Come scegliere un resistore di limitazione di corrente per un LED

Le moderne sorgenti luminose a LED sono adatte per il funzionamento a lungo termine in condizioni difficili. Tuttavia, per la protezione della corrente, viene utilizzata una resistenza elettrica limitante. Il calcolo accurato del resistore per il LED aiuterà a selezionare i componenti funzionali del circuito senza errori.

Applicazione di un resistore limitatore di corrente per un LED

I LED vengono utilizzati per la decorazione decorativa, per garantire una buona visibilità in un corridoio buio e per risolvere altri problemi pratici. Sono molto più economiche rispetto alle classiche lampadine a incandescenza. L'elevata resistenza previene la contaminazione dell'ambiente con composti chimici dannosi, che è possibile dopo il danneggiamento del bulbo della sorgente luminosa a scarica di gas.

Tenendo conto della conduttività unilaterale della giunzione del semiconduttore, è comprensibile la necessità di collegare il LED a una batteria di accumulo, un'altra fonte di alimentazione CC. La tensione di una rete domestica standard viene rettificata, ridotta a un livello nominale. Il resistore viene utilizzato per limitare la corrente.

Caratteristiche del lavoro e dei calcoli

Nonostante i vantaggi significativi, gli utenti attenti raccomandano di prestare attenzione ai significativi svantaggi dei dispositivi LED:

• le tecnologie dei semiconduttori determinano le caratteristiche di tensione-corrente non lineari (VAC);
• un aumento di tensione al di sopra di una certa soglia è accompagnato da un degrado della giunzione p-n;
• ad un certo livello (con collegamento diretto o inverso), un forte aumento della forza di corrente danneggia il prodotto.

Di particolare importanza è la bassa resistenza intrinseca in modalità operativa. Un cambiamento relativamente piccolo nei parametri di base dell'alimentatore può danneggiare la giunzione del semiconduttore. Per questo motivo, al circuito viene aggiunta una resistenza di limitazione della corrente.

Un ulteriore elemento passivo aumenta il consumo di energia. Per questo motivo si consiglia di utilizzare tali soluzioni in abbinamento a LED a bassa potenza, o per realizzare dispositivi con cicli di lavoro ridotti.

Calcolo matematico

Nel circuito più semplice, un resistore di limitazione della corrente (R) e un LED sono collegati in serie a una sorgente di corrente costante (I) con una certa tensione (Ui) ai terminali di uscita. Puoi calcolare la resistenza elettrica usando la nota formula della legge di Ohm (I = U / R).

Utile anche il secondo postulato di Kirchhoff. In questo esempio, definisce la seguente uguaglianza: Ui = Ur + Ucdove Ur (Uc) - tensione ai capi del resistore (LED), rispettivamente. Semplicemente trasformando queste espressioni, puoi ottenere le dipendenze di base:

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

Qui Rc indica la resistenza differenziale di un dispositivo a semiconduttore, che cambia in modo non lineare a seconda della tensione e della corrente. Sulla parte inversa della caratteristica corrente-tensione, si può distinguere l'area di blocco. Aumento sostanziale Rc in questa zona impedisce il movimento degli elettroni (Iobr = 0). Tuttavia, con un successivo aumento della tensione a un certo livello (Urev-m), si verifica una rottura della giunzione p-n.

Poiché il driver fornisce alimentazione CC, è necessario studiare attentamente la corrispondente connessione "diretta". Caratteristiche della caratteristica I - V:

• nella prima sezione a una la resistenza diminuisce gradualmente e la corrente aumenta di conseguenza;
• a partire dal una prima ehm - area di lavoro (irradiazione nel campo della luce);
• inoltre - una forte diminuzione della resistenza provoca un aumento esponenziale della forza attuale con il successivo guasto del prodotto.

I LED sono calcolati in base alla tensione di esercizio. Uc... I produttori indicano questo parametro nella documentazione di accompagnamento. Per calcolare la resistenza elettrica di un resistore limitatore di corrente adatto, utilizzare la formula: R = (Ui - Uc) / I.

