Diyargroup.ru

Ремонт Строй
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как правильно измерять мощность светодиодной ленты

Как правильно измерять мощность светодиодной ленты

Часто в интернете поднимается вопрос о несоответствии мощности светодиодной ленты указанным на упаковке характеристикам.

В этом материале мы подробно объясним, как проводятся замеры мощности ленты, с чем связано падение мощности на 5 метрах, и почему мы указываем мощность для 1 метра.

Формула расчета потребляемой мощности ленты (Вт)

Потребляемая мощность (Вт) — это произведение силы тока (А) на напряжение питания (В). Обе эти характеристики мы можем измерить в домашних условиях с помощью обычного мультиметра.

Для вычисления потребляемой мощности (Вт) мы будем использовать формулу P(Вт) = U(В) * I(А), где U — напряжение в Вольтах, I — сила тока в Амперах.

Необходимое оборудование

— Блок питания 12 В
— Светодиодная лента 5 м (12 В)
— Ножницы
— Отвертка крестовая
— Мультиметр
— Переходники (коннекторы)

Какие замеры нужно произвести?

  • Замер напряжения питания (В) на начальном и конечном участках ленты. Для нахождения частичной потери напряжения питания на конечном участке ленты.
  • Замер потребляемого тока (А). Для дальнейшего вычисления потребляемой мощности.

Проведение измерений

5 метров ленты

Для начала необходимо подключить светодиодную ленту 5 м к блоку питания.

Подключение производится при выключенном напряжении электросети 220В с соблюдением полярности контактов подключения и сторон подключения (см. Подключение ленты к блоку питания).

Провести замер напряжения питания (В) в начале ленты. Используя вольтметр (В) (одна из функций мультиметра), произвести параллельное подключение к начальному отрезку светодиодной ленты 5 м.

Провести замер напряжения питания (В) в конце ленты. Используя вольтметр (В) (одна из функций мультиметра), произвести параллельное подключение к конечному отрезку светодиодной ленты 5 м.

Сравнить полученные результаты.

Объяснение полученных результатов:
Падение напряжения питания в конце ленты вызвано сопротивлением медной подложки, а также ограничением понижающих резисторов, участвующих в электрической схеме.

Произвести замер показания тока (А) на ленте 5 м.

Для этого:
Подключить последовательно амперметр (А) (одна из функций мультиметра), соединив в электроцепь блок питания, амперметр и светодиодную ленту 5 м. Произвести замер показания тока (А) на ленте 5 м.

Оформить полученные данные для дальнейшего сравнения.

Отрезать от катушки 5 м отрезок 1 м.

Необходимо подключить светодиодную ленту 1 м к блоку питания. Подключение производится при выключенном напряжении электросети 220В с соблюдением полярности контактов подключения и сторон подключения (см. Подключение ленты к блоку питания).

Провести замер напряжения питания (В) в начале ленты. Используя вольтметр (В) (одна из функций мультиметра), произвести параллельное подключение к начальному отрезку светодиодной ленты 1 м.

Сравнить полученные результаты.

Объяснение полученных результатов:
Падение напряжения питания на конце ленты присутствует, но гораздо меньше, чем на 5 метрах. Так как отрезок ленты короче – меньше и падение напряжения.

Произвести замер показания тока (А) на ленте 1 м.

Для этого:
Подключить последовательно амперметр (А) (одна из функций мультиметра), соединив в электроцепь блок питания, амперметр и светодиодную ленту 1 м. Произвести замер показания тока (А) на ленте 1 м.

Оформить полученные данные для дальнейшего сравнения.

Читайте так же:
Кабель канал для двух проводов

0,5 метра ленты

Отрезать от катушки 5 м отрезок 0,5 м или разрезать пополам 1 м.

Необходимо подключить светодиодную ленту 0,5 м к блоку питания. Подключение производится при выключенном напряжении электросети 220В с соблюдением полярности контактов подключения и сторон подключения (см. Подключение ленты к блоку питания).

