначе высокая эффективность отдельных светодиодов будет потеряна в трансформаторе.

  • Требуется трансформатор
  • Более высокие затраты на планирование

Когда выбрать какую технологию?

Предыдущий раздел показал, что ни линейное напряжение, ни низковольтная техника в целом не лучше. Но в зависимости от ситуации рекомендуется тот или иной вариант.

Существующие установки

При преобразовании существующих установок на светодиоды рекомендуется сохранить ранее использовавшийся вариант напряжения. Преимущество в том, что вы можете продолжать использовать кабели.Заменять нужно только лампы или точечные светильники. Для низковольтных установок может также потребоваться замена трансформатора на светодиодный источник питания, чтобы избежать таких проблем, как мерцание или мигание.

Поддерживайте вариант высокого или низкого напряжения с существующей электрической установкой

Напряжение постоянного или переменного тока

Для одних светодиодных ламп низкого напряжения требуется напряжение 12 В постоянного тока, для других требуется напряжение 12 В переменного тока. Большинство светодиодных ламп имеют встроенный выпрямитель и могут работать как от постоянного, так и от переменного напряжения.Обратите внимание, что при работе от 12 В переменного тока могут возникнуть дополнительные потери в выпрямителе. Предпочтительно блок питания с напряжением 12 В постоянного тока.

Выберите трансформатор переменного / постоянного тока в соответствии с вашими светодиодными лампами.

Светодиодные прожекторы и встраиваемые светильники.

В случае с встраиваемыми светодиодными светильниками и потолочными светильниками выбор в пользу технологии линейного или низкого напряжения является наиболее трудным. Из соображений безопасности некоторые электрики рекомендуют встраиваемые светодиодные светильники с низким напряжением для влажных помещений, таких как ванные комнаты.В этом случае трансформатор также следует установить вне помещения. Ожидается, что низковольтные прожекторы будут иметь более длительный срок службы из-за меньшего рассеивания мощности.

Выберите точечные светильники с низким напряжением для влажных помещений

Если необходимо установить много точечных светильников с высокой световой мощностью для освещения больших помещений, более рекомендуется вариант с сетевым напряжением. В отличие от версии на 12 В, потери в линии незначительны при питании от сети 120 В.

Выбор точек линейного напряжения для длинного кабельного тракта

Как использовать мультиметр напряжения для поиска и устранения неисправностей при установке светодиодов

1.) Выберите правильную настройку переменного тока на вольтметре

.

Для проверки высокого напряжения переменного тока необходимо сначала установить мультиметр в правильное положение на переключателе диапазонов и вставить измерительный провод в соответствующее гнездо. На нашем мультиметре напряжение переменного тока отмечено красным. Как видите, есть вариант 600 или 200. Вы хотите выбрать вариант с более высоким напряжением, чем тестируемое вами. В этом случае мы тестируем 120 В переменного тока, поэтому мы устанавливаем шкалу на 200. Если вы тестировали напряжение выше 200 В переменного тока, вы бы установили селекторный переключатель на 600.

2.) Подключите измерительные провода к источнику питания переменного тока

.

Подсоедините испытательные провода к двум точкам, в которых должно быть снято показание напряжения, в этом случае один вывод на вашей нагрузке и один вывод на нейтрали, полярность не имеет значения (НИКОГДА НЕ ПРИКАСАЙТЕСЬ К ДВУМ ТОЧКАМ ОДНИМ ПРОВОДОМ, ПОРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ БУДЕТ ПРОИСХОДИТЬ). Будьте осторожны, не касайтесь проводов под напряжением какими-либо частями своего тела. Никогда не заземляйте себя при проведении электрических измерений. Не касайтесь открытых металлических труб, розеток, арматуры и т. Д., который может иметь потенциал земли. Изолируйте свое тело от земли, используя сухую одежду, резиновую обувь, резиновые коврики или любой одобренный изоляционный материал. Никогда не прикасайтесь к оголенной проводке, соединениям или любым проводам цепи под напряжением при проведении измерений. Перед использованием всегда проверяйте правильность работы испытательного оборудования.

3.) Проверьте показания напряжения переменного тока на мультиметре

.

