Переключатель светодиодов на транзисторах своими руками схемы

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 04.10.2024

Изучая работу цифровых микросхем, собрал простой, как мне кажется, автоматический переключатель четырех светодиодов (см. рисунок). В нем всего две микросхемы да две радиодетали, не считая источника питания.

На элементах DD1.1 и DD1.2 первой микросхемы собран генератор импульсов, следующих с частотой 3 Гц (при необходимости частоту изменяют подбором конденсатора ). Через каскад на элементе PD1.3 импульсы подаются на два делителя частоты, собранных на счетных триггерах. Светодиоды, включенные между входами и выходами триггеров, образуют своеобразный дешифратор, отображающий состояние триггеров.

Примечание редакции журнала Радио: Для того чтобы действительно нельзя было угадать, какой из светодиодов будет светиться после остановки генератора дополнительным переключателем, емкость конденсатора С1 следует уменьшить до любой величины в пределах 1000 пФ. 0,1 мкФ.

Всё больше людей внедряют у себя светодиодное освещение или подсветку с возможностью переключать разные цвета, поэтому тема LED драйверов очень актуальна. Предлагаемая схема такого устройства управляет RGB-светодиодами через Н-канальные МОП-транзисторы, которые позволяют контролировать светодиодные матрицы или лампы до 5 ампер на канал без применения теплоотводов.

Схема электрическая и описание

Во время тестирования контроллер подключался к 50 Вт на 12 В галогенным лампочкам, по одной на каждый канал. Температура МОСФЕТ транзисторов после 5 мин прогона составила чуть больше 50C. Теоретически общая нагрузка для всех трех каналов RGB не должна превышать 15 ампер.

Указанный транзистор STP36NF06L работает при низком напряжении на затворе. Вы можете использовать такие другие стандартные N-канальные полевые транзисторы, которые будут нормально работать при токах нагрузки до 5 ампер и не требовать слишком большого сигнала на входе для полного отпирания.

Схема подключения светодиодов к модулю

Подключение к печатной плате кабелей также должно соответствовать тому току, который они будут пропускать. Светодиоды, LED ленты и модули, подключенные к драйверу, должны иметь общий анод, как показано на схеме выше.

Вот один из вариантов реализации, который использует 20 светодиодов RGB типа Пиранья. Собрана лампа в коробе 25 х 50 х 1000 мм из алюминия. Позже она была приспособлена под настенную полку, чтобы осветить стол. Свет очень яркий и дает хорошее ровное освещение без какого-либо дополнительного рассеивателя.

Всем нам хорошо знакомы елочные гирлянды, состоящие из разноцветных лампочек. Однако в последнее время большую популярность приобретают изделия на основе led светодиодов.

Как они устроены, какую имеют схему подключения и что делать, если гирлянда перестала светиться, подробно рассмотрим в данной статье.

Что же из себя представляет гирлянда из светодиодов, хуже она или лучше обычной?

Внешне это почти то же самое изделие, что и раньше — провода, лампочки (светодиодные), блок управления.

Самый главный элемент — это конечно блок управления. Маленькая пластиковая коробочка, на которой указаны всевозможные режимы работы подсветки.

Меняются они простым нажатием кнопки. Сам блок может быть с довольно хорошо защищенным уровнем влаго и пылезащиты IP44.

Что у него внутри? Чтобы его вскрыть, острым кончиком ножа или тонкой отверткой поддеваете защелки снизу и скидываете защитную крышку.

Кстати, иногда она бывает приклеена, а не просто сидеть на защелках.

Первым делом, внутри увидите припаянные к плате провода. Более толстый провод, это как правило сетевой, подающий напряжение 220В.

На плате припаяны:

контроллер, который и создает все световые эффекты

тиристоры, каждый из них идет на отдельный канал гирлянды

Количество элементов платы, зависит в первую очередь от числа световых каналов гирлянды. В более дорогих моделях может присутствовать предохранитель.

Сетевое переменное напряжение через резисторы и диодный мост, уже в выпрямленном виде и сглаженное через конденсатор, подается на питающий контроллер.

При этом данное напряжение поступает через кнопку, разомкнутую в нормальном состоянии. Когда вы ее замыкаете, происходит переключение режимов контроллера.

Контроллер в свою очередь управляет тиристорами. Их число зависит от количества каналов подсветки. И уже после тиристоров выходное питание идет непосредственно на светодиоды в гирлянде.

