Подключение светодиодной ленты на 12 вольт в автомобиле

Подключение светодиодной ленты на 12 вольт в автомобиле

Сегодня светодиодная лента – это неотъемлемая часть автомобильного тюнинга. Благодаря большому выбору и внушительному списку достоинств, светящиеся полоски способны преобразить любую машину, независимо от марки и года выпуска. Гибкие и долговечные, энергоэффективные и безопасные, легко крепятся своими руками и не требуют ухода. Этот список можно продолжать, но речь в статье пойдёт не об этом.

В данной статье поговорим о том, как подключить светодиодную ленту в машине. Разберем популярные схемы включения, расскажем об их особенностях, достоинствах и недостатках.

• Особенности включения светодиодной ленты в авто
• Подключение через резистор
• Включение через линейный стабилизатор
• Подключение через импульсный стабилизатор
• Особенности и нюансы приведенных схем
• Расчеты

Расчет резистора для светодиода

Сопротивление балластного резистора легко рассчитать, используя закон Ома и правила Кирхгофа. Чтобы рассчитать необходимое сопротивление резистора, нам необходимо из напряжения источника питания вычесть номинальное напряжение светодиода, а затем эту разницу разделить на рабочий ток светодиода:

• V — напряжение источника питания
• V_LED — напряжение падения на светодиоде
• I – рабочий ток светодиода

Ниже представлена таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета:

Хотя эта простая схема широко используется в бытовой электронике, но все же она не очень эффективна, так как избыток энергии источника питания рассеивается на балластном резисторе в виде тепла. Поэтому, зачастую используются более сложные схемы (драйверы для светодиодов) которые обладают большей эффективностью.

Давайте, на примере выполним расчет сопротивления резистора для светодиода.

• источник питания: 12 вольт
• напряжение светодиода: 2 вольта
• рабочий ток светодиода: 30 мА

Рассчитаем токоограничивающий резистор, используя формулу:

Получается, что наш резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если точное значение из номинального ряда резисторов подобрать не получается, то необходимо взять ближайшее большее сопротивление. В нашем случае это будет 360 Ом (ряд E24).

Можно ли обойтись без резисторов

Если подсоединить светодиоды без резистора, то при небольшом изменении напряжения в сети, ток, подаваемый в диод, изменится в несколько раз. Даже если вы подключили несколько диодов, и они работают без резистора, нет гарантии, что напряжение сети не поднимется выше допустимого. Поэтому, если вы не хотите, чтобы диоды сгорели, нужно либо воспользоваться резистором, ограничивающим поток тока, либо использовать драйвер.

Справка! драйвер — блок питания для светодиодов, в нём стабильно поддерживается определённый ток на выходе. Драйверы часто используют в качестве источника питания для светодиода.

Можно ли обойтись без резисторов?

Действительно, в некоторых случаях можно не использовать токоограничивающий резистор. Рассмотренный нами светодиод можно напрямую запитать от двух батареек 1,5В. Так как его рабочее напряжение составляет 3,2В, то протекающий через него ток будет меньше номинального и балласт ему не потребуется. Конечно, при таком питании светодиод не будет выдавать полный световой поток.

Иногда в цепях переменного тока в качестве токоограничивающих элементов вместо резисторов применяют конденсаторы (подробнее про расчет конденсатора). В качестве примера можно привести выключатели с подсветкой, в которых конденсаторы являются «безваттными» сопротивлениями.

Формулы расчета резистора

Расчет сопротивления резистора для светодиодов базируется на законе Ома. Исходными параметрами для того, как рассчитать резистор для светодиода, являются:

• напряжение цепи;
• рабочий ток светодиода;
• падение напряжения на излучающем диоде (напряжение питания светодиода).

Величина сопротивления определяется из выражения:

где U — падение напряжения на резисторе, а I — прямой ток через светодиод.

Падение напряжения светодиода определяют из выражения:

где Uпит — напряжение цепи, а Uсв — паспортное падение напряжения на излучающем диоде.

Расчет светодиода для резистора дает значение сопротивления, которое не будет находиться в стандартном ряду значений. Брать нужно резистор с сопротивлением, ближайшим к вычисленному значению с большей стороны. Таким образом учитывается возможное увеличение напряжения. Лучше взять значение, следующее в ряду сопротивлений. Это несколько уменьшит ток через диод и снизит яркость свечения, но при этом нивелируется любое изменение величины питающего напряжения и сопротивления диода (например, при изменении температуры).

Перед тем как выбрать значение сопротивления, следует оценить возможное снижение тока и яркости по сравнению с заданным по формуле:

Если полученное значение составляет менее 5%, то нужно взять большее сопротивление, если от 5 до 10%, то можно ограничиться меньшим.

Не менее важный параметр, сказывающийся на надежности работы — рассеиваемая мощность токоограничительного элемента. Ток, проходящий через участок с сопротивлением, вызывает его нагрев. Для определения мощности, которая будет рассеиваться, используют формулу:

Используют ограничивающий резистор, чья допустимая мощность рассеивания будет превосходить расчетную величину.

Имеется светодиод с падением напряжения на нем 1.7 В с номинальным током 20 мА. Необходимо включить его в цепь с напряжением 12 В.

Падение напряжения на ограничительном резисторе составляет:

U = 12 — 1.7 = 10.3 В

R = 10.3/0.02 = 515 Ом.

Ближайшее большее значение в стандартном ряду составляет 560 Ом. При таком значении уменьшение тока по сравнению с заданным составляет чуть менее 10%, поэтому большее значение брать нет необходимости.

Рассеиваемая мощность в ваттах:

P = 10.3•10.3/560 = 0.19 Вт

Таким образом, для данной цепи можно использовать элемент с допустимой мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Классификация светодиодных лент

Большое разнообразие одноцветных светодиодных лент обусловило их классификацию по нескольким основным критериям. Эти критерии будут описаны ниже.

По типу использованных светодиодов

Главной отличительной чертой светодиодных лент является тип диодов, использованных при изготовлении изделия. В основном одноцветные светодиодные ленты производятся на базе диодов SMD 3528 и SMD 5050.

Аббревиатура SMD означает то, что этот электронный компонент предназначен для монтажа на поверхность печатной платы. Полная маркировка включает также габариты изделия в миллиметрах: например, у светодиода SMD 3528 длина составляет 3,5 мм, а ширина 2,8 мм.

По плотности светодиодов

Светодиодные ленты также подразделяются и по количеству элементов (диодов), использующихся в одном метре ленты, которое в технических кругах называют плотностью. Стоит отметить, что количество светодиодов, которое применяется при изготовлении одного метра ленты, оказывает влияние на суммарную мощность изделия, а также на его световые показатели (степень освещённости).

Чем плотнее расположены светодиоды, тем больше их помещается на отрезке ленты и тем ярче будет свет

По мощности

Мощность светодиодных лент, как и другого радиотехнического изделия или оборудования, измеряется в ваттах (Вт). Значение этого параметра определяется габаритами диодов и их плотностью. Например, типичная светодиодная лента, изготовленная на основе SMD 3528, потребляет:

• 4,8 Вт, если на каждом метре установлены 60 диодов;
• 9,6 Вт, если плотность светодиодов в два раза больше — 120 диодов на метр;
• 19,2 Вт, если диоды стоят в два ряда, и их общее количество на одном метре 240 шт.

Для ленты на базе SMD 5050 потребляемая мощность будет изменяться следующим образом:

• 30 диодов/метр — 7,2 Вт;
• 60 диодов/метр — 14,4 Вт;
• 120 диодов/метр — 28,8 Вт.

Нетрудно заметить, что для одного и того же типа ленты потребляемая мощность прямо пропорционально количеству установленных светодиодов. Это и понятно — каждый диод потребляет одинаковое количество ватт.

ТИПЫ АДРЕСНЫХ ЛЕНТ

Сейчас появилось несколько разновидностей адресных светодиодных лент, они основаны на разных светодиодах. Рассмотрим линейку китайских чипов с названием WS28XX.

У двухпиновых лент из линейки WS28XX достаточно подключить к контроллеру только пин DI, пин BI подключать не нужно. При соединении кусков ленты нужно соединять все пины!

