Светодиоды: виды и схема подключения

Содержание

Светодиоды: виды и схема подключения

Светодиодами называют полупроводниковые приборы, которые при подаче напряжения создают оптическое излучение. Их международное буквенное обозначение – LED (LightEmittingDiode).

Содержание статьи

Устройство светодиода

Хотя и существует множество светодиодов, самая распространённая форма состоит из 5-миллиметрового полимерного корпуса с линзой, медного или алюминиевого основания, катода, параболического рефлектора (отражателя) и кристалла, который соединяется с анодом при помощи тонкой золотой проволоки.

Устройство светодиода

Как работает светодиод?

Принцип работы изделия основывается на взаимодействии двух полупроводников, положительного и отрицательного типа (p-n-переход). Когда электрический ток проходит через полупроводники, в месте соприкосновения выделяется энергия, излучающая свет. Это обусловлено переходом от одного типа проводимости к другому, когда ионы положительно заряженных дырок соединяются с отрицательными зарядами электронов.

Виды и основные параметры светодиодов

На схеме светодиод обозначается как обычный диод с двумя параллельными стрелками, направленными наружу и указывающими на его излучающий характер. В продаже имеется большое количество типов светодиодов, которые различаются между собой функциональным назначением, конструкцией, мощностью, цветом свечения и другими свойствами.

По назначению светодиоды разделяют на два вида – индикаторные и осветительные.

светодиоды SMD;
сверхъяркие Super Flux “Piranha”;
DIP светодиоды (Direct In-line Package);
Straw Hat («соломенная шляпа»).

COB (Chip On Board) светодиоды;
SMD LED;
филаментные (Filament LED).

Индикаторные светодиоды отличаются малой мощностью и умеренной яркостью свечения. Используются для цветовой индикации режимов работы различных приборов и оборудования, а также для подсветки дисплеев и приборных щитов. Разновидности индикаторных светодиодов:

DIP-светодиоды. Кристалл-излучатель находится в выводном корпусе, который чаще всего представляет собой выпуклую линзу. Минус – малый угол рассеивания излучения.
«Пиранья» – излучатель сверхвысокой яркости с четырьмя выводами, обеспечивающими его удобное крепление на плате. Востребован для подсветки приборов в автомобилях и в рекламных вывесках.
«Соломенная шляпа». Цилиндрический двухвыводный прибор со значительным углом рассеивания излучения и увеличенным диаметром линзы. Применяется в декоративных конструкциях и светосигналах тревоги.
SMD-светодиоды. Приборы сверхвысокой яркости располагаются в корпусах, рассчитанных на SMT-монтаж. В их маркировке указываются размеры в дюймах (их сотых долях) или в мм. На базе SMD-светодиодов изготавливаются светодиодные ленты.

Осветительные светодиоды встречаются в конструкции фонарей, фар, лент. Отличаются мощностью и яркостью свечения. Большинство осветительных приборов размещают в корпусах для SMT-монтажа. Изготавливаются в двух разновидностях белого цвета:

cool white – холодный;
warm white – теплый.

Осветительный SMD-светодиод представляет собой теплоотводящую подложку, на которой смонтирован излучающий кристалл, обработанный люминофорным составом.

Применение светодиодов

Такая продукция активно применяется в разных областях: световая реклама, домашние и промышленные осветительные приборы, автомобильная светотехника, светофоры и дорожные знаки, дизайн помещений, ландшафтная и архитектурная подсветка, а также многое другое.

значительная длительность эксплуатации;
экологическая безопасность;
высокая надежность и безотказность;
экономия электроэнергии;
высокое качество освещения;
низкие эксплуатационные расходы.

Основные правила подключения светодиодов

Конструкция светодиодов рассчитана на их подключение только к источникам постоянного тока с соблюдением полярности. Существует три варианта определения полярности:

По длине ножки (кроме SMD). Более длинная ножка является катодом, а короткая – анодом. В SMD-светодиодах имеется срез (ключ), который всегда располагается ближе к катоду.
С помощью мультиметра. Прибор устанавливают в режим «Прозвонка». Красный и черный щупы устанавливают на выводы. Если прибор засветился, то, значит, что красный щуп был подключен к аноду, а черный – к катоду. Если свечение не возникло, значит, надо поменять положение щупов. Если результат не изменился (свечение отсутствует), значит, прибор вышел из строя.

