So wählen Sie einen Strombegrenzungswiderstand für eine LED aus

Moderne LED-Lichtquellen eignen sich gut für den Dauerbetrieb unter schwierigen Bedingungen. Zum Stromschutz wird jedoch ein begrenzender elektrischer Widerstand verwendet. Eine genaue Berechnung des Widerstands für die LED hilft, die Funktionskomponenten der Schaltung fehlerfrei auszuwählen.

Anwendung eines Strombegrenzungswiderstandes für eine LED

LEDs werden für dekorative Dekoration, gute Sichtbarkeit in einem abgedunkelten Flur und andere praktische Aufgaben verwendet. Sie sind deutlich sparsamer als klassische Glühbirnen. Die hohe Festigkeit verhindert eine Kontamination der Umgebung mit schädlichen chemischen Verbindungen, die nach einer Beschädigung des Kolbens der Gasentladungslichtquelle möglich ist.

Unter Berücksichtigung der einseitigen Leitfähigkeit des Halbleiterübergangs ist klar, dass die LED an einen Akku, eine weitere Gleichstromquelle, angeschlossen werden muss. Die Spannung eines Standard-Haushaltsnetzes wird gleichgerichtet und auf ein Nennniveau reduziert. Der Widerstand dient zur Strombegrenzung.

Merkmale der Arbeit und Berechnungen

Trotz der erheblichen Vorteile empfehlen aufmerksame Benutzer, auf die erheblichen Nachteile von LED-Geräten zu achten:

• Halbleitertechnologien bestimmen nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinien (CVC);
• ein Spannungsanstieg über einen bestimmten Schwellenwert geht mit einer Verschlechterung des pn-Übergangs einher;
• ab einem bestimmten Niveau (bei direkter oder umgekehrter Umschaltung) beschädigt ein starker Anstieg der Stromstärke das Produkt.

Von besonderer Bedeutung ist der geringe Eigenwiderstand im Betriebsmodus. Eine relativ kleine Änderung der grundlegenden Parameter der Stromversorgung kann den Halbleiterübergang beschädigen. Aus diesem Grund wird der Schaltung ein Strombegrenzungswiderstand hinzugefügt.

Ein zusätzliches passives Element erhöht den Energieverbrauch. Aus diesem Grund wird empfohlen, solche Lösungen in Kombination mit Low-Power-LEDs zu verwenden oder Geräte mit kleinen Duty-Cycles zu erstellen.

Mathematische Berechnung

In der einfachsten Schaltung werden ein Strombegrenzungswiderstand (R) und eine LED in Reihe zu einer Konstantstromquelle (I) mit einer bestimmten Spannung (Ui) an den Ausgangsklemmen geschaltet. Den elektrischen Widerstand können Sie mit der bekannten Formel des Ohmschen Gesetzes (I = U / R) berechnen.

Auch das zweite Postulat von Kirchhoff ist nützlich. In diesem Beispiel definiert es die folgende Gleichheit: Ui = Ur + Ucwo Ur (Uc) - Spannung am Widerstand (LED) bzw. Durch einfaches Umwandeln dieser Ausdrücke erhalten Sie die grundlegenden Abhängigkeiten:

• Ui = I * R + I * Rc;
• R = (Ui - Uc) / I.

Hier Rc bezeichnet den Differenzwiderstand eines Halbleiterbauelements, der sich nichtlinear mit Spannung und Strom ändert. Auf der Rückseite der Strom-Spannungs-Kennlinie ist der Sperrbereich zu unterscheiden. Erhebliche Steigerung Rc in diesem Bereich verhindert die Bewegung von Elektronen (Iobr = 0). Bei einem anschließenden Spannungsanstieg auf einen bestimmten Pegel (Uev-m) kommt es jedoch zu einem Durchbruch des p-n-Übergangs.

Da der Treiber Gleichstrom liefert, müssen Sie die entsprechende "direkte" Verbindung sorgfältig studieren. Merkmale der I - V-Kennlinie:

• im ersten Abschnitt zu UN der Widerstand nimmt sanft ab und der Strom steigt entsprechend an;
• von UN Vor Äh - Arbeitsbereich (Strahlung im Lichtbereich);
• weiter - eine starke Abnahme des Widerstands führt zu einem exponentiellen Anstieg der Stromstärke mit dem anschließenden Versagen des Produkts.

LEDs werden anhand der Betriebsspannung berechnet. Uc... Hersteller geben diesen Parameter in der Begleitdokumentation an. Um den elektrischen Widerstand eines geeigneten Strombegrenzungswiderstandes zu berechnen, verwenden Sie die Formel: R = (Ui - Uc) / I.

