Як підключити світлодіод до 12 вольтів розрахунок підключення у схемах

Світлодіоди вже давно використовуються у різних сферах життя та діяльності людей. Завдяки своїм якостям та технічним характеристикам, вони набули широкої популярності. На основі цих джерел світла створюються оригінальні світлотехнічні конструкції. Тому у багатьох споживачів досить часто виникає питання, як підключити світлодіод до 12 воль там. Ця тема є дуже актуальною, оскільки таке підключення має принципові відмінності від інших типів ламп. Слід враховувати, що для роботи світлодіодів використовується постійний струм. Велике значення має дотримання полярності при підключенні, інакше світлодіоди просто не будуть працювати.

Особливості підключення світлодіодів

У більшості випадків для світлодіодів, що підключаються, потрібне обмеження струму за допомогою резисторів. Але іноді цілком можливо обійтися і без них. Наприклад, ліхтарики, брелоки та інші сувеніри зі світлодіодними лампочками живляться від батарей, підключених безпосередньо. У цих випадках обмеження струму відбувається за рахунок внутрішнього опору батареї. Її потужність настільки мала, що її просто не вистачить, щоб спалити освітлювальні елементи.

Однак при некоректному підключенні ці джерела світла дуже швидко перегорають. Спостерігається стрімке падіння яскравості свічення, коли на них починає діяти нормальний струм. Світлодіод продовжує світитися, але в повному обсязі виконувати свої функції він не може. Такі ситуації виникають, коли відсутня резистор, що обмежує. При подачі живлення світильник виходить із ладу буквально за кілька хвилин.

Одним з варіантів некоректного підключення до мережі на 12 вольт є збільшення кількості світлодіодів у схемах.потужних та складних пристроїв. І тут вони з'єднуються послідовно, для опір батарейки. Однак при перегоранні однієї або декількох лампочок весь пристрій виходить з ладу.

Існує кілька способів, як підключити світлодіоди на 12 вольт схема яких дозволяє уникнути поломок. Можна підключити один резистор, хоча це не гарантує стабільної роботи пристрою. Це з істотними відмінностями напівпровідникових приладів, незважаючи на те, що вони можуть бути з однієї партії. Вони мають власні технічні характеристики, відрізняються за струмом і напругою. При перевищенні струмом номінального значення один із світлодіодів може перегоріти, після чого інші лампочки також дуже швидко вийдуть з ладу.

В іншому випадку пропонується з'єднати кожен світлодіод із окремим резистором. Виходить своєрідний стабілітрон, що забезпечує коректну роботу, оскільки струми набувають незалежності. Однак дана схема виходить занадто громіздкою та надмірно завантаженою додатковими елементами. У більшості випадків нічого не залишається, як підключити світлодіоди до 12 воль там послідовно. При такому підключенні схема стає максимально компактною та дуже ефективною. Для її стабільної роботи слід заздалегідь подбати про збільшення напруги живлення.

Визначення полярності світлодіода

Щоб вирішити питання, як підключити світлодіоди до ланцюга 12 вольт, необхідно визначити полярність кожного з них. Для визначення полярності світлодіодів є кілька способів. Стандартна лампочка має одну довгу ніжку, яка вважається анодом, тобто плюсом. Коротка ніжка є катодом – негативним контактом із знаком мінус. Пластикова основа або головка має зріз,вказує місце розташування катода – мінуса.

В іншому способі необхідно уважно подивитися всередину скляної колби світлодіода. Можна легко розглянути тонкий контакт, який є плюсом, і контакт у вигляді прапорця, який, відповідно, буде мінусом. За наявності мультиметр можна легко визначити полярність. Потрібно виконати встановлення центрального перемикача в режим продзвонювання, а щупами торкнутися контактів. Якщо червоний щук зіткнувся з плюсом, світлодіод повинен спалахнути. Значить, чорний щуп буде притиснутий до мінуса.

Тим не менш, при короткочасному неправильному підключенні лампочок з порушенням полярності з ними не станеться нічого поганого. Кожен світлодіод здатний працювати тільки в один бік і вихід з ладу може статися лише у разі підвищення напруги. Значення номінальної напруги для окремого світлодіода становить від 2,2 до 3 вольт, залежно від кольору. При підключенні світлодіодних стрічок і модулів, що працюють від 12 вольт і вище, до схеми обов'язково додаються резистори.

