Мастерская LED освещения в Днепре. Мастерская LED освещения в Днепре Подключение светодиода 10 вт к 12 вольтам

Как подключить 10 Вт светодиоды, и какое им найти применение?

Светодиодная матрица 10 W изготовлена по МСОВ технологии и состоит из 9 кристаллов соединенных по 3 последовательно и 3 цепочки параллельно. Каждый кристалл рассчитан на напряжение 3,2-4,0 V, поэтому в сумме три последовательно соединенных кристалла открываются при 9,6 V и нормально работают до 12 V, что позволяет достаточно просто использовать их в автомобилях и для аварийного освещения подключая их напрямую к аккумуляторной батарее через ограничивающее по току сопротивление мощностью 2W.
Номинал сопротивления рассчитывается по закону Ома. При таком подключении к аккумулятору за счет нагрева сопротивления потери могут составлять 15-25% от номинала матрицы, что не критично в автомобилях но значительно уменьшают время разрядки аккумулятора при аварийном освещении, поэтому для аварийного освещения часто используют DC-DC преобразователи имеющие эффективность выше 92%.

Качество светодиодной матрицы определяется тремя основными составляющими кристалл, люминофор, подложка. Для кристалла помимо светоотдачи Lm/W большое значение имеют его геометрические размеры, чем больше кристалл тем больше площадь контакта с подложкой, что позволяет более эффективно отводить тепло, а это одна из основных задач. Рабочая температура 60-65 град С но это не означает, что радиатор может греться до такой температуры т.к. температура радиатора и подложки матрицы значительно отличаются. Перегрев кристалла приводит к его деградации и уменьшению срока службы светодиодов в разы или десятки раз, и в последующем к выходу из строя матрицы. Минимально необходимая площадь радиатора 200-300 см. кв. в зависимости от параметров и условий эксплуатации. У более ярких и качественных матриц подложка медная, у менее ярких - алюминиевая. Медь имеет большую теплопроводность поэтому она предпочтительнее, но и на алюминии светодиоды работают нормально при достаточном радиаторе, а если использовать матрицу не на полную номинальную мощность, а на 80% от номинала то даже на алюминии матрицы смогут проработать заявленные производителем 50000-100000 часов.

Из технических характеристик следует, что питается 10 Вт светодиодная сборка постоянным напряжением 12 вольт с током 900-1000 ма и может нагреваться до +60 ° C .

Для начала попробуем включить 10 Вт светодиод.

Для пробного включения используем источник постоянного напряжения 12 вольт, в данном случае аккумулятор, и стабилизатор тока. Также для пробного включения светодиода нам потребуется радиатор-охладитель площадью не менее 600 см 2 .

Самый простейший стабилизатор тока можно собрать на микросхеме LM317 и одном резисторе.

Схема стабилизатора тока на LM 317 (далее будем называть его драйвером)

По формуле внизу рисунка очень просто расчитать величину сопротивления резистора для необходимого тока. Т.е сопротивление резистора равно — 1,25 деленное на требуемый ток. Для стабилизаторов до 0,1 A подходит мощность резистора 0,25 W. На токи от 350 мА до 1 А рекомендуется 2 W. Ниже приведена таблица резисторов на токи для широко распространенных светодиодов.

Для подключения 10 Вт светодиода потребуется резистор номиналом 1,3 Ом мощностью 2W.

Светодиод питается напряжением 10-12 вольт. На стабилизаторе LM 317 - падение напряжения 1,25 вольта при стабилизации 962 ма..

Складываем 12В диода + 1,25В стабилизатора = 13,25В напряжение источника питания. А на аккумуляторе 13,4~13,8 вольт, что вполне достаточно!

Собираем схему следующим образом:

Светодиод закрепляем на алюминиевом радиаторе саморезами. Обязятельно всю площадь контакта светодиода с радиатором смазываем тонким слоем термопроводящей пасты для улучшения теплоотдачи. Так как между основанием данного светодиода и его контактными выводами нет гальванической связи, то на тот же радиатор с использованием термопроводящей пасты закрепляем и микросхему LM 317 в корпусе ТО 220 (она тоже греется, ведь на ней падает 1,25 вольта!). Спаиваем 3 детали по схеме

.

К белому проводу подключаем клемму "-" аккумулятора, а оранжевому "+"

И, о чудо! Светодиод 10 Вт светится на все 1080 lm, что соответствует силе света лампы накаливания мощностью 100 W . Но в отличие от лампы накаливания мощностью 100 W, светодиод вместе с драйвером греется всего градусов до 45, и что самое главное, потребляет всего10 W.

Такую конструкцию смело можно применить в автомобильных фарах, например для ближнего света. Единственное, что потребуется изменить, так это изолировать теплоотвод LM 317 от кузова автомобиля, так как в микросхеме имеется гальваническая связь с теплоотводом по "+", а в автомобиле на кузове "-".

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

Особенности подключения светодиодов

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

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

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

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

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

Определение полярности светодиода

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

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

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

Расчет подключения светодиодов в схемах на 12 и 220 воль т

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ошибки при подключении

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

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

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

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

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

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

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

Только светодиод на 10 ватт

Только лампа накаливания на 60 ватт

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

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

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

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

Обсудить статью 10 ВТ СВЕТОДИОДЫ

В данной теме я расскажу и покажу вам о преимуществах питания светодиодов на 10 ватт 12 вольт, от всеми известного DC- DC понижающего преобразователя.

DC- DC — это означает, что преобразователь преобразует постоянное напряжение в постоянное, а выше оно или ниже обозначается UP — повышающий DoWN- понижающий.

Преобразователи достаточно универсальные и могут служить как питающим устройством с регулировкой по напряжению, так и зарядным устройством.

В данной теме речь пойдет о светодиодах с понижающим преобразователем. Спешу отметить, что применяя данные преобразователи мы снижаем также потребление севетодиодов от аккумулятора или источников питания. А так же недавно я увидел, что преобразуя в низ питание уменьшая выходное напряжение увеличивается выходной ток. Обратный эффект можно заметить на повышающих преобразователях. Тут мы будем наблюдать обратную картину, повышая выходное напряжение входной ток будет до преобразователя будет увеличиваться в выходной ток падать.

Дополнительная информация по тестированию светодиодов на 10 Ватт 12 вольт.

При питании светодиодов на Мах напряжении даже с пониженным током, время деградации также увеличивается. Если изначально собрать и привыкнуть к тому что светодиод выдает по яркости то долгое время он будет радовать своим светом при этом яркость долго будет равняться той что была при первом включении. Но если вдруг нужно больше получить с него люмен рекомендую улучшить его охлаждение, и готовится к тому что через какое-то время яркость упадет!

Есть прямая зависимость от того сколько по времени проработает светодиод, и к сожалению время которое указывается производителем относится к минимальному напряжению и току при котором работает светодиод. Минимальные параметры для работы со сроком жизни светодиода могут составить 50 000 часов при напряжении питания 9 Вольт и токе в 500 мА. чем выше напряжение и ток тем время жизни светодиода падает!

Очень большое заблуждение, что если выставить 900 мА и 12 вольт ну или даже 11 Вольт, светодиоду будет от этого хорошо, и он будет работать годами. Он при таких параметрах работает на износ и время его жизни сразу будет зависеть от системы его охлаждения и окружающей температуры. Если задать вопрос производителям сколько прослужит тот или иной светодиод производитель сразу же начнет вилять и уходить от прямого ответа. Типа, все зависит от вашей сети, от чистоты помещения или от температуры. Но на самом деле производители тестируют на износ чуть ли не каждую партию светодиодов выборочно и могут ответить на него прямо. Что в таких условиях он прослужит столько времени а в таких столько.

В общем, беря любой светодиод читайте между строк. А если так уж любопытно сколько он может прослужить соберите два стенда один по моей схеме и по своей, и посмотрите что будет с яркостью светодиодов через тридцать суток работы. Кстати как вариант можно сделать самому подобный тест. Если будет время займусь этим экспериментом.