Для световой индикации дома или в машине хочется использовать надежные и экономичные источники света, но не все знают, как подключить светодиод на 3-3,5 В (или несколько) к 12 вольтам автомобильного аккумулятора (на самом деле может быть 14 или больше). Первое предположение – требуется снижение напряжения. Но это не единственное условие – необходимо учитывать так же вольтаж, мощность и ток лампы.
В жилых помещениях чаще всего используются светодиоды на 3 вольта, в автомобиле – 6 или 12 вольт.
Схема подключения имеет всего 2 варианта: через драйвер или резистор.
Какие светодиоды можно подключить к 12 Вольтам
Продавцы уверяют, что продают светодиоды, которые возможно подключить к источнику питания на 12 В. На самом деле это утверждение некорректно. У лед-лампочки нет строго определенного рабочего вольтажа, поэтому можно говорить только об источнике света, изготовленном из диодов.
Следует определить, что происходит в лед-лампочке во время свечения. В данном процессе самые важные 2 параметра: максимальный и рабочий (необходимый для свечения) ток. Они учитываются в производстве лед-матриц, но не при выборе источника тока.
Напряжение на лампочке чаще всего от 1,5 до 3,5 вольт, цифра зависит от цвета лампочки. Меньшее значение – красные диоды, самое большое – сверхяркие. Светящийся диод на 12 вольт – это матрица (сборка), в состав которой может входить любое количество кристаллов, соединенных последовательно. Подобных цепочек может быть несколько, они соединяются друг с другом параллельно.
Важно! Если кто-то говорит, что лампа предназначена для 12 вольт, на самом деле это значит, что последовательная диодная цепочка тратит 12 В при свечении.
Подключение сверхярких и мощных led к 12 В
В мощных и сверхярких светодиодах при свечении напряжение снижается на 3,5 вольт, среднее потребление тока 350 мА, мощность от 1 W. Автомобильный аккумулятор не подходит для прямого подключения такого источника света. Самый простой выход из ситуации – последовательно подключить к цепочке сопротивление, гасящее вольтаж. Это значит, что требуется расчет его параметров.
Сопротивление: R=(Uпит. – Uд)/Iд.
Мощность сопротивления: P=I2*R
Если купить деталь с полученной мощностью трудно, необходимо выбрать детали, дающие нужные показатели при параллельном подключении.
Интересно! Эта схема не очень рациональная, так как 2/3 мощности тратится сопротивлением на создание тепла.
Сколько диодов можно подключить к сети с напряжением 12 В
Возникает вопрос, сколько светодиодов можно включить в такую схему, чтобы мощность не тратилась на тепло. На самом деле много. Из какого-то количества диодов создаются последовательные цепочки, которые подключаются к одному гасящему вольтаж элементу.
Для расчета сопротивления используется формула: R=(Uпит. – nUд)/Iд, где n- количество ламп.
Для подключения к аккумулятору в авто целесообразно использовать цепочки из 3-х элементов (или количества, кратного трем: 6, 9, 12). На трех диодах вольтаж упадет на 10,5 В (в среднем), резистору достанется 1,5 В.
Чтобы подключить 4 элемента, их нужно сгруппировать по парам, каждую из них запитать через резистор и соединить параллельно.
Важно! Для повышения точности расчетов используются калькуляторы, доступные в сети интернет.
Как подключить led к 3 или 5 Вольтам
Маломощные светодиоды хорошо функционируют, если их подключить к блоку питания с напряжением 5 и даже 3 вольта. Сопротивление рассчитывается по той же формуле, но резистор заменяется драйвером. В нем теряется меньше вольтажа, в магазине можно купить готовый.
Самый популярный источник питания при изготовлении лент на 5 вольт, которые используются в качестве ночников – зарядные устройства от старых мобильных телефонов. Лампочки следует подключать параллельно (для последовательного соединения требуется 6 вольт).
3 вольта можно получить из батарейки на 1,5 вольт при помощи специальной микросхемы. Она может повышать как ток, так вольтаж. При втором варианте диод необходимо подключить к сопротивлению.
Интересно! Готовую китайскую плату можно купить за 100 руб., она повышает вольтаж батарейки.
