Немного теории о Светодиодах

[oleg3110_78 416]

Не мое, но автора не знаю. Если он увидит пусть сообщит - поставлю трэйдмарк

 

 

СВЕТОТЕХНИКА НА СВЕТОДИОДАХ

Наткнулся в конференции на тему о поворотниках на светодиодах, и так как сам об этом размышлял, то решил написать небольшую статейку. Сразу скажу, что здесь я коснусь в основном электрики. Механика конструкции на ваш вкус.

СПЕРВА О ПЛЮСАХ И МИНУСАХ.

Один из таких плюсов, постоянно приводимый в различных печатных издания, это значительно мень-шее по сравнению с лампами накаливания, время зажигания светодиода, что повышает безопасность движения. Хотя я считаю, что не так уж и велика эта разница во времени.

Второй плюс, это значительно более высокая надежность. Светодиод может спокойно работать по десять лет и более. Это особенно характерно при большой вибрации.

Третий плюс, меньшее энергопотребление. Поворотник из 30 светодиодов потребляет не более 5 Вт (смотря какие светодиоды).

И четвертый плюс, который должны более всего оценить именно российские мотолюбители – это возможность создавать оптику любой формы. Например, можно смонтировать передние поворотники в зеркалах.

ТЕПЕРЬ МИНУС - ЭТО ВЫСОКАЯ СТОИМОСТЬ.

Кроме этого, если вы будете делать поворотники, то стандартный прерыватель вам скорее всего не подойдет (так как разная мощность), и необходимо будет изготовить специальный. Но, зато вы можете сделать их 4 штуки (я прикидывал, они получаются недорогими) и смонтировать каждый в своем поворотнике. Представляете, какая будет надежность.

Также, может возникнуть проблема с передним габаритом, так как белых светодиодов нет. Но HEWLETT-PACKARD выпускает светло-голубые, можно попробовать их.

ТЕПЕРЬ О СВЕТОДИОДАХ.

Прежде всего, яркость обычных светодиодов составляет 20 – 50 мКд (милликанделл). Такие вам не го-дятся. Необходимы сверхяркие светодиоды (яркость составляет 1000 – 4000 мКд, такие используются в светофорах).

Кстати, 4000 мКд это очень не хилая яркость, такой светодиод слепит глаза не хуже фонарика.

В России сверхяркие светодиоды выпускает завод Протон Оптоэлектроника в г. Орел. Из зарубежных известны такие фирмы-производители как KINGBRIGHT ELECTRONIC и HEWLETT-PACKARD (у HP светодиоды дороже).

Кроме того светодиоды разделяются по диаметру (в основном 5 мм, 8 мм, 10 мм и 20 мм), по форме (круглые, прямоугольные и т.д.), по цвету свечения (обычно, также, указывают длину волны излучения), по цвету рассеивателя (окрашенные или неокрашенные), по типу рассеивателя (диффузионный – когда корпус светодиода матовый и прозрачный – когда, соответственно, корпус прозрачный) и по цене (чем ярче, тем дороже. Красные и желтые дешевле зеленых и синих при одинаковой яркости, так как используется другая технология изготовления кристаллов).

Яркость сильно зависит от рассеивателя. Диффузионные светодиоды имеют больший угол излучения (обычно 45 - 60 град), но меньшую яркость (при одинаковой стоимости). У прозрачных светодиодов угол излучения обычно лежит в пределах 15 – 30 град.

Вот цены на светодиоды в Москве, в Платане (Чип и Дип) на 1.09.02 г.

