Последовательное или параллельное подключение светодиодов?

В светильниках и фонариках применяется две схемы – последовательное и параллельное соединение светодиодов. У этих схем есть масса вариаций и комбинированных вариантов, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Чтобы понять какая схема соединений лучше – нужно узнать, что такое вольт-амперная характеристика и какая она у LED.

светодиодная матрица для сети 220В
На фото LED матрица для подключения к сети 220В

Основные теоретические вопросы

Вольт-амперная характеристика (сокр. ВАХ) – это график отображающий зависимость величины тока протекающего через любой прибор от напряжения, приложенного к нему. Простая и очень ёмкая характеристика для анализа нелинейных компонентов. С её помощью можно выбрать режимы работы, и определить характеристики источника питания для прибора.

Взгляните на пример линейной и нелинейной ВАХ.

Пример линейной и нелинейной ВАХ

График под номером 1 на рисунке отображает линейную зависимость тока от напряжения, такую имеют все приборы резистивного характера, например:

  • Лампа накаливания;
  • обогреватель;
  • резистор (сопротивление);

График номер 2 – это ВАХ характерная для p-n переходов диодов, транзисторов и диодов.

Подробнее о работе диодов

Какое выбрать подключение светодиодов: последовательно или параллельно? Это сильно зависит от условий работы и источника питания, а также системы стабилизации напряжения и тока. Для правильного выбора нужно рассмотреть оба варианта.

Изначально шла речь о вольт-амперной характеристике не просто так, рассмотрим подробно её форму для Led приборов.

ВАХ для светодиодов

Обратите внимание, что в области напряжений ниже чем 2,5В, ток через светодиод протекает крайне малый или вообще не протекает. Преодолев уровень в 2,5 вольта через диод начинает протекать ток и он зажигается на участке от 2,5 до 3 вольт. После этого уровня ток начинает стремительно нарастать.

Для 5 мм диодов белого свечения рабочий ток – 20мА при 3В, а при 3.5 вольта ток будет равняться 80 мА, что в четверо превышает номинал.

Яркость диода хоть и зависит от протекающего через него тока, но при чрезмерно больших значениях LED светится не намного ярче, чем при номинале. Поэтому не стоит экспериментировать с высоким показателями – ваши диоды просто перегорят.

Значения напряжений могут различаться в зависимости от типов и конструкции LED, на это влияет их количество в одном корпусе, цвет, и даже материал который был выбран в качестве основы чипа.

Как правильно подключать?

При параллельном соединении светодиодов нужно пользоваться ограничительным резистором для каждого из диодов, как изображено на рисунке ниже. Это даёт возможность установить ток для каждого из элементов электрический схемы.

Схема параллельного подключения
Схема параллельного соединения светодиодов

Ниже схема НЕ правильного подключения резистора в цепь.

Не правильное подключение резистора
Так подключать не правильно

При параллельном подключении светодиодов и любых других потребителей, напряжение на их выводах будет равным. С одной стороны это хорошо, но не для диодов. Каждый светодиод, даже набор взятый из одной партии, имеет небольшой технологический разброс параметров. Напряжение, необходимое для достижения номинального тока, может незначительно отличаться в пределах десятых долей вольта.

Выше вы видели вольт-амперную характеристику прибора и легко сделаете вывод, что незначительное превышение номинального напряжения ведет к лавинообразному росту тока и перегреву. Некоторые предлагают исключить и резистор из этой схемы, такое соединение светодиодов самое неудачное!

Общий ток в цепи равен сумме токов в каждой из ветвей параллельной цепи. Если выбирать, как соединять светодиоды для работы в цепи с повышенным напряжением (6 и более вольт), лучше использовать последовательное соединение.

Последовательное подключение диодов

При такой схеме вы можете использовать диоды в цепях с любым напряжением.

Последовательное подключение светодиодов

Напряжения между элементами распределятся в нужном количестве, а ток вы зададите резистором. Параллельное включение светодиодов не позволяет добиться такого результата. При последовательном подключении общий ток цепи будет равным току через один из элементов.

Онлайн калькулятор для расчета резистора


Тип соединения:


Напряжение питания: Вольт
Прямое напряжение светодиода: Вольт
Ток через светодиод: Милиампер
Количество светодиодов: шт.
Результаты:
Точное значение резистора: Ом
Стандартное значение резистора: Ом
Минимальная мощность резистора: Ватт
Общая потребляемая мощность: Ватт

Варианты соединений

Чтобы выполнить последовательное соединение светодиодов на 220В, воспользуйтесь схемой ниже.

Схема последовательного соединения светодиодов

В данном случае в большей степени ограничивает ток конденсатор С1, он играет роль реактивного сопротивления. Подробнее о расчете конденсатора мы писали в статье. Для получения необходимого значения емкости конденсатора воспользуйтесь онлайн калькулятором:

Входные данные:

   Ток, потребляемый нагрузкой (A);
   Входное напряжение Uвх (V);
   Выходное напряжение Uвых (V);
  
   Ёмкость конденсатора (мкФ).

Так вы можете подключить даже один светодиод.

Если вы хотите собрать схему последовательного соединения светодиодов на 100 вольт постоянного напряжения, в цепь нужно включить порядка 30 светодиодов. Тогда необходимое напряжение будет порядка 90 вольт. Расчёт резистора выполнить по формуле в предыдущих разделах статьи.

Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций тока, резистор стоящий параллельно – для разряда конденсатора после отключения прибора, в целях безопасности. Если источник питания достаточно стабилизирован их можно исключить.

Альтернативный тип подключения

Последовательно-параллельное соединение светодиодов – встречается в прожекторах и других мощных светильниках, работающих как от постоянного, так и от переменного напряжения.

Последовательно параллельное подключение

Как видите, матрица поделена на ветки, каждая из которых имеет токоограничивающий резистор. Конкретный экземпляр предназначен для замены штатной лампы плафона в салоне автомобиля. Если один диод выйдет из строя – одна цепь перестанет гореть, а остальные цепочки продолжат свечение.

Если вы не можете определиться, как подключить светодиоды последовательно или параллельно, есть альтернативный вариант — гибридное соединение. С первого взгляда непонятно в чем смысл.

Гибридное подключение светодиодов

Гибридный вариант принял достоинства от последовательного и параллельного соединения светодиодов. Схема будет работать полностью, даже если один из элементов в цепи перегорит, в тоже время остальные элементы не испытают перегрузки. Напряжение на каждом сегменте будет ограничено светодиодом с наименьшим падением.

Чтобы собрать светильник правильно, а LED работали долго и не перегревались, нужно определиться как подключать светодиоды — последовательно или параллельно. Вы ознакомились с сильными и слабыми сторонами каждого из вариантов. Благодаря полученным знаниям можно выполнить ремонт LED лампы или прожектора.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
loading rating Загрузка...
Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

5 КОММЕНТАРИИ

  1. Фигово сделан светильник.
    Надо оставлять как можно больше металла на плате, чтоб улучшить теплоотвод.

  2. Сколько смотрю схемы включения светодиодов, но так и не понял: зачем нужен токоограничивающий резистор, если при последовательном соединении сумма падений напряжений помещается в рабочий диапазон? К примеру 12В/4шт=3 вольта на каждом, или вполне так себе в рабочем диапазоне, судя по опыту и графику в статье: примерно семнадцать миллиампер, при том что светодиоды повышенной яркости нормально работают и при двадцати. Просто для страховки?

  3. Тоже в недоумении, как и Дмитрий. Снял свою люстру специально посмотреть, каким образом осуществлен первый режим ее включения — светодиодный. Что выяснил: пребразователь-выпрямитель от сети ~220 выдает постоянное 265V. 93 светодиода в последовательной цепи без всяких резисторов. Снял показания: падение напряжения на каждом скачет в пределах примерно 2,7-2,9V, ток цепи 0,053А (тоже нестабилен, меняется в пределах +-0,004А). Прихожу к выводу, что в схеме выпрямиться стабилизатора тока нет (вскрывать не стал, т.к неразборная конструкция). Почитал инетик — везде однозначно утверждается, что такой режим работы светодиодов крайне нежелателен: скачки тока, да еще и его завышение относительно номинального 0,02А для белых диодов в 2,5 с лишним раза! Однако этот режим включения люстры используется всегда и подолгу, работает она уже лет 7, и не похоже, чтобы собиралась перегорать. Диоды — 5-и миллиметровые «соломенные шляпки». Короче, непонятно мне, как так… Буду благодарен, если кто-нибудь разъяснит это всё.

  4. Сейчас объясню. Весь интернет забит полубреднями на тему подключения светодиодов. Ключевая фраза: «Светодиоды питаются током». ****** необразованные. В электронике ВСЁ питается током! Все схемы рассматриваются с точки зрения прохождения ТОКА! Ну да ладно. Теперь по существу. Светодиоды МОЖНО запитывать без резистора. МОЖНО!!!! Это я для интернетных упорошей такими большими буквами написал. Ещё раз повторю — можно. Но есть нюансы.
    1. Вы должны четко соблюсти температурный режим. То есть ни при каких условиях не допускать перегрева. При перегреве меняется ток потребления, а компенсировать нечем. Светодиод сдохнет.
    2. Вы имеете гарантированное, стабилизированное напряжение питания. При превышении напряжения меняется ток потребления, а компенсировать нечем. Светодиод сдохнет.
    3. Не используете светодиоды в предельном режиме. У светодиода со временем присутствует некоторая деградация параметров и можно выскочить за приемлемый ток. Далее лавинообразное увеличение тока а компенсировать нечем. Светодиод сдохнет.
    4. Без токоограничивающих резисторов или источников питания можно не попасть в приемлемый токовый диапазон питания светодиодов. К примеру напряжение питания 5В. А светодиод у вас потребляет номинальный ток при 3,4. Что будете делать? Поставить два? Будет не хватать и может плохо светить. А если один, то сгорит.
    Поэтому чтобы получить от светодиода номинальную отдачу придется или делать нестандартное напряжение питания под конкретный светодиод или вводить токоограничивающие элементы.
    Вот так вот всё просто. 🙂
    Это кстати единственное ВМЕНЯЕМОЕ объяснение во всём рунете.

    • Лично я иногда использую схему без резистора.
      Например заменил лампочки в салоне УАЗ + установил дополнительное освещение (для работы со сваркой).
      Но не так все просто, да я убрал токоограничивающий резистор, включил 3 светодиода последовательно, НО для стабилизации применил 7809 с регулировкой (резисторы в цепи минуса), таким образом подбирается оптимальный ток.
      Для светодиодов 5730 ток в пределах 80 мА (на радиаторе) и вполне нормально работает много лет 🙂

Поделитесь вашим мнением

Please enter your comment!
Please enter your name here