Основные характеристики светодиодов

Две главные характеристики, указываемы в паспорте светоизлучающего прибора:

Падение напряжения на приборе. Типичное значение – 3,2 В. Также для каждого светодиода существуют максимально допустимые напряжения Umax и Umaxобр – для прямого и обратного включений.
Номинальный ток. Обычно эти приборы рассчитаны на силу тока в 20 мА.

Способы подключения

Простейший вариант – подключение к низковольтному источнику постоянного тока.

Самый удобный и безопасный вариант – подключить светодиод к батарейке или аккумулятору с помощью включения в схему маломощного резистора. Его функция – ограничение тока, протекающего через p-n-переход, определенным значением. Без этого элемента LED быстро утратит рабочие свойства.

Светодиоды: виды и схема подключения

Резистор выбирают по сопротивлению и мощности. Расчет сопротивления по формуле:

R = (Uпитания – Uпаспорт.)/Iном., Ом, в которой:

Uпитания – напряжение электропитания, В;
Uпаспорт. – падение напряжения, паспортное значение, В;
Iном. – номинальный ток.

Полученное значение округляют в большую сторону до ближайшей номинальной величины из ряда Е24. После этого рассчитывают мощность, которую должен рассеивать резистор.

P = Iном. 2 х R, где R – выбранное по таблице значение сопротивления.

Провести все эти действия можно быстро и просто с использованием онлайн-калькулятора.

Как подключить светодиоды к сети переменного тока 220 В через блок питания

Существует несколько типов блоков питания:

Стабилизированные источники постоянного напряжения для светодиодов на 5 Вольт и 12 Вольт. При колебаниях параметров сети напряжение на выходе такого источника питания остается постоянным и равным заявленной в паспорте величине. LED-светильники подсоединяют через резисторы.
Драйвер – импульсный блок питания со стабилизированным током. Характеристики, которые учитывают при его выборе: максимальное и минимальное выходное напряжение, выходной (рабочий) ток. В драйвере присутствует схема, стабилизирующая ток при скачках входного напряжения 220 В. При подключении светодиодного излучателя к драйверу резистор не требуется.

Способы создания схем из нескольких светодиодов – последовательное и параллельное соединение

При подключении нескольких светоизлучающих приборов к источнику питания может использоваться два варианта соединения – последовательное и параллельное.

Последовательное соединение представляет цепь полупроводниковых приборов, в которой катод первого излучателя спаян с анодом следующего – и так далее. Через все элементы последовательной цепи протекает ток одного значения, а падение напряжения суммируется. Мощность БП выбирается равной или превышающей сумму мощностей каждого элемента.

Минусы последовательного соединения:

При значительном количестве элементов цепи необходимо выбирать БП большого вольтажа.
При выходе из строя одного LED-диода перестает работать вся цепь.

В длинных лентах на 60-70 диодов на каждом элементе происходит падение напряжения примерно на 3 В, то есть такие ленты можно присоединять к сети 220 В через выпрямитель.

При параллельном подсоединении напряжение на всех элементах цепи будет равным, а суммируются токи каждого LED. Основная проблема в данном случае состоит в том, что LED-светильники, даже из одной партии, часто имеют различные характеристики. Поэтому, если поставить один общий резистор, на лампочки может подаваться ток разного значения, вследствие чего некоторые элементы будут светить слишком ярко, а некоторые – тускло. Решение проблемы – установка отдельных резисторов для каждого диода.

Минусы параллельного подключения:

большое количество элементов цепи из-за необходимости использования индивидуальных резисторов для каждого диода;
существенный рост нагрузки при перегорании одного LED-диода (если используется один мощный резистор на всю цепь).

Это самый подходящий вариант соединения светодиодов, поскольку он позволяет хотя бы частично скомпенсировать недостатки последовательного и параллельного подключений. В этом случае параллельно соединяются цепочки последовательно расположенных элементов. Этот способ применяется в современных елочных гирляндах или лентах. Преимущество такого решения: если даже выйдут из строя одна или несколько параллельных цепочек, остальные будут исправно светить.

Лучшие светодиоды для автомобиля

Эра светодиодных автомобильных ламп началась недавно, но уже сегодня можно с уверенностью сказать, что за более технологичным освещением будущее. Впервые появившись на дорогих авто премиум-класса, LED-свет вызывал зависть у владельцев обычных автомобилей. Прошло несколько лет, и сегодня каждый может провести тюнинг освещения своего четырёхколёсного друга, заменив обычные лампочки светодиодными.

светодиоды

Особенности и отличие от ламп накаливания

Мы знаем, как работает обычная лампа накаливания. Свет в ней излучает раскалённая вольфрамовая спираль, которая находится в вакууме или помещается в среду инертных газов или паров галогена. В отличие от традиционных, светодиодные приборы работают благодаря полупроводниковому кристаллу, который излучает свет при подаче питающего напряжения.

Особенность электронного источника излучения заключается в том, что для его питания важна стабильность тока, иначе полупроводник деградирует и выходит из строя. По этой причине «правильная» лед-лампа обязательно состоит из двух частей – светодиода (или группы полупроводниковых приборов) и электронной схемы, именуемой драйвером. Последний как раз и служит для ограничения силы тока и позволяет питать излучающие проводники в оптимальном режиме.

светодиод и электронная схема (драйвер)

Хоть в процессе работы LED-осветителей они и выделяют меньше энергии в ИК-диапазоне, сами светодиоды при этом сильно нагреваются. Высокая температура приводит к разрушению кристалла, поэтому для его охлаждения производители используют и пассивные, и активные способы охлаждения. Мощные светодиоды обязательно оснащаются радиатором или кулером.

Преимущества и недостатки

Популярность светодиодов объясняется многочисленными достоинствами:

при одинаковых затратах энергии они дают более интенсивный световой пучок, чем обычные автолампы;
светодиоды для авто меньше нагреваются во время работы, поэтому у производителей появляется возможность создавать более компактные фары и фонари без риска плавления пластиковых деталей;
срок службы лед-ламп превышает долговечность традиционных в разы, а кроме того, они более приспособлены к тряске и вибрации;
при подаче питания светодиод загорается на 0.2-0.3 сек раньше, что способствует повышению безопасности и может предотвратить риск столкновения с другими участниками дорожного движения;
современные LED-лампы генерируют свет любого оттенка и цветовой температуры, что позволяет использовать их без дополнительных светофильтров;
небольшой размер и вес.

сравнение ламп

Вместе с тем, было бы нечестным не упомянуть о минусах LED-технологии. Использование светодиодов в фарах и фонарях во многом притормаживается из-за таких недостатков:

Высокая стоимость.
Сложная и неремонтопригодная конструкция – при выходе из строя осветительной ячейки приходится выбрасывать весь дорогостоящий прибор.
Неправильное использование ламп с увеличенным световым потоком приводит к ослеплению других водителей.
Со временем КПД светодиодов падает.

Не забывайте, что рынок сегодня наводнён подделками и некачественной продукцией неизвестного происхождения. Из-за низкой надёжности и несоответствия технических характеристик использование таких осветительных приборов на авто может сослужить плохую службу.

Видео: Тест светодиодных ламп

Как и какие лампы выбрать

Занимаясь усовершенствованием светотехники, автолюбители сталкиваются с вопросом, какие выбрать диодные лампы для автомобиля. Поскольку в фарах и фонарях используется несколько типов ламп и множество вариантов креплений, рассмотрим наиболее распространённые варианты.

виды светодиодных ламп

Ближний свет

За ближний свет в фарах головного освещения большинства автомобилей отвечают лампы с цоколем H11 и H7. Светодиодная сборка в них расположена на верхней плоскости, благодаря чему световой поток от отражателя направляется вниз. При выборе следует уделить внимание следующим моментам:

мощность – не ниже 12 Вт;
световой поток – более 1000 Лм
конструкцией обязательно должен быть предусмотрен алюминиевый или медный радиатор, поэтому важно сравнить её габаритные размеры с особенностями фары – охлаждение не должно препятствовать установке герметизирующей крышки.

При использовании штатных ламп производитель гарантирует, что световая граница соответствует нормам. Если же подбирать светотехнические приборы самостоятельно, то следует обязательно произвести замеры на специальном стенде. При чрезмерном отклонении или рассеивании светового пучка лампы придётся заменить.

для ближнего света лампы harbill

Дальний свет

Светодиоды дальнего света с цоколем H1 питаются током 1.5-2 А, ведь в этом режиме от фар требуется световой поток самой высокой интенсивности. При этом мощность полупроводниковых приборов должна составлять не менее 17-20 Вт, а освещенность – более 1500 Лм. Достаточно высокая энергоемкость требует хорошего охлаждения, поэтому лампы H1 должны иметь эффективную, проработанную систему охлаждения. По этой причине отдают предпочтение именитым производителям – Philips, CREE и т. д. Более дешёвые приборы китайского производства не соответствуют заявленным характеристикам и по причине неэффективного охлаждения слишком быстро деградируют.

для дальнего света h1

Светодиоды с совмещенным ближним и дальним светом

Универсальные лед лампы для автомобильных фар оснащаются креплением H4 и объединяют в себе светодиоды ближнего и дальнего света. Поскольку оптика фары спроектирована с учётом габаритов ламп накаливания, подбирайте лампочки, размер которых максимально приближается к традиционным «галогенкам».

Выбирая осветительные приборы совмещенного типа, следует ориентироваться на следующие показатели:

Световой поток ближнего/дальнего освещения – 1000/1500 Лм.
Мощность не менее 20 Вт при светоотдаче не менее 100 Лм/Вт.
Эффективная система охлаждения в виде радиатора увеличенной площади или кулера.

Часто на упаковке LED-ламп с цоколем H4 указывается яркость 3600, 4000 или 4600 Лм. Столь высокие значения говорят о том, что производитель хитрит, указывая суммарный световой поток пары светодиодных приборов. Предел самых мощных светодиодов, которые используются в автомобильной светотехнике, не превышает 2500 Лм.

совмещенные для ближнего и дальнего света h4

Габаритные огни

Используемые в габаритных огнях лед-лампы чаще не имеют цоколя и монтируются непосредственно в контактный разъём передних фар. Если же конструкцией предусмотрено цокольное крепление, то применяется типоразмер T10 (для ламп W5W), менее распространённый BA9S (под осветительные приборы, маркированные как T4W) и другие, ещё более редкие крепления. Конструкция без радиатора способствует перегреву чипов, а кроме того, ситуацию усугубляют расположенные рядом горячие «галогенки» или CREE-светодиоды ближнего (дальнего) освещения. По этой причине лучше выбирать осветительные приборы мощностью 1-2 Вт и светоотдачей 100 Лм. Этого будет достаточно для нормального функционирования габаритных огней в течение длительного времени.

габаритные лампочки

Задние стоп-сигналы

Для замены традиционных двухконтактных ламп P21/5W в стоп-сигналы устанавливают LED-приборы с цоколем 1157. Популярны светодиоды модели 14HP, световой поток которых обеспечивают 14 ярких полупроводника. Если же вы хотите снизить энергопотребление, то используйте устройства, в состав которых входит 3 диода мощностью 1 Вт каждый. Неплохим вариантом являются и лампы, состоящие из SMD-светодиодов. Их количество в сборке разное – от 15 до 30 и более. Световой поток зависит от количества и типа используемых полупроводников – чип может состоять из одного и из нескольких кристаллов. В последнем случае яркость выше.

Если же в стоп-сигналах авто применяются одноконтактные лампы, то подбирайте светодиоды, цоколь которых промаркирован кодом 1156.