Если все было сделано правильно, вы должны увидеть напряжение на цифровом экране вашего мультиметра.В этом случае мы тестировали, чтобы убедиться, что источник питания получает входное напряжение 120 В переменного тока, а показание составило 118,9 В переменного тока, что является приемлемым. При любом показании напряжения следует ожидать небольшого отклонения в любом направлении.

1.) Выберите правильную настройку постоянного тока на вольтметре

.

Для проверки низкого напряжения постоянного тока необходимо сначала установить мультиметр в правильное положение на переключателе диапазонов и вставить измерительный провод в соответствующее гнездо. На нашем мультиметре напряжение постоянного тока отмечено черным цветом.Как видите, есть вариант 200, 20 или 2. Вы хотите выбрать вариант с более высоким напряжением, чем тестируемое вами. В этом случае мы тестируем на 12 В постоянного тока, поэтому мы устанавливаем шкалу на 20. Если вы тестировали напряжение выше 20, вы должны установить селекторный переключатель на 200.

2.) Подключите измерительные провода к источнику постоянного тока

.

Подключите измерительные провода к двум точкам, в которых должно быть снято показание напряжения, в этом случае красный провод к положительному, а черный к отрицательному, обратная полярность даст вам отрицательное показание (НИКОГДА НЕ ПРИКАСАЙТЕСЬ К ДВУМ ТОЧКАМ С ОДИН ПРИВОД).Будьте осторожны, не касайтесь проводов под напряжением какими-либо частями своего тела. Никогда не заземляйте себя при проведении электрических измерений. Не прикасайтесь к оголенным металлическим трубам, розеткам, арматуре и т. Д., Которые могут иметь потенциал земли. Изолируйте свое тело от земли, используя сухую одежду, резиновую обувь, резиновые коврики или любой одобренный изоляционный материал. Никогда не прикасайтесь к оголенной проводке, соединениям или любым проводам цепи под напряжением при проведении измерений. Перед использованием всегда проверяйте правильность работы испытательного оборудования.

3.) Проверьте показания постоянного напряжения на мультиметре

.

Если все было сделано правильно, вы должны увидеть напряжение на цифровом экране вашего мультиметра. В этом случае мы тестировали, чтобы убедиться, что источник питания выдает 12 В постоянного тока, а показание составляет 12,12 В постоянного тока, что является приемлемым. При любом показании напряжения следует ожидать небольшого отклонения в любом направлении. Если вы измените полярность на тестовых проводах, показание будет -12,12 В постоянного тока, это хороший способ проверить полярность, если она не отмечена на вашем светодиодном продукте.

1.) Найдите проблему непрерывности

Выполняется проверка целостности цепи, чтобы определить, является ли цепь разомкнутой или замкнутой. Например, настенный выключатель замкнут, когда он переведен в положение «включено», и разомкнут, когда он выключен. Обрыв цепи не может проводить электричество. Замкнутый контур имеет непрерывность. Этот тест следует проводить при НЕТ тока. Перед проверкой целостности всегда отключайте устройство от сети или выключайте главный прерыватель цепи. Перед использованием всегда проверяйте правильность работы испытательного оборудования.Если все сделано правильно, можно использовать тест на непрерывность, чтобы определить точное место проблемы, например, обрыва паяного соединения или потери провода, в этом случае у светодиодной ленты есть разрыв паяного соединения.

2.) Выберите правильную настройку на вашем вольтметре

.

Чтобы проверить целостность цепи, установите переключатель выбора диапазона в положение минимального сопротивления или значок, который выглядит как боковой символ Wi-Fi, и подключите красный измерительный провод к соответствующему разъему. Существует множество вариантов проверки уровней сопротивления, но эти параметры не очень важны для устранения каких-либо распространенных проблем со светодиодами.Вы можете проверить, правильно ли работает мультиметр, соприкоснув два тестовых провода вместе, прибор должен издать звуковой сигнал или зарегистрировать показание 0, что означает отсутствие сопротивления.

3.) Проверьте целостность источника проблемы

После того, как вы установили, что, по вашему мнению, является источником проблемы, и настроили для мультиметра правильную настройку, вы можете приступить к поиску и устранению источника проблемы. В этом случае мы проверили положительное соединение на каждой стороне светодиодной ленты, где, по нашему мнению, паяное соединение сломано.Как вы можете видеть, вольтметр не опустился на ноль и не издал звуковой сигнал, что означает отсутствие непрерывности между этими двумя точками, а это означает, что питание не может продолжаться между этими двумя точками. Теперь мы можем проверить два момента до и после проблемы, чтобы убедиться, что это единственное место с проблемой.

