Подключение мощного светодиода

Как подключить мощный светодиод? Это вопрос задают все те, кто задумал собрать какую-либо поделку на светодиоде мощностью от 0.5 ватта и выше.

Ниже я рассмотрю несколько типовых схем включения мощных светодиодов, которые будут полезны не только в радиолюбительской практике, но и профессионалам светодиодной или, как сейчас модно говорить, «полупроводниковой» светотехники.

Закон Ома с тех пор никто не отменил и схема, как была, так и осталась:

Расчет резистора такой же:

Берем из документации на светодиод прямое падение на нем. Обычно это 3.2 вольта для белых, синих и зеленых светодиодов и 2.5 вольта для красных, желтых, оранжевых и янтарных.

Оставшееся напряжение мы должны «погасить» на резисторе. При напряжении питании мощного белого светодиода, например  от источника питания постоянного напряжения 12 вольт  нам нужно погасить  8.5 вольт (12В – 3,5В). Ток в светодиод – 350 мА. Соответственно мощность рассеиваемая на резисторе 8.5В * 0,35А = 2.975Вт. Значит резистор должен быть расчитан на мощность не менее 3 Вт.

Это при том что в светодиод идет мощность всего 1.23 Вт (0.35А*3.5В=1.225).

Не очень эффективно.

Зато если использовать источник питания на 5 вольт, то резистор должен быть мощностью всего 0.5 Вт и сопротивление его всего 4.3 Ом.

Чем плоха схема? Отсутствием стабилизации. Если вы берете зарядное устройство для телефона, на котором написано 5 вольт, это совсем не значит что там именно 5 вольт. Практика показывает, что на выходе может быть, как и 5 вольт, так и 7-8 вольт. И соответственно все ваши расчеты катятся «коту под хвост». Это с одной стороны. А с другой стороны, даже если вы обеспечите стабильное напряжение питания вашей схемы, то все испортит изменение прямого напряжения светодиода от температуры кристалла, которая плотно связана с окружающей температурой и радиатором.

На приведенном графике хорошо видно, что при изменении температуры кристалла от -30 до +90 прямое напряжение светодиода изменяется на 0.4 вольта  (больше 10%).

Надо учитывать, что если вы расположили светодиод на радиаторе, то при температуре радиатора, скажем 40 градусов, температура на кристалле светодиода может достигать 60-80 градусов. Соответственно, прямое напряжение светодиода может изменяться и, соответственно, будет изменяться ток светодиода, а значит и его яркость.

Современные мощные светодиоды могут работать при токах значительно больше 350ма (например, OSRAM OSLON SSL) и превышение токов для них не очень страшно, но многие дешевые варианты от китайских производителей при более высоких токах начинают стремительно деградировать и в итоге светодиод теряет яркость через каких-то 5-10 тысяч часов.

Более грамотная схема линейного стабилизатора для питания мощного светодиода использует микросхему стабилизатора LM317T или LM1117DTX-adj.

Идея этой схемы, что стабилизатор постоянно отслеживает напряжение на резисторе R4 и обеспечивает, что бы там всегда было 1.25В. Соответственно расчет схемы опять же строится на законе Ома. Для тока 350ма номинал резистора рассчитывается R4=1.25/0.35=3.571428. Выбираем резистор из стандартного ряда Е24 : 3.6 Ом.

Мощность резистора равна 0,35*1,25=0,43 или 0.5 Ватт. Оставшаяся от 12 вольт мощность рассеивается на микросхеме, поэтому ее тоже нужно располагать на радиаторе.

Преимущество данной схемы перед предыдущей в том, что она обеспечивает постоянный стабильный ток, не зависящий от прямого напряжения на светодиоде и напряжения питания. Однако, эта схема, так же как и предыдущая лишнее напряжение (мощность) превращает в тепло. Т.е. обе эти схемы неэффективны с точки зрения энергетики.

 Схемы на MC34063 рассматривать не будем. Они достаточно известны и в реальности уже немного устарели.

Компания Zetex выпустила очень хороший преобразователь напряжения для питания мощных светодиодов ZXLD1350ET5TA а их конкуренты из Macroblok ее содрали и выпустили аналог под названием MBI6651GST.

Работающая схема на ZXLD1350ET5TA:

 Номинал дросселя L1 – 68 мкГн, например SS7045-680MBL.

В отличие от MBI6651GST, микросхема ZXLD1350ET5TA имеет вход подстройки, который в данной схеме используется для защиты светодиода от перегрева. В качестве температурного датчика используется R3, расположенный рядом со светодиодом.

Резисторы R4-R7 включены в параллель для получения общего сопротивления 0.3 Ома. Это сделано исключительно потому, что резисторы с номиналом 0.3 Ом не очень широко распространены и значительно проще найти резисторы с номиналом 1.2 Ом.

Если будет использоваться MBI6651GST, то элементы термозащиты можно не использовать – они все равно работать не будут.

Данная схема используется в схеме мощных модулей производства ООО «Световод» серии «SVP 1x1» и «SVP 1x2»