Как правильно включить диод в электрическую схему автомобиля
Схема подключения светодиодов к аккумулятору автомобиля 12 вольт не отличается от схемы для любого другого источника питания, имеющего такое же напряжение. Используется один из двух способов – через резистор или через стабилизатор (специальную микросхему). Однако необходимо учесть, что напряжение 12 вольт – условная величина. Чаще бывает 14 В и даже больше (до 17 В). Скачки обусловлены отсутствием в автомобиле стабилизатора. При расчетах в формулу нужно вставлять именно такие цифры.
Включением резистора из цепочки убирается часть напряжения, которое может вывести из строя светодиод. Основной недостаток этой схемы – превращение невостребованного тока в тепло. Это требует установки сопротивления на радиатор, что создает дополнительные сложности. Кроме того, резистор не контролирует напряжение. Если оно падает, снижается свечение лампы, если значительно повышается, лампочка может сгореть.
При использовании стабилизатора микросхема тоже излишний вольтаж превращает в тепло. Основное преимущество этого варианта – способность поддерживать определенный уровень напряжения. Это значит, что при необходимости подключить несколько лампочек, общая мощность которых меньше мощности стабилизатора, используется параллельное соединение. К микросхеме тоже необходимо подключить радиатор.
- найти в документах или измерить вольтаж led-лампочки (лампочек);
- составить схему;
- рассчитать и купить резистор (драйвер);
- найти полярность ножек led-лампочки;
- припаять компоненты;
- установить на радиаторы led-лампочку и резистор;
- подключить аккумулятор.
Желательно измерить напряжение и ток, чтобы вовремя скорректировать показатели.
Если что-то не так, придется подбирать другой светодиод.
Расчет резистора на примере одного светодиода
Можно на примере посмотреть, какой нужен резистор для конкретного светодиода, чтобы подключить его к аккумулятору автомобиля (12-14, 5 В). При расчетах используется более высокий показатель вольтажа.
Если лампа потребляет 3,3 В, то на сопротивление остается 14,5-3,3=11,2 В.
Для тока 20 мА: R = 11,2/0,02 = 560 Ом.
Мощность: P=0,022 *560 = 0,2240 Вт.
Лучше купить резистор на 0,25 Вт. Припаять его можно как к аноду, так к катоду, если соблюдается полярность при подсоединении led-лампочки.
Основные выводы
При подключении светодиодной лампы к любому блоку питания учитывается:
- рабочий ток лампочки;
- сопротивление и мощность стабилизирующего элемента;
- для подключения к аккумулятору автомашины при расчетах используется не 12 В, а 14,5 В.
Схема подключения не меняется зависимости от мощности светодиода. При соединении с другими элементами схемы важно учесть полярность, так как ток в этих источниках света течет только в одном направлении.
Если используется драйвер, то перед подключением желательно проверить его мощность (особенно, если деталь китайская). Важно так же учесть, что падение напряжения на лед-лампах зависит от их цвета.
С тех пор, как сверхъяркие светодиоды (LED) стали доступны широкому кругу потребителей, к ним сразу проявился большой интерес. На основе LED можно создавать множество интересных светотехнических конструкций. Однако, подключение светодиода к 12 вольтам, принципиально отличается от подключения к 12 вольтам той же лампы накаливания. В этом материале будет подробно рассказано о подключении светоизлучающих диодов к источникам питания, имеющим различное напряжение.
Какие светодиоды подключают к 12 вольтам?
Если коротко ответить на вопрос, вынесенный в качестве подзаголовка, то ответ будет звучать так: никакие! Неспециалисту такой ответ покажется парадоксальным, ведь в продаже имеются светодиоды, которые, как заявляют продавцы, рассчитаны на питание от источника 12 вольт.
Возьмемся утверждать, что на конкретное напряжение могут быть рассчитаны только изделия на основе светодиодов. Говорить о конкретном рабочем напряжении LED не корректно. Это связанно с физическими процессами, протекающими в нем при испускании света.
Главными характеристиками этих процессов являются рабочий ток и максимально допустимый ток прибора. В справочниках и даташитах указывают напряжения на светодиодах при протекании рабочего тока. Эти величины используют для расчетов LED конструкций, а не для выбора источника питания.
Кстати, напряжение в рабочем режиме лежит всего лишь в пределах от 1.5 В до 3.5 В. Величина зависит, в основном, от цвета испускаемого LED. Меньшие напряжения падают на красных светодиодах, большие значения относятся к сверхъярким. Имеющиеся в продаже светоизлучающие диоды на 12 вольт не являются единичными приборами.
Двенадцативольтовые LED это матрицы, состоящие из нескольких светоизлучающих диодов. Матрицы представляют собой светодиодные сборки, собранные из цепочек последовательно подключенных приборов.
В каждой матрице имеется несколько цепочек, которые подключены параллельно между собой. Когда говорят, что светодиод рассчитан на двенадцать вольт, то подразумевают, что падение напряжения на последовательной цепочке из них при протекании рабочего тока составляет примерно 12 В.
Подключение сверхярких и мощных LED к 12В
Сначала рассмотрим способ подключения одного мощного сверхъяркого светодиода к 12 Вольтам. Допустим, в нашем распоряжении имеется прибор, рабочий ток которого 350 мА. При этом падение напряжения на нем в рабочем режиме составляет примерно 3.4 Вольта. Нетрудно подсчитать, что потребляемая мощность такого прибора составляет 1 W.
Понятно, что подключать его напрямую к 12 Вольтам нельзя. Нам придется, каким-то образом, «погасить» часть напряжения. В простейших случаях для этих целей применяются гасящие (токоограничивающие) резисторы. Его соединяют со светодиодом последовательно. Схема питания одного LED показана на фото.
Чтобы рассчитать номинал токоограничивающего резистора пользуются формулой:
Вооружившись калькулятором легко подсчитать, что сопротивление будет составлять около 25 Ом. На нем будет рассеиваться мощность, которую рассчитывают по формуле:
В нашем примере мощность составит около 3 ватт. Найти сопротивление такой мощности довольно трудно, поэтому в качестве гасящего резистора можно применить два резистора по 100 Ом мощностью 2 Вт, соединенные параллельно.
В принципе на основе этих расчетов уже можно создавать практическую конструкцию. Выполнив подключение светодиода к 12В через выключатель, можно организовать дополнительную подсветку подкапотного пространства автомобиля, багажника или перчаточного бокса.
Мы показали, что создание такой схемы возможно, но применение ее нерационально. Нетрудно заметить, что две трети мощности потребляемой конструкцией приходится на гасящий резистор и, следовательно, тратится впустую. Ниже мы расскажем, как избежать ненужных потерь.
Сколько LED можно подключить к 12В?
Очевидно, что по простейшей схеме к источнику 12 Вольт можно подключить сколько угодно. Главное, чтобы у подключаемого источника питания хватало мощности. Однако мы видели, что при такой схеме подключения много энергии расходуется бесполезно.
Простейшим выходом из этой ситуации является снижение мощности рассеиваемой на токоограничивающем резисторе. Для снижения бесполезно рассеиваемой мощности, несколько светодиодов подключают последовательно и питают через один гасящий резистор. В этом случае падение напряжения на сопротивлении оказывается значительно меньше. Следовательно, существенно снижаются потери энергии. Расчет сопротивления для последовательного подключения светоизлучающих диодов выполняют по формуле:
Где n – количество последовательно подключенных LED.
В случае источника 12 Вольт разумно подключать последовательно три светодиода и один гасящий резистор. Падение напряжения на светодиодах не превысит 10.5 Вольта и на долю резистора останется всего 1,5 Вольт.
Такое техническое решение широко применяют, когда количество подключаемых к 12 Вольтам светодиодов кратно трем. Т. е. так можно подключить 6, 9, 12, …, 3N LED. Например, так поступают производители светодиодных лент. В них светодиоды сгруппированы по три и питаются через одно общее сопротивление.
Если нужно подключить 4 светодиода к 12 Вольтам, то целесообразно сгруппировать их по 2, и каждую пару питать через токоограничивающий резистор.
Последовательно следует подключать светодиоды с одинаковым рабочим током. Иначе разные приборы будут светить с различной яркостью или будет превышен ток какого-либо LED, и он выйдет из строя.
Что касается подключения светодиодов «рассчитанных на 12 В» то лучше установить их «рабочее напряжение» опытным путем. Для этого их надо подключить к лабораторному блоку питания и, постепенно поднимая напряжение, контролировать потребляемый ток. Напряжение, при котором рабочий ток будет достигнут, можно использовать для расчета токоограничивающего резистора.
Как подключить LED к 3 или 5 вольтам
Большинство маломощных светодиодов нормально работают и от 3 и тем более от 5 вольт. Выполнить для них расчет токоограничивающих сопротивлений можно по приведенной выше формуле.
При изготовлении конструкций с автономными источниками питания, особенно если в них используются сверхъяркие «мощные» LED, такой подход не приемлем. Мощность, рассеиваемая на гасящем резисторе, значительно сокращает время работы устройства.
Поэтому в современных ручных фонарях, работающих от низковольтных батарей применяют электронные преобразователи напряжения – драйверы. Потери в драйверах намного ниже, чем на токоограничивающих резисторах. Сейчас драйверы доступны и их можно легко найти в магазинах.
Имея некоторые познания в электронике и навыки работы с паяльником, простой драйвер можно изготовить самостоятельно. Одна из простых схем преобразователя для мощного светодиода приведена ниже.
Как подключить к 12 вольтам автомобиля
Подключение светодиодов к бортовой сети автомобиля не имеет существенных отличий от подключения к другим источникам питания. Просто не нужно забывать, что аккумуляторная батарея автомобиля в нормальном состоянии выдает не 12 Вольт, а примерно 14 Вольт.
Еще при подключении надо помнить, что не в каждом автомобиле надежно работает система стабилизации напряжения бортовой сети. Поэтому при расчетах гасящих резисторов лучше принимать напряжение питания равным 15 – 17 вольт. Это несколько снизит яркость свечения, но зато значительно продлит срок службы, так как светодиод будут работать в «щадящем» режиме.
Видео о подключении
Перед подключением советуем посмотреть хорошее видео для закрепления полученных знаний. Автор подробно и доступным языком рассказывает, как подключить светодиод к 12 вольтам от блока питания компьютера, как рассчитать резистор и другие нюансы.
Итоги
В заключении можно сказать, что при подключении сверхъярких светодиодах нужно принимать во внимание следующие соображения:
- важнейшим параметром светодиода является его рабочий ток;
- на гасящих резисторах бесполезно рассеивается энергия;
- применяя последовательное подключение можно уменьшить потери, одновременно уменьшив количество и мощность применяемых резисторов;
- в бортовой сети автомобиля не 12 Вольт, а несколько больше, и для надежной работы подключаемых светоизлучающих диодов нужно обязательно учитывать этот фактор.
Запомнив все вышеперечисленные аспекты подключения, Вы с легкостью запитаете любой светодиод, в любом количестве, от любого источника питания постоянного тока 12 Вольт.
Светодиоды – это современные, экономичные, надежные радиоэлементы, применяемые для световой индикации. Мы думаем об этом знает каждый и все! Именно исходя из этого опыта, столь высоко желание применить именно светодиоды, для конструирования самых различных электрических схем, как в бытовой электронике, так и для автомобиля. Но здесь возникают определенный трудности. Ведь самые распространенные светодиоды имеют напряжение питания 3…3,3 вольта, а бортовое напряжение автомобиля в номинале 12 вольт, при этом порой поднимается и до 14 вольт. Само собой здесь всплывает закономерное предположение, что для подключения светодиодов к 12 вольтовой сети машины, необходимо будет понизить напряжение. Именно этой теме, подключению светодиода к бортовой сети автомобиля и понижению напряжения, будет посвящена статья.
Два основных принципа о том как можно подключить светодиод к 12 вольтам или понизить напряжение на нагрузке
Прежде, чем перейти к конкретным схемам и их описаниям, хотелось бы сказать о двух принципиально разных, но возможных вариантах подключения светодиода к 12 вольтовой сети.
Первый, это когда напряжение падает за счет того, что последовательно светодиоду подключается дополнительное сопротивление потребителя, в качестве которого выступает микросхема-стабилизатор напряжения. В этом случае определенная часть напряжения теряется в микросхеме, превращаясь в тепло. А значит вторая, оставшаяся, достается непосредственно нашему потребителю – светодиоду. Из-за этого он и не сгорает, так как не все суммарное напряжение проходит через него, а только часть. Плюсом применения микросхемы является тот факт, что она способна в автоматическом режиме поддерживать заданное напряжение. Однако есть и минусы. У вас не получиться снизить напряжение ниже уровня, на которое она рассчитана. Второе. Так как микросхема обладает определенным КПД, то падение относительно входа и выхода будет отличаться на 1-1,5 вольта в меньшую сторону. Также для применения микросхемы вам необходимо будет применить хороший рассеивающий радиатор, установленный на ней. Ведь по сути тепло выделяемое от микросхемы, это и есть невостребованные нами потери. То есть то, что мы отсекли от большего потенциала, чтобы получить меньший.