4.) Проверьте целостность до и после источника проблемы

После того, как вы нашли то, что, по вашему мнению, является источником проблемы, и проверили непрерывность, теперь вы можете протестировать непрерывность до и после проблемы, чтобы убедиться, что это единственный источник проблемы.Поместив два тестовых провода на две положительные медные площадки до и после разрыва паяного соединения, измеритель напряжения сообщает мне с помощью дисплея 0 и звукового сигнала, что между этими двумя точками есть непрерывность. Теперь я могу быть уверен, что причиной проблемы является сломанный паяный стык, и с помощью быстрой пайки внахлест я могу легко решить проблему.

1.) Падение напряжения на светодиодах

Распространенное заблуждение при установке светодиодов состоит в том, что вы можете просто соединить вместе большое количество светодиодных продуктов в серию без каких-либо проблем.У нас есть некоторые продукты, которые могут работать дальше, чем другие в одной серии, но в целом, чем дольше вы запускаете светодиодный продукт в серии, тем большее падение напряжения вы испытаете, особенно когда вы используете длинные соединительные провода от источника питания. источник. Параллельное подключение — лучший способ бороться с падением напряжения в светодиодной продукции, и знание напряжения, которое получают ваши светодиодные продукты, имеет решающее значение для срока службы и яркости ваших светодиодных продуктов.

2.) Проверка выхода постоянного тока от источника питания

Если вы прочитали вышеприведенное руководство по тестированию напряжения постоянного тока, вы должны знать, как правильно измерять выходную мощность источника постоянного тока.В этом случае источник питания выдает 12,12 Вольт, как и предполагалось, но когда я добавлю 200 футов провода между источником питания и моими лампами, вы увидите падение напряжения. Имейте в виду, что 200 футов проволоки предназначены просто для демонстрационных целей. В любой установке светодиодного освещения, чем короче провод, тем лучше и равномернее будет светоотдача.

3.) Проверка входа постоянного тока на светодиодном приборе

После добавления 200-футового провода 18AWG между моими светодиодными лампами и источником питания постоянного тока я могу просто использовать тестовые провода мультиметра для измерения входного напряжения моих светодиодных фонарей.В этом случае входное напряжение составляет 10,91 В постоянного тока в начале полосы, поэтому мы потеряли более 1 В по всей проводке. Вам также следует проверить конец установки светодиодов, поскольку падение напряжения на светодиодах продолжает происходить. Если на конце светодиода наблюдается падение напряжения, подайте питание на оба конца и начало, чтобы выровнять падение напряжения.

4.) Регулировка выходного напряжения источника питания светодиодов

** Никогда не регулируйте потенциометр на источнике питания без использования измерителя напряжения. Это неправильный способ сделать ваши фонари ярче, со временем неправильное напряжение на ваших светодиодных лампах сократит срок службы и потенциально может стать причиной пожара.**

Вы можете регулировать выходное напряжение на некоторых источниках питания с помощью регулировочного потенциометра, расположенного на передней панели устройства. Только наши неводонепроницаемые источники питания имеют потенциометр для регулировки напряжения. Просто поверните потенциометр по часовой стрелке для увеличения и против часовой стрелки для уменьшения, а затем повторно проверьте напряжение в начале светодиодов.

5.) Повторно протестируйте вход постоянного тока на светодиодном приборе

После настройки выходного напряжения источника питания светодиодов вы можете повторно проверить входное напряжение в начале светодиодных индикаторов.После регулировки потенциометра мое напряжение на моей светодиодной полосе теперь составляет 12,15 В постоянного тока, что намного более приемлемо, чем 10,9 В постоянного тока. Обязательно проверьте напряжение на всех ваших светодиодных лентах, оптимальное напряжение составляет + или — 0,75 В.