Чем больше таких выходов, тем разнообразнее цветовых расцветок может иметь изделие. Если их всего два, это означает, что только две части (или половинки) гирлянды будут работать в различных режимах - одни лампочки тухнуть, другие загораться и т.д.

Фактически эти две линейки диодов будут подключены по двум каналам последовательно. Соединяться они будут между собой в конечной точке - последнем светодиоде.

Если вас по какой-то причине раздражает мигание гирлянды и вы захотите, чтобы она ровно светилась только одним цветом, достаточно на обратной стороне платы, с помощью пайки закоротить катод и анод тиристора.

Чем более дорогая гирлянда у вас в распоряжении, тем больше отходящих каналов и проводков будут уходить от платы управления.

При этом, если проследить по дорожкам платы, один из выводов сетевого напряжения, всегда подается напрямую на конечный светодиод гирлянды, минуя все элементы схемы.

Ситуации с неисправностями гирлянды бывают самыми разнообразными.

Примерно в 5-10% всех случаев.

Можно даже составить условный рейтинг неисправностей светодиодной гирлянды (по порядку и частоте повреждений):

На сегодняшний день существуют сотни разновидностей светодиодов, отличающихся внешним видом, цветом свечения и электрическими параметрами. Но всех их объединяет общий принцип действия, а значит, и схемы подключения к электрической цепи тоже базируются на общих принципах. Достаточно понять, как подключить один индикаторный светодиод, чтобы затем научиться составлять и рассчитывать любые схемы.

Распиновка светодиода

Прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о правильном подключении светодиода, необходимо научиться определять его полярность. Чаще всего индикаторные светодиоды имеют два вывода: анод и катод. Гораздо реже в корпусе диаметром 5 мм встречаются экземпляры, имеющие 3 или 4 вывода для подключения. Но и с их распиновкой разобраться тоже несложно.

SMD-светодиоды могут иметь 4 вывода (2 анода и 2 катода), что обусловлено технологией их производства. Третий и четвёртый выводы могут быть электрически незадействованными, но использоваться в качестве дополнительного теплоотвода. Приведенное расположение выводов не является стандартом. Для вычисления полярности лучше сначала заглянуть в datasheet, а затем подтвердить увиденное мультиметром. Визуально определить полярность SMD-светодиода с двумя выводами можно по срезу. Срез (ключ) в одном из углов корпуса всегда расположен ближе к катоду (минусу).

Простейшая схема подключения светодиода

Нет ничего проще, чем подключить светодиод к низковольтному источнику постоянного напряжения. Это может быть батарейка, аккумулятор или маломощный блок питания. Лучше, если напряжение будет не менее 5 В и не более 24 В. Такое подключение будет безопасным, а для его реализации понадобится лишь 1 дополнительный элемент – маломощный резистор. Его задача – ограничить ток, протекающий через p-n-переход на уровне не выше номинального значения. Для этого резистор всегда устанавливают последовательно с излучающим диодом.

Всегда соблюдайте полярность при подключении светодиода к источнику постоянного напряжения (тока).

Если из схемы исключить резистор, то ток в цепи будет ограничен только внутренним сопротивлением источника ЭДС, которое очень мало. Результатом такого подключения станет мгновенный выход из строя излучающего кристалла.

Расчёт ограничительного резистора

Взглянув на вольт-амперную характеристику светодиода, становится понятно: насколько важно не ошибиться при расчёте ограничительного резистора. Даже небольшой рост номинального тока приведёт к перегреву кристалла и, как следствие, к снижению рабочего ресурса. Выбор резистора производят по двум параметрам: сопротивлению и мощности. Сопротивление рассчитывают по формуле:

U – напряжение питания, В;
U_LED – прямое падение напряжения на светодиоде (паспортное значение), В;
I – номинальный ток (паспортное значение), А.

Полученный результат следует округлить до ближайшего номинала из ряда Е24 в большую сторону, а затем рассчитать мощность, которую должен будет рассеивать резистор:

R – сопротивление резистора, принятого к установке, Ом.

Более подробную информацию о расчётах с практическими примерами можно получить в статье о расчете резистора для светодиода. А тот, кто не желает погружаться в нюансы, может быстро рассчитать параметры резистора с помощью онлайн-калькулятора.

Включение светодиодов от блока питания

Речь пойдёт о блоках питания (БП), работающих от сети переменного тока 220 В. Но даже они могут сильно отличаться друг от друга выходными параметрами. Это могут быть:

источники переменного напряжения, внутри которых есть только понижающий трансформатор;
нестабилизированные источники постоянного напряжения (ИПН);
стабилизированные ИПН;
стабилизированные источники постоянного тока (светодиодные драйверы).

Подключить светодиод можно к любому из них, дополнив схему нужными радиоэлементами. Чаще всего в качестве блока питания применяют стабилизированные ИПН на 5 В или 12 В. Данный тип БП подразумевает, что при возможных колебаниях напряжения сети, а также при изменении тока нагрузки в заданном диапазоне напряжение на выходе изменяться не будет. Это преимущество позволяет подключать к БП светодиоды, используя только резисторы. И именно такой принцип подключения реализован в схемах с индикаторными светодиодами. Подключение мощных светодиодов и светодиодных матриц нужно производить через стабилизатор тока (драйвер). Несмотря на их более высокую стоимость, только так можно гарантировать стабильную яркость и продолжительную работу, а также исключить преждевременную замену дорогостоящего светоизлучающего элемента. Такое подключение не требует наличия дополнительного резистора, а светодиод присоединяется непосредственно к выходу драйвера с соблюдением условия:

I_{драйвера} – ток драйвера по паспорту, А;
I_LED – номинальный ток светодиода, А.

При несоблюдении условия, подключенный светодиод перегорит от перегрузки по току.

Последовательное подключение

Собрать рабочую схему на одном светодиоде – несложно. Другое дело, когда их несколько. Как правильно подключить 2, 3 … N светодиодов? Для этого нужно научиться рассчитывать более сложные схемы включения. Схема последовательного подключения представляет собой цепь из нескольких светодиодов, в которой катод первого светодиода соединен с анодом второго, катод второго с анодом третьего и так далее. Через все элементы схемы течёт ток одинаковой величины:

А падения напряжений суммируются:

Исходя из этого, можно сделать выводы:

объединять в последовательную цепь целесообразно только светодиоды с одинаковым рабочим током;
при выходе из строя одного светодиода произойдёт обрыв цепи;
количество светодиодов ограничено напряжением БП.

Параллельное подключение

Если от БП с напряжением, например, 5 В, необходимо зажечь несколько светодиодов, то их придется соединить между собой параллельно. При этом последовательно с каждым светодиодом нужно поставить резистор. Формулы для расчёта токов и напряжений примут следующий вид:

Таким образом, сумма токов в каждой ветви не должна превышать максимально допустимый ток БП. При параллельном подключении однотипных светодиодов достаточно рассчитать параметры одного резистора, а остальные – будут такого же номинала.

Все правила последовательного и параллельного подключения, наглядные примеры, а также информацию о том, как нельзя включать светодиоды, можно найти в данной статье.

Смешанное включение

Разобравшись со схемами последовательного и параллельного подключения, пришло время комбинировать. Один из вариантов комбинированного подключения светодиодов показан на рисунке.

Кстати, именно так устроена каждая светодиодная лента.

Включение в сеть переменного тока

Подключать светодиоды от БП не всегда целесообразно. Особенно, если речь идёт о необходимости сделать подсветку выключателя или индикатор наличия напряжения в сетевом удлинителе. Для подобных целей достаточно будет собрать одну из простых схем подключения светодиода к сети 220 В. Например, схема с токоограничительным резистором и выпрямительным диодом, защищающим светодиод от обратного напряжения. Сопротивление и мощность резистора вычисляют по упрощённой формуле, пренебрегая падением напряжения на светодиоде и диоде, так как оно на 2 порядка меньше напряжения сети:

Подключение мигающих и многоцветных светодиодов

Внешне мигающие светодиоды ничем не отличаются от обычных аналогов и могут мигать одним, двумя или тремя цветами по заданному производителем алгоритму. Внутреннее отличие состоит в наличии под корпусом ещё одной подложки, на которой расположен интегральный генератор импульсов. Номинальный рабочий ток, как правило, не превышает 20 мА, а падение напряжения может варьироваться от 3 до 14 В. Поэтому перед подключением мигающего светодиода нужно ознакомиться с его характеристиками. Если их нет, то узнать параметры можно экспериментальным путём, подключившись к регулируемому БП на 5–15 В через резистор сопротивлением 51-100 Ом.

В корпусе многоцветного RGB-светодиода расположены 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов нужно помнить, что каждому цвету свечения соответствует своё падение напряжения.

Читайте также: