Как соединить светодиодные лампы между собой

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.

Всего существует 3 надёжных способа определения полярности: визуальный, с помощью мультиметра и путём подключения к источнику напряжения. Каждый из них по-своему уникален и интересен, в связи с чем данная тема вынесена в отдельную статью: «Где плюс, а где минус?»

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.

В качестве источника питания можно использовать даже одну пальчиковую батарейку на 1,5 В. Но для этого придётся собрать небольшую электрическую схему, которая позволит повысить напряжение питания до нужного уровня. О том, как это сделать, можно узнать из статьи «Как подключить светодиод от батарейки на 1,5 В».

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:

Из-за большой мощности рассеивания (2–5 Вт), резистор часто заменяют неполярным конденсатором. Работая на переменном токе, он как бы «гасит» лишнее напряжение и почти не нагревается.

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.

Этой статьей продолжим серию о подключении светодиодов от параллельного, до параллельно-последовательного, рассмотрим плюсы и минусы.

Подключение одного светодиода никогда не создаст больших проблем. Что делать, если необходимо запитать два, три, четыре и более светодиодов? Верно. Нужно собрать LEDs в строку ( цепочку ). Соединения могут быть нескольких типов: параллельное соединение светодиодов, последовательное и параллельно-последовательное. Напишу несколько слов об этих соединениях. Авось кому-нибудь пригодится.

Для тех, кто еще не знает — самым оптимальным является последовательное соединение светодиодов. В этом случае ток на каждом LED, соединенном последовательно, будет одинаковым. Такое соединение нам позволяет легко контролировать токи.

Однако, не смотря на это, существуют источники питания, мощность которого не позволит запитать последовательные светодиоды. В этом случае нам и поможет параллельное соединение светодиодных источников.

Параллельное соединение светодиодов не правильное

Повторюсь еще раз — параллельное соединение светодиодов используют только тогда, когда источник питания низковольтный.

Не смотря на то, что такой тип соединения не очень приветствуется, его частенько используют. В таких типах соединений есть одно правило — параллельное соединение светодиодов никогда не происходит с использованием ТОЛЬКО ОДНОГО резистора.

Ну или для тех, кто понимает только визуальные картинки, то не правильное параллельное соединение будет выглядеть так:

Естественно, возникает вопрос — ПОЧЕМУ нельзя соединять так? А дело тут простое.

Расчет сопротивления при параллельном соединении светодиодов

Рассмотрим параллельное соединение светодиодов на примере двух источников питания. Данные будут получены из расчета удвоенного значения потребляемого тока. Т.е. ограничивающий резистор имеет в двое меньшее сопротивление, нежели. если бы мы запитывали один светодиод. В любом случае стоит помнить, что двух одинаковых LED не бывает, не смотря даже на то, если они выпущены одним заводом и из одной партии. Все диоды имеют разброс по потребляемому току, внутреннему сопротивлению. Кристалл с меньшим сопротивлением возьмет больше тока. Таким образом возникнет некий перекос. Это можно определить визуально. С большим потреблением диод буде светиться сильнее, с меньшим слабее. Если диоды из одной партии, то перекос не будет сильно заметен, а если LEDs еще и от разных производителей, то вполне возможна ситуация когда диод перегорит.

Вернемся "к нашим баранам". Резистор рассчитывается на двойное потребление тока, а следовательно при перегорании одного — второй получает удвоенное напряжение и удвоенный ток. Это тоже критично. Данное правило справедливо не только для параллельного соединения двух светодиодов, но также и для большего количества с одним резистором. При перегорании одного, остальные выйдут из строя в самые короткие сроки, из-за пропорционально растущего напряжения и тока.

Правильное параллельное соединение светодиодов

На картинке показано правильное параллельное соединение светодиодов. От варианта с одним резистором, данный способ отличается тем, что каждый диод соединяют в параллель через свой резистор. Такое соединение не позволит появиться перекосу. Даже, если по каким-то причинам светодиод перегорит, второй не получит увеличенного напряжения.