Светодиодные лампы 480v | Высоковольтные светодиодные лампы типа «кукуруза»

A: Указывает диапазон напряжения, в котором будет работать лампа или лампочка. Известен как мультивольтный прибор или драйвер. В этом случае 200-480 В переменного тока означает, что любое используемое вами напряжение от 200 до 480 В будет работать., Типичными примерами являются 208 В переменного тока, 277 В переменного тока, 347 В переменного тока и 480 В переменного тока. В традиционных мультивольтных пускорегулирующих аппаратах требовалось вырезать вкладки, но более современные светодиоды обычно переключаются автоматически.

На самом деле, давайте перейдем к техническим вопросам, что такое 480 В переменного тока для хардкора?

VAC обозначает вольт (электрическое давление) переменного тока. 480 В переменного тока — это обычно используемое напряжение в коммерческих и промышленных энергосистемах. Он относится к среднеквадратичному значению (RMS) линейного переменного напряжения. Обычно он подается с частотой 60 Гц и имеет пиковое значение приблизительно 679 В.

480 В, 3 фазы Промышленное питание в США

Обычно напряжение 480 В используется в трехфазных коммерческих и промышленных двигателях. Он рассчитан на работу в соответствии со спецификацией при 460 В (номинальное) между линиями. Несмотря на то, что они широко известны как высоковольтные, Американский национальный институт стандартов классифицирует трехфазную мощность 480 В как низковольтную систему питания. При работе с напряжением 120 или 240 В называть 480 В как низкое напряжение — это неправильно. Однако понимание классификаций напряжения до 1 100 000 В помогает понять, почему 480 В относится к категории низкого напряжения.

Большинство промышленных предприятий предпочитают трехфазное напряжение 480 В вместо 204 В и 208 В, поскольку оно обеспечивает в 2,0 (480/240) или 2,3 (480/208) раз больше мощности при том же токе. Кроме того, он обеспечивает большую мощность при том же токе, что снижает стоимость строительства с меньшими электрическими услугами и снижает затраты на энергию, поскольку меньше энергии теряется на нагрев формы или сопротивление току.

480 В, 3 фазы, звезда

480 В, 3 фазы, звезда, аналогичны 3 фазе 208 В, в том, что они имеют конфигурацию питания 3 фазы, 4 провода и нейтральный провод.Большинство систем питания на 480 В имеют конфигурацию «звезда», поскольку они могут питать однофазные осветительные нагрузки 277 В, а напряжение между фазой и нейтралью составляет 277 В или ниже 300 В.

Трехфазная система питания 480 В, звездочка также называется 480 В / 277 В или 480 В, фаза 4, 4 провода. Технически эти термины более точны, поскольку относятся к нейтральному. Y в 480Y / 277V обозначает нейтраль как центр Y-образного источника питания, в то время как 4-проводной в 480-вольтовом 3-фазном 4-проводном соединении обозначает нейтраль как 4-й провод

480V 3-фазный дельта

480 3-фазный Delta 3-проводная конфигурация питания без нейтрального провода.Обычно системы питания на 480 В не имеют дельта-конфигурации, поскольку фаза на землю превышает 300 В.

Вау. Это было много, отступите, пожалуйста. А как насчет основ власти?

Что такое напряжение?

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое проталкивает ток через проводящий контур. Это разница в электрическом потенциале между двумя точками. Напряжение — это один из параметров, описывающих электрические условия в цепи. Единица измерения — вольт.

Первоначально напряжение называлось электродвижущей силой (ЭДС). Это причина, по которой он представлен символом E в некоторых уравнениях, таких как закон Ома.

Единицами измерения напряжения согласно Международной системе единиц являются вольты (СИ). Единица СИ для работы на единицу — джоули на кулон. 1 вольт равен 1 джоуля работы на 1 кулон заряда. Основными составляющими вольта как единицы СИ являются мощность и ток. 1 вольт равен 1 ватту мощности на 1 ампер.

Что такое переменное напряжение?

Альтернативное напряжение заряда, обычно известное как напряжение переменного тока, представляет собой ток, который периодически меняет полярность или направление. Следовательно, уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. Чаще всего напряжение переменного тока используется для подачи питания в дома, офисы и т. Д. Это форма питания, используемая при использовании бытовой и офисной техники. Устройство, используемое для генерации переменного тока, известно как генератор переменного тока.

Переменный ток содержит синусоидальную волну, полупериод которой соответствует положительному направлению тока и наоборот.Однако некоторые устройства, например гитарные усилители, используют различные формы волны, такие как прямоугольные и треугольные волны.