Задние стоп-фонари

Освещение салона

Для салонного освещения подходят диодные лампы типа SMD и SF. В зависимости от способа крепления, они делятся на несколько типов:

приборы с креплением и габаритами, аналогичными лампам накаливания, используют в компактных плафонах;
светодиодные осветители увеличенного размера, но с таким же типом крепления применяют для увеличения светового потока в плафонах с достаточным внутренним объёмом;
прямоугольные матрицы со множеством светодиодов (от 20 до 100 и более), требующие дополнительного места для размещения в штатных салонных осветителях.

Поскольку к салонному освещению не предъявляются столь высокие требования, как к головному или габаритному свету, то здесь владелец авто может действовать по своему усмотрению.

Освещение салона

Можно с уверенностью сказать, что сегодня рейтинг светодиодных ламп для авто формируют полупроводниковые приборы, которые в них используются:

Cree и Luxeon – сверхмощные, самые дорогие чипы, которые используются в брендовых лампах.
High Power – полупроводниковые приборы с 1-6 кристаллами и самой высокой токоотдачей (до 200 Лм), которые отличаются достаточно высокой ценой.
Super Bright SMD – лампы, в состав которых входят диодные сборки из чипов SMD 5050, 1210 или 3528 с 2-3 кристаллами на одном чипе, оптимальный вариант для использования в габаритных огнях, стоп-сигналах и салонном освещении.
High или Super Flux – дешевые светодиоды устаревшего типа.

Видео: Какие светодиодные лампы лучше не покупать

Что же касается производителей, то предпочтение следует отдавать проверенным брендам – OSRAM, Philips, Bosh, NARVA и т. д. Среди отечественных компаний выделяют продукцию, выпускаемую под маркой «Маяк» — она имеет низкую цену и по техническим показателям уверенно конкурирует со светодиодными лампами более именитых производителей.

Особенности использования светодиодных фар ближнего и дальнего света для машины

Переход на новый тип освещения, более качественный и менее энергозатратный происходит повсеместно. Светодиодные фары постепенно вытесняют вчерашнюю технологию — ксеноновые огни, которые пришли на смену стандартным и проверенным галогенам, но так и не стали им настоящей альтернативой.

Для автомобилей выпускается серия светодиодных ламп, которая обеспечивают все освещение машины: головная оптика, освещение салона, стандартная подсветка агрегатов.

Устройство и принцип работы

Современный светодиоды для автомобиля конструктивно схожи со стандартными ЛЭД моделями и имеют аналогичный принцип получения света. В любой светодиодной лампе присутствуют следующие элементы:

корпус;
цоколь;
светодиод;
драйвер.

Ленточное освещение

Каждый элемент конструкции имеет соответствующую маркировку согласно стандартам производителя, которая не всегда соответствует ГОСТу РФ.

Главный элемент светодиодной лампы – диод, который излучает фотоны (свет) при определенных условиях. Принцип работы основан на физических процессах в полупроводниках. При подключении положительного заряда к аноду, а отрицательного – к катоду происходит перемещение электронов, смена полярности и выделение фотонов. Замкнутое диодное кольцо становится источником постоянного света определенной силы и цветовой температуры.

Поскольку слои активного материала в одном диоде микроскопические, порядка 10-15 наномикрон, сила светового потока отдельного диодного кристалла практически не видна человеческому глазу. В светодиодной лампе устанавливаются отдельные блоки (от 16), а общее число кристаллов превышает десятки тысяч.

В конструкции светодиодов для фары головного света второй важный элемент – рассеиватель, или светорассеивающая полусфера. Драйвер (блок питания) обеспечивает преобразование напряжения от аккумуляторной батареи для каждого блока светодиодов, которые установлены на общую плату.

Цоколь ЛЭД лампы чаще латунный с никелированным покрытием, обеспечивает надежный контакт с источником питания.

Устройство светодиодной фары у каждого производителя автомобильной оптики может значительно отличатся от классической модели, но принцип компоновки и прохода тока всегда остается одинаковым: цоколь, драйвер, плата светодиодов, рассеиватель или защитное стекло. В дорогих моделях присутствуют защитные экраны, теплоотводы, модули управления, электронные датчики и пр.