Grafische Berechnung

Wenn Sie den CVC ablegen, können Sie eine grafische Technik anwenden. Die ersten grafischen und digitalen Informationen werden dem Reisepass oder der offiziellen Website des Herstellers entnommen. Aktionsalgorithmus (Beispiel):

• laut Ausgangsdaten beträgt der Nennstrom der LED (In) 25 mA;
• vom entsprechenden Punkt (1) auf der vertikalen Ordinatenachse bis zum Schnittpunkt mit der I-V-Kennlinie (2) wird eine gestrichelte Linie gezogen;
• notieren Sie die Spannung der Stromversorgung (Ui = 5,5 V) auf der Abszissenachse (3);
• eine Linie durch die Punkte (2) und (3) ziehen;
• der Schnittpunkt mit der y-Achse zeigt den maximal zulässigen Strom (Im = 60 mA).

Außerdem ist es nach der klassischen Formel nicht schwer zu berechnen, welcher Widerstand in diesem Fall für die LED benötigt wird: R = Ui / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7... In der seriellen Leitung müssen Sie den nächsten Nennwert mit einem kleinen Spielraum auswählen - 100 Ohm. Diese Lösung wird die Effizienz leicht reduzieren. Im sanften Modus erwärmen sich jedoch Funktionskomponenten weniger. Die Belastung des Halbleiterübergangs wird entsprechend reduziert. Erwarten Sie, die Lebensdauer der Lichtquelle zu verlängern.

Um den richtigen Widerstand auszuwählen, müssen Sie die Leistung (P) kennen. Standardwerte (W): 0,125; 0,25; 0,5; einer; 2; 5. Berechnungen können für alle bekannten Parameter mit den Formeln durchgeführt werden: P = Im2 * R = Ur2 / R... Nehmen wir die Ausgangsdaten des betrachteten Beispiels: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0,36 W. Unter Berücksichtigung der typischen Baureihe muss ein 100 Ohm Widerstand mit einer Verlustleistung von 0,5 W gewählt werden.

Die Toleranzen für die Genauigkeit des elektrischen Widerstands der Widerstände liegen zwischen 0,001 und 30 % des Nennwertes. Bei der Kennzeichnung nach internationalen Standards werden die entsprechenden Klassen in lateinischen Buchstaben bezeichnet (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).

Anschließen einer LED über einen Widerstand

Unter Berücksichtigung der vorgelegten Daten lassen sich mehrere wichtige Zwischenschlussfolgerungen ziehen:

• ohmsche Schutzschaltungen werden bei geringer Leistung verwendet;
• sie erfüllen keine Stabilisierungsfunktionen;
• das passive Element ist nicht in der Lage Stoßspannungsstöße zu dämpfen.

Akzeptable Leistungskennzahlen erhalten Sie durch Erstellen von:

• Sensoren;
• Indikatoren;
• Signalisierungsgeräte.

Für eine kleine lokale Aquarienbeleuchtung ist diese Lösung geeignet. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass ein längerer Verbrauch großer Energiemengen akzeptabel ist. Die fehlende Stabilisierung äußert sich in einer merklichen Helligkeitsänderung mit steigender / sinkender Spannung.

Experten empfehlen die Verwendung von Netzteilen mit zuverlässiger Stromstabilisierung mit einem Gesamtverbrauch von mehr als 1,5-2 W. Diese Geräte (Dimmer) werden verwendet, um Gruppen von Beleuchtungsgeräten und Hochleistungs-Halbleitergeräten zu verbinden.

Widerstandsberechnung für LED

Sie können die erforderlichen Berechnungen online mit einem spezialisierten Rechner durchführen. Die volle Nutzung solcher Programme wird kostenlos angeboten.

Der Internetzugang ist jedoch nicht immer verfügbar.Nach dem Studium einer ziemlich einfachen Technik kann jeder schnell einen Widerstand für eine LED auswählen, ohne nach der entsprechenden Software zu suchen.

Um den Algorithmus anschaulich zu demonstrieren, müssen Sie in Betracht ziehen, einen Schutzwiderstand an den Stromversorgungskreis (5 V) einer bestimmten LED (Epistar 1W HP) anzuschließen.

Technische Spezifikationen:

• Verlustleistung, W - 1;
• Strom, mA - 350;
• Durchlassspannung (typisch / max.), V - 2,35 / 2,6.

Zur Begrenzung des LED-Stroms ist unter Berücksichtigung der Herstellerempfehlungen ein Widerstand mit einem elektrischen Widerstand R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohm geeignet. Laut E24-Standard liegen die nächsten Werte bei 7,5 und 8,2 Ohm. Wenn Sie die Standardregeln verwenden, müssen Sie einen größeren Wert wählen, der um fast 8,5% vom berechneten abweicht. Eine zusätzliche Fehlerquote wird durch eine Toleranz von 5% für billige Massenprodukte geschaffen. Bei einer solchen Abweichung ist es schwierig, akzeptable Schaltungseigenschaften in Bezug auf Schutzfunktionen und Leistungsaufnahme zu erhalten.