Что такое стандартное напряжение?

Стандартное напряжение относится к уровню подачи электроэнергии, рекомендованному для использования в различных условиях. Двумя основными характеристиками электроснабжения являются частота и напряжение. В разных странах используются разное напряжение и частота. Наиболее распространенная комбинация — 230 В и 50 Гц, которая используется в Южной Америке, Европе и большинстве частей Азии и Африки.Наиболее распространенная комбинация в Северной Америке — 120 В и частота 60 Гц.

А как насчет замены HID-фонарей на кукурузные лампочки 480 В?

Лампы для кукурузы — лучшая замена светодиодным лампам с более высокой мощностью, таким как лампы на парах ртути, галогениды металлов и натриевые лампы высокого давления HID. Они известны как кукурузные фонари, потому что на них есть ряды светодиодных чипов на лампах, которые похожи на ряды початков на початке кукурузы.

Конструкция светодиодных ламп типа «кукуруза» обеспечивает большое количество света с помощью светодиодов, для которых требуется много диодов.Диоды крепятся к металлическому стержню и имеют достаточную площадь поверхности для охлаждения. Светодиодные фонари «кукуруза»

можно закрепить на многих винтах в гнездах. Однако вам нужна подходящая розетка. В настоящее время существуют кукурузные лампы E39 для E26 Corn Lamps (Mogul) (E39 подходит для E40, а E26 подходит для E27), что позволило сократить половину ламп.

Два основных типа светодиодных ламп накаливания кукурузы — это балласт с байпасом и подключи и работай.

Plug and play светодиодные фонари для кукурузы

Plug and play — это приспособление, работающее с балластом.Он не требует повторного подключения или снятия балласта, так как работает с существующим балластом. Это также известно как прямая посадка.

Plug and play — это проблема, потому что этот балласт выйдет из строя, и вам придется его обслуживать. Удалите его один раз и покончите с этим. Plug and play также имеют более короткую жизнь. Основная роль балласта — управлять потоком электрического тока к HID люминесцентной арматуре. Такое изменение и усиление мощности опасно и ненужно.

Обвод балласта

Это правильный путь!

В байпасе балласта балласт снимается, и лампа получает энергию непосредственно от патронов.Он также известен как линейный светодиод с прямым проводом. Большинство людей предпочитают заменять металлогалогенные лампы на балластные версии с байпасом. Большинство из них также удаляют балласт и подают напряжение непосредственно в бытовую розетку среднего размера. Это помогает снизить энергопотребление и снизить затраты на техническое обслуживание.

Список литературы;

https://www.fluke.com/en/learn/best-practices/measurement-basics/electricity/what-is-voltage

https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt -1 / напряжение-ток /

https: // ctlsys.com / support / electric_service_types_and_voltages /

https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-1/what-is-alternating-current-ac/

Постоянное напряжение Vs. Драйверы для светодиодов постоянного тока | Справочник инженеров-проектировщиков

Светодиоды

теперь используются по умолчанию для освещения офисов, фабрик и общественных мест. Их долгий срок службы, низкое энергопотребление и компактность оказались чрезвычайно популярными для разнообразных требований к освещению. Сама технология значительно продвинулась вперед, и инновации в области рассеивания тепла имеют решающее значение для ее использования при освещении больших площадей.

Драйверы светодиодов

, используемые для питания осветительных установок на основе светодиодов, доступны в двух различных типах: с постоянным напряжением и постоянным током. При выборе драйвера светодиода это помогает понять различия между двумя типами драйверов.

Но прежде чем мы перейдем к деталям драйверов, это поможет более внимательно изучить характеристики светодиода.

Характеристики светодиода

Светодиоды

— это полупроводники, в которых переходы излучают свет при питании от постоянного напряжения.Как и все полупроводники, они проводят электричество только в одном направлении, и, следовательно, соединительные провода указывают полярность. Свет исходит от светодиода, когда через него протекает электрический ток от анода (+) к катоду (-).

Количество излучаемого света пропорционально приложенному напряжению и току. Если приложено слишком большое напряжение или протекает слишком большой ток, светодиодный излучатель будет необратимо поврежден. Когда светодиод проводит и излучает свет, ток называется прямым током, а приложенное напряжение — прямым напряжением.

Рисунок 1: Прямое напряжение по отношению к прямому току

Одна из основных нелинейных характеристик светодиода заключается в том, что относительно небольшие изменения прямого напряжения могут привести к более значительным изменениям прямого тока, как показано на рисунке 1.

Больше прямого тока излучает больше света от перехода светодиода. Прямой ток вызывает нагревание светодиода, что, в свою очередь, может привести к большему протеканию тока.Этот нежелательный атрибут светодиодного излучателя создает условия теплового разгона, увеличивая ток и повышая температуру. Если это не остановить, это приведет к выходу из строя светодиодного перехода.

С точки зрения надежности, чем холоднее светодиод, тем дольше он прослужит, поэтому существует оптимальный баланс между светоотдачей и прямым током возбуждения.

Температура перехода светодиода во время работы может быть очень высокой, обычно до 200 ° C. Управление температурой за счет использования радиаторов имеет решающее значение для обеспечения длительного срока службы.Управление током, протекающим через светодиод, также является критическим фактором.

Что такое драйвер светодиода постоянного напряжения?

Драйвер светодиода с постоянным напряжением подает строго регулируемое выходное напряжение на светодиоды при всех условиях нагрузки. Как правило, эти блоки представляют собой источники питания переменного и постоянного тока с питанием от сети, специально разработанные для светодиодного освещения.

Драйверы светодиодов постоянного напряжения будут продолжать подавать выходное напряжение до максимального предела тока, выше которого защита от перегрузки по току (OCP) отключит подачу постоянного тока.

Доступный диапазон выходных напряжений зависит от типа приложения, но обычно включает популярные номинальные выходные напряжения 12 В постоянного тока и 24 В постоянного тока для небольших одиночных светодиодных установок. Однако для крупномасштабных светодиодных установок тенденция к объединению нескольких светодиодов в несколько последовательно соединенных цепочек приводит к увеличению требуемого напряжения привода до сотен вольт.

Что такое светодиодный драйвер постоянного тока?

Как следует из названия, драйвер светодиода постоянного тока обеспечивает тщательно контролируемый ток в заданном диапазоне выходных напряжений.Такие источники питания драйверов светодиодов указывают номинальный постоянный выходной ток в мА или А и диапазон напряжений, в котором они работают. Драйвер изменяет выходное напряжение для поддержания заданного значения тока.

Драйверы постоянного тока для светодиодов особенно хорошо подходят для систем освещения высокой мощности. Они поддерживают оптимальный и постоянный световой поток, особенно для цепочек светодиодов, предотвращая возникновение условий теплового разгона.

Управление драйвером светодиода

Большинство светодиодных драйверов обеспечивают некоторую степень программируемости и контроля.Некоторые базовые функции включают возможность управления или последовательного вывода светодиодных ламп и цепочек с помощью системы на основе микроконтроллера.

Более сложные функции включают возможность программирования или настройки выходов по току и напряжению драйвера светодиода, а также установку пределов защиты от перегрузки по току и перенапряжения.

Требование управлять крупномасштабными установками светодиодного освещения привело к разработке стандартов управления освещением. Самыми популярными из этих стандартов протокола связи, используемых в отрасли, являются цифровой адресный интерфейс освещения (DALI) и цифровой мультиплексор (DMX).

Причины мерцания в светодиодных осветительных установках

Возможность управления светоотдачей, например, затемнение, также является популярным требованием к управлению, хотя требует особого внимания из-за потенциального побочного эффекта мерцания.

В большинстве драйверов светодиодов используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления напряжением и током возбуждения светодиодов. ШИМ работает путем быстрого переключения выходного напряжения на высокой частоте. Ширина импульса определяет, как долго светодиод будет гореть в течение заданной продолжительности, тем самым управляя рабочим циклом.Это переключение снижает световой поток, что приводит к эффекту затемнения.

Однако светодиоды, в отличие от ламп накаливания, могут мгновенно реагировать на изменения напряжения возбуждения. При высоких уровнях затемнения и в зависимости от частоты переключения человеческий глаз может обнаружить переключение и интерпретировать его как мерцание.

Мерцание вызывает раздражение и может вызвать головную боль, мигрень и дискомфорт у многих людей. Мерцание также может возникать из-за плохо спроектированных драйверов светодиодов.

