Урок замены лампочек на 12 вольтовые светодиоды для автомобиля своими силами

Виды источников питания на 12 В

Светодиод любого типа должен подключаться к источнику питания (ИП) со стабилизированным током на выходе. Однако производители светодиодных светильников часто экономят на качестве и устанавливают в них недорогие блоки питания с отсутствие стабилизации.

Наиболее распространены бестрансформаторные блоки питания (БП) на 12 В с гасящим конденсатором и токозадающим резистором на выходе. В таких схемах отсутствует какая-либо стабилизация и защита. В результате скачки сетевого напряжения ничем не нивелируются и негативно отражаются на работе светильника. Тем не менее, схема настолько дешевая, что часто встречается в светодиодных лампах и прочих устройствах.


При подключении маломощных светодиодов от аккумулятора с напряжением питания 12 В можно ограничиться резистором, правильно подобранным по сопротивлению и мощности. Исключение составляет бортовая сеть автомобиля, в которой напряжение может колебаться в широких пределах. Так что при конструировании светодиодной схемы, например для автомобиля, без стабилизатора тока (драйвера) не обойтись.

В самом простом случае драйвер можно сконструировать своими руками на линейной ИМС LM317T, стоимость которой составляет около 0,2$. В этом случае для получения стабильного напряжения на 12 В достаточно минимального набора элементов в обвязке. При суммарном токе через светодиоды до 300 мА она отлично работает без дополнительного охлаждения. Типовая схема включения LM317T в качестве стабилизатора тока приведена ниже.


Существуют также нестабилизированные блоки питания, в которых последовательно включены: понижающий трансформатор, выпрямитель и емкостной фильтр (конденсатор). Их использование оправдано лишь в жилых районах со стабильным напряжением сети, так как любое проявление скачков и импульсных помех будет отрицательно влиять на работу светодиодов.


Для светодиодов гораздо надёжнее импульсные источники питания на 12 В. Они гарантируют высокий КПД, стабильный выходной ток и напряжение при перепадах сети питания.


Разновидностью импульсного ИП на 12 В можно считать компьютерный блок питания. В старых моделях на 250 Вт нагрузочная способность по выходу +12 В составляет 10 А, что более чем достаточно для включения нескольких мощных светодиодов даже с падением напряжения 12 вольт. Если габариты и шум вентилятора – не помеха, то бывшему в употреблении блоку питания от компьютера можно подарить вторую жизнь.

Если же форм-фактор и эстетические показатели имеют значения, то для светодиода или светодиодной сборки лучше купить готовый БП на 12 В. Его стоимость сильно зависит от мощности и варианта исполнения (в корпусе или без него).

Для тех, кто плохо разбирается в электричестве, напомним, что существуют источники переменного напряжения на 12 В. Внутри такого блока расположен понижающий трансформатор с предохранителем, а на корпусе присутствует надпись: «Output AC 12 V», что означает: «выходное переменное напряжение 12 В». К нему запрещается напрямую подключать светодиоды. Чтобы использовать его в светодиодном освещении, нужно как минимум, дополнить схему диодным мостом, конденсатором и стабилизатором тока на LM317T.

Подключение светодиода через стабилизатор напряжения к 12 вольтам в машине (через микросхему)

Теперь перейдем к стабилизированной схеме питания светодиодов от 12 вольт. Здесь, как мы уже и говорили, существует схема, которая регулирует собственное внутреннее сопротивление. Таким образом, питание светодиода будет осуществляться устойчиво, независимо от скачков напряжения бортовой сети. К сожалению минусом применения микросхемы является тот факт, что минимальное стабилизированное напряжение, которое возможно добиться будет 5 вольт. Именно с таким напряжением можно встретить наиболее широко известные микросхемы – стабилизаторы КР142 ЕН 5Б или иностранный аналог L7805 или L7805CV. Здесь разница лишь в производителе и номинальном рабочем токе от 1 до 1,5 А.