Теория

Математический расчет

Ниже представлена принципиальная электрическая схема в самом простом варианте. В ней светодиод и резистор образуют последовательный контур, по которому протекает одинаковый ток (I). Питается схема от источника ЭДС напряжением (U). В рабочем режиме на элементах цепи происходит падение напряжения: на резисторе (UR) и на светодиоде (ULED). Используя второе правило Кирхгофа, получается следующее равенство: или его интерпретация

В приведенных формулах R – это сопротивление рассчитываемого резистора (Ом), RLED – дифференциальное сопротивление светодиода (Ом), U – напряжения (В).

Значение RLED меняется при изменении условий работы полупроводникового прибора. В данном случае переменными величинами являются ток и напряжение, от соотношения которых зависит величина сопротивления. Наглядным объяснением сказанного служит ВАХ светодиода.

На начальном участке характеристики (примерно до 2 вольт) происходит плавное нарастание тока, в результате чего RLED имеет большое значение. Затем p-n-переход открывается, что сопровождается резким увеличением тока при незначительном росте прикладываемого напряжения.

Путём несложного преобразования первых двух формул можно определить сопротивление токоограничивающего резистора: ULED является паспортной величиной для каждого отдельного типа светодиодов.

Графический расчет

Имея на руках ВАХ исследуемого светодиода, можно рассчитать резистор графическим способом. Конечно, такой способ не имеет широкого практического применения. Ведь зная ток нагрузки, из графика можно легко вычислить величину прямого напряжения. Для этого достаточно с оси ординат (I) провести прямую линию до пересечения с кривой, а затем опустить линию на ось абсцисс (ULED). В итоге все данные для расчета сопротивления получены.

Тем не менее, вариант с использованием графика уникален и заслуживает определенного внимания.

Рассчитаем резистор для светодиода АЛ307 с номинальным током 20 мА, который необходимо подключить к источнику питания 5 В. Для этого из точки 20 мА проводим прямую линию до пересечения с кривой LED. Далее через точку 5 В и точку на графике проводим линию до пересечения с осью ординат и получаем максимальное значение тока (Imax), примерно равное 50 мА. Используя закон Ома, рассчитываем сопротивление: Чтобы схема была безопасной и надёжной нужно исключить перегрев резистора. Для этого следует найти его мощность рассеивания по формуле:

Основные выводы

Перед покупкой желательно определить, какие функции будет выполнять светодиодная лента на 12 вольт и на каком месте будет установлена. В хорошем магазине при необходимости можно получить консультацию. Для основной системы освещения источник должен обладать средней мощностью и яркостью. Если выбирается изделие с высокой мощностью, нужно позаботиться о покупке алюминиевой подложки.

Установку лучше всего приурочить к ремонту, чтобы заранее определиться с местами крепления. При необходимости в мощном блоке питания на 12 вольт следует учесть, что потребуется дополнительная система охлаждения, при работе которой возникает шум. Если такой вариант не подходит, следует разделить ленту так, чтобы можно было подключить отдельные отрезки к нескольким блокам на 12 вольт. Для многоцветного источника требуется контроллер, усилитель и пульт управления. Для этого оборудования нужно предусмотреть место на стадии проектирования.

Желательно спросить у продавца сертификат качества и прочесть описание. Не стоит покупать дешевую продукцию – она служит недолго. На данный момент светодиодная система освещения не является стопроцентно надежной, поэтому при монтаже нужно предусмотреть возможность быстрой замены.

Зная, как устроена светодиодная полоса, и ее принцип работы, возникающие вво время эксплуатации неисправности можно устранить самостоятельно:

• если источник не горит, горит тускло или мигает, при достаточной мощности блока следует проверить правильность подключения фазы и ноля;
• при тусклом горении отдельного участка или всего изделия, чаще всего недостаточно мощности у блока;
• мигание вызывает плохой контакт, поэтому необходимо проверить все разъемы и спайки.

Утверждение, что светодиодные ленты во время работы не перегреваются, не верное. Если они длинные и чипы расположены плотно, при недостаточном отводе тепла пайка «плывет», контакты разбалтываются. Чтобы избежать подобной неприятности, при монтаже лучше использовать монтажные каналы из металла.