Розрахунок підключення світлодіодів у схемах на 12 і 220 вольт

Окремий світлодіод неможливо безпосередньо підключити до джерела живлення на 12 В, оскільки він відразу ж згорить. Необхідно використання обмежувального резистора, параметри якого розраховуються за формулою: R= (Uпит-Uпад)/0,75I, в якій R є опором резистора, Uпит і Uпад - напруга, що живить і падає, I - струм, що проходить по ланцюгу, 0,75 - Коефіцієнт надійності світлодіода, що є постійною величиною.

Як приклад можна взяти схему, що використовується при підключенні світлодіодів на 12 вольт в авто до акумулятора. Вихідні дані виглядатимуть так:

Uпіт = 12В -напруга в автомобільному акумуляторі;
Uпад = 2,2В - напруга живлення світлодіода;
I = 10 мА чи 0,01А – струм окремого світлодіода.

Відповідно до формули, наведеної вище, значення опору буде наступним: R = (12 - 2,2) / 0,75 х 0,01 = 1306 Ом або 1,306 кОм. Таким чином, найближче буде стандартна величина резистора 1,3 ком. Крім того, буде потрібно розрахунок мінімальної потужності резистора. Дані розрахунки використовуються і при вирішенні питання, як підключити потужний світлодіод до 12 воль там. Попередньо визначається величина фактичного струму, яка може збігатися зі значенням, зазначеним вище. Для цього використовується ще одна формула: I = U / (Rрез. + Rсвітло), в якій Rсвітло є опором світлодіода і визначається як Uпад.ном. / Іном. = 2.2/0,01 = 220 Ом. Отже, струм у ланцюзі складе: I = 12/(1300 + 220) = 0,007 А.

В результаті, фактичне падіння напруги світлодіода буде рівним: Uпад.світло = Rсвітло х I = 220 х 0,007 = 1,54 В. Остаточне значення потужності виглядатиме так: P = (Uпіт. — Uпад.)² / R = 1,54) ² / 1300 = 0,0841 Вт). Для практичного підключення значення потужності рекомендується збільшити, наприклад, до 0,125 Вт. Завдяки цим розрахункам, вдається легко підключити світлодіод до акумулятора 12 вольт. Таким чином, для правильного підключення одного світлодіода до автомобільного акумулятора на 12В, в ланцюзі додатково знадобиться резистор на 1,3 кОм, потужність якого становить 0,125Вт, що з'єднується з будь-яким контактом .

Розрахунок підключення світлодіода до мережі 220В здійснюється за такою самою схемою, що і для 12В. Як приклад береться такий же світлодіод зі струмом 10 мА та напругою 2,2В. Оскільки в мережі використовується змінний струм напругою220В, розрахунок резистора буде виглядати наступним чином: R = (Uпит.-Uпад.) / (I х 0,75). Вставивши у формулу всі необхідні дані, отримуємо реальне значення опору: R = (220 - 2.2) / (0,01 х 0,75) = 29040 Ом або 29,040 кОм. Найближчий стандартний номінал резистора – 30 кОм.

Далі виконується розрахунок потужності. Спочатку визначається значення фактичного струму споживання: I = U/(Rрез. + Rсвітло). Опір світлодіода розраховується за формулою: R світло = Uпад.ном. / Іном. = 2.2/0,01 = 220 Ом. Отже, струм в електричному ланцюзі становитиме: I = 220/(30000 + 220) = 0,007А. В результаті, реальне падіння напруга на світлодіоді буде наступним: Uпад.світло = Rсвітло х I = 220 х 0,007 = 1,54В.

Для визначення потужності резистора використовується формула: P = (Uпит. - Uпад.) ² / R = (220 -1,54) ² / 30000 = 1,59Вт. Значення потужності слід збільшити до стандартного, що становить 2Вт. Таким чином, щоб підключити один світлодіод до мережі з напругою 220В, знадобиться резистор на 30 кОм з потужністю 2Вт.

Однак у мережі протікає змінний струм, і горіння лампочки відбуватиметься лише в одній напівфазі. Світильник буде видавати швидке миготливе світло з частотою 25 спалахів за секунду. Для людського ока це непомітно і сприймається як постійне світіння. У такій ситуації можливі зворотні пробої, які можуть призвести до передчасного виходу з джерела світла. Щоб уникнути цього, виконується встановлення назад спрямованого діода, що забезпечує баланс у всій мережі.