Провести замер напряжения питания (В) в начале ленты.

Используя вольтметр (В) (одна из функций мультиметра), произвести параллельное подключение к начальному отрезку светодиодной ленты 0,5 м.

Провести замер напряжения питания (В) в конце ленты.
Используя вольтметр (В) (одна из функций мультиметра), произвести параллельное подключение к конечному отрезку светодиодной ленты 0,5 м.

Сравнить полученные результаты.

Объяснение полученных результатов:

Падение напряжения питания на конце ленты присутствует, но гораздо меньше, чем на 5 метрах, и не существенно меньше, чем на 1 метре. Так как отрезок ленты короче – меньше и падение напряжения.

Произвести замер показания тока (А) на ленте 0,5 м.

Для этого:
Подключить последовательно амперметр (А) (одна из функций мультиметра), соединив в электроцепь блок питания, амперметр и светодиодную ленту 0,5 м. Произвести замер показания тока (А) на ленте 0,5 м.

Оформить полученные данные для дальнейшего сравнения.

Результаты замера

При замерах выходное напряжение питания с блока питания (в начале ленты) было стабильным 12 В.

При замере напряжения питания на конечном участке 5 метров мы получили падение напряжения на 2-2,5В. Как говорилось ранее, это связано с сопротивлением медной подложки, а также ограничением понижающих резисторов, участвующих в электрической схеме.

При замере 1 метра в начале и конце отрезка получили, что падение напряжения практически отсутствует. Показания замера стабильны.

При замере 0,5 метра в начале и конце отрезка получили, что падение напряжения практически отсутствует. Показания замера стабильны.

Теперь рассмотрим полученные измерения силы тока.

Мы видим, что для светодиодной ленты с указанной потребляемой мощностью (Вт/м) -14,4 Вт/м она имеет следующие значения:

— для 5 метров — 5,4А
— для 1 метра — 1,2А
— для 0,5 метра — 1А

В последнем случае (для отрезка 0,5 м) полученное значение силы тока превышает все ранее измеренные. Здесь стоит учитывать тот факт, что использование светодиодной ленты менее 0,5 м не рекомендуется из-за того, что в самом начале светодиодной ленты получается максимальное значение силы тока, что вызывает повышенный нагрев начального участка и приводит к быстрой деградации светодиодов.

Произведем подсчет потребляемой мощности на замеренных участках.

Для 5 метров — P(Вт) = 12В * 5,4А = 64,8 Вт
Для 1 метра — P(Вт) = 12В * 1,2А = 14,4 Вт
Для 0,5 метра — P(Вт) = 12В * 1А = 12 Вт

На самом стабильном участке ленты в 1 метр мы получаем потребляемую мощность, указываемую в характеристиках.

Рассмотрим, как получают потребляемую мощность (Вт) на ленте в 5 м.

Для этого берут значение потребляемой мощности с 1 метра и умножают его на 5 м. Полученное значение считается максимальным значением потребляемой мощности.

Т.е. мы не указываем значение — P(Вт) = 12В * 5,4А = 64,8 Вт,
а в характеристиках указывается — 14,4Вт/м * 5 м. = 72 Вт.
Максимально потребляемая мощность с 5 метров — 72 Вт.

Читайте так же:
Как измерить ток подсветки телевизора

Еще раз хотим акцентировать ваше внимание, что это прежде всего необходимо для правильного расчета потребляемой мощности (Вт) источника питания — блока питания.

В процессе создания световых решений возникает необходимость использования отрезков различной длины, и расчет необходимой потребляемой мощности блока питания может вызвать ряд затруднений.

Но, зная показания со стабильного общепринятого участка в 1 м, мы можем с уверенностью проектировать и воплощать в жизнь самые требовательные световые проекты.

Параметры тока, важные для подключения диода в сеть

Работа светодиодов базируется на трех основных параметрах:

  • напряжение питания;
  • ток потрeбления;
  • рассеиваемая мощность.

