Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

Схемы подключения светодиодов к 220В и 12В

Рассмотрим способы включения лед диодов средней мощности к наиболее популярным номиналам 5В, 12 вольт, 220В. Затем их можно использовать при изготовлении цветомузыкальных устройств, индикаторов уровня сигнала, плавное включение и выключение. Давно собираюсь сделать плавный искусственный рассвет , чтобы соблюдать распорядок дня. К тому же эмуляция рассвета позволяет просыпаться гораздо лучше и легче.

Про подключение светодиодов к 12 и 220В читайте в предыдущей статье, рассмотрены все способы от сложных до простых, от дорогих до дешёвых.



Содержание

  • 1. Типы схем
  • 2. Обозначение на схеме
  • 3. Подключение светодиода к сети 220в, схема
  • 4. Подключение к постоянному напряжению
  • 5. Самый простой низковольтный драйвер
  • 6. Драйвера с питанием от 5В до 30В
  • 7. Включение 1 диода
  • 8. Параллельное подключение
  • 9. Последовательное подключение
  • 10. Подключение RGB LED
  • 11. Включение COB диодов
  • 12. Подключение SMD5050 на 3 кристалла
  • 13. Светодиодная лента 12В SMD5630
  • 14. Светодиодная лента RGB 12В SMD5050

Типы схем

Схема подключения светодиодов бывает двух типов, которые зависят от источника питания:

  1. светодиодный драйвер со стабилизированным током;
  2. блок питания со стабилизированным напряжением.

В первом варианте применяется специализированный  источник, который имеет определенный стабилизированный ток, например 300мА. Количество подключаемых LED диодов ограничено только его мощностью. Резистор (сопротивление) не требуется.

Во втором варианте стабильно только напряжение. Диод имеет очень малое внутреннее сопротивление, если его включить без ограничения Ампер, то он сгорит. Для включения  необходимо использовать токоограничивающий резистор.
Расчет резистора для светодиода можно сделать на специальном калькуляторе.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

Калькулятор учитывает 4 параметра:

  • снижение напряжения на одном LED;
  • номинальный рабочий ток;
  • количество LED в цепи;
  • количество вольт на выходе блока питания.

Разница кристаллов

Если вы используете недорогие LED элементы китайского производства, то скорее всего у них будет большой разброс параметров. Поэтому реальное значение Ампер цепи будет отличатся и потребуется корректировка установленного сопротивления. Чтобы проверить насколько велик разброс параметров, необходимо включить все последовательно. Подключаем питание светодиодов и  затем понижаем напряжение до тех пор, когда они будут едва светиться. Если характеристики отличаются сильно, то часть LED будет работать ярко, часть тускло.

Это приводит к тому, что на некоторых элементах электрической цепи мощность будет выше, из-за этого они будут сильнее нагружены.  Так же будет повышенный нагрев, усиленная деградация, ниже надежность.

Обозначение на схеме

Для обозначения на схеме используется две вышеуказанные пиктограммы. Две параллельные стрелочки указывают, что светит очень сильно, количество зайчиков в глазах не сосчитать.

Подключение светодиода к сети 220в, схема

Для подключения к сети 220 вольт используется драйвер, который является источником стабилизированного тока.

Схема драйвера для светодиодов бывает двух видов:

  1. простая на гасящем конденсаторе;
  2. полноценная с использованием микросхем стабилизатора;

Собрать драйвер на конденсаторе очень просто, требуется минимум деталей и времени. Напряжение 220В снижается за счёт высоковольтного конденсатора, которое затем выпрямляется и немного стабилизируется. Она используется в дешевых светодиодных лампах. Основным недостатком является высокой уровень пульсаций света, который плохо действует на здоровье. Но это индивидуально, некоторые этого вообще не замечают. Так же схему сложно рассчитывать из-за разброса характеристик электронных компонентов.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

Полноценная схема с использованием специализированных микросхем обеспечивает лучшую стабильность на выходе драйвера. Если драйвер хорошо справляется с нагрузкой, то коэффициент пульсаций будет не выше 10%, а  в идеале 0%. Чтобы не делать драйвер своими руками, можно взять из неисправной лампочки или светильника, если проблема у них была  не с питанием.

Если у вас есть более менее подходящий стабилизатор, но сила тока меньше или больше, то её можно подкорректировать с минимум усилий. Найдите технические характеристики на микросхему из драйвера. Чаще всего количество Ампер на выходе задаётся резистором или несколькими резисторами, находящимися рядом с микросхемой. Добавив к ним еще сопротивление или убрав один из них можно получить необходимую силу тока. Единственное нельзя превышать указанную  мощность.

Подключение к постоянному напряжению

..

Далее будут рассмотрены  схемы подключения светодиодов к постоянному напряжению. Наверняка у вас дома найдутся блоки питания со стабилизированный  полярным напряжением на выходе. Несколько примеров:

  1. 3,7В – аккумуляторы от телефонов;
  2. 5В – зарядные устройства с USB;
  3. 12В – автомобиль, прикуриватель, бытовая электроника, компьютер;
  4. 19В – блоки от ноутбуков, нетбуков, моноблоков.

Самый простой низковольтный драйвер

Простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов состоит из линейной микросхемы LM317 или его аналогов. На выходе таких стабилизаторов может быть от 0,1А до 5А. Основные недостатки это невысокий КПД и сильный нагрев. Но это компенсируется максимальной простотой изготовления.

Входное до 37В, до 1,5 Ампера для корпуса указанного на картинке.

Для рассчёта сопротивления, задающего рабочий ток используйте калькулятор стабилизатор тока на LM317 для светодиодов.

Драйвера с питанием от 5В до 30В

Если у вас есть подходящий источник питания от какой либо бытовой техники, то для включения лучше использовать низковольтный драйвер.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода Они бывают повышающие и понижающие.  Повышающий даже из 1,5В сделает 5В, чтобы светодиодная цепь работала. Понижающий из 10В-30В сделает более низкое, например 15В.

В большом ассортименте они продаются у китайцев, низковольтный драйвер отличается двумя регуляторами от простого стабилизатора Вольт.

Реальная мощность такого стабилизатора будет ниже, чем указал китаец. У параметрах модуля пишут характеристику микросхемы и не всей конструкции. Если стоит большой радиатор, то такой модуль потянет 70% — 80% от обещанного. Если радиатора нет, то 25% — 35%.

Особенно популярны модели на LM2596, которые уже прилично устарели из-за низкого КПД. Еще они сильно греются, поэтому без системы охлаждения не держат более 1 Ампера.

Более эффективны XL4015, XL4005, КПД гораздо выше. Без радиатора охлаждения выдерживают до 2,5А. Есть совсем миниатюрные модели на MP1584 размером 22мм на 17мм.

Включение 1 диода

Чаще всего используются 12 вольт, 220 вольт и 5В. Таким образом делается маломощная светодиодная подсветка настенных выключателей на 220В. В заводских стандартных выключателях чаще всего ставится неоновая лампа.

Параллельное подключение

При параллельном соединении  желательно на каждую последовательную цепь диодов использовать отдельный резистор, чтобы получить максимальную надежность. Другой вариант, это ставить одно мощное сопротивление на несколько LED. Но при выходе одного LED из строя увеличится ток на других оставшихся. На целых будет выше номинального или заданного, что значительно сократит ресурс и увеличит нагрев.

Рациональность применений каждого способа  рассчитывают исходя из требований к изделию.

Последовательное подключение

Последовательное подключение при питании от 220в используют в филаментных диодах и светодиодных лентах на 220 вольт.  В длинной цепочке из 60-70 LED на каждом  падает 3В, что и позволяет подсоединять напрямую  к высокому напряжению. Дополнительно используется только выпрямитель тока, для получения плюса и минуса.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

Такое соединение применяют в любой светотехнике:

  1. светодиодные лампах для дома;
  2. led светильники;
  3. новогодние гирлянды на 220В;
  4. светодиодные ленты на 220.

В лампах для дома обычно используется до 20 LED включенных последовательно, напряжение на них получается около 60В. Максимальное количество используется в китайских лампочках кукурузах, от 30 до 120 штук LED. Кукурузы не имеют защитной колбы, поэтому электрические контакты на которых до 180В полностью открыты.

Соблюдайте осторожность, если видите длинную последовательную цепочку, к тому же на них не всегда есть заземление.  Мой сосед схватил кукурузу голыми руками и потом рассказывал увлекательные стихи из нехороших слов.

Подключение RGB LED

Маломощные трёхцветные RGB светодиоды состоят из трёх независимых кристаллов, находящихся в одном корпусе. Если 3 кристалла (красный, зеленый, синий) включить одновременно, то получим белый свет.

Управление каждым цветом происходит независимо от других при помощи RGB контроллера. В блоке управления есть готовые программы и ручные режимы.

Включение COB диодов

Схемы подключения такие же, как у однокристальных и трехцветных светодиодов SMD5050, SMD 5630, SMD 5730. Единственное отличие, вместо 1 диода включена последовательная цепь из нескольких кристаллов.

Мощные светодиодные матрицы имеют в своём составе множество кристаллов включенных последовательно и параллельно. Поэтому питание требуется от 9 до 40 вольт, зависит от мощности.

Подключение SMD5050 на 3 кристалла

От обычных диодов SMD5050 отличается тем, что состоит из 3 кристаллов  белого света, поэтому имеет 6 ножек.  То есть он равен трём SMD2835, сделанным на этих же кристаллах.

При параллельном включении с использованием одного резистора надежность будет ниже. Если один их кристаллов выходит из строя, то увеличивается сила тока через оставшиеся 2.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода Это приводит к ускоренному выгоранию оставшихся.

При использовании отдельного сопротивления для каждого кристалла, выше указанный недостаток устраняется. Но при этом в 3 раза возрастает количество используемых резисторов и схема подключения светодиода становится сложней. Поэтому оно не используется в светодиодных лентах и лампах.

Светодиодная лента 12В SMD5630

Наглядным примером подключения светодиода к 12 вольтам является светодиодная лента. Она состоит из секций по 3 диода и 1 резистора, включенных последовательно. Поэтому разрезать её можно только в указанных местах между этими секциями.

Светодиодная лента RGB 12В SMD5050

В RGB ленте используется три цвета, каждый управляется отдельно, для каждого цвета ставится резистор. Разрезать можно только по указанному месту, чтобы в каждой секции было по 3 SMD5050 и она могла подключатся к 12 вольт.

Правильная схема подключения светодиодов: последовательно или параллельно

Самое правильное подключение нескольких светодиодов — последовательное. Сейчас объясню почему.

Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).

Ток — это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.

Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:

Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода 9 до 3.3 Вольта.

Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.

Источник тока (или генератор тока) — источник электрической энергии, который поддерживает постоянное значение силы тока через нагрузку с помощью изменения напряжения на своем выходе. Если сопротивление нагрузки, например, возрастает, источник тока автоматически повышает напряжение таким образом, чтобы ток через нагрузку остался неизменным и наоборот. Источники тока, которыми запитывают светодиоды, еще называют драйверами.

Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.

Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).

Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т.к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожжёте его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).

К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.

Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:

А самое неприятное то, что проводимость любого светодиода (который по сути является p-n-переходом) находится в очень сильной зависимости от температуры.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода На практике это приводит к тому, что по мере разогрева светодиода, ток через него начинает неумолимо возрастать. Чтобы вернуть ток к требуемому значению, придется понижать напряжение. В общем, как ни крути, а без контроля тока никак не обойтись.

Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.

Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи — почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.

Параллельное подключение

При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).

Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.

Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:

Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.

В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:

Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.

Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.

Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):

UпитILED
5 мА10 мА20 мА30 мА50 мА70 мА100 мА200 мА300 мА
5 вольт340 Ом170 Ом85 Ом57 Ом34 Ом24 Ом17 Ом8.5 Ом5.7 Ом
12 вольт1.74 кОм870 Ом435 Ом290 Ом174 Ом124 Ом87 Ом43 Ом29 Ом
24 вольта4.14 кОм2.07 кОм1.06 кОм690 Ом414 Ом296 Ом207 Ом103 Ом69 Ом

При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление).Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.

Последовательное подключение

При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.

Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).

Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:

Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ — конечно, последовательным!

Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.

Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.

Вот пример готового устройства:

Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64…106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток — это от него уже не зависит.

И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.

Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.

Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:

Вот и все. Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) — либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.

Как выбрать нужный драйвер?

Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:

  1. выходной ток;
  2. максимальное выходное напряжение;
  3. минимальное выходное напряжение.

Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов — это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.

Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для фитолампы:

Номинальный ток этих диодов — 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.

Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3…4 вольта. Берем по-максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер должен быть в состоянии выдать не менее 40 вольт.

Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).

Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:

Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.

Примеры драйверов, идеально совместимых с различными типами светодиодов, приведены в таблице:

СветодиодыКакой нужен драйвер
60 мА, 0.2 Вт (smd 5050, 2835)см. схему на TL431
150мА, 0.5Вт (smd 2835, 5630, 5730)драйвер 150mA, 9-34V (можно одновременно подключить от 3 до 10 светодиодов)
300 мА, 1 Вт (smd 3528, 3535, 5730-1, LED 1W)драйверы 300мА, 3-64V (на 1-24 последовательно включенных светодиода)
700 мА, 3 Вт (led 3W, фитосветодиоды)драйвер 700мА (для 6-10 светодиодов)
3000 мА, 10 Ватт (XML2 T6)драйвер 3A, 21-34V (на 7-10 светодиодов) или см. схему

Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.

Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.

Простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт без драйвера (самое простое питание светодиода от сети напряжением 220В)

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

  1. Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
  2. Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

R = (Uвх — ULED) / I

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (Uвх — ULED)2 / R

где Uвх = 220 В,
ULED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=Uвх/I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В)2/11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Сопротивление резистора, кОмАмплитудное значение тока через светодиод, мАСредний ток светодиода, мАСредний ток резистора, мАМощность резистора, Вт
437.22.551.1
24134.592
22145102.2
12269184
103111224.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода 8
7.54115296.5
4.372255111.3
2.21415010022

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее).Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%). Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (Кп).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

Кп = (Еmax — Emin) / (Emax + Emin) ⋅ 100%,

где Емах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Емин — минимальное.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Давайте попробуем приблизительно рассчитать емкость конденсатора на конкретном примере.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

Кп = (Umax — Umin) / (Umax + Umin) ⋅ 100%

Подставляем исходные данные и вычисляем Umin:

2.5% = (2В — Umin) / (2В + Umin) ⋅ 100% => Umin = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

tзар = arccos(Umin/Umax) / 2πf = arccos(1.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода 9/2) / (2⋅3.1415⋅50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

tразр = Т — tзар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = ILED⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

Rc = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

К сожалению, электролитические конденсаторы, из-за своей большой паразитной индуктивности, плохо справляются с ВЧ-помехами, поэтому большая часть энергии импульса пойдет через p-n-переход светодиода.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм).Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.

Вот здесь можно посмотреть, как еще сильнее усовершенствовать данную схему, добавив в нее стабилизатор тока на одном транзисторе и стабилитроне. Это существенно понизит пульсации и продлит срок службы светодиодов.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U2вх — U2LED)) [Ф],

где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), Uвх — действующее значение напряжения сети (220В), ULED — напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U2вх — U2LED) приблизительно равно Uвх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ ILED / Uвх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под Uвх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ ILED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

C115 nF68 nF100 nF150 nF330 nF680 nF1000 nF
ILED1 mA4.5 mA6.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода 7 mA10 mA22 mA45 mA67 mA

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

  • X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
  • X2 – самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
  • Y1 – работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
  • Y2 – довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать полноценные схемы, которые называются драйверами.

Как подключить светодиод параллельно, последовательно: схемы, описания, нюансы

Светодиоды (они же led) на протяжении многих лет активно применяются как в производстве телевизоров, так и в качестве основного освещения дома или квартиры, однако вопрос о том, как правильно выполнить подключение светодиодов актуален и по сей день.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

На сегодняшний день их существует огромное количество, различной мощности (сверхяркие Пиранья), работающих от постоянного напряжения, которые можно подключать тремя способами:

  1. Параллельно.
  2. Последовательно.
  3. Комбинированно.

Также существуют специально разработанные схемы, позволяющие подключить светодиод к стационарной бытовой сети 220В. Давайте рассмотрим более детально все варианты подключения led, их преимущества и недостатки, а также как это выполнить своими руками.

Основные принципы подключения

Как было сказано ранее, конструкция светоизлучающего диода подразумевает их подключение исключительно к источнику постоянного тока. Однако, поскольку рабочая часть светодиода – это полупроводниковый кристалл кремния, то очень важно соблюдать полярность, в противном случае светодиод не будет излучать световой поток.

Каждый светодиод имеет техническую документацию, в которой содержатся инструкции и указания по правильному подключению. Если документации нет, можно посмотреть маркировку светодиода. Маркировка поможет узнать производителя, а зная производителя, Вы сможете найти нужный даташит, в котором и содержится информация по подключению. Вот, такой не хитрый совет.

Как определить полярность?

Для решения вопроса существует всего 3 способа:

  1. Конструктивно. Согласно нормам, принятым во всем мире, на обычном светодиоде (не SMD типа), длинная ножка всегда является «+» или же анодом. Для работы светодиода на него должна подаваться положительная полуволна. А короткая – катодом.
  2. С помощью мультиметра. Для проверки необходимо переключатель прибора поставить в режим «Прозвонка» и установить красный щуп мультиметра на анод, а черный – на катод. В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод). Если результат не меняется, тогда led вышел из строя (для установления более точного диагноза, читайте как проверить светодиод).Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода
  3. Визуально. Если присмотреться к светодиоду, то можно увидеть 2 кончика возле кристалла. Тот, который больше – катод, тот, что меньше – анод.

С полярностью разобрались, теперь нам нужно определиться с тем, как подключить LED к сети. Для тех, кто не понял, читайте подробную и интересную статью определения полярности у светодиода. В ней мы собрали все возможные способы проверки, и даже при помощи батарейки.

Способы подключения

Условно, подключение происходит по 2 способам:

  1. К стационарной сети промышленной частоты (50Гц) напряжением 220В;
  2. К сети с безопасным напряжением величиной 12В.

Если необходимо подключить несколько led к одному источнику питания, тогда нужно выбрать последовательное или параллельное подключение.

Рассмотрим каждый из вышеприведенных примеров по отдельности.

Подключение светодиодов к напряжению 220В

Первое, что нужно знать при подключении к сети 220В, — для номинального свечения через светодиод должен проходить ток в 20мА, а падение напряжения на нем не должно превышать 2,2-3В. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле:

в которой 0,75 – коэффициент надежности led, U пит – это напряжения источника питания, U пад – напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток, I – номинальный ток, проходящий через него, и R – номинал сопротивления для регулирования проходящего тока. После соответствующих вычислений, номинал сопротивления должен соответствовать 30 кОм.

Однако не стоит забывать, что на сопротивлении будет выделятся большое количество тепла за счет падения напряжения. По этой причине дополнительно необходимо рассчитать мощность этого резистора по формуле:

Для нашего случая U – это будет разность напряжения питающей сети и напряжения падения на светодиоде. После соответствующих вычислений, для подключения одного led мощность сопротивления должна равняться 2Вт.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

После определения номинала и мощности сопротивления можно собрать схему для подключения одного светодиода к 220В. Для ее надежной работы необходимо ставить дополнительный диод, который будет защищать светоизлучающий диод от пробоя, при возникновении амплитудного напряжения на выводах светодиода в 315В (220*√2).

Схема практически не применяется, поскольку в ней возникают очень большие потери из-за выделения тепла в сопротивлении. Рассмотрим более эффективную схему подключения к 220 В:

На схеме, как видим, установлен обратный диод VD1, пропускающий обе полуволны на конденсатор C1 емкостью 220 нФ, на котором происходит падение напряжение до необходимого номинала.

Сопротивление R1 номиналом 240 кОм, разряжает конденсатор при выключенной сети, а во время работы схемы не играет никакой роли.

Но это упрощенная модель для подключения LED, в большинстве светодиодных ламп уже встроенный драйвер (схема), который преобразует переменное напряжение 220В в постоянное с величиной 5-24В для их надежной работы. Схему драйвера Вы можете видеть на следующем фото:

Подключение светодиодов к сети 12В

12 вольт – это безопасное напряжение, которое применяется в особо опасных помещениях. Именно к таким и относятся ванные комнаты, бани, смотровые ямы, подземные сооружения и другие помещения.

Для подключения к источнику постоянного напряжения номиналом 12В, аналогично, подключению к сетям 220В необходимо гасящее сопротивление. В противном случае, если подключить его напрямую к источнику, из-за большего проходящего тока светодиод мгновенно сгорит.

Номинал этого сопротивления и его мощность рассчитываются по тем же формулам:

В отличии от цепей 220В, для подключения одного светодиода к сети 12В нам потребуется сопротивление со следующими характеристиками:

  • R = 1,3 кОм;
  • P = 0,125Вт.

Еще одним достоинством напряжения 12В, является то, что в большинстве случаев оно уже выпрямленное (постоянное), что значительно упрощает схему подключения.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода Рекомендуется дополнительно монтировать стабилизатор напряжения типа КРЭН или аналога.

Как мы уже знаем, светоизлучающий диод можно подключить как к цепям 12В, так и к цепям 220В, однако существует и несколько вариаций их соединения между собой:

  • Последовательное.
  • Параллельное.

Последовательное подключение

При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:

В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.

Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).

Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта. Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.

После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему параллельного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).

Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.

Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.

Недостатки последовательного подключения
  1. При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема;
  2. Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.

Параллельное подключение

В данной ситуации все происходит наоборот.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.

Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002).

Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).

Это глубокое заблуждение!!! Почему? Ответ Вы найдете ниже

Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.

Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.

Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.

Недостатки параллельного подключения:
  1. Большое количество элементов;
  2. При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.

Смешанное подключение

Подобный способ подключения является самым оптимальным. По такому принципу собраны все светодиодные ленты. Он подразумевает комбинацию параллельного и последовательного подключения. Как он выполняется можно увидеть на фото:

Схема подразумевает включение параллельно не отдельных светодиодов, а последовательных цепочек из них. В результате этого даже при выходе из строя одной или нескольких цепочек, светодиодная гирлянда или лента будут по-прежнему одинаково светить.

Мы рассмотрели основные способы подключения простых светодиодов. Теперь разберем методы соединения мощных светодиодов, и с какими проблемами можно столкнуться при неправильном подключении.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода

Как подключить мощный светодиод?

Для работоспособности мощных светоизлучающих диодов, так же, как и простых нам потребуется источник питания. Однако в отличии от предыдущего варианта, он должен быть на порядок мощней.

Чтобы засветить мощный светодиод номиналом 1W, источник питания должен выдерживать не менее 350 мА нагрузки. Если номинал 5W, то источник питания постоянного тока должен выдержать нагрузку тока не менее 1,4А.

Для корректной работы мощного светодиода обязательно необходимо использовать интегральный стабилизатор напряжения типа LM, который защищает его от скачков напряжения.

Если необходимо подключить не один, а несколько мощных LED, рекомендуем ознакомиться с правилами последовательного и параллельного подключения, которые были описаны выше.

Ошибки при подключении

  1. Прямое подключение к источнику питания. В данном случае светодиод моментально сгорит, поскольку отсутствует ограничивающий ток резистор.
  2. Параллельное подключение через один резистор. Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный.
  3. Последовательное подключение с различным током потребления. При такой схеме подключения есть 2 варианта: либо просто одни будут светить тусклее других, либо те, что рассчитаны на меньший ток – сгорят.
  4. Неправильно подобранный ограничивающий резистор. При неправильно подобранном сопротивлении через светодиоды будет проходить большой ток, в результате чего, они будут перегреваться и со временем перегорят. При большом сопротивлении они будут светить не в полную силу.
  5. Подключение к сети переменного напряжения номиналом 220В без диода или других компонентов защиты. Если при подключении с сети 220В, если не установить дополнительный диод, то на светодиоде возникнет амплитудное значение напряжения в 315В, которое моментально выведет его из строя.

Видео

Ошибки подключения могут повлечь за собой неприятные последствия, от банальной поломки светодиодов, до нанесения себе повреждений.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода Поэтому, настоятельно рекомендуем посмотреть видео, где разбирают часто встречающиеся ошибки.

Заключение

Прочитав статью можно сделать вывод, что все светодиоды, вне зависимости от рабочего напряжения, всегда подключаются параллельно или последовательно — школьный курс физики. Еще стоит помнить, что никакой светодиод не подключается напрямую в сеть 220В, всегда нужно использовать защитные элементы в схеме подключения. Тип применяемых защитных элементов зависит от вида подключаемого светоизлучающего диода.