Calcolo grafico

Se prendi il CVC, puoi applicare una tecnica grafica. Le informazioni grafiche e digitali originali sono tratte dal passaporto, o sul sito ufficiale del produttore. Algoritmo delle azioni (esempio):

• secondo i dati iniziali, la corrente nominale del LED (In) è 25 mA;
• si traccia una linea tratteggiata dal punto corrispondente (1) sull'asse verticale delle ordinate fino all'intersezione con la curva caratteristica I – V (2);
• annotare sull'asse delle ascisse (3) la tensione di alimentazione (Ui = 5,5 V);
• tracciare una linea attraverso i punti (2) e (3);
• l'intersezione con l'asse y mostrerà la corrente massima consentita (Im = 60 mA).

Inoltre, secondo la formula classica, non è difficile calcolare quale resistenza è necessaria per il LED in questo caso: R = Ui / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7... Nella linea seriale, è necessario selezionare la denominazione più vicina con un piccolo margine - 100 Ohm. Questa soluzione ridurrà leggermente l'efficienza. Ma in una modalità delicata, i componenti funzionali si scalderanno di meno. Il carico sulla giunzione del semiconduttore sarà ridotto di conseguenza. Aspettati di aumentare la durata della sorgente luminosa.

Per selezionare il resistore corretto, è necessario conoscere la potenza (P). Valori standard (W): 0,125; 0,25; 0,5; uno; 2; 5. I calcoli possono essere eseguiti per qualsiasi parametro noto utilizzando le formule: P = Im2 * R = Ur2 / R... Se prendiamo i dati iniziali dell'esempio in esame: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0,36 W. Tenendo conto della tipica gamma di modelli, è necessario scegliere un resistore da 100 Ohm con una potenza di dissipazione di 0,5 W.

Le tolleranze per la precisione della resistenza elettrica dei resistori vanno dallo 0,001 al 30% del valore nominale. Nella marcatura secondo gli standard internazionali, le classi corrispondenti sono designate in lettere latine (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).

Collegamento di un LED tramite un resistore

Tenendo conto dei dati presentati, si possono trarre alcune importanti conclusioni intermedie:

• vengono utilizzati circuiti di protezione resistivi a bassa potenza;
• non svolgono funzioni di stabilizzazione;
• l'elemento passivo non è in grado di smorzare picchi di tensione impulsivi.

Indicatori di performance accettabili possono essere ottenuti creando:

• sensori;
• indicatori;
• dispositivi di segnalazione.

Per una piccola illuminazione dell'acquario locale, questa soluzione è adatta. Tuttavia, è improbabile che il consumo prolungato di grandi quantità di energia sia accettabile. La mancanza di stabilizzazione si manifesta con un notevole cambiamento di luminosità all'aumentare/diminuire del voltaggio.

Gli esperti raccomandano di utilizzare alimentatori con stabilizzazione di corrente affidabile con un consumo totale di oltre 1,5-2 W. Questi dispositivi (dimmer) vengono utilizzati per collegare gruppi di dispositivi di illuminazione e dispositivi a semiconduttore ad alta potenza.

Calcolo della resistenza per LED

Puoi effettuare i calcoli necessari online utilizzando un calcolatore specializzato. L'uso completo di tali programmi è offerto gratuitamente.

Tuttavia, l'accesso a Internet non è sempre disponibile.Dopo aver studiato una tecnica abbastanza semplice, chiunque può selezionare rapidamente un resistore per un LED senza cercare il software appropriato.

Per una dimostrazione visiva dell'algoritmo, è necessario considerare di collegare una resistenza di protezione al circuito di alimentazione (5 V) di un LED specifico (Epistar 1W HP).

Specifiche tecniche:

• potenza di dissipazione, W - 1;
• corrente, mA - 350;
• tensione diretta (tipica / max.), V - 2,35 / 2,6.

Per limitare la corrente del LED, tenendo conto delle raccomandazioni del produttore, è adatto un resistore con una resistenza elettrica R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohm. Secondo lo standard E24, i valori più vicini sono 7,5 e 8,2 ohm. Se utilizzi le regole standard, dovrai scegliere un valore maggiore, che differisce da quello calcolato di quasi l'8,5%. Un errore aggiuntivo verrà creato da una tolleranza del 5% per prodotti economici prodotti in serie. Con una tale deviazione, è difficile ottenere caratteristiche circuitali accettabili in termini di funzioni protettive e consumo energetico.