Наиболее важными из них являются напряжение светодиода и сила тока. Значение мощности несложно вычислить самостоятельно, перемножив эти два показателя. Знание этих параметров может пригодиться на любых стадиях работ с элементами — от замены вышедших из строя, до подбора источника питания. Базовые хаpaктеристики светодиодов необходимо рассмотреть внимательнее:

Потрeбляемый ток LED

Сила тока определяет стабильность функционирования элемента. Увеличение этого параметра, даже в небольших пределах, вызывает преждевременное старение кристалла (снижение интенсивности свечения) с одновременным усилением цветовой температуры. Для защиты от превышения силы тока в светодиодных светильниках или лампах устанавливаются драйверы — стабилизаторы. Подключение к сети отдельных светодиодов производится через резисторы, обеспечивающие соответствующее падение напряжения и силы тока. Номинал этих резисторов должен быть рассчитан для каждого светодиода исходя из его хаpaктеристик.

Интересно! Сила тока, предусмотренная для большинства светодиодов, равна 20 мА (0,002 А). Существуют конструкции, состоящие из 4 кристаллов, потрeбление которых составляет 8 мА (4 кристалла по 2 мА). Необходимо обеспечивать соответствие истинных значение номинальным показателям элементов, иначе из-за превышения неминуемо произойдет выход из строя.

Напряжение

«Напряжение на светодиоде» — это не совсем верное выражение. Правильнее применять термин «падение напряжения», обозначающий величину на выходе устройства при пропускании через светодиод номинального тока. Элементы разных цветов имеют собственное рабочее напряжение:

  • для синих, белых или зеленых светодиодов напряжение составляет 3 вольта;
  • красные и желтые устройства — от 1,8 до 2,4 В.

По этим показателям можно примерно определить напряжение светодиода. Однако, нельзя уверенно сказать, какое напряжение является номинальным для данного элемента, если просто посмотреть на его цвет и не выполнить никаких дополнительных измерений. При изменении параметров тока оттенок свечения изменяется, поэтому визуально определяется не номинал, а реально существующее напряжение.

Мощность диода

Мощность — это произведение силы тока на напряжение. Показатель расчетный, внешне он пpaктически не подлежит определению. Точно узнать мощность светодиода можно из данных на упаковке, с определенной долей погрешности параметр измеряется мультиметром. Подготовленный, опытный человек способен определить значение по внешнему виду элемента, но и тут возможны ошибки, поскольку многие модели очень похожи друг на друга.

Почему важно знать эти хаpaктеристики

Знание всех рабочих параметров светодиода поможет произвести правильную замену сгоревшего элемента. Кроме того, если знать потрeбление тока и вольтаж, можно вычислить мощность устройства, которая необходима при подборе соответствующего блока питания.

Читайте так же:
Емкостной ток кабеля что это

Например, если имеется светодиод с напряжением 3 В и силой тока 0,1 А, его мощность составит 0,3 Вт. Соответственно, при соединении 10 штук значение увеличится до 3 Вт.

Исходя из этих показателей, для сборки понадобится блок питания мощностью 3,3 Вт (с учетом 10% запаса для более стабильной работы).

Расчет гасящего резистора для светодиода

Первым делом разберемся как выполнить расчет сопротивления гасящего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор для питания светодиода от источника питания.

Схема подключения светодиода к источнику питания через резистор

Рис. 1. Схема подключения светодиода к источнику питания через резистор.

Как видим из схемы, ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL). Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.

Допустим что мы будем питать светодиод от батареи напряжением 5В, как правило такое питающее напряжение используется при питании микроконтроллерных схем и другой цифровой техники.

Вычислим значение напряжения на гасящем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно выяснить по справочнику для конкретного светодиода.

Примерные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и другие маломощные в подобном корпусе):

  • красный — 1,8. 2В;
  • зеленый и желтый — 2. 2,4В;
  • белые и синие — 3. 3,5В.

