Hoe een stroombegrenzende weerstand voor een LED te kiezen?

Moderne LED-lichtbronnen zijn zeer geschikt voor langdurig gebruik in moeilijke omstandigheden. Voor stroombeveiliging wordt echter een beperkende elektrische weerstand gebruikt. Nauwkeurige berekening van de weerstand voor de LED zal helpen om de functionele componenten van het circuit zonder fouten te selecteren.

Toepassing van een stroombegrenzende weerstand voor een LED

LED's worden gebruikt voor decoratieve decoratie, zorgen voor een goede zichtbaarheid in een verduisterde gang en lossen andere praktische problemen op. Ze zijn veel zuiniger dan klassieke gloeilampen. Hoge sterkte voorkomt vervuiling van de omgeving met schadelijke chemische verbindingen, wat mogelijk is na beschadiging van de lamp van de gasontladingslichtbron.

Rekening houdend met de eenzijdige geleidbaarheid van de halfgeleiderjunctie, is de noodzaak om de LED aan te sluiten op een accu, een andere gelijkstroombron, begrijpelijk. De spanning van een standaard huishoudelijk netwerk wordt gelijkgericht, teruggebracht tot een nominaal niveau. De weerstand begrenst de stroom.

Functies van werk en berekeningen

Ondanks de aanzienlijke voordelen raden attente gebruikers aan om aandacht te besteden aan de aanzienlijke nadelen van LED-apparaten:

• halfgeleidertechnologieën bepalen niet-lineaire stroom-spanningskarakteristieken (VAC);
• een toename van de spanning boven een bepaalde drempel gaat gepaard met degradatie van de pn-overgang;
• op een bepaald niveau (bij directe of omgekeerde schakeling) beschadigt een sterke toename van de stroomsterkte het product.

Van bijzonder belang is de lage intrinsieke weerstand in de bedrijfsmodus. Een relatief kleine verandering in de basisparameters van de voeding kan de halfgeleiderovergang beschadigen. Om deze reden wordt een stroombegrenzende weerstand aan het circuit toegevoegd.

Een extra passief element verhoogt het energieverbruik. Om deze reden wordt aanbevolen om dergelijke oplossingen te gebruiken in combinatie met LED's met een laag vermogen, of om apparaten met kleine inschakelduur te creëren.

Wiskundige berekening

In de eenvoudigste schakeling zijn een stroombegrenzende weerstand (R) en een LED in serie verbonden met een constante stroombron (I) met een bepaalde spanning (Ui) aan de uitgangsklemmen. Je kunt de elektrische weerstand berekenen met behulp van de bekende formule van de wet van Ohm (I = U / R).

Het tweede postulaat van Kirchhoff is ook bruikbaar. In dit voorbeeld definieert het de volgende gelijkheid: Ui = Ur + Ucwaar Ur (Uc) - spanning over de weerstand (LED), respectievelijk. Door deze expressies eenvoudig te transformeren, kunt u de basisafhankelijkheden krijgen:

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

Hier Rc geeft de differentiële weerstand van een halfgeleiderapparaat aan, die niet-lineair verandert afhankelijk van spanning en stroom. Op het omgekeerde deel van de stroom-spanningskarakteristiek kan het blokkeringsgebied worden onderscheiden. Significante stijging Rc in dit gebied verhindert de beweging van elektronen (Iobr = 0). Bij een daaropvolgende toename van de spanning op een bepaald niveau (Urev-m) treedt echter een doorslag van de pn-overgang op.

Aangezien de driver gelijkstroom levert, moet u de bijbehorende "directe" verbinding zorgvuldig bestuderen. Kenmerken van de I - V karakteristiek:

• op het eerste deel naar Uн weerstand neemt geleidelijk af en stroom neemt dienovereenkomstig toe;
• van Uн voordat uhm - werkgebied (straling in het lichtbereik);
• verder - een scherpe afname van de weerstand veroorzaakt een exponentiële toename van de stroomsterkte met het daaropvolgende falen van het product.

LED's worden berekend op basis van de bedrijfsspanning. Uc... Fabrikanten geven deze parameter aan in de bijbehorende documentatie. Gebruik de formule om de elektrische weerstand van een geschikte stroombegrenzingsweerstand te berekenen: R = (Ui - Uc) / I.