Драйверы светодиодов

используют концепцию импульсного источника питания для преобразования сетевого напряжения переменного тока в требуемое напряжение привода светодиодов постоянного тока.Топология преобразования мощности может оставлять небольшие регулярные низкочастотные колебания напряжения на выходе постоянного тока.

Колебания напряжения, называемые пульсациями, могут достигать 200 мВ и обычно фильтруются и сглаживаются в хорошо разработанных драйверах светодиодов. Однако такое пульсирующее напряжение может представлять собой достаточно значительное изменение, чтобы вызвать мерцание светового потока светодиода.

Сертификаты безопасности

Драйверы светодиодов

, модули светодиодных излучателей и светодиодные светильники должны соответствовать международно признанным стандартам безопасности.

С точки зрения драйвера светодиодов, правила включают электрическую безопасность и электромагнитную совместимость (EMC). IEC 61347-1-13 охватывает все аспекты электробезопасности, включая изоляцию опасного сетевого напряжения переменного тока от появления на выходе постоянного тока, устойчивость к влаге и изоляцию для предотвращения контакта пользователей с высоким напряжением.

Электромагнитная совместимость становится все более важным аспектом большинства электронных устройств сегодня, и поскольку все драйверы светодиодов используют топологию переключения для преобразования мощности и регулирования яркости, они могут создавать электромагнитные помехи.Пределы электромагнитной совместимости охватываются CISPR 15, в то время как стандарты электромагнитной устойчивости включают IEC 61547 и IEC 61000.

В нашем мире высоких цен на энергию энергоэффективность драйвера светодиода является важным фактором. Европейская директива по экодизайну устанавливает минимальные уровни энергоэффективности, которые водитель должен соблюдать при полной нагрузке, низкой нагрузке и в режиме ожидания.

Рисунок 2: Характеристики выходного тока и напряжения Meanwell XLG-75-H

Драйверы светодиодов постоянной мощности

Последнее нововведение в драйверах светодиодов — это драйвер светодиода с постоянной мощностью, который управляет выходным напряжением и током для обеспечения постоянного питания светодиода.Сочетание возможности управления напряжением и током позволяет управлять светодиодом для получения оптимального количества светового потока и температуры перехода, чтобы он работал с максимальной нагрузкой.

Прежде всего, драйверы светодиодов с постоянной мощностью предоставляют инженерам по свету более гибкие и легко настраиваемые возможности управления светодиодом для различных областей применения. Вместо того, чтобы указывать драйвер постоянного тока или постоянного напряжения, разработчик систем освещения имеет более универсальные возможности драйвера, которые могут помочь упростить реализацию освещения.

Примером этого является Meanwell XLG-75-H, который иллюстрирует диапазон управляющего тока и напряжения, возможных для поддержания постоянной огибающей мощности (см. Рисунок 2).

Выбор типа используемого драйвера светодиода

Выбор драйвера светодиода включает несколько жизненно важных критериев, из которых в первую очередь следует учитывать напряжение светодиода, ток и тип применения.

Для простых небольших светодиодных систем освещения, вероятно, все, что потребуется, — это драйвер светодиода постоянного напряжения.Однако по мере увеличения количества или выходной мощности светодиодов — в основном, когда задействованы длинные цепочки — необходимость более тщательного управления током возбуждения требует использования драйвера постоянного тока для светодиодов.

С практической точки зрения, драйвер постоянной мощности обеспечивает максимальную гибкость. Проверка того, что выбранный драйвер светодиодов соответствует действующим стандартам безопасности и энергоэффективности, также является важным шагом в процессе выбора.

Светодиодное освещение

охватывает множество различных вариантов использования внутри и снаружи помещений, от витрин до освещения автомагистралей и всего остального.Светодиодное освещение обеспечивает энергоэффективное, управляемое и надежное средство освещения любой среды. Для питания светодиода требуется хорошо продуманный драйвер, который может работать непрерывно, имеет регулировку яркости и не вызывает мерцания. Имея это в виду, наши специалисты по энергетике могут помочь вам найти правильное решение для ваших проектов. Свяжитесь с нами, чтобы обсудить ваши требования.