Так вот, оставшееся напряжение с 5 до 3,3 вольт придется гасить все по тому же примеру что и в предыдущих случаях, то есть с помощью применения резистора. Однако снизить напряжение резистором на 1,7 вольта это уже не столь критично как на 8-9 вольт. Стабилизация напряжения в этом случае все же будет наблюдаться! Приводим схему подключения микросхемы стабилизатора. Как видите, она очень простая. Реализовать ее может каждый. Не сложнее чем припаять тот же резистор. Единственное условие это установка радиатора, который будет отводить тепло от микросхемы. Его установить нужно обязательно. На схеме написано что микросхема может питать 10 цепочек со светодиодом, на самом деле этот параметр занижен. По факту, если через светодиод проходит около 0,02 А, то она может обеспечивать питанием до 50 светодиодов. Если вам необходимо обеспечить питание большего количества, то используйте вторую такую же независимую схему. Использование двух микросхем подключенных параллельно не правильно. Так как их характеристики немного, да будут отличаться друг от друга, из-за индивидуальных особенностей. В итоге, у одной из микросхем будет шанс перегореть намного быстрее, так как режимы работы у нее будут иные — завышенные. О применение аналогичных микросхем мы уже рассказывали в статье «Зарядное устройство на 5 вольт в машине». Кстати, если вы все же решитесь выполнить питание для светодиода на ШИМ, хотя это вряд ли того стоит, то эта статья также раскроет вам все секреты реализации такого проекта.

Способы подключения светодиодов к ИП на 12 вольт


Подключение светодиода через стабилизатор напряжения Чтобы подключить светодиод к 12 вольтам, если его напряжение всего 3В, придется компенсировать излишки в размере 9 Вольт через резистор или стабилитрон (что неэффективно), либо подключать лед лампы последовательно по три штуки сразу.

Красные и желтые LED можно подсоединять сразу по пять штук, поскольку падение из напряжения ниже 2,2 Вольт.

Перед тем как рассчитать резистор, нужно выяснить рабочее напряжение каждой лампочки. Его измеряют самостоятельно или выясняют информацию из технической документации.

Светодиоды на 12 В подключают только через стабилизатор

Если речь идет о подсоединении ленты ламп в ИП, важно знать, что у них есть ограничительный резистор, рассчитанный на каждую групп из нескольких LED

Распространенные ошибки

Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный

Часто мастера допускают ошибки при монтаже LED. Самые актуальные из них:

  • Подключение лампочек напрямую без резистора. В этом случае диоды просто перегорают.
  • Выполнение параллельного подключения при помощи одного резистора. Такая ошибка грозит постепенным выходом из строя всех лампочек. Ведь рабочий ток у каждой свой.
  • Неправильно подобранный резистор. В этом случае через лампочки проходит слишком большой ток, что опять же приводит к их сгоранию. Если же сопротивление будет большим, элементы будут светиться недостаточно ярко.
  • Выполнение последовательного подключения с разными токами потребления. Здесь возможны два варианта — лампы будут светиться с разной интенсивностью яркости, или перегорят те, которые рассчитаны на меньший ток.
  • Подсоединение лед ламп к сети с переменным током 220 без использования диода либо иных защитных компонентов. На лампочку поступает напряжение 315 В, что моментально приводит к её сгоранию.

Если учитывать эти ошибки и выполнять подсоединение светодиодов правильно, декоративная подсветка, которую мастер решил встроить дома, будет работать долго и исправно.

Расчет резистора для светодиода

Надежная работа светодиода зависит от тока, протекающего через него. При заниженных значениях, он просто не будет светить, а при превышении значения тока – характеристики элемента ухудшатся, вплоть до его разрушения. При этом говорят – светодиод сгорел. Для того чтобы исключить возможность выхода из строя этого полупроводника необходимо подобрать в цепь с включенным в нее, резистором. Он будет ограничивать ток в цепи на оптимальных значениях.