Плюсы и минусы параллельного соединения светодиодов

Большим плюсом параллельного соединения стоит отметить, что в случае правильного соединения светодиодов при перегорании одного из них, остальные будут работать. При последовательном соединении светодиодов выход из строя одного из них приведет к тому, что строка из последовательно соединенных чипов перестанет светиться.

Минусом параллельного соединения светодиодов отметим — удорожание конструкции, за счет того, что в цепи появляются новые элементы. В результате конечный продукт может оказаться достаточно громоздким.

Стоит представить себе елочную гирлянду с таким соединением диодов. Для ее работоспособности придется соединять еще один проводник к паре светодиод-резистор. Поэтому 99,9 % всех гирлянд собраны из последовательно соединенных светодиодов.

Видео на тему параллельного соединения светодиодов

Ну и как всегда. в конце посмотрим достаточно интересное видео на тему параллельного соединения светодиодов зарубежного коллеги. Все русские видео на эту тему не достаточно информативны, в данном же произведении все понятно и без перевода.

После того как составили план расположения точечных светильников на потолке, в подсветке шкафа, приходится задуматься об их электрическом подключении. Как подключить точечные светильники, по каким схемам, какими проводами и кабелями — обо всем этом дальше.

Последовательное соединение

Подключить точечные светильники можно последовательно, хотя это — не лучший выход. Несмотря на то, что этот тип соединения требует минимального количества проводов, в быту он практически не используется. Все потому что имеет два существенных недостатка:

Лампы светятся не в полную силу, так как на них подается пониженное напряжение. Насколько пониженное — зависит от количества подключенных лампочек. Например, подключено к 220 В три лампы — делить надо на 3. Это значит, что на каждый светильник приходит по 73 В. Если подключено 5 ламп, делим на 5 и т.д.

Принцип последовательного соединения

Именно по этим причинам такой тип подключения применяется исключительно в елочных гирляндах, где собрано большое количество маломощных источников света. Можно, конечно, первый недостаток использовать: подключить последовательно к сети 220 В лампочки на 12 В в количестве 18 или 19 штук. В сумме они дадут 220 В (при 18 штуках 216 В, при 19 — 228 В). В этом случае не понадобиться трансформатор и это плюс. Но при перегорании одной из них (или даже ухудшении контакта), искать причину придется долго. И это большой минус, который сводит на нет все положительные моменты.

Схема последовательного соединения лампочек (точечных светильников)

Если вы решили подключить точечные светильники последовательно, сделать это просто: фаза обходит все светильники один за другим, ноль подается на второй контакт последней лампочки в цепи.

Если говорить о фактической реализации, то фаза от распределительной коробки подается на выключатель, оттуда — на первый точечный светильник, со второго его контакта — на следующий…. и так до конца цепочки. Ко второму контакту последнего светильника подключается нулевой провод (нейтраль).

Схема последовательного подключения точечных светильников через одноклавишный выключатель

У этой схемы есть одно практическое применение — в подъездах домов. Можно параллельно подключить две лампочки накаливания к обычной сети 220 В. Они будут светиться в пол накала, но перегорать будут крайне редко.

Параллельное соединение

В большинстве случаев используется параллельная схема подключения точечных светильников (ламп). Даже несмотря на то что требуется большое количество проводов. Зато напряжение на все осветительные приборы подается одинаковое, при перегорании не работает одна, все остальные — в работе. Соответственно, никаких проблем с поиском места поломки.

Схема параллельного подключения точечных светильников

Как подключить точечные светильники параллельно

Есть два способа параллельного соединения:

• Лучевой. На каждый осветительный прибор идет отдельный кабель (двух или трехжильный — зависит от того, есть у вас заземление или нет).
• Шлейфное. Пришедшая от выключателя фаза и нейтраль со щитка заходят на первый светильник. От этого светильника идет кусок кабеля на второй, и так далее. В результате к каждому светильнику, кроме последнего, оказывается подключенным по четыре куска кабеля.

Способы реализации параллельного подключения

Лучевая

Лучевая схема подключения более надежна — если проблемы случаются, то не горит только эта лампочка. Есть два минуса. Первый — большой расход кабеля. С ним можно смириться, так как делается проводка один раз и надолго, а надежность такой реализации высокая. Второй минус — в одной точке сходится большое количество проводов. Качественное их соединение — непростая задача, но решаемая.

Соединить большое количество проводов можно при помощи обычной клеммной колодки. В этом случае с одной стороны подается фаза, при помощи перемычек она разводится на нужное число контактов. С противоположной стороны подключаются провода, идущие к лампочкам.

Способы соединения проводов при лучевом исполнении

Практически так же можно использовать клеммники Ваго на соответствующее число контактов. Выбрать надо модель для параллельного соединения. Лучше — чтобы они были заполнены пастой, предотвращающей окисление. Этот способ хорош — легок в исполнении (зачистить провода, вставить в гнезда и все), но очень много низкокачественных подделок, а оригиналы стоят дорого (и то не факт, что вам продадут оригинал). Потому многие предпочитают пользоваться обычной клеммной колодкой. Кстати, есть они нескольких видов, но более надежными считаются карболитовые с защитным экраном (на рисунке выше они черного цвета).

И последний приемлемый способ — скрутка всех проводников с последующей сваркой (пайка тут не пойдет, так как проводов слишком много, обеспечить надежный контакт очень сложно). Минус в том, что соединение получается неразъемным. В случае чего, придется удалять сваренную часть, потому нужен «стратегический» запас проводов.

Пример исполнения лучевого подключения точечных светильников

Чтобы уменьшить расход кабеля при лучевом способе соединения, от выключателя до середины потолка тянут линию, там ее закрепляют, и от нее разводят провода к каждому светильнику. Если надо сделать две группы, ставят двухклавишный (двухпозиционный) выключатель, от каждой клавиши тянут отдельную линию, потом расключают светильники по выбранной схеме.

Шлейфное соединение

Шлейфное соединение применяют тогда, когда светильников очень много и тянуть к каждому отдельную магистраль очень уж накладно. Проблема при таком способе реализации в том, что при проблеме соединения в одном месте, все остальные тоже оказываются неработоспособны. Зато локализация повреждения проста: после нормально работающего светильника.

Фактическая реализация параллельного соединения шлейфным способом

В этом случае также можно разделить светильники на две или больше группы. В этом случае понадобиться выключатель с соответствующим количеством клавиш. Схема подключения в этом случае выглядит не очень сложно — добавиться еще одна ветка.

Как подключить точечные светильники к двойному выключателю

Собственно, схема справедлива для обоих способов реализации параллельного подключения. При необходимости можно сделать и три группы. Такие — трехпозиционные — выключатели тоже есть. Если же нужны четыре группы — придется ставить два двухпозиционных.

Подключение встроенных потолочных светильников со светодиодными лампами на 12 в

Точечные светильники могут работать и от пониженного напряжения 12 В. В них тогда ставят светодиодные лампочки. Подключатся они по параллельной схеме, питание подается с трансформатора (преобразователя напряжения). Его ставят после выключателя, с его выходов подают напряжение на светильники.

Схема подсоединения точечных светильников на 12 В через общий трансформатор

В этом случае мощность трансформатора находят как суммарная мощность подключенной к нему нагрузки, с запасом в 20-30%. Например, установить надо 8 точек освещения по 6 ватт (это мощность светодиодных лампочек). Общая нагрузка — 48 Вт, запас берем 30% (для того чтобы транс не работал на пределе возможностей и служил дольше). Получается надо искать преобразователь напряжения мощностью не ниже 62,4 Вт.