Когда и почему выбирать ленты низкого или высокого напряжения

Светодиодные ленты

обычно делятся на две категории напряжения — высокое напряжение (110 В или выше) и низкое напряжение (24 В или ниже).В блоге на этой неделе обсуждаются различия между ними и когда их следует использовать.

Есть два основных различия, которые влияют на все или большинство более мелких. Чтобы полностью понять их, вам понадобятся некоторые знания о напряжении, о том, что это такое и как оно влияет на мощность, о чем мы говорили в предыдущем сообщении в блоге здесь. Первый абзац этого сообщения в блоге хорош как резюме:

Когда электричество проходит через проводник (например, провод или светодиодную ленту), он встречает сопротивление.Это сопротивление, каким бы малым оно ни было, снижает напряжение при прохождении электричества через полосу. Эта потеря напряжения и мощности приводит к потере тепла (примечание: так работают электрические обогреватели, плиты и даже традиционные лампы накаливания!). Если вы не пытаетесь нагреть провод — скажем, вы пытаетесь зажечь несколько светодиодных полос — сопротивление, и результирующее падение напряжения будет плохим.

Светодиодные ленты предназначены для работы при оптимальном напряжении. Выше этого напряжения ваши светодиоды излучают больше света, чем они были предназначены, выделяют больше тепла и быстрее выходят из строя.Ниже этого напряжения светодиоды тускнеют. При очень низком напряжении светодиоды могут работать нестабильно — мигать или даже мигать. Все это нехорошо.

Падение напряжения возникает, когда светодиодная лента работает, проводка или и то, и другое слишком длинные. Сопротивление в этих проводниках складывается — и ваши светодиоды начинают работать ниже своего оптимального диапазона напряжений, что приводит к затемнению. Однако при правильной конструкции системы и выборе компонентов падение напряжения можно свести к минимуму.

Из-за того, как работает падение напряжения, полоска с более высоким напряжением может работать дольше — как и при любой длине проводника, теряется меньшее абсолютное напряжение.

Если вам нужна более длительная работа или вы испытываете трудности с затемнением, лучше подойдут полоски с более высоким напряжением. Также легко понять вторую часть — насколько более высокое напряжение потенциально более опасно. Эти два соображения приводят к основным различиям между ленточными лампами низкого и высокого напряжения.

Длина пробега: высоковольтные полосовые лампы, как было объяснено, могут работать намного дольше, чем низковольтные. Как правило, длина пробега пропорциональна квадрату напряжения — таким образом, полоса 24 В может проходить в ЧЕТЫРЕ раза больше, чем эквивалентная полоса 12 В, а полоса 110 В может проходить еще дальше (сотни футов, во многих случаях ).

Конструкция: Поскольку более высокое напряжение более опасно, конструкция и конструкция высоковольтных полосовых систем требует некоторого дополнительного рассмотрения.Полосы высокого напряжения заключены в гораздо более прочный (и дорогостоящий) материал, поэтому потенциально опасные высоковольтные компоненты остаются вне досягаемости. По той же причине очень мало высоковольтных лент можно разрезать и подсоединять. Плохое соединение на полоске 12 В, которое может привести к возникновению одной или двух искр, может легко привести к возгоранию при напряжении 110 В.

Как правило, вы должны поддерживать минимально возможное напряжение для вашего проекта. Это экономит средства, снижает риски и упрощает установку.Снижение напряжения может быть выполнено несколькими способами (некоторые из них обсуждаются здесь), но общая цель этих предложений — уменьшить длину пробега. Простой пример — взять пробежку (скажем, 50 футов) и разделить ее на две части (по 25 футов каждая), поместив источник питания посередине, а не на одном конце.

Трудно установить жесткие правила для ограниченной информации о проекте, но в качестве очень общего руководства группа технической поддержки HitLights предлагает следующие значения длины цикла и напряжения. (Примечание: HitLights в настоящее время не предлагает высоковольтные световые ленты, но наша команда будет рада посоветовать вам, что искать, если они потребуются для вашего проекта)

До 32 футов: 12 В
32 — 100 футов: 24 В
Более 100 футов: 110 В

Знаете ли вы, что HitLights предлагает бизнес-аккаунты для избранных клиентов? Подайте заявку сейчас, чтобы получить количественные цены, расширенные возможности доставки и запасов и многое другое.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.