Вычисление номинала сопротивления

Для работы радиоэлемента на него нужно подать питание. По закону Ома, чем больше сопротивление отрезка цепи, тем меньший ток по нему протекает. Опасная ситуация возникает, если в схеме течет больший ток, чем положено, так как каждый элемент не выдерживает большей токовой нагрузки.

Сопротивление светодиода является нелинейным. Это значит, что при изменении напряжения, подаваемого на этот элемент, ток, протекающий через него, будет меняться нелинейно. Убедиться в этом можно, если найти вольт — амперную характеристику любого диода, в том числе и светоизлучающего. При подаче питания ниже напряжения открытия p – n перехода, ток через светодиод низкий, и элемент не работает. Как только этот порог превышен, ток через элемент стремительно возрастает, и он начинает светиться.

Если источник питания соединять непосредственно со светодиодом, диод выйдет из строя, так как не рассчитан на такую нагрузку

Чтобы этого не произошло – нужно ограничить ток, протекающий через светодиод балластным сопротивлением, или произвести понижение напряжения на важном для нас полупроводнике

Рассмотрим простейшую схему подключения (рисунок 1). Источник питания постоянного тока подключается последовательно через резистор к нужному светодиоду, характеристики которого нужно обязательно узнать. Сделать это можно в интернете, скачав описание (информационный лист) на конкретную модель, или найдя нужную модель в справочниках. Если найти описание не представляется возможным, можно приблизительно определить падение напряжения на светодиоде по его цвету:

  • Инфракрасный — до 1.9 В.
  • Красный – от 1.6 до 2.03 В.
  • Оранжевый – от 2.03 до 2.1 В.
  • Желтый – от 2.1 до 2.2 В.
  • Зеленый – от 2.2 до 3.5 В.
  • Синий – от 2.5 до 3.7 В.
  • Фиолетовый – 2.8 до 4 В.
  • Ультрафиолетовый – от 3.1 до 4.4 В.
  • Белый – от 3 до 3.7 В.

Рисунок 1 – схема подключения светодиода

Ток в схеме можно сравнить с движением жидкости по трубе. Если есть только один путь протекания, то сила тока (скорость течения) во всей цепи будет одинакова. Именно так происходит в схеме на рисунке 1. Согласно закону Кирхгоффа, сумма падений напряжения на всех элементах, включенных в цепь протекания одного тока, равно ЭДС этой цепи (на рисунке 1 обозначено буквой Е). Отсюда можно сделать вывод, что напряжение, падающее на токоограничивающем резисторе должно быть равным разности напряжения питания и падения его на светодиоде.

Так как ток в цепи должен быть одинаковым, то и через резистор, и через светодиод ток получается одним и тем же. Для стабильной работы полупроводникового элемента, увеличения его показателей надежности и долговечности, ток через него должен быть определенных значений, указанных в его описании. Если описание найти невозможно, можно принять приблизительное значение тока в цепи 10 миллиампер. После определения этих данных уже можно вычислить номинал сопротивления резистора для светодиода. Он определяется по закону Ома. Сопротивление резистора равно отношению падения напряжения на нем к току в цепи. Или в символьной форме:

R = U (R)/ I,

где, U (R) — падение напряжения на резисторе

I – ток в цепи

Расчет U (R) на резисторе:

U (R) = E – U (Led )

где, U (Led) — падение напряжения на светодиодном элементе.

С помощью этих формул получится точное значение сопротивления резистора. Однако, промышленностью выпускаются только стандартные значения сопротивлений так называемые ряды номиналов. Поэтому после расчета придется сделать подбор существующего номинала сопротивления. Подобрать нужно чуть больший резистор, чем получилось в расчете, таким образом, получится защита от случайного превышения напряжения в сети. Если подобрать близкий по значению элемент сложно, можно попробовать соединить два резистора последовательно, или параллельно.

