Расчет конденсатора для светодиодов

Необходимость подключить светодиод к сети – частая ситуация. Это и индикатор включения приборов, и выключатель с подсветкой, и даже диодная лампа.

Существует множество схем подключения маломощных индикаторных LED через резисторный ограничитель тока, но такая схема подключения имеет определённые недостатки. При необходимости подключить диод, с номинальным током 100-150мА, потребуется очень мощный резистор, размеры которого будут значительно больше самого диода.

Вот так бы выглядела схема подключения настольной светодиодной лампы. А мощные десяти ваттные резисторы при низкой температуре в помещении можно было бы использовать в качестве дополнительного источника отопления.

Схема подключения светодиодной лампы через резисторы

Применение в качестве ограничителя тока конде-ров позволяет значительно уменьшить габариты такой схемы. Так выглядит блок питания диодной лампы мощностью 10-15 Вт.

Блок питания с конденсатором

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

Схема на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Разберем подробный расчет, ниже сможете найти форму онлайн калькулятора.

Расчет емкости конденсатора для светодиода:

С(мкФ) = 3200 * Iсд) / √(Uвх² — Uвых²)

С мкФ – ёмкость конде-ра. Он должен быть рассчитан на 400-500В;
Iсд – номинальный ток диода (смотрим в паспортных данных);
Uвх – амплитудное напряжение сети  — 320В;
Uвых – номинальное напряжение питания LED.

Можно встретить еще такую формулу:

C = (4,45 * I) / (U — Uд)

Она используется для маломощных нагрузок до 100 мА и до 5В.

Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):

Входные данные:

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

Для наглядности проведём расчёт нескольких схем подключения.

Подключение одного светодиода

Подключение одного светодиодаДля расчета емкости конде-ра нам понадобится:

  • Максимальный ток диода – 0,15А;
  • напряжение питания диода – 3,5В;
  • амплитудное напряжение сети  — 320В.

Для таких условий параметры конде-ра: 1,5мкФ, 400В.

Подключение нескольких светодиодов

Подключение нескольких светодиодовПри расчете конденсатора для светодиодной лампы необходимо учитывать, что диоды в ней соединены группами.

  • Напряжение питания для последовательной цепочки – Uсд * количество LED в цепи;
  • сила тока – Iсд * количество параллельных цепочек.

Для примера возьмём модель с шестью параллельными линиями из четырёх последовательных диодов.

Напряжение питания – 4 * 3,5В = 14В;
Сила тока цепи – 0,15А * 6 = 0,9А;

Для этой схемы параметры конде-ра: 9мкФ, 400В.

Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором

Простой блок питания с конденсатором

Разберём устройство без трансформаторного блока питания для светодиодов на примере фабричного драйвера LED ламы.

  • R1 – резистор на 1Вт, который уменьшает значимость перепадов напряжения в сети;
  • R2,C2 – конде-р служит в качестве токоограничителя, а резистор для его разрядки после отключения от сети;
  • C3 – сглаживающий конде-р, для уменьшения пульсации света;
  • R3 – служит для ограничения перепадов напряжения после преобразования, но более целесообразно вместо него установить стабилитрон.

Какой конденсатор можно использовать для балласта?

В качестве гасящих конденсаторов для светодиодов используются керамические элементы рассчитанные на 400-500В. Использование электролитических (полярных) конденсаторов недопустимо.

Меры предосторожности

Безтрансформаторные схемы не имеют гальванической развязки. Сила тока цепи при появлении дополнительного сопротивления, например прикосновение рукой с  оголённому контакту в цепи, может значительно увеличится, став причиной электротравмы.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (4 оценок, среднее: 5,00 из 5)
loading rating Загрузка...
Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

22 КОММЕНТАРИИ

  1. Не понял, почему в схемах для питания светодиодов емкость балластного конде-ра 0,27 мкФ, а в расчетах 90 мкФ, 150 мкФ. Полагаю, что здесь автор описался и результат должен быть не в микрофарадах, а в нанофарадах.

  2. 150 мкФ для 150мА для светодиода на 3,5 вольта?! Это огромная болванка, которая ни в какую светодиодную лампу не поместится и гарантировано сожжет светодиод. На вашем калькуляторе в качестве разделительного знака нужно использовать точку, а не запятую. Тогда результат будет адекватным — 1,5 мкФ.