Il primo modo per risolvere il problema è selezionare diversi resistori inferiori. Successivamente, viene utilizzata un'opzione di connessione in serie, parallela o combinata per ottenere la resistenza equivalente richiesta della sezione del circuito. Il secondo metodo consiste nell'aggiungere un trimmer.

Calcolo della dissipazione di potenza

In una qualsiasi delle opzioni, quando si sceglie la resistenza elettrica del circuito, è necessario impostare una corrente leggermente inferiore per prolungare la durata del LED. Per evitare danni da calore, il prodotto viene utilizzato entro l'intervallo di temperatura consigliato. Per Epistar 1W HP - da -40°C a +80°C. Se necessario, utilizzare l'installazione su un radiatore "stellato" specializzato. Questa aggiunta aumenta l'effettiva area di dissipazione del calore.

Per una selezione accurata, viene stimata la dissipazione di potenza del resistore: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. La riserva per questo parametro è costituita almeno dal 20-25%. La valutazione di 1 W non è sufficiente, quindi viene scelta la valutazione successiva nella riga standard: 2 W.

L'efficienza del circuito assemblato è verificata dal rapporto Uc / Ui = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Il risultato finale mostra che più della metà dell'elettricità in questo caso viene sprecata. In effetti, l'indicatore è anche peggio, poiché non tutta la potenza consumata viene consumata dal LED per le radiazioni nella parte visibile dello spettro. Una parte significativa sono le onde elettromagnetiche nella gamma IR.

Connessione parallela

In qualsiasi punto del circuito in serie, la corrente è la stessa. Questo semplifica il calcolo, previene le emergenze. Quando un elemento si guasta, tutti i LED si spengono. Sono quindi esclusi i danni dovuti all'aumento di tensione. Le ragioni citate spiegano la popolarità di questo metodo nella creazione di lampade a striscia e altri design.

L'uso di una connessione parallela offre alcuni vantaggi. In questa versione, il prodotto mantiene la funzionalità parziale se un circuito è danneggiato. Questa soluzione garantisce la stessa tensione nei punti di collegamento alla fonte di alimentazione di ogni ramo.

La connessione parallela è adatta per organizzare schemi di controllo indipendenti. I principi delle ghirlande di Capodanno si basano su questa tecnologia. Rami separati sono collegati alla fonte di alimentazione secondo l'algoritmo specificato dal programma.

Non è possibile utilizzare un resistore per più diodi paralleli. Un'attenta selezione della resistenza è dovuta alla necessità di una precisa regolazione della corrente. In alcune situazioni, errori di 0,1-0,5 A causano guasti, una riduzione radicale della risorsa.

Le effettive caratteristiche tecniche dei LED differiscono notevolmente anche nella stessa spedizione. Per questo motivo, ogni circuito è protetto con un resistore separato.

Caratteristiche di ICE economico

Il basso costo da solo non è una prova di scarsa qualità. Aumentare la produzione e migliorare i processi tecnologici riduce i costi.Tuttavia, nel segmento di mercato corrispondente, ci sono prodotti di produttori che non corrispondono effettivamente alle caratteristiche dichiarate.

Per determinare possibili problemi, prestare attenzione ai seguenti parametri:

• nei modelli economici, le parti principali della struttura sono in alluminio;
• gli analoghi del rame sono più pesanti, rimuovono il calore in modo più efficiente e sono resistenti alle sollecitazioni meccaniche;
• in un prodotto di qualità, la dimensione del cristallo corrisponde allo standard (0,762 x 0,762 mm o altro);
• le carenze sono indirettamente evidenziate dalla distorsione delle proporzioni dell'area di lavoro (rettangolo anziché quadrato);
• per aumentare l'affidabilità, i produttori responsabili stanno aumentando il numero di conduttori, utilizzando fili in metalli nobili.

I LED di alta qualità creano un flusso luminoso di 150-220 lumen per 1 W di consumo. Contraffazioni: non più di 50-70 lumen. In caso di dubbio, i componenti di protezione devono essere selezionati con particolare cura.