Der erste Weg, das Problem zu lösen, besteht darin, mehrere niedrigere Widerstände auszuwählen. Darüber hinaus wird eine serielle, parallele oder kombinierte Anschlussmöglichkeit verwendet, um den erforderlichen Ersatzwiderstand des Schaltungsabschnitts zu erhalten. Die zweite Methode besteht darin, einen Trimmer hinzuzufügen.

Berechnung der Verlustleistung

Bei jeder der Optionen sollte bei der Wahl des elektrischen Widerstands des Stromkreises ein etwas niedrigerer Strom eingestellt werden, um die Lebensdauer der LED zu verlängern. Um Hitzeschäden zu vermeiden, wird das Produkt innerhalb des empfohlenen Temperaturbereichs verwendet. Für Epistar 1W HP - von -40°C bis +80°C. Verwenden Sie bei Bedarf die Installation auf einem speziellen "Stern"-Heizkörper. Diese Zugabe erhöht die effektive Wärmeableitungsfläche.

Für eine genaue Auswahl wird die Verlustleistung des Widerstands geschätzt: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈ 0,93 W. Die Reserve für diesen Parameter beträgt mindestens 20-25%. Die 1-W-Bewertung reicht nicht aus, daher wird die nächste Bewertung in der Standardreihe gewählt - 2W.

Der Wirkungsgrad des zusammengesetzten Kreislaufs wird durch das Verhältnis Uc / Ui = 2,35 / 5 = 0,47 (47 %) überprüft. Unterm Strich zeigt sich, dass in diesem Fall mehr als die Hälfte des Stroms verschwendet wird. Tatsächlich ist der Indikator sogar noch schlimmer, da nicht der gesamte Stromverbrauch von der LED für die Strahlung im sichtbaren Teil des Spektrums verbraucht wird. Ein wesentlicher Teil sind elektromagnetische Wellen im IR-Bereich.

Parallele Verbindung

An jeder Stelle der Reihenschaltung ist der Strom gleich. Das vereinfacht die Berechnung und verhindert Notfälle. Wenn ein Element ausfällt, werden alle LEDs ausgeschaltet. Daher ist eine Beschädigung durch Spannungserhöhung ausgeschlossen. Die genannten Gründe erklären die Popularität dieser Methode bei der Herstellung von Streifenlampen und anderen Designs.

Die Verwendung einer Parallelschaltung bietet gewisse Vorteile. In dieser Version behält das Produkt eine Teilfunktionalität, wenn ein Stromkreis beschädigt wird. Diese Lösung gewährleistet die gleiche Spannung an den Anschlusspunkten an die Stromquelle jedes Zweigs.

Die Parallelschaltung eignet sich zum Organisieren unabhängiger Steuerungsschemata. Die Prinzipien der Neujahrsgirlanden basieren auf dieser Technologie. Separate Zweige werden gemäß dem vom Programm angegebenen Algorithmus an die Stromquelle angeschlossen.

Sie können einen Widerstand nicht für mehrere parallele Dioden verwenden. Die sorgfältige Auswahl des Widerstands ist auf die Notwendigkeit einer genauen Stromregelung zurückzuführen. In manchen Situationen verursachen Fehler von 0,1-0,5 A Ausfälle, eine radikale Reduzierung der Ressourcen.

Die tatsächlichen technischen Eigenschaften von LEDs unterscheiden sich bereits in der gleichen Lieferung erheblich. Aus diesem Grund ist jeder Stromkreis mit einem separaten Widerstand geschützt.

Merkmale von billigem ICE

Niedrige Kosten allein sind kein Beweis für schlechte Qualität. Die Aufstockung der Produktion und die Verbesserung der technologischen Prozesse senken die Kosten.Im entsprechenden Marktsegment gibt es jedoch Produkte von Herstellern, die tatsächlich nicht den deklarierten Eigenschaften entsprechen.

Um mögliche Probleme zu ermitteln, achten Sie auf folgende Parameter:

• bei billigen Modellen bestehen die Hauptteile der Struktur aus Aluminium;
• Gegenstücke aus Kupfer sind schwerer, leiten Wärme effizienter ab und sind widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchung;
• bei einem Qualitätsprodukt entspricht die Kristallgröße dem Standard (0,762 x 0,762 mm oder andere);
• die Nachteile zeigen sich indirekt in der Verzerrung der Proportionen der Arbeitsfläche (Rechteck statt Quadrat);
• Um die Zuverlässigkeit zu verbessern, erhöhen verantwortungsvolle Hersteller die Anzahl der Leiter und verwenden Fäden aus Edelmetallen.

Hochwertige LEDs erzeugen einen Lichtstrom von 150-220 Lumen pro 1 W Verbrauch. Fälschungen - nicht mehr als 50-70 Lumen. Im Zweifelsfall sollten die Schutzkomponenten mit besonderer Sorgfalt ausgewählt werden.