Второй вариант питания светодиода, когда напряжение ограничивается за счет резистора. Это сродни тому, если бы большую водопроводную трубы взяли бы и сузили. При этом поток (расход и давление) снизились бы в разы. В этом случае до светодиода доходит лишь часть напряжения. А значит, он также может работать без опасности быть сожженным. Минусом применения резистора будет то, что он также имеет свой КПД, то есть также тратит невостребованное напряжение в тепло. В этом случае бывает трудно установить резистор на радиатор. В итоге, он не всегда подойдет для включения в цепь. Также минусом будет являться и то обстоятельство, что резистор не поддерживает автоматического удержания напряжение в заданном пределе. При падении напряжения в общей цепи, он подаст настолько же меньшее напряжение и на светодиод. Соответственно обратная ситуация произойдет при повышении напряжения в общей цепи.
Конечно, тот и другой вариант не идеальны, так при работе от портативных источников энергии каждый из них будет тратить часть полезной энергии на тепло. А это актуально! Но что сделать, таков уж принцип их работы. В этом случае источник питания будет тратить часть своей энергии не на полезное действие, а на тепло. Здесь панацеей является использование широтно-импульсной модуляции, но это значительно усложняет схему… Поэтому мы все же остановимся на первых двух вариантах, которые и рассмотрим на практике.
Подключение светодиода через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)
Начнем, как и в абзаце выше, с варианта подключения светодиода к напряжению в 12 вольт через резистор. Для того чтобы вам лучше было понять как же происходит падение напряжение, мы приведем несколько вариантов. Когда к 12 вольтам подключено 3 светодиода, 2 и 1.
Подключение 1 светодиода через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)
Итак, у нас есть светодиод. Его напряжение питания 3,3 вольта. То есть если бы мы взяли источник питания в 3,3 вольта и подключили к нему светодиод, то все было бы замечательно. Но в нашем случае наблюдается повышенное напряжение, которое не трудно посчитать по формуле. 14,5-3,3= 11,2 вольта. То есть нам необходимо первоначально снизить напряжение на 11,2 вольта, а затем лишь подать напряжение на светодиод. Для того чтобы нам рассчитать сопротивление, необходимо знать какой ток протекает в цепи, то есть ток потребляемый светодиодом. В среднем это около 0,02 А. При желании можете посмотреть номинальный ток в даташите к светодиоду. В итоге, по закону Ома получается. R=11,2/0,02=560 Ом. Сопротивление резистора рассчитано. Ну, а уж схему нарисовать и того проще.
Мощность резистора рассчитывается по формуле P=UI=11.2*0,02=0,224 Вт. Берем ближайший согласно стандартного типоряда.
Подключение 2 светодиодов через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)
По аналогии с предыдущим примером все высчитывается также, но с одним условием. Так как светодиода уже два, то падение напряжения на них будет 6,6 вольта, а оставшиеся 14,5-6,6=7,9 вольта останутся резистору. Исходя из этого, схема будет следующей.
Так как ток в цепи не изменился, то мощность резистора остается без изменений.
Подключение 3 светодиодов через сопротивление к 12 вольтам в машине (через резистор)
И еще один вариант, когда практически все напряжение гасится светодиодами. А значит, резистор по своему номиналу будет еще меньше. Всего 240 Ом. Схема подключения 3 светодиодов к бортовой сети машины прилагается.
Напоследок нам лишь осталось сказать, что при расчетах было использовано напряжение не 12, а 14,5 вольт. Именно такое повышенное напряжение обычно возникает в электросети машины, когда она заведена.
Также не трудно прикинуть, что при подключении 4 светодиодов, вам и вовсе не потребуется применение какого либо резистора, ведь на каждый из светодиодов придется по 3,6 вольта, что вполне допустимо.
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.
Подводя итог о подключение светодиода к 12 вольтам в машине своими руками
Подводя итог о подключении светодиода к 12 вольтовой сети можно сказать о простоте выполнения схемотехники. Как со случаем где применяется резистор, так и с микросхемой – стабилизатором. Все это легко и просто. По крайней мере, это самое простое, что может вам встретиться в электронике. Так что осилить подключение светодиода к бортовой сети машины в 12 вольт должен каждый и наверняка. Если уж и это не «по зубам», то за более сложное и вовсе браться не следует.
Видео по подключению светодиода к сети в автомобиле
. а теперь чтобы вам было легче прикинуть какой номинал сопротивления нужен и какой мощностью для вашего конкретного случая, можете воспользоваться калькулятором подбора резистора