Правильное включение светодиода — НТЦ «ОРБИТА»

Светодиод — это диод способный светится при протекании через него тока. По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

Цвет свечения светодиода зависит от добавок добавленных в полупроводник. Так, например, примеси алюминия, гелия, индия, фосфора вызывают свечение от красного до желтого цвета. Индий, галлий, азот заставляет светодиод светится от голубого до зеленного цвета. При добавке люминофора в кристалл голубого свечения, светодиод будет светиться белым светом. В настоящее время промышленность выпускает светодиоды свечения всех цветов радуги, однако цвет зависит не от цвета корпуса светодиода, а именно от химических добавок в его кристалле. Светодиод любого цвета может иметь прозрачный корпус.

Первый светодиод был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса. В начале 1990-ых годов на свет появились яркие светодиоды, а чуть позже сверх яркие.
Преимущество светодиодов перед лампочками накаливания не оспоримы, а именно:

    * Низкое электропотребления – в 10 раз экономичней лампочек
    * Долгий срок службы – до 11 лет непрерывной работы
    * Высокий ресурс прочности – не боятся вибраций и ударов
    * Большое разнообразие цветов
    * Способность работать при низких напряжениях
    * Экологическая и противопожарная безопасность – отсутствие в светодиодах ядовитых веществ.Включение светодиодов: Как включить светодиод, схема включения светодиода светодиоды не греются, от чего пожары исключаются.

Маркировка светодиодов

Рис. 1. Конструкция индикаторных 5 мм светодиодов

В рефлектор помещается кристалл светодиода. Этот рефлектор задает первоначальный угол рассеивания.
Затем свет проходит через корпус из эпоксидной смолы . Доходит до линзы — и тут начинает рассеиваться по сторонам на угол, зависящий от конструкции линзы, на практике — от 5 до 160 градусов.

Излучающие светодиоды можно разделить на две большие группы: светодиоды видимого излучения и светодиоды инфракрасного (ИК) диапазона. Первые применяются в качестве индикаторов и источников подсветки, последние — в устройствах дистанционного управления, приемо-передающих устройствах ИК диапазона, датчиках.
Светоизлучающие диоды маркируются цветовым кодом (табл. 1). Сначала необходимо определить тип светодиода по конструкции его корпуса (рис. 1), а затем уточнить его по цветной маркировке по таблице.

Рис. 2. Виды корпусов светодиодов

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…

            Таблица 1. Маркировка светодиодов

Многоцветные светодиоды

Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.

Светодиоды подключаются к источнику тока, анодом к плюсу, катодом к минусу. Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом, но бывают и исключения, поэтому лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.

При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор. Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без токоограничивающего резистора. Для быстрого тестирования резистор с номинальным сопротивлением 1кОм подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее.

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода. Почему? Как уже ясно из названия, светодиод это не выпрямительный диод, и, хотя свойство пропускать ток в одном направлении у них общее, между ними есть значительная разница. Для того, что светодиод излучал в видимом диапазоне, у него значительно более широкая запрещенная зона, чем у обычного диода. А от ширины запрещенной зоны напрямую зависит такой паразитный параметр диодов, как внутренняя емкость. При изменении направления тока, эта емкость разряжается, за какое-то время, называемое временем закрытия, зависящее от размеров этой емкости. Во время разряда емкости, светодиодный кристалл испытывает значительные пиковые нагрузки на протяжении гараздо большего времени, нежели обычный диод. При последующем изменении направления тока на «правильное» ситуация повторяется. Поскольку время закрытия / открытия у обычных диодов значительно меньше, необходимо использовать их в цепях переменного тока, включая последовательно со светодиодами, для снижения негативного влияния переменного тока на светодиодный кристалл. Если светодиодное изделие не имеет встроенной защиты от переполюсовки, то ошибка подключения также приведет к снижению срока службы. В некоторые светодиоды токоограничивающий резистор встроен «с завода» и их сразу можно подключать к источнику 12 или 5 вольт, но такие светодиоды встречаются довольно редко и чаще всего к светодиоду необходимо подключать внешний токоограничивающий резистор.

Сразу следует предупредить: не следует направлять луч светодиода непосредственно в свой глаз (а также в глаз товарища) на близком расстоянии, что может повредить зрение.

Напряжение питания

Две главных характеристики светодиодов это падение напряжения и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например, четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА , так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА. Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется “рабочей” зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.

Напряжение питания — параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, поэтому нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую. Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).
Напряжение, указанное на упаковке светодиодов — это не напряжение питания. Это величина падения напряжения на светодиоде. Эта величина необходима, чтобы вычислить оставшееся напряжение, «не упавшее» на светодиоде, которое принимает участие в формуле вычисления сопротивления резистора, ограничивающего ток, поскольку регулировать нужно именно его.
Изменение напряжение питания всего на одну десятую вольта у условного светодиода (с 1,9 до 2 вольт) вызовет пятидесятипроцентное увеличение тока, протекающего через светодиод (с 20 до 30 милиампер).

Для каждого экземпляра светодиода одного и того же номинала подходящее для него напряжение может быть разным. Включив несколько светодиодов одного и того же номинала параллельно, и подключив их к напряжению, например, 2 вольта, мы рискуем из-за разброса характеристик быстро спалить одни экземпляры и недосветить другие. Поэтому при подключении светодиода надо отслеживать не напряжение, а ток.

Величина тока для светодиода является основным параметром, и как правило, составляет 10 или 20 миллиампер. Неважно, какое будет напряжение. Главное, чтобы ток, текущей в цепи светодиода, соответствовал номинальному для светодиода. А ток регулируется включённым последовательно резистором, номинал которого вычисляется по формуле:

R — сопротивление резистора в омах.
Uпит — напряжение источника питания в вольтах.
Uпад — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
I — максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т.е. 0,01 или 0,02 ампера). При последовательном соединении нескольких светодиодов прямой ток не увеличивается.
0,75 — коэффициент надёжности для светодиода.

Не следует также забывать и о мощности резистора. Вычислить мощность можно по формуле:

P — мощность резистора в ваттах.
Uпит — действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
Uпад — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
R — сопротивление резистора в омах.

Расчет токогораничивающего резистора и его мощности для одного светодиода

Типичные характеристики светодиодов

Типовые параметры белого индикаторного светодиода: ток 20 мА, напряжение 3,2 В. Таким образом, его мощность составляет 0,06 Вт.

Также к маломощным относят светодиоды поверхностного монтажа — SMD. Он подсвечивают кнопки в вашем сотовом, экран вашего монитора, если он с LED-подсветкой, из них изготовлены декоративные светодиодные ленты на самоклеющейся основе и многое другое. Есть два наиболее распостраненных типа: SMD 3528 и SMD 5050. Первые содержат такой же кристалл, как и индикаторные светодиоды с выводами, то есть его мощность 0,06 Вт. А вот второй — три таких кристалла, поэтому его нельзя уже называть светодиодом — это светодиодная сборка. Принято называть SMD 5050 светодиодами, однако это не совсем правильно. Это — сборки. Их общая мощность, соответственно, 0,2 Вт.
Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения светодиода и его рабочим напряжением.

         Таблица падения напряжений светодиодов в зависимости от цвета

По величине падения напряжения при тестировании светодиодов мультиметром можно определить примерный цвет свечения светодиода согласно таблице.

Последовательное и параллельное включение светодиодов

При последовательном подключении светодиодов сопротивление ограничивающего резистора рассчитывается также, как и с одним светодиодом, просто падения напряжений всех светодиодов складываются между собой по формуле:

При последовательном включении светодиодов важно знать о том, что все светодиоды, используемые в гирлянде, должны быть одной и той же марки. Данное высказывание следует взять не за правило, а за закон.

Что б узнать какое максимальное количество светодиодов, возможно, использовать в гирлянде, следует воспользоваться формулой

Где:

    * Nmax – максимально допустимое количество светодиодов в гирлянде
    * Uпит – Напряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора. В вольтах.
    * Uпр — Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
    * При изменении температуры и старения светодиода Uпр может возрасти. Коэфф. 1,5 дает запас на такой случай.

При таком подсчете “N” может иметь дробный вид, например 5,8. Естественно вы не сможете использовать 5,8 светодиодов, посему следует дробную часть числа отбросить, оставив только целое число, то есть 5.

Ограничительный резистор, для последовательного включения светодиодов рассчитывается точно также как и для одиночного включения. Но в формулах добавляется еще одна переменная “N” – количество светодиодов в гирлянде. Очень важно чтобы количество светодиодов в гирлянде было меньше или равно “Nmax”- максимально допустимому количеству светодиодов. В общем, должно выполнятся условие: N =

Все остальные действия по расчетам производятся в аналогии расчета резистора при одиночном включении светодиода.

Если напряжения источника питания не хватает даже для двух последовательно соединённых светодиодов, тогда на каждый светодиод нужно ставить свой ограничительный резистор.

Параллельное включение светодиодов с общим резистором — плохое решение. Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый, что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.

Последовательное соединение светодиодов предпочтительнее ещё и с точки зрения экономного расходования источника питания: вся последовательная цепочка потребляет тока ровно столько, сколько и один светодиод. А при параллельном их соединении ток во столько раз больше, сколько параллельных светодиодов у нас стоит.

Рассчитать ограничительный резистор для последовательно соединённых светодиодов так же просто, как и для одиночного. Просто суммируем напряжение всех светодиодов, отнимаем от напряжения источника питания получившуюся сумму (это будет падение напряжения на резисторе) и делим на ток светодиодов (обычно 15 — 20 мА).

А если светодиодов у нас много, несколько десятков, а источник питания не позволяет соединить их все последовательно (не хватит напряжения)? Тогда определяем исходя из напряжения источника питания, сколько максимально светодиодов мы можем соединить последовательно. Например для 12 вольт — это 5 двухвольтовых светодиодов. Почему не 6? Но ведь на ограничительном резисторе тоже должно что-то падать. Вот оставшиеся 2 вольты (12 — 5х2) и берём для расчёта. Для тока 15 мА сопротивление будет 2/0.015 = 133 Ома. Ближайшее стандартное — 150 Ом. А вот таких цепочек из пяти светодиодов и резистора каждая, мы уже можем подключить сколько угодною Такой способ называется параллельно-последовательным соединением.

Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом что бы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление.

Далее рассмотрим стабилизированную схему включения светодиодов. Коснёмся изготовления стабилизатора тока. Существует микросхема КР142ЕН12 (зарубежный аналог LM317), которая позволяет построить очень простой стабилизатор тока. Для подключения светодиода (см. рисунок) рассчитывается величина сопротивления R = 1.2 / I (1.2 — падение напряжения не стабилизаторе) Т.е., при токе 20 мА, R = 1,2 / 0.02 = 60 Ом. Стабилизаторы рассчитаны на максимальное напряжение в 35 вольт. Лучше не напягать их так и подавать максимум 20 вольт. При таком включении, например, белого светодиода в 3,3 вольта возможна подача напряжения на стабилизатор от 4,5 до 20 вольт, при этом ток на светодиоде будет соответствовать неизменному значению в 20 мА. При напряжении 20В получаем, что к такому стабилизатору можно подключить последовательно 5 белых светодиодов, не заботясь о напряжении на каждом из них, ток в цепи будет протекать 20мА (лишнее напряжение погасится на стабилизаторе).

Важно! В устройстве с большим количеством светодиодов протекает большой ток. Категорически воспрещается подключать такое устройство к включенному источнику питания. В этом случае, в месте подключения, возникает искра, которая ведет к появлению в цепи большого импульса тока. Этот импульс выводит из строя светодиоды (особенно синие и белые). Если светодиоды работают в динамическом режиме (постоянно включаются, выключаются и подмаргивают) и такой режим основан на использовании реле, то следует исключить возникновение искры на контактах реле.

Каждую цепочку следует собирать из светодиодов одинаковых параметров и одного производителя.
Тоже важно ! Изменение температуры окружающей среды влияет на протекающий ток через кристалл. Поэтому желательно изготавливать устройство так, чтобы протекающий ток через светодиод был равен не 20мА, а 17-18 мА. Потеря яркости будет незначительная, зато долгий срок службы обеспечен.

Как запитать светодиод от сети 220 В.

Казалось бы все просто: ставим последовательно резистор, и всё. Но нужно помнить об одной важной характеристике светодиода: максимально допустимом обратном напряжении. У большинства светодиодов оно около 20 вольт. А при подключении его в сеть при обратной полярности (ток-то переменный, полпериода в одну сторону идёт, а вторую половину — в обратную) к нему приложится полное амплитудное напряжение сети — 315 вольт! Откуда такая цифра? 220 В — это действующее напряжение, амплитудное же в {корень из 2} = 1,41 раз больше.
Поэтому, чтобы спасти светодиод нужно поставить последовательно с ним диод, который не пропустит к нему обратное напряжение.