Подбор мощности резистора

Если подобрать сопротивление меньшей мощности, чем нужно в схеме, оно просто выйдет из строя. Расчет мощности резистора довольно прост, нужно падение напряжения на нём умножить на ток, протекающий в этой цепи. После чего нужно выбрать сопротивление с мощностью, не меньшей рассчитанной.

Расчет подключения светодиодов в схемах на 12 и 220 вольт

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

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

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

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

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

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

Далее выполняется расчет мощности. Вначале определяется значение фактического тока потребления: I = U / (Rрез.+ Rсвет). Сопротивление светодиода рассчитывается по формуле: Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в электрической цепи будет составлять: I = 220 / (30000 + 220) = 0,007А. В результате, реальное падение напряжение на светодиоде будет следующим: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54В.
Для определения мощности резистора используется формула: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59Вт. Значение мощности следует увеличить до стандартного, составляющего 2Вт. Таким образом, чтобы подключить один светодиод к сети с напряжением 220В понадобится резистор на 30 кОм с мощностью 2Вт.

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

Где используются

Благодаря низкому напряжению питания и большому количеству типов цоколей светодиодные лампочки на 12 вольт поистине универсальны. Они могут использоваться как для общего и точечного освещения – обычно в точечных светильниках, включая встраиваемые в натяжные потолки, так и для декоративной подсветки – наружной и внутренней. Отдельной категорией идут автомобильные лампочки, которые могут устанавливаться практически во все осветительные приборы автомобиля.

Использование лампочек на 12 вольт в автомобиле

Низковольтное питание обеспечило приборам повышенную электро- и пожаробезопасность и позволило применять их в следующих помещениях повышенной влажности, а также пожаро- и взрывоопасности:

  • кухни;
  • ванные комнаты;
  • сауны;
  • бассейны, в том числе для подводной подсветки;
  • склады;
  • подвальные помещения;
  • под открытым небом без специальных мер защиты и прокладки проводки с повышенной изоляцией.

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор

В некоторых случаях подключение светодиодов возможно не через драйвер, а токоограничительный резистор.

  • Если свечение нужно в качестве индикатора, где не имеет значения, насколько ярко будет гореть диод, а важен сам факт свечения.
  • Для проверки работоспособности диодов их подключают через резистор к аккумулятору с высоким напряжением, из-за которого ЛЕД элемент может сломаться. Резистор ограничивает поступающее на диод напряжение и можно проверить его работоспособность без риска поломки деталей.
  • Для определения отрицательного и положительного полей светодиода.
  • При исследовании, как будет работать новый светодиод, используют ограничительные резисторы, чтобы элемент не перегорел при тестировании.

Правильное подключение светодиода 10 Ватт 12 вольт Часть 2 | Пелинг Инфо солнечные батареи

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

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

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

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

Дополнительная информация по тестированию светодиодов на 10 Ватт 12 вольт.

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

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

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

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

Не буду докучать своими мыслями и тем что я узнал, и пытаюсь этим поделится. И перейдем к просмотру следующего видео где можно посмотреть все наглядно.

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.

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).

Заключение

Что нужно учесть, чтобы система работала правильно:

  1. Чтобы яркость источников освещения не изменялась, можно дополнительно добавить в цепь стабилизатор.
  2. При подключении нужно использовать качественное сопротивление, поскольку эффективность работы подсветки зависит именно от резистора. Кроме того, если в не хотите регулярно менять диоды, то они тоже должны быть качественными.
  3. Если вы не уверены в том, что сможете подключить подсветку правильно, то лучше обратиться за помощью к электрику.
  4. Перед подключением обязательно проверьте напряжение в бортовой сети — если оно пониженное, то нужно проверять работоспособность аккумулятора и генератора.

Цена вопроса

Стоимость диодов отличается в зависимости от их типа и предназначения. К примеру, за одну лампу головного освещения автовладельцу придется выложить от 300 до 5 тысяч рублей. Обычные диоды для установки в приборную панель стоят около 75 копеек за штуку. Отрезок диодной ленты длиной 30 см будет стоить около 600 рублей.