Grafische berekening

Als je de CVC neemt, kun je een grafische techniek toepassen. De eerste grafische en digitale informatie is afkomstig uit het paspoort of op de officiële website van de fabrikant. Algoritme van acties (voorbeeld):

• volgens de initiële gegevens is de nominale LED-stroom (In) 25 mA;
• er wordt een stippellijn getrokken van het corresponderende punt (1) op de verticale as van de ordinaat naar het snijpunt met de I – V-karakteristiek (2);
• let op de spanning van de voeding (Ui = 5,5 V) op de abscis (3);
• trek een lijn door de punten (2) en (3);
• het snijpunt met de y-as geeft de maximaal toelaatbare stroom weer (Im = 60 mA).

Verder is het volgens de klassieke formule niet moeilijk om te berekenen welke weerstand in dit geval nodig is voor de LED: R = Ui / Im = 5,5 / 0,06 91,7... In de seriële lijn moet u de dichtstbijzijnde denominatie selecteren met een kleine marge - 100 Ohm. Deze oplossing zal de efficiëntie enigszins verminderen. Maar in een zachte modus zullen functionele componenten minder opwarmen. De belasting op de halfgeleiderovergang wordt dienovereenkomstig verminderd. Verwacht de levensduur van de lichtbron te verlengen.

Om de juiste weerstand te selecteren, moet u het vermogen (P) weten. Standaardwaarden (W): 0,125; 0,25; 0,5; een; 2; 5. Berekeningen kunnen worden gedaan voor alle bekende parameters met behulp van de formules: P = Im2 * R = Ur2 / R... Als we de initiële gegevens van het beschouwde voorbeeld nemen: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0,36 W. Rekening houdend met het typische modellengamma, is het noodzakelijk om een ​​weerstand van 100 Ohm te kiezen met een dissipatievermogen van 0,5 W.

De toleranties voor de nauwkeurigheid van de elektrische weerstand van de weerstanden zijn 0,001 tot 30% van de nominale waarde. In de markering volgens internationale normen worden de overeenkomstige klassen aangeduid in Latijnse letters (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).

Een LED aansluiten via een weerstand

Rekening houdend met de gepresenteerde gegevens, kunnen verschillende belangrijke tussentijdse conclusies worden getrokken:

• resistieve beveiligingscircuits worden gebruikt bij een laag vermogen;
• ze voeren geen stabilisatiefuncties uit;
• het passieve element is niet in staat om impulsspanningspieken te dempen.

Aanvaardbare prestatie-indicatoren kunnen worden verkregen door het creëren van:

• sensoren;
• indicatoren;
• signalisatie apparaten.

Voor een kleine lokale aquariumverlichting is deze oplossing geschikt. Langdurig verbruik van grote hoeveelheden energie is echter onwaarschijnlijk. Het gebrek aan stabilisatie manifesteert zich door een merkbare verandering in helderheid bij toenemende / afnemende spanning.

Experts raden aan om voedingen te gebruiken met betrouwbare stroomstabilisatie met een totaal verbruik van meer dan 1,5-2 W. Deze apparaten (dimmers) worden gebruikt om groepen verlichtingsapparaten en hoogvermogen halfgeleiderapparaten aan te sluiten.

Weerstandsberekening voor LED

U kunt de benodigde berekeningen online maken met behulp van een gespecialiseerde rekenmachine. Het volledige gebruik van dergelijke programma's wordt gratis aangeboden.

Internettoegang is echter niet altijd beschikbaar.Na bestudering van een vrij eenvoudige techniek kan iedereen snel een weerstand voor een LED selecteren zonder naar de juiste software te zoeken.

Voor een visuele demonstratie van het algoritme moet u overwegen een beveiligingsweerstand aan te sluiten op het voedingscircuit (5 V) van een specifieke LED (Epistar 1W HP).

Technische specificaties:

• dissipatievermogen, W - 1;
• stroom, mA - 350;
• voorwaartse spanning (typisch / max.), V - 2,35 / 2,6.

Om de LED-stroom te beperken, rekening houdend met de aanbevelingen van de fabrikant, is een weerstand met een elektrische weerstand R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohm geschikt. Volgens de E24-standaard zijn de dichtstbijzijnde waarden 7,5 en 8,2 ohm. Als u de standaardregels gebruikt, moet u een grotere waarde kiezen, die bijna 8,5% afwijkt van de berekende. Een extra fout ontstaat door een tolerantie van 5% voor goedkope massaproducten. Met een dergelijke afwijking is het moeilijk om aanvaardbare circuitkarakteristieken te verkrijgen in termen van beschermende functies en stroomverbruik.

De eerste manier om het probleem op te lossen, is door meerdere lagere weerstanden te selecteren. Vervolgens wordt een serie-, parallelle of gecombineerde verbindingsoptie gebruikt om de vereiste equivalente weerstand van het circuitgedeelte te verkrijgen. De tweede methode is het toevoegen van een trimmer.

Vermogensdissipatie berekening:

Bij elk van de opties moet bij het kiezen van de elektrische weerstand van het circuit een iets lagere stroom worden ingesteld om de levensduur van de LED te verlengen. Om schade door hitte te voorkomen, wordt het product gebruikt binnen het aanbevolen temperatuurbereik. Voor Epistar 1W HP - van -40 ° C tot + 80 ° C. Gebruik indien nodig de installatie op een gespecialiseerde "ster" -radiator. Deze toevoeging vergroot het effectieve warmteafvoergebied.

Voor een nauwkeurige selectie wordt de vermogensdissipatie van de weerstand geschat: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 -0,93 W. De reserve voor deze parameter is minimaal 20-25%. De 1 W-classificatie is niet genoeg, dus de volgende classificatie in de standaardrij wordt gekozen - 2W.

De efficiëntie van de geassembleerde schakeling wordt gecontroleerd door de verhouding Uc / Ui = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Het eindresultaat laat zien dat in dit geval meer dan de helft van de elektriciteit wordt verspild. In feite is de indicator nog erger, omdat niet al het verbruiksvermogen door de LED wordt verbruikt voor straling in het zichtbare deel van het spectrum. Een belangrijk onderdeel zijn elektromagnetische golven in het IR-bereik.

Parallelle verbinding

Op elk punt in de serieschakeling is de stroom hetzelfde. Dit vereenvoudigt de berekening, voorkomt calamiteiten. Wanneer een element uitvalt, gaan alle LED's uit. Schade door spanningsverhoging is daarom uitgesloten. De genoemde redenen verklaren de populariteit van deze methode bij het maken van striplampen en andere ontwerpen.

Het gebruik van een parallelle verbinding biedt bepaalde voordelen. In deze versie behoudt het product gedeeltelijke functionaliteit als één circuit beschadigd is. Deze oplossing zorgt voor dezelfde spanning op de aansluitpunten op de stroombron van elke aftakking.

Parallelle verbinding is geschikt voor het organiseren van onafhankelijke besturingsschema's. De principes van de nieuwjaarsslingers zijn gebaseerd op deze technologie. Afzonderlijke takken zijn aangesloten op de stroombron volgens het door het programma gespecificeerde algoritme.

U kunt niet één weerstand gebruiken voor meerdere parallelle diodes. Zorgvuldige selectie van de weerstand is te wijten aan de noodzaak van nauwkeurige stroomregeling. In sommige situaties veroorzaken fouten van 0,1-0,5 A storingen, een radicale vermindering van de bron.

De feitelijke technische kenmerken van LED's verschillen aanzienlijk, zelfs in dezelfde zending. Om deze reden is elk circuit beveiligd met een aparte weerstand.

Kenmerken van goedkope ICE

Lage kosten alleen zijn geen bewijs van slechte kwaliteit. Door de productie op te schalen en technologische processen te verbeteren, worden de kosten verlaagd.In het overeenkomstige marktsegment zijn er echter producten van fabrikanten die niet echt overeenkomen met de aangegeven kenmerken.

Om mogelijke problemen te bepalen, let op de volgende parameters:

• in goedkope modellen zijn de belangrijkste delen van de structuur gemaakt van aluminium;
• koperanalogen zijn zwaarder, voeren warmte efficiënter af en zijn bestand tegen mechanische belasting;
• in een kwaliteitsproduct komt de kristalgrootte overeen met de standaard (0.762 x 0.762 mm of anders);
• de tekortkomingen blijken indirect uit de vervorming van de verhoudingen van het werkgebied (rechthoek in plaats van vierkant);
• om de betrouwbaarheid te vergroten, verhogen verantwoordelijke fabrikanten het aantal geleiders, met behulp van draden gemaakt van edele metalen.

Hoogwaardige LED's zorgen voor een lichtstroom van 150-220 lumen per 1 W verbruik. Vervalsingen - niet meer dan 50-70 lumen. Bij twijfel moeten de beschermingscomponenten met bijzondere zorg worden gekozen.