Еще один вариант подключения светодиода к электросети 220в:

Или же поставить два светодиода встречно-параллельно.

Вариант питания от сети с гасящим резистором не самый оптимальный: на резисторе будет выделяться значительная мощность. Действительно, если применим резистор 24 кОм (максимальный ток 13 мА), то рассеиваемая на нём мощность будет около 3 Вт. Можно снизить её в два раза, включив последовательно диод (тогда тепло будет выделяться только в течение одного полупериода). Диод должен быть на обратное напряжение не менее 400 В. При включении двух встречных светодиодов (существуют даже такие с двумя кристаллами в одном корпусе, обычно разных цветов, один кристалл красного свечения, другой зелёного) можно поставить два двухваттных резистора, каждый сопотивлением в два раза меньше.
Оговорюсь, что применив резистор большого сопротивления (например 200 кОм) можно включить светодиод и без защитного диода. Ток обратного пробоя будет слишком мал, чтобы вызвать разрушение кристалла. Конечно, яркость при этом весьма мала, но например для подсветки в темноте выключателя в спальне её будет вполне достаточно.
Благодаря тому, что ток в сети переменный, можно избежать ненужных трат электричества на нагрев воздуха ограничительным резистором. Его роль может выполнять конденсатор, который пропускает переменный ток, не нагреваясь. Почему так — вопрос отдельный, рассмотрим его позже. Сейчас же нам нужно знать, что для того, чтобы конденсатор пропускал переменный ток, через него должны обязательно проходить оба полупериода сети. Но ведь светодиод проводит ток только в одну сторону. Значит, ставим встречно-параллельно светодиоду обычный диод (или второй светодиод), он и будет пропускать второй полупериод.

Но вот мы отключили нашу схему от сети. На конденсаторе осталось какое-то напряжение (вплоть до полного амплитудного, если помним, равного 315 В). Чтобы избежать случайного удара током, предусмотрим параллельно конденсатору разрядный резистор большого номинала (чтобы при нормальной работе через него тёк незначительный ток, не вызывающий его нагрева), который при отключении от сети за доли секунды разрядит конденсатор. И для защиты от импульсного зарядного тока тоже поставим низкоомный резистор. Он также будет играть роль предохранителя, мгновенно сгорая при случайном пробое конденсатора (ничто не вечно, и такое тоже случается).

Конденсатор должен быть на напряжение не менее 400 вольт, или специальный для цепей переменного тока напряжением не менее 250 вольт.
А если мы хотим сделать светодиодную лампочку из нескольких светодиодов? Включаем их все последовательно, встречного диода достаточно одного на всех.

Диод должен быть рассчитан на ток, не меньший чем ток через светодиоды, обратное напряжение — не менее суммы напряжения на светодиодах. А ещё лучше взять чётное число светодиодов и включить их встречно-параллельно.

На рисунке в каждой цепочке нарисовано по три светодиода, на самом деле их может быть и больше десятка.
Как расчитать конденсатор? От амплитудного напряжения сети 315В отнимаем сумму падения напряжения на светодиодах (например для трёх белых это примерно 12 вольт). Получим падение напряжения на конденсаторе Uп=303 В. Ёмкость в микрофарадах будет равна (4,45*I)/Uп, где I — необходимый ток через светодиоды в миллиамперах. В нашем случае для 20 мА ёмкость будет (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 мкФ. Можно поставить два конденсатора 0,15 мкф (150 нФ) параллельно.

Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов

1. Подключение светодиода напрямую к источнику питания без ограничителя тока (резистора или специальной микросхемы-драйвера). Обсуждалось выше. Светодиод быстро выходит из строя из-за плохо контролируемой величины тока.

2. Подключение параллельно включенных светодиодов к общему резистору. Во-первых, из-за возможного разброса параметров, светодиоды будут гореть с разной яркостью. Во-вторых, что более существенно, при выходе из строя одного из светодиодов, ток второго возрастёт вдвое, и он может тоже сгореть. В случае использования одного резистора целесообразнее подключать светодиоды последовательно. Тогда при расчёте резистора ток оставляем прежним (напр. 10 мА), а прямое падение напряжения светодиодов складываем (напр. 1,8 В + 2,1 В = 3,9 В).

3. Включение последовательно светодиодов, рассчитанных на разный ток. В этом случае один из светодиодов будет либо работать на износ, либо тускло светиться — в зависимости от настройки тока ограничивающим резистором.

4. Установка резистора недостаточного сопротивления. В результате текущий через светодиод ток оказывается слишком большим. Поскольку часть энергии из-за дефектов кристаллической решётки превращается в тепло, то при завышенных токах его становится слишком много. Кристалл перегревается, в результате чего значительно снижается срок его службы. При ещё большем завышении тока из-за разогрева области p-n-перехода снижается внутренний квантовый выход, яркость светодиода падает (это особенно заметно у красных светодиодов) и кристалл начинает катастрофически разрушаться.

5. Подключение светодиода к сети переменного тока (напр. 220 В) без принятия мер по ограничению обратного напряжения. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет около 2 вольт, тогда как напряжение обратного полупериода при запертом светодиоде создаёт на нём падение напряжения, равное напряжению питания. Существует много различных схем, исключающих разрушающее воздействие обратного напряжение. Простейшая рассмотрена выше.

6. Установка резистора недостаточной мощности. В результате резистор сильно нагревается и начинает плавить изоляцию касающихся его проводов. Потом на нём обгорает краска, и в конце концов он разрушается под воздействием высокой температуры. Резистор может безболезненно рассеять не более той мощности, на которую он рассчитан.

Мигающие светодиоды

Мигающий сеетодиод (МСД) представляет собой светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 -3 Гц.
Несмотря на компактность в мигающий светодиод входит полупроводниковый чип генератора и некоторые дополнительные элементы. Также стоит отметить то, что мигающий светодиод довольно универсален — напряжение питания такого светодиода может лежать в пределах от З до 14 вольт — для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных экземпляров.

Отличительные качества мигающих сеетодиодое:

    • Малые размеры
    • Компактное устройство световой сигнализации
    • Широкий диапазон питающего напряжения (вплоть до 14 вольт)
    • Различный цвет излучения.

В некоторых вариантах мигающих светодиодов могут быть встроены несколько (обычно — 3) разноцветных светодиода с разной периодичностью вспышек.
Применение мигающих светодиодов оправдано в компактных устройствах, где предьявляются высокие требования к габаритам радиоэлементов и электропитанию — мигающие светодиоды очень экономичны, т..к электронная схема МСД выполнена на МОП структурах. Мигающий светодиод может с лёгкостью заменить целый функциональный узел.

Условное графическое обозначение мигающего светодиода на принципиальных схемах ничем не отличается от обозначения обычного светодиода за исключением того, что линии стрелок- пунктирные и символизируют мигающие свойства светодиода.

Если взглянуть сквозь прозрачный корпус мигающего светодиода, то можно заметить, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании катодного (отрицательного вывода) размещён кристалл светоизлучающего диода.
Чип генератора размещён на основании анодного вывода.
Посредством трёх золотых проволочных перемычек соединяются все части данного комбинированного устройства.

Отличить МСД от обычного светодиода легко по внешнему виду, разглядывая его корпус на просвет. Внутри МСД находятся две подложки примерно одинакового размера. На первой из них располагается кристаллический кубик светоизлучателя из редкоземельного сплава.
Для увеличения светового потока, фокусировки и формирования диаграммы направленности применяется параболический алюминиевый отражатель (2). В МСД он немного меньше по диаметру, чем в обычном светодиоде, так как вторую часть корпуса занимает подложка с интегральной микросхемой (3).
Электрически обе подложки связаны друг с другом двумя золотыми проволочными перемычками (4). Корпус МСД (5) выполняется из матовой светорассеивающей пластмассы или из прозрачного пластика.
Излучатель в МСД расположен не на оси симметрии корпуса, поэтому для обеспечения равномерной засветки чаще всего применяют монолитный цветной диффузный световод. Прозрачный корпус встречается только у МСД больших диаметров, обладающих узкой диаграммой направленности.

Чип генератора состоит из высокочастотного задающего генератора — он работает постоянно -частота его по разным оценкам колеблется около 100 кГц. Совместно с ВЧ-генератором работает делитель на логических элементах, который делит высокую частоту до значения 1,5- 3 Гц. Применение высокочастотного генератора совместно с делителем частоты связано с тем, что для реализации низкочастотного генератора требуется использование конденсатора с большой ёмкостью для времязадающей цепи.

Для приведения высокой частоты до значения 1-3 Гц используются делители на логических элементах, которые легко разместить на небольшой площади полупроводникового кристалла.
Кроме задающего ВЧ-генератора и делителя на полупроводниковой подложке выполнен электронный ключ и защитный диод. У мигающих светодиодов, рассчитанных на напряжение питания 3-12 вольт, также встраивается ограничительный резистор. У низковольтных МСД ограничительный резистор отсутствует Защитный диод необходим для предотвращения выхода из строя микросхемы при переполюсовке питания.

Для надёжной и долговременной работы высоковольтных МСД, напряжение питания желательно ограничить на уровне 9 вольт. При увеличении напряжения возрастает рассеиваемая мощность МСД, а, следовательно, и нагрев полупроводникового кристалла. Со временем чрезмерный нагрев может привести к быстрой деградации мигающего светодиода.

Безопасно проверить исправность мигающего светодиода можно с помощью батарейки на 4,5 вольта и последовательно включенного совместно со светодиодом резистора сопротивлением 51 Ом, мощностью не менее 0,25 Вт.

Исправность ИК-диода можно проверить при помощи фотокамеры сотового телефона.
Включаем фотоаппарат в режим съемки, ловим в кадр диод на устройстве (например, пульт ДУ), нажимаем на кнопки пульта, рабочий ИК диод должен в этом случае вспыхивать.

В заключении следует обратить внимание на такие вопросы как пайка и монтаж светодиодов. Это тоже очень важные вопросы, которые влияют на их жизнеспособность.
светодиоды и микросхемы боятся статики, неправильного подключения и перегрева, пайка этих деталей должна быть максимально быстрая. Следует использовать маломощный паяльник с температурой жала не более 260 градусов и пайку производить не более 3-5 секунд (рекомендации производителя). Не лишним будет использование медицинского пинцета при пайке. Светодиод берется пинцетом выше к корпусу, что обеспечивает дополнительный теплоотвод от кристалла при пайке.
Ножки светодиода следует гнуть с небольшим радиусом (чтобы они не ломались). В результате замысловатых изгибов, ноги у основания корпуса должны остаться в заводском положении и должны быть параллельны и не напряжены (а то устанет и кристалл отвалится от ножек).

Чтобы ваше устройство защитить от случайного замыкания или перегрузки следует ставить предохранители.

Скачать:
1. Програма для автоматического подбора резистора при подключении светодиодов — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту
2. Программа автоматического расчета токоограничивающего резистора светодиода — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту
3. Интернет-ресурс для автоматического расчета и подбора резисторов светодиода — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту

Обзор схем включения и управления современными светодиодами

Светодиоды в портативных приборах

На первом месте стоит, конечно, использование светодиодов в схемах задней подсветки активных TFT-матриц LCD-дисплеев, широко применяемых сегодня в большинстве портативных приборов. Так как все они питаются обычно от одного-единственного литиевоионного аккумулятора, общее потребление прибора зависит от числа используемых светодиодов, способов их включения (последовательное или параллельное), тока через каждый светодиод и, конечно же, от КПД устройства. На рис. 1 показано три различных способа управления большим количеством светодиодов с помощью микросхем фирмы Texas Instruments. При последовательном соединении через все светодиоды цепи протекает равный ток, что обеспечивает одинаковую яркость их свечения. Выходное напряжение повышающего преобразователя (рис. 1а) хорошо приспособлено к последовательному включению светодиодов — КПД такой схемы достигает 85% и более. Малое количество соединений между источником энергии (в данном случае микросхемой TPS6106Х) и светодиодами дает еще одно преимущество, особенно ценное в мобильных телефонах-«раскладушках».

Напротив, достоинством параллельного соединения является то, что при выходе из строя одного светодиода не отключается вся подсветка, как это обязательно происходит при последовательном соединении. Существует два возможных вида питания цепей параллельного соединения светодиодов: линейный стабилизатор нагрузочного тока (рис. 1б) и так называемая подкачка заряда (рис. 1в). Чтобы найти оптимальную схему управления, необходимо более детально рассмотреть условия работы. Типовое прямое напряжение (падение напряжения при номинальном прямом токе) одного белого светодиода в зависимости от величины тока составляет 2,5–5 В. Линейный стабилизатор тока является наиболее оптимальным по стоимости и самым эффективным видом управления только в тех случаях, когда используются подходящие светодиоды с наименьшим прямым напряжением, способные работать при разряженном до напряжения 3 В аккумуляторе. Параллельное соединение используется преимущественно в подсветке с задней стороны клавиатур приборов — в случае, когда светодиоды потребляют ток менее 10 мА.

Рис. 1. Способы управления светодиодами, работающими в схемах задней подсветки ЖК-дисплеев, питающихся от аккумуляторов: а) повышающий преобразователь напряжения с катушкой индуктивности; б) линейный стабилизатор нагрузочного тока; в) генератор подкачки заряда

Если прямое напряжение светодиода выше минимального рабочего напряжения аккумулятора (за вычетом необходимого падения напряжения во внутренних цепях), то в этом случае необходимо повышать напряжение с помощью генератора подкачки заряда (рис. 1в). В этом примере используется микросхема TPS60250, которая оптимизирует КПД посредством динамического переключения усиления напряжения в полтора раза. Во всех схемах параллельного подключения светодиодов необходимо точное внутреннее выравнивание их токов с целью достижения одинаковой степени освещенности и постоянства цветового спектра дисплея. Как линейный источник постоянного тока на микросхеме TPS75105, так и генератор подкачки заряда на микросхеме TPS60250 обеспечивают 2%-ную точность выравнивания токов даже при очень малых их значениях.

Дисплеи на органических светодиодах (OLED — Organic LED) отличаются в значительной степени и принципиально от TFT LCD-дисплеев, поскольку они не требуют задней подсветки, а состоят из самосветящихся пикселов. К настоящему времени применение этой многообещающей технологии распространено только на маленькие экраны с небольшой продолжительностью включения, чтобы обойти пока еще существующую проблему малого срока службы OLED при высокой плотности светового потока. Типичным примером применения OLED является второй (внешний) дисплей раскладного мобильного телефона. Изображенная на рис. 2 схема на микрочипе TPS61140/1 дает возможность одновременного подключения светодиодов задней подсветки обычного первого TFT LCD-дисплея и второго OLED-дисплея, управляемого напряжением посредством повышающего преобразователя с одной катушкой индуктивности.

Рис. 2. Способ одновременного управления одной схемой обычными светодиодами задней подсветки первого дисплея и второго OLED-дисплея мобильного телефона

Дальнейшие, более сложные требования к освещению привели к тому, что производители полупроводников обратили внимание на мобильные приборы с цифровым интерфейсом и программируемым процессорным управлением. Одним из примеров могут быть управляемые разноцветные мигающие огни, которые используют так называемые многокристальные RGB-светодиоды, состоящие обычно из трех кристаллов, светящихся красным, зеленым и синим цветами и расположенных на одной подложке. Микросхема ТСА6507 (рис. 3) дает возможность управлять такими светодиодами. Она программируется посредством цифровой шины I2С и управляет светодиодами автономно, без участия процессора.

Рис. 3. Структурная схема микросхемы ТСА6507

Пока еще низкая светочувствительность распространенных сейчас цифровых фотокамер в составе мобильных телефонов образовала еще одну нишу для разработки микросхем управления светодиодами. Имеется в виду возможность создания в цифровых камерах дополнительной подсветки объекта белыми светодиодами (так называемая вспышка). Для получения приемлемого изображения необходимо достичь освещенности вспышки 100 лк на расстоянии 1 м, поэтому ток светодиода зачастую может достигать значения 1,2 А. По этой причине здесь используется преобразователь напряжения с катушкой индуктивности (рис. 4), что позволило получить высокий КПД. Световой поток и длительность вспышки устанавливаются по цифровой шине I2C. Важно иметь в виду, что возникает проблема потребления большого тока от аккумулятора при одновременном действии вспышки и высокочастотного вызывного сигнала усилителя мобильного телефона. Это может вызвать потребление до 3,5 А, что приведет к быстрому истощению аккумулятора и более раннему отключению телефона. Поэтому все современные схемы управления светодиодными вспышками обязательно имеют защиту от включения во время посылок импульсов GSM.

Рис. 4. Схема преобразователя напряжения вспышки цифровой камеры на микросхеме TPS61050

Малые габариты корпусов современных микросхем, высокие частоты переключения, использование оптимизированных малогабаритных катушек индуктивности, более высокий КПД делают возможным создание более плоских, портативных приборов, в которых могут использоваться помимо прочего различные световые и цветомузыкальные эффекты, бегущие огни, светящиеся корпуса — фантазии производителей нет предела.

Светодиоды в автомобилях

Преимущества светодиодов по сравнению с обычными лампами накаливания со стеклянными колбами особенно очевидны в автоэлектро нике. У них более высокие продолжительность работы, надежность, КПД, светотехнические характеристики и одновременно малые габариты и энергопотребление. Используемые вначале только как сигнальные лампочки на панели приборов, светодиоды постепенно завоевывают и другие области применения, такие как освещение приборной панели и внутреннего салона автомобиля, указатели направления движения («поворотники»), габаритные огни и сигналы торможения. В скором времени ожидается использование светодиодов нового поколения для ближнего и дальнего света.

Если создается плоский рассеянный осветитель, как, например, при освещении приборной панели, то используется конфигурация множества параллельно подключенных светодиодов. При отказе одного из них уменьшается яркость свечения только маленького участка панели, а не всего светового прибора. Для управления таким набором светодиодов используются специальные микросхемы, например TLC5917 (рис. 5).

Рис. 5. Структурная схема микросхемы TLC5917

С помощью последовательного соединения множества таких микросхем, имеющих последовательные регистры сдвига, можно управлять любым количеством светодиодов. Микросхема включает в себя также схемы обнаружения и защиты от перегрева и короткого замыкания в каждом светодиоде. Максимальный ток через светодиоды устанавливается здесь с помощью внешнего резистора в диапазоне от 5 до 120 мА.

Светодиоды в больших телевизионных экранах

Телевизоры с большими экранами, профессиональные мониторы для графических приложений, коммерческие телевизионные установки для наружного использования являются перспективными направлениями применения большого количества светодиодов. Особое значение здесь имеет одинаковость характеристик светоизлучения, обеспечивающая равномерную яркость и распределение цветов.

Использование микросхем интерфейсов дает возможность управлять каждым отдельным светодиодом, большое количество которых геометрически расположено в виде матрицы. Для того чтобы в современных телевизорах и мониторах достичь наиболее точного распределения белого по всей поверхности экрана, а также наиболее точной цветопередачи изображения, используют новые концепции представления цвета, например динамическую заднюю подсветку (SB – Scanning Backlight).

В больших экранах светодиоды обеспечивают цветовую и яркостную информацию каждой точки (пиксела) изображения. Обычно один пиксел формируют три светодиода (красный, зеленый, синий). В результате появляется необходимость управлять 10000 и более отдельных светодиодов, для чего используются микросхемы интерфейсов. Одним из таких примеров является микросхема TLC5945 (рис. 6).

Рис. 6. Структурная схема микросхемы TLC5945

Для обеспечения необходимой частоты смены изображения, чтобы человеческий глаз мог воспринять его как непрерывное движение, необходимо передавать информацию на светодиоды достаточно быстро. В больших экранах каждый светодиод переключается с частотой, которая по крайней мере не ниже частоты полей (половина от частоты кадров 50 или 60 Гц). Поскольку последовательные интерфейсы разрешают тактовую частоту передачи битов до 30 МГц, примерно можно определить максимальную частоту полей (Гц) по формуле: fп.30.106/193n, где n — число последовательно включенных микросхем TLC5945, каждая из которых имеет 16 выходов. Еще одной особенностью микросхемы TLC5945 является возможность запоминания уровня максимального тока каждого светодиода с помощью встроенных ШИМ-модуляторов. Это необходимо для того, чтобы сравнивать и управлять различием между токами отдельных светодиодов, что позволяет исключить нарушение цветопередачи.

Светодиоды в архитектуре, ландшафтном дизайне и интерьере

Светодиоды находят все более широкое применение в областях, где раньше доминировали лампы накаливания и газоразрядные лампы. По причине малых затрат мощности и долговечности светодиоды стали использовать в местах, где высокий уровень освещенности не играет большой роли, — в аварийном и дежурном освещении, в знаках и табличках, маркировочном освещении. Как средства освещения светодиоды используют и во взрывоопасных помещениях и цехах. Довольно быстро внедряются светодиодные кластеры и в архитектурное освещение в качестве световых карнизов и колонн.

Для управления сетью светильников используются переключатели сетевого питающего напряжения, преобразователи, контроллеры и приборы коррекции коэффициента мощности на базе микросхем фирмы Texas Instruments или семейства UCC28хх фирмы UNITRODE. При этом должно быть обращено внимание на то, что по стандарту EN61000-3-2 мощность устройств не должна быть менее 75 Вт. В интерьере эффектно выглядит сочетание прозрачных конструкций, таких как стеклянная мебель, стеновые панели, окна с гибкими линейными светодиодными модулями, которые не просто светятся, но и меняют окраску.

Литература

1. www.ti.com

2. Capsten Oppitz. Leuchten und Beleuchten. Elektronik scout. 2008.

3. Звонарев Е. Обзор драйверов светодиодов компании Texas Instruments // Новости электроники. 2008. № 317.

Плавное включение и выключение светодиодов

Есть случаи, когда необходимо обеспечить плавное включение светодиодов, применяемых для освещения или подсветки, а в некоторых случаях и выключение. Плавный розжиг может потребоваться по разным причинам.

Во-первых, при мгновенном включении свет сильно «бьет по глазам» и заставляет нас жмуриться и прищуриваться, выжидая, пока глаза привыкнут к новому уровню яркости. Этот эффект связан с инерционностью процесса аккомодации глаза и конечно имеет место не только при включении светодиодов, но и любых других источников света.

Просто в случае со светодиодами он усугубляется тем, что излучающая поверхность очень мала. Если говорить научным языком – источник света имеет очень большую габаритную яркость.

Во-вторых, могут преследоваться чисто эстетические цели: согласитесь плавно загорающийся или гаснущий свет – это красиво. Схема питания светодиодов должна быть усовершенствована должным образом. Рассмотрим два различных способа плавного включения и выключения светодиодов.

Задержка RC-цепью

Первое что должно прийти в голову человеку, знакомому с электротехникой – введение задержки с помощью включения в схему питания светодиодов RC-цепочки: резистора и конденсатора. Схема приведена на рис.1. При подаче напряжения на вход – напряжение на конденсаторе, по мере его заряда, будет нарастать за время приблизительно равное 5τ, где τ=RC – постоянная времени. То есть, говоря простым языком, время включения света будет определяться произведением емкости конденсатора и сопротивления резистора. Соответственно, чем больше емкость и сопротивление, тем дольше будет происходить розжиг светодиодов. При отключении питания конденсатор будет разряжаться на светодиоды. Время, в течение которого будет происходить плавное затухание, также будет определяться τ, но в этом случае вместо R в произведение войдет динамическое сопротивление светодиодов. К примеру, конденсатор на 2200 мкФ и резистор на 1 кОм теоретически «растянут» время включения на  2,2 секунды. Естественно на практике это значение будет отличаться от расчетного как за счет разброса параметров (у электролитических конденсаторов допуски на номинал обычно очень большие) RC-цепи, так и за счет параметров самих светодиодов. Не нужно забывать, что p-n-переход начнет открываться и излучать свет при определенном пороговом значении. Представленная простейшая схема хорошо позволяет понять принцип действия этого метода, но для практической реализации она мало пригодна. Для получения рабочего решения усовершенствуем ее введением нескольких дополнительных элементов (рис.2). Работает схема следующим образом: при включении питания конденсатор С1 заряжается через резистор R2, транзистор VT1, по мере изменения напряжения на затворе, уменьшает сопротивление своего канала, тем самым увеличивая ток через светодиод. Выключение питания приведет к разряду конденсатора через светодиоды и резистор R1.

Включим «мозги»…

Если схема должна обеспечить большую гибкость и функциональность, например, не меняя «железо» мы хотим получить несколько режимов работы и задавать время розжига и затухания более точно, то самое время включить в схему микроконтроллер и интегральный драйвер LED  с входом управления. Микроконтроллер способен с высокой точностью отсчитывать необходимые интервалы времени и выдавать команды на управляющий вход драйвера в виде ШИМ. Переключение режимов работы можно предусмотреть заранее и вывести для этого соответствующую кнопку. Необходимо только сформулировать – что мы хотим получить и написать соответствующую программу. В качестве примера можно привести драйвер мощных светодиодов LDD-H, который выпускается с номинальными значениями токов от 300 до 1000 мА и имеет вход ШИМ. Схема включения конкретных драйверов обычно приводится в тех. описании производителя (data sheet). В отличие от предыдущего способа, время  на включение и выключение не будет зависеть от разброса параметров элементов схемы, температуры окружающей среды или падения напряжения на светодиодах. Но за точность нужно будет заплатить – это решение дороже.