Если хочется источники света разбить на несколько групп, нужны будут несколько трансформаторов — по одному на каждую группу. Также нужен будет многопозиционный выключатель (или несколько обычных).

Подключение светильников на 12 В через двойной выключатель

Обе эти схемы имеют один недостаток — при выходе из строя адаптера не работает группа лам или даже все. При желании можно подключить точечные светильники на 12 вольт так, чтобы повысить надежность их работы. Для этого к каждому источнику света устанавливают свой трансформатор.

Подключение точечных светильников на 12 В с персональным трансформатором

С точки зрения эксплуатации практически идеальная схема подключения светильников на 12 вольт — с трансформатором на каждый элемент освещения.

Схема подключения точечных светильников на 12 В с персональным трансформатором

В этом случае параллельно подключаются трансформаторы, а к их выходам — сами светильники. Такой способ получается более затратный. Но при выходе из строя трансформатора не горит только одна лампа и никаких проблем с выявлением участка повреждения.

Выбор сечения проводов

При подаче низкого напряжения ток на светильники идет большой и потери по длине будут значительные. Потому для подключения точечных светильников на 12 В важно выбрать правильное сечение кабеля. Проще всего это сделать по таблице, ориентируясь на длину кабеля, прокладываемого к каждому светильнику и потребляемый ток.

Таблица для определения сечения кабеля при подключении точечных светильников на 12 В

Ток можно высчитать: разделить мощность на напряжение. Например, подключаем четыре точечных светильника со светодиодными лампами по 7 Вт. Напряжение — 12 В. Суммарная мощность — 4*7 = 28 Вт. Ток — 28 Вт/12 В = 2,3 А. В таблице берем ближайшее большее значение силы тока. В данном случае это 4 А. При длине линии до 8,5 метров можно брать медный кабель сечением 0,75 мм 2 . Такое малое сечение получается исключительно из-за малой мощности светодиодных ламп. При использовании экономок, галогенок или ламп накаливания, сечение будет намного больше, так как токи значительно возрастают.

Этот способ расчета сечения кабеля подходит для шлейфного типа параллельного соединения с одним трансформатором. При лучевом те же самые действия приходится производить для каждого светильника.

Особенности монтажа

Монтируют точечные светильники обычно в подвесные или натяжные потоки. Еще вариант — подсветка шкафов. В любом случае, согласно ПУЭ, прокладка получается скрытой, и рекомендовано использовать кабель в негорючей оболочке. Наиболее популярный вариант — подключить точечные светильники кабелем ВВГнг. По желанию можно выбрать еще более безопасную его версию — ВВГнг Ls, которая во время пожара выделяет мало дыма.

Использование кабелей или проводов, не содержащих в маркировке буквы НГ — только на ваш страх и риск. Так как при работе освещения выделяется тепло, что может привести к возгоранию.

Если точечные светильники монтируются в подвесной потолок, кабель можно уложить в поперечные профили, к которым гипсокартон не крепится. В продольные его класть не стоит, так как высок шанс повредить саморезом изоляцию при монтаже гипсокартонных листов. Еще один вариант — крепить кабели на профили сбоку, притягивая их пластиковыми стяжками.

Укладывать кабель для подключения точечных светильников можно в поперечные профили, которые находятся повыше

В таком случае сначала собирают каркас, затем растягивают провода, оставляя концы в 20-30 см для удобства монтажа. При использовании светильников на 12 В трансформаторы располагают в непосредственной близости от одного из отверстий. При повреждении или необходимости обслуживания к нему можно добраться вытащив светильник.

Если планируется натяжной потолок, кабели крепят в первую очередь, непосредственно к потолку. В этом случае их часто укладывают в гофрошланг — для повышения пожарной безопасности. Использовать можно любой подходящий крепеж для кабеля — стяжки, дюбель-стяжки, клипсы подходящего размера, проволочные лотки и др.