Преимущества и недостатки

Достоинства блока светодиода в авто:

Светодиодные фары нагреваются до температуры не более 15 °С, ксеноновые элементы могут нагреваться до 70 °С, при неправильной установки часто плавится отражатель.
Повышенная светоотдача.
Стойкость к вибрациям.
Высокий срок эксплуатации. У таких производителей, как «Бош», не менее 100 000 часов.
Возможность комплектовать в один блок фары несколько источников света: дальний, ближний, дневные огни.
Высокая скорость реагирования на изменение сигнала, что важно для габаритных огней и стопов.

Омыватель для осветительных приборов

Даже лучшие модели имеют недостатки. Основной – необходимость установки омывателя, если в штатной комплектации марки предусмотрены галогенные образцы.

Некоторые отмечают большое энергопотребление светодиода в фарах и большой нагрев платы, но это относится только к непроверенной продукции сомнительного производителя.

Что говорит закон

Формально можно ставить светодиодные лампы в фары в двух случаях:

Если конкретная модель авто комплектовалась ЛЭД элементами на заводе в штатном режиме.
Если максимальная комплектация модельного ряда предполагает установку светодиодов в головную оптику.

Инспектор останавливает автомобиль

Во всех остальных случаях закон запрещает менять штатные галогенные огни на ЛЭД освещение (ч. 3 ст. 12.5 КоАП РФ.)

Нормы закона часто очень далеки от реальных условий. В случае с разрешенной установкой светодиодов в штатные места фары вместо галогенов все не так однозначно. Недостаточное освещение в плохую погоду становится причиной многих аварий, поэтому есть лазейки в законе, которые автовладельцы используют, чтобы заменить тусклую галогенку на более яркое ЛЭД освещение.

Проверить, какие лампы стоят в фарах, может только инспектор технического надзора ГИБДД на стационарном посту, с помощью спецоборудования.

При установке светодиодов в подкапотное пространство не нужно устанавливать блок розжига (необходимого для ксеноновых ламп). Светодиоды монтируются в штатные места в блоке. Проверить, какая модель стоит в фаре, невозможно, не нарушив целостность авто. Согласно норме закона, делать это инспектор ГИБДД не имеет права.

Как и какие лампы выбрать

Выбирая светодиодные фары для автомобиля, важно учитывать несколько моментов. Если в автомобиле установлены штатные галогенные аналоги с рассеивателем, в котором не предусмотрена линза, оптимальным вариантом будет светодиод с имитацией нити накала.

Расходники Philips

При выборе необходимо учитывать:

Рейтинг моделей по производителям.
Вид цоколя.
Типаж фары. Для линзованной и рефлекторной оптики требуются ЛЭД лампы различной цветовой температуры.
Размер фары.

Если производится замена штатной галогенной оптики, светодиоды подбираются под параметр цветовой температуры заводских галогенных ламп. Таблицу яркости можно посмотреть в каталоге Osram или PHILIPS.

Размер цоколя указан в руководстве по эксплуатации автомобиля. Для фар основного освещения используются цоколи: Н1, Н3, Н4, Н7, Н9; Н4/НL (для смешанного типа ближний/дальний), 9004, 9005, 9006, 9007.

Тип фары маркируется:

«R» – рефлекторные (отражательные) фары;
«S» – фара с линзой либо прожектор.

Размер LED лампы также имеет большое значение. Требуется проверить, поместится ли она в корпус фары. Измеряется светонесущая часть и пассивные радиаторы, которые расположены с тыльной стороны.

ЛЭД освещение потребляет на 70% меньше мощности, чем штатный галогеновый элемент. Если бортовой компьютер настроен на определенную мощность оптических элементов, возможна блокировка подачи тока. Электроника распознает низкий сигнал мощности как неисправность. Предотвратить это помогают электронные устройства Canbus. «Обманки» устанавливаются в цепь светодиодов.

Заменить галогены на светодиоды можно своими руками, не пользуясь услугами автослесаря.