Jak wybrać rezystor ograniczający prąd dla diody LED?

Nowoczesne źródła światła LED doskonale nadają się do długotrwałej pracy w trudnych warunkach. Jednak do ochrony prądowej stosuje się ograniczający opór elektryczny. Dokładne obliczenie rezystora dla diody LED pomoże wybrać funkcjonalne elementy obwodu bez błędów.

Zastosowanie rezystora ograniczającego prąd dla diody LED

Diody LED są wykorzystywane do dekoracji dekoracyjnej, aby zapewnić dobrą widoczność w zaciemnionym korytarzu i rozwiązać inne praktyczne problemy. Są znacznie bardziej ekonomiczne niż klasyczne żarówki. Wysoka wytrzymałość zapobiega zanieczyszczeniu środowiska szkodliwymi związkami chemicznymi, co jest możliwe po uszkodzeniu żarówki gazowo-wyładowczego źródła światła.

Biorąc pod uwagę jednostronną przewodność złącza półprzewodnikowego, jasne jest, że dioda LED musi być podłączona do akumulatora, innego źródła prądu stałego. Napięcie standardowej sieci domowej jest prostowane, redukowane do poziomu nominalnego. Rezystor służy do ograniczenia prądu.

Cechy pracy i obliczeń

Pomimo znaczących zalet, uważni użytkownicy zalecają zwrócenie uwagi na istotne wady urządzeń LED:

• technologie półprzewodnikowe wyznaczają nieliniowe charakterystyki prądowo-napięciowe (VAC);
• wzrostowi napięcia powyżej pewnego progu towarzyszy degradacja złącza pn;
• na pewnym poziomie (przy połączeniu bezpośrednim lub odwrotnym) gwałtowny wzrost natężenia prądu uszkadza produkt.

Szczególnie ważna jest jego własna niska odporność na działanie. Stosunkowo niewielka zmiana podstawowych parametrów zasilacza może spowodować uszkodzenie złącza półprzewodnikowego. Z tego powodu do obwodu dodawany jest rezystor ograniczający prąd.

Dodatkowy element pasywny zwiększa zużycie energii. Z tego powodu zaleca się stosowanie takich rozwiązań w połączeniu z diodami LED małej mocy lub tworzenie urządzeń o małych cyklach pracy.

Obliczenia matematyczne

W najprostszym obwodzie rezystor ograniczający prąd (R) i dioda LED są połączone szeregowo ze źródłem prądu stałego (I) o określonym napięciu (Ui) na zaciskach wyjściowych. Możesz obliczyć opór elektryczny za pomocą dobrze znanego wzoru prawa Ohma (I = U / R).

Przydatny jest również drugi postulat Kirchhoffa. W tym przykładzie definiuje następującą równość: Ui = Ur + Ucgdzie Ur (Uc) - odpowiednio napięcie na rezystorze (LED). Po prostu przekształcając te wyrażenia, możesz uzyskać podstawowe zależności:

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

Tutaj RC oznacza rezystancję różnicową urządzenia półprzewodnikowego, która zmienia się nieliniowo w zależności od napięcia i prądu. Na odwrotnej części charakterystyki prądowo-napięciowej można wyróżnić obszar blokowania. Znaczny wzrost RC w tym obszarze uniemożliwia ruch elektronów (Iobr = 0). Jednak wraz z późniejszym wzrostem napięcia na pewnym poziomie (Urev-m) następuje awaria złącza p-n.

Ponieważ sterownik zapewnia zasilanie prądem stałym, należy dokładnie przestudiować odpowiednie „bezpośrednie” połączenie. Cechy charakterystyczne I - V:

• w pierwszej sekcji do UN rezystancja spada płynnie, a prąd odpowiednio wzrasta;
• z UN przed Um - obszar roboczy (promieniowanie w zakresie światła);
• dalej - gwałtowny spadek rezystancji powoduje wykładniczy wzrost natężenia prądu z późniejszą awarią produktu.

Diody LED są obliczane na podstawie napięcia roboczego. Uc... Producenci wskazują ten parametr w dołączonej dokumentacji. Aby obliczyć rezystancję elektryczną odpowiedniego rezystora ograniczającego prąd, użyj wzoru: R = (Ui - Uc) / I.