Наименование Цена, руб. Производитель

10R3SCB-6,св.диод кр.d=10мм,1200мКд 11.00 TWN

10Y3SCB-6,св.диод жл.d=10мм,1200мКд 11.00 TWN

L-1503SRC-C св.д. кр.d=5мм 1000мКд 6.10 KNBR

L-1503SRC-Dсв.диод кр.d=5мм 1500мКд 4.20 KNBR

L-1503SRC-Eсв.диод кр.d=5мм 2800мКд 11.00 KNBR

L-1503SRC-Fсв.диод кр.d=5мм 4000мКд 10.00 KNBR

L-1513SRC-D св д. кр.d=5мм 2000мКд 5.80 KNBR

L-1513SRC-E св.д. кр.d=5мм 3500мКд 9.60 KNBR

L-1513SRC-F св.д. кр.d=5мм 4500мКд 12.00 KNBR

L-1543SRC-E св.диод кр.d=5мм2000мКд 9.60 KNBR

L-53SRC-C св.д.кр. d=5мм 1000мКд 4.80 KNBR

L-53SRC-DU св.диод кр.d=5мм 1200мКд 3.60 KNBR

L-53SRC-DV св.диод кр.d=5мм 1500мКд 3.90 KNBR

L-53SRC-DW св.диод кр.d=5мм 1800мКд 9.00 KNBR

L-53SRC-E св.диод кр.d=5мм 2800мКд 9.00 KNBR

L-793SRC-B св.диод кр.d=8мм1000мКд 9.00 KNBR

L-793SRC-C св.диод кр.d=8мм 1500мКд 5.20 KNBR

L-793SRC-D св.диод кр.d=8мм 1800мКд 13.00 KNBR

L-793SRC-E св.диод кр.d=8мм 2800мКд 13.00 KNBR

 

Как видно из таблицы, можно найти светодиод яркостью 2000 мКд за 5,80 руб. Если взять на стоп-сигнал около 40 шт., то это обойдется в 232 руб. Зато, вы можете придать стоп-сигналу любую форму, даже разделить его на две, три части.

РАСЧЕТ

Светодиоды рассчитываются на определенный ток. Это значит, что не бывает, например, 5 вольтовых или 12 вольтовых светодиодов. Вместо этого бывают, например, 20 «мАмперные» или 50 «мАмперные» и т.д. Напряжение на светодиоде колеблется от 1,5 В до 2,5 В (в зависимости от марки светодиода, и связано с технологией производства) и слабо зависит от тока. Соответственно, если нужно запитать светодиод от 13,8 В, необходимо задать нужный нам, протекающий через него ток. Проще всего это сделать с помощью резистора R.

 

Здесь VD - светодиод, а R – токозадающий резистор.

Для расчета R необходимо знать следующие параметры светодиода:

1. Максимально допустимый прямой ток через светодиод Ivdmax

2. Падение напряжения на на светодиоде Uvd в прямом направлении (обычно в справочниках указывается при каком токе присходило измерение)

При расчетах не обязательно абсолютная точность, так как все электронные компоненты имеют разброс параметров от 5 до 20%.

Теперь пользуясь законами Кирхгофа, находим R:

R=(U-Uvd)/(Ivdmax*0.75), Ом (1)

Где U – напряжни питания,

Uvd - падение напряжения на светодиоде,

Ivdmax - максимально допустимый прямой ток через светодиод.

 

Коэффициент 0.75 берем для обеспечения необходимой надежности (обычно в пределах 0.7 – 0.. Так как, чем ближе заданный нами ток к максимально допустимому, тем меньше надежность.

При этом протекающий через светодиод рабочий ток будет составлять 0.75 от максимально допустимо-го.

Иногда, в справочных данных указывается рабочий ток Ivd (обозначение может быть другим), тогда коэффициент берем равным 1.

Мощность сопротивления рассчитывается по формуле:

N=R*(Ivdmax*0.75)^2 , Вт. (2)

При этом рабочий ток через светодиоды составит:

Ivd=Ivdmax*0.75 (3)

Так как вам необходимо не один, а штук 10 – 20 светодиодов, то схема включения будет выглядеть так:

 

Здесь FU – предохранитель на ток:

Ictmax > Ifu > 1,2*m*Ivd, А (4)

Где, m – число параллельно включенных линеек светодиодов.

Ictmax – максимальный ток стабилизации стабилитрона VD1 (указывается в справочниках).

Uct - напряжение стабилизации стабилитрона VD1, должно быть равен U, при котором через свето-диоды будет протекать ток Ivdmax, для того, чтобы при слишком большом напряжении он открылся и сработал предохранитель:

Uct = (R*Ivdmax + n*Uvd), В (5)

По Ictmax и Uct необходимо выбрать стабилитрон из справочника. Стабилитрон и предохранитель за-щищают схему от перенапряжения.

 

R находим как:

R = (U – n*Uvd)/(Ivdmax*0,75), Ом (6)

Где n – число светодиодов в одной линейке (подключенных на один резистор),

 

Мощность сопротивления рассчитывается по формуле:

N=R*(Ivdmax*0.75)^2, Вт. (7)

Эту формулу можно записать в другом виде:

N=(U – n*Uvd)*(Ivdmax*0.75), Вт. (

Например:

У нас есть светодиоды с Ivdmax = 70 мА и Uvd = 1,85 В и мы используем 4 линейки по 5 светодио-дов (итого 20). Тогда при U = 13,8 B:

R=(13,8 B-5*1,85 :-D/(70 мА*0,75)=86,6 Ом.

Такие сопротивления найти трудно, так как все номиналы привязаны к стандартному ряду сопротивле-ний. Наиболее распространен ряд Е24. Выбираем ближайший из ряда, больше расчетного. Это 91 Ом.

N=91 Oм*(70 мА*0,75)^2=0,251 Вт (берем 0,25 Вт)

Сопротивление берем мощностью не меньше рассчитанной.

Ivd=Ivdmax*0.75 = 52,5 мА

Ictmax > Ifu > 1,2*4*52,5 мА = 252 мА (можно взять 250 мА)

Uct = (91 Ом*70 мА + 5*1,85) = 15,6 В (Можно взять на 15 В).

Из формулы ( видно, что чем больше светодиодов в линейке, тем меньше рассеиваемая мощность резистора, да и самих резисторов понадобиться меньше. Но увеличивать число светодиодов в линейке до максимально возможного нельзя. Сейчас объясню почему. Дело в том, что напряжение бортовой се-ти не когда не бывает абсолютно стабильным, а постоянно изменяется, хотя и в небольших пределах, в то время как Udv практически не меняется. Посмотрим как будет изменяться ток через 4, 5 и 6 свето-диодов с Ivdmax = 70 мА и Uvd = 1,85 В, при сопротивлении R=86,6 Ом рассчитанном для U = 13,8 B, если бортовое напряжение U изменяется от 12 В до 14,5 В.

Результаты вычислений я свел в таблицу:

U = 12 B U = 13,8 B U = 14,5 B

Ток через 4 светодиода, мА 37,7 мА 52,5 мА 58,2 мА

Ток через 5 светодиода, мА 31,7 мА 52,5 мА 60,5 мА

Ток через 6 светодиода, мА 17,5 мА 52,5 мА 66,1 мА

 

Из таблицы видно, что чем больше светодиодов в линейке, тем больше колебания тока, а значит и яр-кость, при изменении бортового напряжения. Так 6 светодиодов при U=12 В будут светить очень сла-бо, а при U>14,5 В могу и сгореть.

Поэтому здесь необходимо находить компромисс, исходя из того, насколько стабильно у вас напряже-ние бортовой сети.

ТЕПЕРЬ НЕМНОГО О КОНСТРУКЦИИ

Во-первых, рассеиватель. Дело в том, что светодиоды излучают свет определенной длины волны, и ес-ли цвет рассеивателя не будет соответствовать цвету излучения, то из-за этого будет уменьшаться яр-кость. Поэтому рассеиватель лучше использовать белый – прозрачный.

Во-вторых, о креплении светодиодов. Светодиоды вместе с резисторами можно запаять на печатную плату из стеклотекстолита. Но, для увеличения угла излучения светодиоды должны запаиваться не все вертикально, а под разными углами. Если взять тонкий текстолит, то плату можно изогнуть. Кроме это-го, для защиты от вибрации, необходимо устанавливать светодиоды на держатели или залить выводы каким-нибудь компаундом. При пайке будьте осторожны, не перегревайте светодиоды и не паяйте слишком близко к корпусу.