Допустим что мы будем использовать синий светодиод , падение напряжения на нем — 3В.

Производим расчет напряжения на гасящем резисторе:

Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 3В = 2В.

Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.

Допустим что для нашего светодиода номинальный ток для его достаточно яркого свечения составляет 20мА (0,02А). Получается что на резисторе будет гаситься напряжение 2В и проходить ток 20мА. Выполним расчет по формуле закона Ома:

R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.

В большинстве случаев подойдет маломощный резистор с мощностью 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если же ток и напряжение падения на резисторе будет очень отличаться то не помешает произвести расчет мощности резистора:

P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.

Таким образом, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт).

Произведем расчет для красного светодиода (напряжение 2В, ток 15мА).

Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 2В = 3В.

R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.

P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

Проверка светодиода с помощью мультиметра

Мультиметр – это специальный тестер для электротехнических изделий, объединяющий функции разных устройств. На внешней панели расположен переключатель и несколько положений, одно из них – для проверки светодиодов. Порядок действий:

  1. Включить прибор, установить нужный режим.
  2. Специальными щупами коснуться «ножек» светодиода (отходящих проводов).
  3. Если на экране появилась цифра 1 – сменить полярность, повторить касание щупами.
  4. Если появился звук и диод начал светиться – все исправно, если нет – светодиод нерабочий.

Когда заведомо известно, что LED-светильник исправен, но мультиметр показывает другое, нужно проверить правильность сборки схемы: положение тестера, соединение контактов. Если и в данном случае мультиметр показывает неисправность, из строя вышел резистор.

Точное определение мощности

Вам понадобятся:

  • Мультиметр
  • Блок питания, в котором можно плавно повышать напряжение
  • Резистор на 500 Ом
Читайте так же:
Как сделать выключатель света для детей

К лазерным светодиодам эта техника неприменима!
Подключаете светодиод к резистору и блоку питания. Соблюдайте полярность! Ее тоже можно определить с помощью мультиметра.
Плавно увеличивайте напряжение на блоке питания, сравнивая показатели на нем и на светодиоде.
Удобнее будет использовать блок питания, который показывает рабочее напряжение, или использовать два вольтметра.
Что будет происходить? одинаковое изначально напряжение будет постепенно изменяться на блоке и светодиоде. Важно, чтобы светодиод светился с нормальной яркостью.

Как проверить работоспособность светодиода мультиметром — посмотрим на практике. Для этого нам необходимо подключить регулируемый блок питания с постоянным напряжением до 12В, мультиметр (вольтметр), резистор на 580 Ом (можно и больше — не принципиально).

Принципиально схема работает следующим образом: резистор ограничивает ток, вольтметр будет непосредственно отслеживать прямое падение напряжения. При плавном увеличении напряжения от источника питания необходимо наблюдать за показанием напряжения на вольтметре (мультиметре). Как только порог будет достигнут, то непосредственно светодиод начнет светиться. При достижении максимальных значений показания на мультиметре перестанут резко возрастать, что будет означать, что p-n-p переход открыт и напряжение будет теперь прикладываться только к резистору. Текущие показания будут номинальным прямым напряжением светодиода. Если не прекратить питание, то будет расти ток, протекающий через полупроводник. Превышение тока приведет к перегреву светодиода (кристалла) и произойдет его пробой.

Расчет резистора для светодиода

Сопротивление балластного резистора легко рассчитать, используя закон Ома и правила Кирхгофа. Чтобы рассчитать необходимое сопротивление резистора, нам необходимо из напряжения источника питания вычесть номинальное напряжение светодиода, а затем эту разницу разделить на рабочий ток светодиода:

raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator-11

  • V — напряжение источника питания
  • VLED — напряжение падения на светодиоде
  • I – рабочий ток светодиода

Ниже представлена таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета:

raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator-01

Хотя эта простая схема широко используется в бытовой электронике, но все же она не очень эффективна, так как избыток энергии источника питания рассеивается на балластном резисторе в виде тепла. Поэтому, зачастую используются более сложные схемы (драйверы для светодиодов) которые обладают большей эффективностью.