Obliczenia graficzne

Jeśli weźmiesz CVC, możesz zastosować technikę graficzną. Oryginalna informacja graficzna i cyfrowa pobierana jest z paszportu lub z oficjalnej strony producenta. Algorytm działania (przykład):

• zgodnie z danymi początkowymi nominalny prąd LED (In) wynosi 25 mA;
• linia przerywana biegnie od odpowiedniego punktu (1) na pionowej osi rzędnych do przecięcia z krzywą charakterystyczną I – V (2);
• zanotować napięcie zasilacza (Ui = 5,5 V) na osi odciętej (3);
• narysuj linię przez punkty (2) i (3);
• przecięcie z osią y pokaże maksymalny dopuszczalny prąd (Im = 60 mA).

Ponadto, zgodnie z klasyczną formułą, nie jest trudno obliczyć, który rezystor jest potrzebny dla diody LED w tym przypadku: R = Ui / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7... W linii szeregowej musisz wybrać najbliższy nominał z niewielkim marginesem - 100 Ohm. To rozwiązanie nieznacznie obniży wydajność. Ale w trybie delikatnym elementy funkcjonalne będą się mniej nagrzewać. Obciążenie złącza półprzewodnikowego zostanie odpowiednio zmniejszone. Spodziewaj się wydłużenia żywotności źródła światła.

Aby wybrać odpowiedni rezystor, musisz znać moc (P). Wartości standardowe (W): 0,125; 0,25; 0,5; jeden; 2; 5. Obliczenia można wykonać dla dowolnych znanych parametrów, korzystając ze wzorów: P = Im2 * R = Ur2 / R... Jeśli weźmiemy dane wyjściowe z rozważanego przykładu: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0,36 W. Biorąc pod uwagę typowy zakres modeli, należy wybrać rezystor 100 Ohm o mocy rozpraszania 0,5 W.

Tolerancje dokładności rezystancji elektrycznej rezystorów wynoszą od 0,001 do 30% wartości nominalnej. W oznakowaniu zgodnie z międzynarodowymi standardami odpowiednie klasy są oznaczone literami łacińskimi (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).

Podłączanie diody LED przez rezystor

Biorąc pod uwagę przedstawione dane, można wyciągnąć kilka ważnych wniosków pośrednich:

• rezystancyjne obwody ochronne są stosowane przy małej mocy;
• nie pełnią funkcji stabilizacyjnych;
• element pasywny nie jest zdolny do tłumienia udarowych skoków napięcia.

Akceptowalne wskaźniki wydajności można uzyskać, tworząc:

• czujniki;
• wskaźniki;
• urządzenia sygnalizacyjne.

W przypadku małego lokalnego oświetlenia akwarium to rozwiązanie jest odpowiednie. Jednak długotrwałe zużycie dużych ilości energii jest mało prawdopodobne. Brak stabilizacji objawia się zauważalną zmianą jasności wraz ze wzrostem / spadkiem napięcia.

Eksperci zalecają stosowanie zasilaczy z niezawodną stabilizacją prądu o łącznym zużyciu ponad 1,5-2 W. Urządzenia te (ściemniacze) służą do łączenia grup urządzeń oświetleniowych i urządzeń półprzewodnikowych dużej mocy.

Obliczanie rezystora dla LED

Możesz dokonać niezbędnych obliczeń online za pomocą specjalistycznego kalkulatora. Pełne korzystanie z takich programów jest oferowane bezpłatnie.

Jednak dostęp do Internetu nie zawsze jest dostępny.Po przestudiowaniu dość prostej techniki każdy może szybko dobrać rezystor do diody LED bez szukania odpowiedniego oprogramowania.

W celu wizualnej demonstracji działania algorytmu należy rozważyć podłączenie rezystora ochronnego do obwodu zasilania (5 V) konkretnej diody LED (Epistar 1W HP).

Specyfikacja techniczna:

• moc rozpraszania, W - 1;
• prąd, mA - 350;
• napięcie przewodzenia (typowe / maks.), V - 2,35 / 2,6.

Aby ograniczyć prąd LED, biorąc pod uwagę zalecenia producenta, odpowiedni jest rezystor o rezystancji elektrycznej R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohm. Według normy E24 najbliższe wartości to 7,5 i 8,2 omów. Jeśli użyjesz standardowych reguł, będziesz musiał wybrać większą wartość, która różni się od obliczonej o prawie 8,5%. Dodatkowy błąd spowoduje 5% tolerancja dla niedrogich produktów masowo produkowanych. Przy takim odchyleniu trudno jest uzyskać akceptowalną charakterystykę obwodu pod względem funkcji ochronnych i poboru mocy.