  3. доброго дня. классно, почти точно. формула и онлайн работает. в ваших примерах, нет запятой… из-за этого приведённые ёмкости несоизмеримы…

  4. Применимы ли эти рассчеты для COB матриц со встроенным драйвером?
    Не секрет, что почти все матрицы с Алиэкспресса жутко мерцают. Чтобы это мерцание убрать люди рекомендуют ставить конденсатор. Как его правильно рассчитать? предполагаемая мощность светодиода 50 и 100 Вт.

    • Примерно 1 мкф на 1 Вт.
      Матрица питается постоянкой или переменкой?
      Если постоянкой то полярный кондер с запасом по напряжению в 2 раза.

        • Даже выпрямленная переменка дает мерцание, т.к. там импульсы в питании. Потому ставят сглаживающий кондер.

          • Уж коли у нас зашел разговор про постоянку и переменку, вот такой вопрос. Есть светодиодные матрицы бездрайверные, точнее такие, у которых драйвер распаян на подложке (в основном мерцание именно на них). И есть матрицы с отдельным драйвером, выдающим боле-менее постоянное напряжение. Вопрос: что будет мерцать меньше при прочих равных? Покупка таких матриц с драйверами может избавить меня от мороки с подбором кандера и устранением мерцания? Мы сейчас говорим, разумеется, о матрицах и драйверах с алиэкспресс, Cree я чисто финансово не потяну, какими бы замечательными они не были.

  5. Кстати. Полярные конденсаторы отлично работают в таких схемах.
    Но есть нюанс. Из полярного надо сделать неполярный кондер, соединив их последовательно одноименным полюсом, например минусовыми. И вуаля у нас в руках неполярный кондер.
    Второй нюанс, емкость итоговая в 2 раза ниже чем емкость соединенных полярников. Т.е. если соединили 3.3 + 3.3 то итог 1.65

    • Кирилл, здравствуйте! По поводу «2 полярных вместо 1 однополярного» есть «подводные камни» и это обязательно учитывать нужно.

      Первое: алюминиевые электролитические конденсаторы (а именно о них и идёт речь, а не о танталовых, оксидно-полупроводниковых, ниобиевых и прочих экзотических и очень дорогих) имеют большой разброс номинальной ёмкости, соответственно и падение напряжения на встречно-последовательно соединённых конденсаторах будет различаться. Для выравнивания падений напряжений на конденсаторах рекомендуется шунтировать их резисторами одинакового сопротивления.

      Второе: для создания цепи разряда конденсаторов рекомендуется шунтировать каждый встречно-параллельным подключением диодов.

      Третье: для уменьшения поляризации диэлектрика таких конденсаторов рекомендуется на среднюю точку такой схемы включения подавать постоянное напряжение. Эти факторы общеизвестны и игнорировать их не следует. Так что не всё так просто в датском королевстве с учётом контингента комментирующих.

  6. Здравствуйте, посоветуйте пож. какой правильный выпрямитель-стабилизатор мне сделать для замены лампы накаливания в фаре головного света скутера на сведодиодную 40 W (2 паралельно соединённые матрицы по 12V и 20W) так как на фару подаётся от10 до 14 V переменного крайне нестабильногонапряжения в зависимости от оборотов двигателя, а для светодиодов крайне важно стабильное постоянное напряжение 10-11 V с ровной амплитудой напряжения и тока! Спасибо заранее и если вас не затруднит покажите схему с указанием номиналов деталей,спасибо!

    • Для этого есть стабилизатор L7812 он выглядит как транзистор , с начало делаешь мост потом L7812 с лева вход (1) средина общий(2) с право выход (3) мину у него общий на вход и на выход.

  7. Почему то никто не обратил внимания на начало статьи:
    1. «конде-р является фильтром тока» — неверно! Конде-р является реактивным сопротивлением.
    2. «несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода» — неверно!
    До тех пор пока не преодолен потенциальный барьер PN перехода в прямом направлении никакого тока не будет! Т.е. для разных по цвету LED напряжения разные, но больше 0.7В

    Конденсаторный балласт для LED это реактивный делитель напряжения. А максимальные мгновенные токи в таких схемах могут достигать много больших величин чем средние рассчитанные. При выборе диодов моста это надо учитывать, равно как ставить токоограничивающий резистор в цепи переменного тока. Защитный стабилитрон по выходу моста тоже не лишняя деталь!

Поделитесь вашим мнением

Please enter your comment!
Please enter your name here