Включение / выключение поворотных полос | HitLights

Это 2020 год. У нас в карманах есть беспилотные автомобили, беспроводные коммуникаторы (ладно, смартфоны) и сверхэффективное светодиодное ленточное освещение по всему дому, которое вам … нужно отсоединить от стены выключать? Подожди, правда? Это лучшее, что мы можем сделать?

Конечно, светодиодное освещение — это здорово во многих отношениях (мы уже упоминали об эффективности, но как насчет температуры, безопасности, стоимости, простоты установки …), но иногда вы просто хотите, чтобы эти огни были, ну, а не горели.Может ты пытаешься уснуть? Может тебя нет дома? Возможно, вы только что перенесли лазерную коррекцию зрения и какое-то время не можете справляться с ярким светом (теперь мы просто хвастаемся, прошлые люди). Причин много — и, к счастью, средств тоже много. Ниже приведен список способов выключения светодиодной ленты (и, конечно же, включения).

1) Выключатель высокого напряжения.

Поскольку светодиоды работают от электричества постоянного тока низкого напряжения, им требуется источник питания (иногда называемый трансформатором или драйвером) для преобразования переменного тока высокого напряжения в вашем доме.Вы можете отключить это электричество до того, как оно попадет к трансформатору, с помощью обычного выключателя, который обычно крепится к стене, как выключатель света.

2) Высоковольтный диммер.

Сделайте еще один шаг и включите возможности диммирования с помощью совместимого диммерного переключателя перед вашим источником питания (который должен быть специальной диммируемой версией, а также быть совместимым с вашим диммерным переключателем). Современные диммерные переключатели обеспечивают плавное и качественное регулирование яркости, а некоторые предлагают дистанционное управление, функции памяти и многое другое.

3) EZDim

Если источники питания с регулируемой яркостью и совместимые переключатели кажутся более хлопотными, чем они того стоят, революционный диммерный переключатель EZDim может быть для вас. Он сочетает в себе диммер и блок питания в одном компактном блоке, что означает, что вам не нужно беспокоиться о совместимости, а установка становится простой.

4) Линейный выключатель (низкое напряжение)

Если ваш коммутатор должен быть расположен очень близко к светодиодам, или если у вас нет возможности (или разрешения!) Проделывать отверстия в стенах для высоковольтного переключателя, наш встроенный переключатель Plug and Play может быть то, что вам нужно.Он включает ваш свет. Он выключает свет. Он поставляется в ОДНОМ ЦВЕТЕ, который (очевидно) черный.

5) Встроенный диммер (низкое напряжение)

Хотя не так стильно и не так гладко, как их более дорогие высоковольтные собратья, низковольтные диммеры справляются со своей задачей, позволяя вам включать / выключать освещение, а также регулировать яркость (отсюда и название). Они бывают как в циферблатной, так и в сенсорной версии.

6) Пульт дистанционного управления низкого напряжения R106.

Все функции диммера с циферблатом (и некоторых других) у вас на ладони — в этой комнате, этой комнате или любой другой комнате (применяются условия).R106 использует радиочастотное управление (вместо менее надежного инфракрасного управления), поэтому сигнал может проходить через двери шкафа, стены или другие материалы. В R106 есть и другие полезности, в том числе предустановленные уровни затемнения и некоторые интересные эффекты.

7) Наша линейка многоцветных контроллеров (для лент RGB / RGBW).

Это, вероятно, не будет новостью для кого-либо, но если вы используете какие-либо разноцветные или специальные полоски, контроллер для этих полосок также имеет кнопку включения / выключения, поэтому вам не нужно закрывать глаза, когда вы хочу передышки от всех этих танцевальных красок.В качестве бонуса вы можете использовать переключатель включения / выключения высокого напряжения (1) или линейный переключатель (4), прежде чем перейти к контроллеру, если хотите, но не пытайтесь комбинировать полосы RGB с чем-либо еще, что затемняет ( или вы будете испытывать мерцание, беспорядочное затемнение или плохую цветопередачу).

Независимо от того, являетесь ли вы экспертом по освещению своими руками или профессионалом в области освещения, вы можете выключить (и включить!) Свет различными способами в соответствии с вашими потребностями. Нужна помощь в выборе того, что подходит вам? Свяжитесь с нашей командой экспертов по обслуживанию клиентов по адресу customerservice @ hitlights.ком!

4. Включение светодиодов и основные концепции Python — документация MicroPython 1.14

Проще всего на pyboard включить светодиоды, прикрепленные к плате. Подключите плату и войдите в систему, как описано в руководстве 1. Мы начнем с включения и включения светодиода в интерпретаторе, введите следующий

 >>> myled = pyb.LED (1)
>>> myled.on ()
>>> myled.off ()
 

Эти команды включают и выключают светодиод.

Это все хорошо, но мы бы хотели автоматизировать этот процесс.Откройте файл MAIN.PY на pyboard в вашем любимом текстовом редакторе. Напишите или вставьте в файл следующие строки. Если вы новичок в Python, убедитесь, что вы правильно указали отступ, поскольку это имеет значение!

 светодиод = pyb.LED (2)
в то время как True:
    led.toggle ()
    pyb.delay (1000)
 

При сохранении красный свет на pyboard должен загореться примерно на секунду. Чтобы запустить сценарий, выполните мягкий сброс (CTRL-D). После этого pyboard перезапустится, и вы должны увидеть, как постоянно мигает зеленый свет.Успех, первый шаг на пути к созданию армии злых роботов! Когда вам надоедает надоедливый мигающий свет, нажмите CTRL-C на своем терминале, чтобы остановить его работу.

Итак, что делает этот код? Для начала нам понадобится некоторая терминология. Python — объектно-ориентированный язык, почти все в Python — это классы, и когда вы создаете экземпляр класса, вы получаете объект. Классы имеют связанные с ними методы. Метод (также называемый функцией-членом) используется для взаимодействия с объектом или управления им.

Первая строка кода создает объект LED, который мы затем назвали led. Когда мы создаем объект, он принимает единственный параметр, который должен быть от 1 до 4, что соответствует 4 светодиодам на плате. Класс pyb.LED имеет три важные функции-члены, которые мы будем использовать: on (), off () и toggle (). Другая функция, которую мы используем, — это pyb.delay (), она просто ждет заданное время в миллисекундах. После того, как мы создали объект LED, оператор while True: создает бесконечный цикл, который переключает светодиод между включением и выключением и ждет 1 секунду.

Упражнение: попробуйте изменить время между переключением светодиода и включением другого светодиода.

Упражнение: подключитесь к pyboard напрямую, создайте объект pyb.LED и включите его с помощью метода on ().

4.1. Дискотека на вашем pyboard

До сих пор мы использовали только один светодиод, но на pyboard доступно 4 светодиода. Давайте начнем с создания объекта для каждого светодиода, чтобы мы могли управлять каждым из них. Мы делаем это, создавая список светодиодов с пониманием списка.

 светодиоды = [pyb.Светодиод (i) для i в диапазоне (1,5)]
 

Если вы вызовете pyb.LED () с номером, отличным от 1,2,3,4, вы получите сообщение об ошибке.
Затем мы настроим бесконечный цикл, который циклически включает и выключает каждый из светодиодов.

 п = 0
в то время как True:
  п = (п + 1)% 4
  светодиоды [n] .toggle ()
  pyb.delay (50)
 

Здесь n отслеживает текущий светодиод, и каждый раз, когда цикл выполняется, мы переходим к следующему n (знак% — это оператор модуля, который поддерживает n между 0 и 3.) Затем мы обращаемся к n-му светодиоду и переключаем его.Если вы запустите это, вы должны увидеть, что каждый из светодиодов включается, а затем все снова по очереди гаснут.

Одна проблема, которую вы можете обнаружить, заключается в том, что если вы остановите скрипт, а затем запустите его снова, светодиоды загорятся от предыдущего запуска, разрушив нашу тщательно спланированную дискотеку. Мы можем исправить это, выключив все светодиоды при инициализации скрипта, а затем используя блок try / finally. Когда вы нажимаете CTRL-C, MicroPython генерирует исключение VCPInterrupt. Исключения обычно означают, что что-то пошло не так, и вы можете использовать команду try:, чтобы «поймать» исключение.В этом случае сценарий просто прерывает пользователь, поэтому нам не нужно перехватывать ошибку, а просто сообщать MicroPython, что делать при выходе. Блок finally делает это, и мы используем его, чтобы убедиться, что все светодиоды выключены. Полный код:

 светодиодов = [pyb.LED (i) для i в диапазоне (1,5)]
для l в светодиодах:
    l.off ()

п = 0
пытаться:
   в то время как True:
      п = (п + 1)% 4
      светодиоды [n] .toggle ()
      pyb.delay (50)
наконец:
    для l в светодиодах:
        l.off ()
 

4.2. Специальные светодиоды

Особые желтые и синие светодиоды.Вы можете не только включать и выключать их, но и контролировать их интенсивность с помощью метода интенсивности (). Это принимает число от 0 до 255, которое определяет, насколько он яркий. Следующий сценарий постепенно увеличивает яркость синего светодиода, а затем снова его выключает.

 светодиод = pyb.LED (4)
интенсивность = 0
в то время как True:
    интенсивность = (интенсивность + 1)% 255
    led.intensity (интенсивность)
    pyb.delay (20)
 

Вы можете вызвать интенсивность () светодиодов 1 и 2, но они могут быть только выключены или включены. 0 отключает их, а любое другое число до 255 включает их.

Когда выключать свет

Экономическая эффективность того, когда выключать свет, зависит от типа лампы и стоимости электроэнергии. Тип используемой лампочки важен по нескольким причинам. Все лампочки имеют номинальный или номинальный срок службы, на который влияет то, сколько раз они включаются и выключаются. Чем чаще они включаются и выключаются, тем меньше срок их службы.

Лампы накаливания

Лампы накаливания следует выключать всякий раз, когда они не нужны, поскольку они являются наименее эффективным типом освещения.90% энергии, которую они используют, выделяется в виде тепла, и только около 10% дает свет. Выключив свет, вы сохраните прохладу в комнате, что станет дополнительным преимуществом летом.

Галогенное освещение

Хотя галогенные лампы более эффективны, чем традиционные лампы накаливания, они используют ту же технологию и намного менее эффективны, чем КЛЛ и светодиоды. Поэтому лучше выключать эти огни, когда они не нужны.

КЛЛ Освещение

Поскольку они уже очень эффективны, рентабельность отключения КЛЛ для экономии энергии немного сложнее.Общее практическое правило таково:

  • Если вы не выходите из комнаты на 15 минут или меньше, оставьте его включенным.
  • Если вас не будет в комнате более 15 минут, выключите его.

На срок службы КЛЛ больше влияет количество включений и выключений. Как правило, вы можете продлить срок службы лампы CFL, включая и выключая ее реже, чем если вы просто используете ее меньше.

Широко распространено мнение, что КЛЛ потребляют много энергии, чтобы начать работу, и лучше не выключать их на короткое время.Количество энергии варьируется между производителями и моделями, однако лампы, соответствующие стандарту ENERGY STAR ©, должны выдерживать быструю смену циклов в течение пятиминутных интервалов, чтобы гарантировать, что они могут выдерживать частое переключение.

В любом случае относительно более высокий требуемый «пусковой» ток длится половину цикла, или 1/120 секунды. Количество электроэнергии, потребляемой для подачи пускового тока, равно нескольким секундам или меньше при нормальной работе освещения. Выключение люминесцентных ламп более чем на 5 секунд сэкономит больше энергии, чем будет затрачено на их повторное включение.Следовательно, реальная проблема заключается в стоимости электроэнергии, сэкономленной за счет выключения света, по сравнению со стоимостью замены лампочки. Это, в свою очередь, определяет кратчайший рентабельный период выключения люминесцентного света.

Стоимость энергии, сэкономленной при отключении КЛЛ, зависит от нескольких факторов:

  • Цена, которую коммунальное предприятие взимает со своих клиентов, зависит от «классов» потребителей, которые обычно бывают жилыми, коммерческими и промышленными. В каждом классе могут быть разные тарифные планы.
  • Некоторые коммунальные предприятия могут взимать разные тарифы за электроэнергию в разное время дня. Как правило, коммунальным предприятиям дороже вырабатывать электроэнергию в определенные периоды высокого спроса или потребления, называемые пиками.
  • Некоторые коммунальные предприятия могут взимать с коммерческих и промышленных потребителей больше за киловатт-час (кВтч) в периоды пиковой нагрузки, чем за потребление в непиковый период.
  • Некоторые коммунальные предприятия могут также взимать базовую ставку за определенный уровень потребления и более высокие ставки за увеличивающиеся блоки потребления.
  • Часто коммунальное предприятие добавляет плату за различные услуги, базовую плату и / или налоги за расчетный период, которые можно усреднить на потребленный кВтч, если они еще не учтены в ставке.

Светодиодное освещение

На срок службы светодиода (LED) не влияет его включение и выключение. Хотя срок службы люминесцентных ламп сокращается, чем чаще они включаются и выключаются, это не оказывает отрицательного влияния на срок службы светодиодов. Эта характеристика дает светодиодам несколько явных преимуществ, когда дело доходит до работы.Например, светодиоды имеют преимущество при использовании вместе с датчиками присутствия или датчиками дневного света, которые работают в режиме включения-выключения. Также, в отличие от традиционных технологий, светодиоды включаются на полную яркость практически мгновенно, без задержки. Светодиоды также в значительной степени не подвержены вибрации, поскольку у них нет нитей или стеклянных корпусов.

Расчет экономии энергии

Чтобы рассчитать точную величину экономии энергии за счет выключения лампочки, вам необходимо сначала определить, сколько энергии потребляет лампа во включенном состоянии.На каждой лампочке напечатано значение мощности в ваттах. Например, если номинальная мощность составляет 40 Вт, и лампа горит в течение одного часа, она будет потреблять 0,04 кВтч, а если она выключена в течение одного часа, вы сэкономите 0,04 кВтч. (Обратите внимание, что многие люминесцентные светильники имеют две или более ламп. Кроме того, один переключатель может управлять несколькими приборами — «массивом». Добавьте экономию для каждого светильника, чтобы определить общую экономию энергии.)

Затем вам нужно выяснить, что вы платят за электроэнергию за кВтч (в целом и в периоды пиковой нагрузки).Вам нужно будет просмотреть свои счета за электроэнергию и узнать, сколько коммунальные услуги взимают за киловатт-час. Умножьте тариф за кВтч на количество сэкономленной электроэнергии, и вы получите величину экономии. Продолжая приведенный выше пример, предположим, что ваш тариф на электроэнергию составляет 10 центов за кВтч. В этом случае стоимость экономии энергии составит 0,4 цента (0,004 доллара США). Величина экономии будет увеличиваться, чем выше номинальная мощность лампы в ваттах, чем больше количество лампочек, управляемое одним переключателем, и тем выше показатель за кВтч.

Наиболее рентабельный период времени, в течение которого свет (или комплект осветительных приборов) может быть выключен до того, как величина экономии превысит затраты на замену ламп (из-за их сокращенного срока службы), будет зависеть от типа и модель лампочки и балласта. Стоимость замены лампочки (или балласта) зависит от стоимости лампочки и затрат труда на ее выполнение.

Производители освещения должны иметь возможность предоставлять информацию о рабочем цикле своей продукции. В общем, чем более энергоэффективна лампочка, тем дольше вы можете оставить ее включенной, прежде чем будет экономически выгодно ее выключить.

Помимо выключения света вручную, вы можете рассмотреть возможность использования датчиков, таймеров и других средств автоматического управления освещением.

энергии — Не повредит ли многократное включение и выключение лампочки?

Зависит от типа лампочки!

Галогенные, лампы накаливания, флуоресцентные и паровые лампы используют вольфрамовые нити, которые нагревают и испускают электроны посредством термоэлектронной эмиссии. В этом смысле они похожи. Однако способы «включения» света различаются.

Лампы накаливания просто включают один раз и оставляют включенными. Пусковой ток в 12–15 раз превышает пиковый ток, если не ограничен методами, описанными в примечании к применению.

Люминесцентные лампы работают по схеме «стартер» и «балласт». Нити накаливания нагреваются более постепенно, поскольку пускатель (D на схеме ниже) должен переключаться несколько раз, чтобы запустить электроны, протекающие через трубку, а не только один раз, как лампа накаливания.

Обычно стартер (биметаллический переключатель) периодически нагревается и размыкается, в результате чего магнитное поле, создаваемое балластом (G), разрушается и вызывает индукционный толчок в трубке. Если толчок недостаточно сильный, электронов не хватит для поддержания цепи через трубку, и свет будет мерцать. Свет будет устойчивым только тогда, когда магнитное поле будет сильным, когда он схлопнется. Чтобы увидеть это в анимации, посмотрите «Как работает флуоресцентный свет».

Так или иначе, идея состоит в том, что вольфрамовый элемент подвергается тепловому удару при каждом включении света. Я предполагаю, что тепловой удар меньше для люминесцентных ламп, чем для ламп накаливания, поскольку люминесцентные лампы не сразу нагреваются до полного открытия дроссельной заслонки, потому что стартер должен несколько раз попытаться запустить свет (обычно в течение нескольких секунд). В любом случае, включение света каждый раз повредит нить накала и приведет к долговременному повреждению.

Однако светодиод — единственный тип светоизлучающего устройства из списка, в котором не используется вольфрамовый элемент.Вместо этого он использует PN-переход. Это означает, что светодиоды требуют гораздо меньшего напряжения и тока, что означает низкое энергопотребление по сравнению с лампами с нитью. Таким образом, светодиоды вообще не будут повреждены при переключении, поскольку нет повреждаемой нити накала и мощность, проходящая через лампу, ниже. Фактически, многие приложения переключают их на высоких скоростях с помощью ШИМ, с которым они справляются без проблем.

Также посмотрите отличное видео MinutePhysics о современных источниках света для краткого объяснения того, как эти источники света работают!

Какая задержка светодиода?

Чтобы ответить на этот вопрос, сначала необходимо провести различие между люминофорными светодиодами (# 1) (e.грамм. белые светодиоды, возможно, несколько зеленых светодиодов) и светодиоды прямого излучения (например, светодиоды большинства видимых цветов, ИК- и УФ-светодиоды).

Светодиоды с прямым излучением обычно имеют время включения, измеряемое однозначными наносекундами, и больше для светодиодов большего размера. Время выключения для них составляет десятки наносекунд, что немного медленнее, чем включение. ИК-светодиоды обычно показывают самое быстрое время перехода по причинам, указанным заранее.

Доступны светодиоды специального назначения, геометрия переходов и соединительных проводов которых разработана специально для пропускания импульсов от 800 пикосекунд до 2 наносекунд.Для еще более коротких импульсов лазерные диоды специального назначения, во многом похожие на светодиоды, работают вплоть до 50 пикосекундных импульсов.

Как отметил @ConnorWolf в комментариях, также существует семейство светодиодных продуктов со специализированным формированием оптического луча, которые могут похвастаться шириной импульса от 500 до 1000 пикосекунд.

Светодиоды

люминофорного типа имеют время включения и выключения от десятков до сотен наносекунд, что значительно медленнее, чем светодиоды прямого излучения.


Доминирующими факторами для быстрого переключения светодиодов являются не только время перехода светодиода, присущее светодиоду:

  • Индуктивность дорожек увеличивает время нарастания и спада.Более длинные следы = более медленные переходы.
  • Емкость перехода самого светодиода — коэффициент (# 2) . Например, эти 5-миллиметровые светодиоды со сквозными отверстиями имеют номинальную емкость перехода 50 пФ. Меньшие переходы, например Светодиоды 0602 SMD имеют соответственно более низкую емкость перехода и в любом случае с большей вероятностью будут использоваться для подсветки экрана.
  • Паразитная емкость (дорожки и вспомогательная схема) играет важную роль в увеличении постоянной времени RC и, следовательно, в замедлении переходов.
  • Типовые топологии управления светодиодами, например При переключении полевого МОП-транзистора нижнего уровня не следует активно опускать напряжение на светодиоде при выключении, поэтому время выключения обычно меньше, чем время включения.
  • В результате указанных выше индуктивных и емкостных факторов, чем выше прямое напряжение светодиода, тем больше время нарастания и спада, так как источнику питания приходится сильнее пропускать ток, чтобы преодолеть эти факторы. Таким образом, ИК-светодиоды, обычно с самым низким прямым напряжением, переключаются быстрее всего.

Таким образом, на практике предельные постоянные времени для реализованной конструкции могут составлять сотни наносекунд. Во многом это связано с внешними факторами, например, с цепью управления. Сравните это с гораздо более коротким временем перехода светодиода.

Чтобы получить представление о преобладании конструкции схемы управления по сравнению с самими светодиодами, см. Это недавнее RFI правительства США (апрель 2013 г.), в котором рассматриваются схемы, которые могут гарантировать время переключения светодиода в диапазоне 20 наносекунд.


Примечания:

# 1: Светодиод люминофорного типа имеет нижележащий светоизлучающий переход, обычно в дальнем синем или ультрафиолетовом диапазоне, который затем возбуждает люминофорное покрытие. Результатом является комбинация нескольких излучаемых длин волн, следовательно, более широкий спектр длин волн, чем у светодиода прямого излучения, который воспринимается как приблизительно белый (для белых светодиодов).

Это вторичное свечение люминофора включается и выключается намного медленнее, чем переходный переход. Кроме того, при выключении у большинства люминофоров есть длинный хвост, который еще больше искажает время выключения.

# 2: Геометрия перехода значительно влияет на емкость перехода. Следовательно, аналогичные шаги предпринимаются для изготовления светодиодов, специально разработанных для высокоскоростной передачи сигналов в диапазоне МГц, которые используются для конструкции высокочастотных переключающих диодов. На емкость влияет толщина обедненного слоя, а также площадь соединения. Выбор материала (GaAsP против GaP и т. Д.) Также влияет на подвижность носителей в переходе, тем самым изменяя «время переключения».

Сокращает ли включение и выключение света срок службы лампы?

Расхожее мнение, которое мы использовали для наших лампочек, сильно изменилось за последние несколько десятилетий.

Тем более, что повсеместно используются светодиоды, которые представляют собой энергоэффективные, энергосберегающие, аккуратные маленькие устройства, способные спасти планету.

Но также они работают совсем не так, как обычные лампы накаливания.

И поэтому его использование, уход и обслуживание тоже разные. Светодиод является электронным, и его нужно использовать с осторожностью в конце дня, но светодиоды могут потребовать гораздо больше ударов, прежде чем они начнут ослабевать. Они выносливы и выносливы.

Включение и выключение света приводит к ослаблению всех лампочек.На светодиоды влияют электрические нагрузки на конденсаторы, ослабление накала из-за их тонкой нити накала и ослабление КЛЛ из-за высокого пускового напряжения, проходящего через электроды.

Уменьшает ли быстрое переключение переключателя срок службы ламп?

В детстве я уверен, что большинство из нас быстро включили и выключили свет, чтобы опробовать классные мигающие эффекты! Я одинаково уверен, что все мы получили множество предупреждений от наших родителей.

Ну, угадайте, что?

Твои родители были абсолютно правы, что не включали и не выключали слишком быстро! Скачок напряжения, который сопровождает светодиод, многократно включается и выключается, вызывая электрическое перенапряжение (EOS) на микрочипах.

Обычно конденсаторы вынуждены быстро заряжаться и разряжаться, вызывая электрическое напряжение.

Это напряжение может привести к сокращению срока службы светодиода и к тому, что лампа погаснет быстрее, чем ее средний номинальный срок службы.

Не только лампочка, но и настенный выключатель подвергаются нагрузке. Когда ток проходит через проводку в цепи переключателя, он начинает нагревать проводку. Затем, когда ток перестает течь, провода начинают остывать.

Когда это делается слишком быстро, не давая проводке достаточно времени для прогрева или охлаждения, тепловой цикл продолжает сбрасываться, и это в конечном итоге приведет к повреждению проводки.

Есть ли другие опасности быстрого переключения?

Помогите мне и получите шанс на победу!

Заявленный срок службы светодиодных фонарей варьируется, но обычно составляет 15-25 000 часов. Я решил разобраться, правда это или нет, и вы можете мне в этом помочь.

Я создал полностью анонимный опрос, чтобы понять реальный срок службы светодиодных фонарей в повседневной среде. Вся анкета состоит всего из 8 простых вопросов и не займет у вас больше нескольких минут.

В качестве благодарности выберу одного из участников, который станет счастливым обладателем умной световой ленты Philips Hue. Я свяжусь с победителем по электронной почте относительно приза.

Щелкните ниже, чтобы внести свой вклад. Спасибо.

Итак, вы видели, что может случиться с вашей лампочкой, когда вы или кто-то другой быстро включает и выключает свет. Это просто не очень хорошо для электрики.

Но теперь позвольте мне рассказать вам, как это может навредить вам как личности.

Во-первых, это очень раздражает. Я не встречал никого, кому нравился бы свет, который быстро включается и выключается. Это просто не то, для чего люди устроены!

Во-вторых, некоторые люди могут пострадать более серьезно. Это особенно актуально для людей, страдающих эпилепсией, которые не переносят мигание света определенной частоты и в конечном итоге у них начинается припадок.

Помимо этого, единственным другим вредным эффектом быстрого переключения теоретически является более высокие счета за электроэнергию из-за притока высокого напряжения.Но это очень минимально.

Какие типы луковиц склонны к повреждению

Совершенно очевидно, что как бы вы ни смотрели на это, свет будет поврежден из-за частого и ненужного включения и выключения.

Но, допустим, вы действительно этого хотите! Не знаю, зачем вам это нужно, но я здесь, чтобы помочь вам достичь компромисса.

Различные типы ламп влияют по-разному. На светодиоды, КЛЛ и лампы накаливания влияют по-разному.

Если вы настаиваете на быстром переключении, лучше всего подойдут светодиоды.Они меньше всего подвержены такому быстрому или серьезному повреждению, как другие типы луковиц.

Лампы накаливания тоже не очень хороши из-за быстрого переключения. Свет, излучаемый этими лампочками, исходит от раскаленной добела вольфрамовой нити накаливания, закрепленной на штырях. При включении и выключении тока нить должна быстро нагреваться и остывать.

Быстрый нагрев и охлаждение нити приводит к ее ослаблению и хрупкости. В конце концов, он скоро сломается, как только вы его включите.

КЛЛ

, наконец, хуже всех, когда дело доходит до их быстрого включения и выключения.КЛЛ используют более высокое напряжение для запуска света, чем для запуска света. Примерно в 1,8 раза выше.

Это высокое пусковое напряжение должно запускать поток электронов, которые затем взаимодействуют с газами, давая свет. Это необходимо, но не годится для электродов у основания трубки. Более высокое пусковое напряжение каждый раз разъедает электроды.

Таким образом, когда высокое напряжение подается несколько раз менее чем за 5 минут, срок службы КЛЛ значительно сокращается. Если делать это часто, срок его службы может снизиться с 10 000 часов до примерно 2 000 часов.

Как продлить срок службы лампочек?

Давайте разберемся, как сохранить светодиоды и лампочки в рабочем состоянии в течение длительного времени.

Для светодиодов температура окружающей среды подобна их кокону. Они хорошо себя чувствуют при низких температурах и плохо себя чувствуют в жарких регионах. Это могут быть жаркие регионы, закрытые помещения или сцена над плитой.

Лампы накаливания хорошо себя зарекомендовали, их не используют в местах, где есть чрезмерные вибрации и сила, чтобы тонкая нить накала, излучающая свет, не сломалась.

Если причиной сокращения срока службы светодиода является быстрое включение и выключение, то было предложено решение.

К счастью, чтобы не сильно повлиять на срок службы, многие светодиоды теперь поставляются с функцией «плавного пуска», при которой лампе требуется мгновение, чтобы полностью включиться.

Иногда лучше оставить лампочку включенной, если нужно выключить ее ненадолго.

Хотя светодиоды намного холоднее других источников освещения, они все равно нагреваются.Таким образом, лучшая стратегия, чтобы продлить срок их службы так долго, как задумано, — это не допускать перегрева.

Дайте им остыть перед повторным включением — это хорошая практика.

Непосредственно рядом с быстрым переключением находится стабильный источник тока. Если в вашем районе частые колебания напряжения или тока, это повлияет на светодиоды.

Установка динамических стабилизаторов напряжения (Amazon) может помочь. Не только для ваших лампочек, но и для всей электроники на печатной плате.

Заключительные слова

Итак, вот все, что нужно для быстрого и быстрого включения и выключения лампочки. Это просто плохо для здоровья лампы или пользователя!

Вы беспокоитесь, что дети слишком часто включают и выключают свет?

Вы установили светодиоды и уменьшили стресс, связанный с повреждением лампочек?

Поделитесь со мной своими мыслями в комментариях ниже.

Включение светодиода с помощью контактов GPIO вашего Raspberry Pi — Pi Hut

Одним из главных достоинств Raspberry Pi является его GPIO или универсальные порты ввода / вывода.Это маленькие штыри, торчащие из печатной платы, которые позволяют подключать различные устройства к Raspberry Pi. После небольшого программирования вы можете контролировать их или определять, что они делают.

В этом уроке я покажу вам, как зажечь светодиод. В дополнение к вашему Raspberry Pi, на котором запущен Raspbian, вам понадобится:

Вы можете получить все это и многое другое в CamJam EduKit за 5 фунтов стерлингов от Pi Hut, который расскажет вам больше о светодиодах, зуммерах и переключателях, а также включает все оборудование и восемь хорошо написанных рабочих листов об использовании контактов GPIO на вашем устройстве. Raspberry Pi.

Макет

Макетная плата — это способ соединения электронных компонентов друг с другом без их пайки. Они часто используются для тестирования схемы перед созданием печатной платы (PCB).

Отверстия на макетной плате соединены по схеме.

На макетной плате CamJam EduKit все верхние ряды отверстий соединены вместе — отмечены красными точками. И второй ряд отверстий отмечен синими точками.То же самое касается двух рядов отверстий внизу макета.

Посередине столбики проводов соединены между собой с разрывом посередине. Так, например, все отмеченные зеленые отверстия соединены вместе, но они не соединены ни с желтыми отверстиями, ни с фиолетовыми. Таким образом, любой провод, вставленный в зеленые отверстия, будет соединен с другими проводами, вставленными в другие зеленые отверстия.

Светодиод

Взяв светодиод в руки, вы заметите, что одна ножка длиннее другой.Более длинная ветвь (известная как «анод») всегда подключается к положительному источнику питания цепи. Более короткая ножка (известная как «катод») подключается к отрицательной стороне источника питания, известной как «земля». Светодиод означает «светоизлучающий диод» и светится, когда через него проходит электричество.

Светодиоды

будут работать только в том случае, если питание подается правильно (то есть, если «полярность» правильная). Неправильно подключив светодиоды, вы не сломаете их — они просто не загорятся.Если вы обнаружите, что они не загораются в вашей цепи, это может быть связано с неправильным подключением.

Резистор

Вы должны ВСЕГДА использовать резисторы для подключения светодиодов к контактам GPIO Raspberry Pi. Raspberry Pi может подавать только небольшой ток (около 60 мА). Светодиоды захотят рисовать больше, и если им позволят, они сожгут Raspberry Pi. Поэтому включение резисторов в цепь гарантирует, что будет течь только этот небольшой ток, и Raspberry Pi не будет поврежден.

Резисторы — это способ ограничения количества электричества, проходящего через цепь; в частности, они ограничивают количество «тока», которое может течь. Мера сопротивления называется Ом (Ом), и чем больше сопротивление, тем больше оно ограничивает ток. Номинал резистора отмечен цветными полосами по длине корпуса резистора.

Вы будете использовать резистор 330 Ом. Вы можете идентифицировать резисторы 330 Ом по цветным полосам на корпусе. Цветовая кодировка будет зависеть от количества полос на поставляемых резисторах:

  • Если имеется четыре цветных полосы, они будут оранжевыми, оранжевыми, коричневыми и затем золотыми.
  • Если полос пять, то цвета будут оранжевыми, оранжевыми, черными, черными, коричневыми.

Неважно, в какую сторону вы подключаете резисторы. Ток течет через них в обоих направлениях.

Перемычки

Перемычки используются на макетных платах для «перепрыгивания» с одного соединения на другое. Те, которые вы будете использовать в этой схеме, имеют разные разъемы на каждом конце. Конец со «булавкой» войдет в макетную плату. Конец с куском пластика с отверстием войдет в контакты GPIO Raspberry Pi.

Контакты GPIO Raspberry Pi

GPIO расшифровывается как General Purpose Input Output. Таким образом Raspberry Pi может контролировать и контролировать внешний мир, подключаясь к электронным схемам. Raspberry Pi может управлять светодиодами, включать и выключать их, двигателями и многим другим. Он также может определить, был ли нажат переключатель, температура или свет. В CamJam EduKit вы научитесь управлять светодиодами и зуммером, а также определять, когда была нажата кнопка.На схеме внизу слева показано расположение контактов для моделей Raspberry Pi A и B (Rev 2 — оригинальный Rev 1 Pi немного отличается), если смотреть на Raspberry Pi с контактами в верхнем правом углу. Новый 40-контактный Raspberry Pi имеет точно такое же расположение контактов для верхних 13 рядов контактов GPIO.

Создание схемы

Схема состоит из источника питания (Raspberry Pi), светодиода, который загорается при подаче питания, и резистора для ограничения тока, который может протекать по цепи.

Вы будете использовать один из выводов «земли» (GND), чтобы действовать как «отрицательный» или нулевой полюс батареи. «Положительный» конец батареи будет обеспечен контактом GPIO. Здесь мы будем использовать контакт 18. Когда на них «высокий уровень», то есть на выходе 3,3 вольта, загорится светодиод. Теперь взгляните на схему ниже.

Вы должны выключить Raspberry Pi для следующего бита, на случай, если вы случайно что-то закоротите.

  • Используйте одну из перемычек, чтобы подсоединить контакт заземления к шине, отмеченной синим цветом, на макетной плате.Женский конец входит в контакт Raspberry Pi, а мужской конец входит в отверстие на макетной плате.
  • Затем подключите резистор из того же ряда на макетной плате к столбцу на макетной плате, как показано выше.
  • Затем вставьте ножки светодиодов в макет так, чтобы длинная ножка (с изгибом) находилась справа.
  • Наконец, завершите цепь, подключив контакт 18 к правой ножке светодиода. Это показано здесь оранжевым проводом.

Код

Теперь вы готовы написать код для включения светодиода.Включите Raspberry Pi и откройте окно терминала.

Создайте новый текстовый файл «LED.py», набрав следующее:

нано LED.py

Введите следующий код:

импорт RPi.GPIO как GPIO
время импорта
GPIO.setmode (GPIO.BCM)
GPIO.setwarnings (False)
GPIO.setup (18, GPIO.OUT)
печать «LED on»
GPIO.output (18 , GPIO.HIGH)
time.sleep (1)
print "LED off"
GPIO.output (18, GPIO.LOW)

После того, как вы ввели весь код и проверили его, сохраните и выйдите из текстового редактора, нажав «Ctrl + x», затем «y», затем «Enter».

Запуск кода

Для запуска этого кода введите:

sudo python LED.py

Вы увидите, что светодиод загорится на секунду, а затем погаснет.

Если ваш код не запускается и выдается сообщение об ошибке, отредактируйте код еще раз, используя nano LED.py .

Пояснение

Итак, что происходит в коде? Давайте рассмотрим его по очереди:

импортировать RPi.GPIO как GPIO

Первая строка сообщает интерпретатору Python (то есть, что запускает код Python), что он будет использовать «библиотеку», которая расскажет ему, как работать с выводами GPIO Raspberry Pi.«Библиотека» дает языку программирования дополнительные команды, которые можно использовать для выполнения чего-то другого, чего он раньше не умел делать. Это похоже на добавление нового канала к телевизору, чтобы вы могли смотреть что-то новое.

время ввоза

Импортирует библиотеку времени, чтобы в дальнейшем мы могли приостановить сценарий.

GPIO.setmode (GPIO.BCM)

Каждый вывод на Raspberry Pi имеет несколько разных имен, поэтому вам нужно указать программе, какое соглашение об именах следует использовать.

печать "LED on"

Эта строка выводит некоторую информацию на терминал.

GPIO.output (18, GPIO.HIGH)

Включает вывод GPIO. На самом деле это означает, что штырь рассчитан на питание 3,3 вольта. Этого достаточно, чтобы загорелся светодиод в нашей схеме.

время сна (1)

Приостанавливает программу Python на 1 секунду

печать «Светодиод выключен»

Эта строка выводит некоторую информацию на терминал.

GPIO.output (18, GPIO.LOW)

Это выключает вывод GPIO, что означает, что на вывод больше не подается питание.

И все! Теперь вы можете включать и выключать светодиод.

.