Pierwszym sposobem rozwiązania problemu jest dobranie kilku niższych rezystorów. Następnie stosuje się opcję połączenia szeregowego, równoległego lub kombinowanego w celu uzyskania wymaganej równoważnej rezystancji odcinka obwodu. Drugą metodą jest dodanie trymera.

Obliczanie rozpraszania mocy

W każdej z opcji przy wyborze rezystancji elektrycznej obwodu należy ustawić nieco niższy prąd w celu przedłużenia żywotności diody LED. Aby zapobiec uszkodzeniom cieplnym, produkt jest używany w zalecanym zakresie temperatur. Dla Epistar 1W HP - od -40°C do +80°C. W razie potrzeby użyj instalacji na specjalistycznym grzejniku „gwiazdowym”. Ten dodatek zwiększa efektywny obszar rozpraszania ciepła.

W celu dokładnego doboru szacowane jest rozpraszanie mocy rezystora: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. Rezerwa na ten parametr wynosi co najmniej 20-25%. Ocena 1 W to za mało, więc wybierana jest kolejna ocena w standardowym rzędzie - 2W.

Sprawność zmontowanego obwodu sprawdzana jest stosunkiem Uc/Ui = 2,35/5 = 0,47 (47%). Ostateczny wynik pokazuje, że ponad połowa energii elektrycznej w tym przypadku jest marnowana. W rzeczywistości wskaźnik jest jeszcze gorszy, ponieważ nie cała moc zużywana jest przez diodę LED na promieniowanie w widzialnej części widma. Istotną część stanowią fale elektromagnetyczne w zakresie IR.

Połączenie równoległe

W dowolnym punkcie obwodu szeregowego prąd jest taki sam. Upraszcza to obliczenia, zapobiega nagłym wypadkom. Gdy jeden element ulegnie awarii, wszystkie diody LED są wyłączone. Dlatego wykluczone jest uszkodzenie spowodowane wzrostem napięcia. Podane powody wyjaśniają popularność tej metody w tworzeniu lamp listwowych i innych projektach.

Zastosowanie połączenia równoległego zapewnia pewne korzyści. W tej wersji produkt zachowuje częściową funkcjonalność w przypadku uszkodzenia jednego obwodu. Takie rozwiązanie zapewnia takie samo napięcie w punktach przyłączenia do źródła zasilania każdej gałęzi.

Połączenie równoległe jest odpowiednie do organizowania niezależnych schematów sterowania. Na tej technologii oparte są zasady girland noworocznych. Oddzielne gałęzie są podłączone do źródła zasilania zgodnie z algorytmem określonym przez program.

Nie można użyć jednego rezystora do kilku równoległych diod. Staranny dobór rezystancji wynika z potrzeby precyzyjnej regulacji prądu. W niektórych sytuacjach błędy 0,1-0,5 A powodują awarie, radykalne zmniejszenie zasobu.

Rzeczywiste parametry techniczne diod LED różnią się znacznie nawet w tej samej przesyłce. Z tego powodu każdy obwód jest chroniony osobnym rezystorem.

Cechy taniego ICE

Sam niski koszt nie świadczy o złej jakości. Skalowanie produkcji i doskonalenie procesów technologicznych obniża koszty.Jednak w odpowiednim segmencie rynku istnieją produkty od producentów, które w rzeczywistości nie odpowiadają deklarowanym cechom.

Aby określić możliwe problemy, zwróć uwagę na następujące parametry:

• w tanich modelach główne części konstrukcji wykonane są z aluminium;
• analogi miedzi są cięższe, wydajniej odprowadzają ciepło i są odporne na naprężenia mechaniczne;
• w produkcie wysokiej jakości wielkość kryształów odpowiada normie (0,762 x 0,762 mm lub inne);
• o niedociągnięciach pośrednio świadczy zniekształcenie proporcji obszaru roboczego (prostokąt zamiast kwadratu);
• Aby zwiększyć niezawodność, odpowiedzialni producenci zwiększają liczbę przewodników, używając nici wykonanych z metali szlachetnych.

Wysokiej jakości diody LED wytwarzają strumień świetlny 150-220 lumenów na 1 W zużycia. Podróbki - nie więcej niż 50-70 lumenów. W przypadku wątpliwości należy ze szczególną starannością dobrać elementy ochronne.