Давайте, на примере выполним расчет сопротивления резистора для светодиода.

raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator-112

  • источник питания: 12 вольт
  • напряжение светодиода: 2 вольта
  • рабочий ток светодиода: 30 мА

Рассчитаем токоограничивающий резистор, используя формулу:

raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator-11

raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator-13

Получается, что наш резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если точное значение из номинального ряда резисторов подобрать не получается, то необходимо взять ближайшее большее сопротивление. В нашем случае это будет 360 Ом (ряд E24).

Читайте так же:
Кабели utp телефонные провода

Определяем характеристики диодов

Соберите простейшую схему для снятия характеристик светодиода. Она на столько проста, что можно это сделать, не используя паяльник.

Схема пробника для определения параметров светодиода

Давайте сначала рассмотрим, как узнать мультиметром на сколько вольт наш светодиод, с помощью такого пробника. Для этого внимательно следуйте инструкции:

  1. Соберите схему. В разрыв цепи (на схеме «mA») установите мультиметр в режиме измерения тока.
  2. Переведите потенциометр в положение максимального сопротивления. Плавно убавляйте его, следите за свечением диода и ростом тока.
  3. Узнаём номинальный ток: как только увеличение яркости прекратится, обратите внимание на показания амперметра. Обычно это порядка 20мА для 3-х, 5-ти и 10-ти мм светодиодов. После выхода диода на номинальный ток яркость свечения почти не изменяется.
  4. Узнаём напряжение светодиода: подключите вольтметр к выводам LED. Если у вас один измерительный прибор, тогда исключите из неё амперметр и в цепь подключите тестер в режиме измерения напряжения параллельно диоду.
  5. Подключите питание, снимите показания напряжения (см. подключение «V» на схеме). Теперь вы знаете на сколько вольт ваш светодиод.
  6. Как узнать мощность светодиода мультиметром с помощью этой схемы? Вы уже сняли все показания для определения мощности, нужно всего лишь умножить миллиамперы на Вольты, и вы получите мощность, выраженную в милливаттах.

Однако на глаз определить изменение яркости и вывести светодиод на номинальный режим крайне сложно, нужно иметь большой опыт. Упростим процесс.

Таблицы в помощь

Чтобы уменьшить вероятность сжигания диода определите по внешнему виду на какой из типов светодиодов он похож. Для этого есть справочники и сравнительные таблицы, ориентируйтесь на справочный номинальный ток, когда проводите процесс снятия характеристик.

Если вы видите, что на номинальном значении он явно не выдает полного светового потока, попробуйте кратковременно превысить ток и посмотрите продолжает ли также быстро как ток нарастать и яркость. Следите за нагревом LED’а. Если вы подали слишком большую мощность – диод начнет усиленно греться. Условно нормальной будет температура при которой держать руку на диоде нельзя, но при касании ожога он не оставляет (70-75°C).

Чтобы понять причины и следствия проделывания данной процедуры ознакомьтесь со статьёй о ВАХ диода.

После всей проделанной работы проверьте себя еще раз – сравните показания приборов с табличными значениями светодиодов, подберите ближайшие подходящие по параметрам и откорректируйте сопротивление цепи. Так вы гарантированно определите напряжение, ток и мощность LED.

В качестве питания схемы подойдет батарейка крона 9В или аккумулятор 12В, кроме этого вы определите общее сопротивление для подключения светодиода к такому источнику питания – измерьте сопротивления резистора и потенциометра в этом положении.

Проверить диод очень просто, однако на практике бывают разные ситуации, поэтому возникает много вопросов, особенно у новичков. Опытный электронщик по внешнему виду определит параметры большинства светодиодов, а в ряде случае и их исправность.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector