Ako zvoliť rezistor obmedzujúci prúd pre LED

Moderné svetelné zdroje LED sú vhodné na dlhodobú prevádzku v zložitých podmienkach. Pre prúdovú ochranu sa však používa obmedzujúci elektrický odpor. Presný výpočet odporu pre LED pomôže vybrať funkčné komponenty obvodu bez chýb.

Aplikácia odporu obmedzujúceho prúd pre LED

LED diódy sa používajú na dekoratívnu výzdobu, na zabezpečenie dobrej viditeľnosti v zatemnenej chodbe a na riešenie ďalších praktických problémov. Sú oveľa ekonomickejšie ako klasické žiarovky. Vysoká pevnosť zabraňuje kontaminácii životného prostredia škodlivými chemickými zlúčeninami, čo je možné po poškodení žiarovky zdroja svetla s plynovými výbojmi.

Ak vezmeme do úvahy jednostrannú vodivosť spojenia polovodiča, je zrejmé, že LED musí byť pripojená k akumulátoru, inému zdroju jednosmerného prúdu. Napätie štandardnej domácej siete je opravené a znížené na nominálnu úroveň. Rezistor sa používa na obmedzenie prúdu.

Vlastnosti práce a výpočty

Napriek významným výhodám odporúčajú pozorní používatelia venovať pozornosť významným nevýhodám zariadení LED:

• polovodičové technológie určujú nelineárne charakteristiky prúdového napätia (VAC);
• zvýšenie napätia nad určitú prahovú hodnotu je sprevádzané degradáciou spojenia p-n;
• na určitej úrovni (s priamym alebo spätným pripojením) prudké zvýšenie sily prúdu poškodzuje produkt.

Mimoriadny význam má nízky vnútorný odpor v prevádzkovom režime. Pomerne malá zmena v základných parametroch napájacieho zdroja môže poškodiť polovodičový spoj. Z tohto dôvodu sa do obvodu pridáva odpor obmedzujúci prúd.

Dodatočný pasívny prvok zvyšuje spotrebu energie. Z tohto dôvodu sa odporúča použiť takéto riešenia v kombinácii s LED s nízkym výkonom alebo vytvoriť zariadenia s malými pracovnými cyklami.

Matematický výpočet

V najjednoduchšom obvode sú rezistor obmedzujúci prúd (R) a LED zapojené do série k zdroju konštantného prúdu (I) s určitým napätím (Ui) na výstupných svorkách. Elektrický odpor môžete vypočítať pomocou známeho vzorca Ohmovho zákona (I = U / R).

Užitočný je aj druhý Kirchhoffov postulát. V tomto príklade definuje nasledujúcu rovnosť: Ui = Ur + Uckde Ur (Uc) - napätie na rezistore (LED). Jednoduchou transformáciou týchto výrazov môžete získať základné závislosti:

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

Tu Rc označuje diferenciálny odpor polovodičového zariadenia, ktorý sa nelineárne mení v závislosti od napätia a prúdu. Na reverznej časti charakteristiky prúdového napätia je možné rozlíšiť blokujúcu oblasť. Podstatné zvýšenie Rc v tejto oblasti bráni pohybu elektrónov (Iobr = 0). Avšak s následným zvýšením napätia na určitej úrovni (Urev-m) dôjde k poruche spojenia p-n.

Pretože vodič poskytuje jednosmerné napájanie, musíte starostlivo preštudovať príslušné „priame“ pripojenie. Vlastnosti charakteristiky I - V:

• na prvom úseku do Uн odpor hladko klesá a prúd sa podľa toho zvyšuje;
• od Uн predtým Hm - pracovná oblasť (žiarenie v rozsahu svetla);
• ďalej - prudký pokles odporu vyvoláva exponenciálne zvýšenie sily prúdu s následným zlyhaním produktu.

LED diódy sa počítajú na základe prevádzkového napätia. Uc... Výrobcovia tento parameter označujú v sprievodnej dokumentácii. Na výpočet elektrického odporu vhodného rezistora obmedzujúceho prúd sa použije vzorec: R = (Ui - Uc) / I.

Grafický výpočet

Ak použijete CVC, môžete použiť grafickú techniku. Prvotné grafické a digitálne informácie sú prevzaté z pasu alebo na oficiálnej webovej stránke výrobcu. Algoritmus akcií (príklad):

• podľa počiatočných údajov je menovitý prúd LED (In) 25 mA;
• bodkovaná čiara je nakreslená od zodpovedajúceho bodu (1) na zvislej osi súradníc k priesečníku s charakteristickou krivkou I - V (2);
• zaznamenajte napätie napájacieho zdroja (Ui = 5,5 V) na osi vodorovnej osi (3);
• nakreslite čiaru cez body (2) a (3);
• priesečník s osou y ukáže maximálny prípustný prúd (Im = 60 mA).

Ďalej podľa klasického vzorca nie je ťažké v tomto prípade vypočítať, ktorý odpor je potrebný pre LED: R = Ui / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7... Na sériovej linke musíte zvoliť najbližšiu nominálnu hodnotu s malou rezervou - 100 Ohm. Toto riešenie mierne zníži účinnosť. Ale v šetrnom režime sa funkčné komponenty zahrejú menej. Zaťaženie polovodičového spojenia sa zodpovedajúcim spôsobom zníži. Počítajte s predĺžením životnosti svetelného zdroja.

Ak chcete zvoliť správny rezistor, musíte poznať výkon (P). Štandardné hodnoty (W): 0,125; 0,25; 0,5; jeden; 2; 5. Výpočty je možné vykonať pre akékoľvek známe parametre pomocou vzorcov: P = Im2 * R = Ur2 / R... Ak vezmeme počiatočné údaje uvažovaného príkladu: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0,36 W. S prihliadnutím na typický rozsah modelu je potrebné zvoliť rezistor 100 Ohm so stratovým výkonom 0,5 W.

Tolerancie presnosti elektrického odporu rezistorov sú od 0,001 do 30% nominálnej hodnoty. Pri označovaní podľa medzinárodných štandardov sú príslušné triedy označené latinskými písmenami (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).

Pripojenie LED cez odpor

Na základe predložených údajov je možné vyvodiť niekoľko dôležitých prechodných záverov:

• pri nízkom výkone sa používajú odporové ochranné obvody;
• nevykonávajú stabilizačné funkcie;
• pasívny prvok nie je schopný tlmiť rázové impulzy.

Prijateľné metriky výkonu je možné získať vytvorením:

• senzory;
• ukazovatele;
• signalizačné zariadenia.

Pre malé miestne akváriové osvetlenie je toto riešenie vhodné. Je však nepravdepodobné, že by bola dlhodobá spotreba veľkého množstva energie prijateľná. Nedostatok stabilizácie sa prejavuje znateľnou zmenou jasu s rastúcim / klesajúcim napätím.

Odborníci odporúčajú používať napájacie zdroje so spoľahlivou stabilizáciou prúdu s celkovou spotrebou viac ako 1,5-2 W. Tieto zariadenia (stmievače) sa používajú na pripojenie skupín svetelných zariadení a výkonných polovodičových zariadení.

Výpočet odporu pre LED

Potrebné výpočty môžete vykonať online pomocou špecializovanej kalkulačky. Plné využitie týchto programov je ponúkané bezplatne.

Prístup na internet však nie je vždy k dispozícii.Po preštudovaní dosť jednoduchej techniky môže ktokoľvek rýchlo zvoliť rezistor pre LED bez toho, aby hľadal vhodný softvér.

Pre vizuálnu demonštráciu algoritmu musíte zvážiť pripojenie ochranného rezistora k napájaciemu obvodu (5 V) konkrétnej LED (Epistar 1W HP).

Technické špecifikácie:

• disipačný výkon, W - 1;
• prúd, mA - 350;
• dopredné napätie (typické / max.), V - 2,35 / 2,6.

Na obmedzenie prúdu LED je s prihliadnutím na odporúčania výrobcu vhodný rezistor s elektrickým odporom R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohm. Podľa štandardu E24 sú najbližšie hodnoty 7,5 a 8,2 ohmov. Ak použijete štandardné pravidlá, budete musieť zvoliť väčšiu hodnotu, ktorá sa líši od vypočítanej o takmer 8,5%. Dodatočná miera chyby bude vytvorená 5% toleranciou pre sériovo vyrábané lacné výrobky. S takouto odchýlkou ​​je ťažké získať prijateľné charakteristiky obvodu z hľadiska ochranných funkcií a spotreby energie.

Prvý spôsob riešenia problému je výber niekoľkých dolných rezistorov. Ďalej sa používa možnosť sériového, paralelného alebo kombinovaného pripojenia na získanie požadovaného ekvivalentného odporu časti obvodu. Druhou metódou je pridanie zastrihávača.

Výpočet rozptylu výkonu

V ktorejkoľvek z možností by sa pri výbere elektrického odporu obvodu mal nastaviť o niečo nižší prúd, aby sa predĺžila životnosť LED. Aby sa zabránilo poškodeniu teplom, výrobok sa používa v odporúčanom teplotnom rozmedzí. Pre Epistar 1W HP - od -40 ° C do + 80 ° C. V prípade potreby použite inštaláciu na špecializovaný „hviezdicový“ radiátor. Toto pridanie zvyšuje efektívny priestor na odvod tepla.

Pre presný výber sa odhaduje stratový výkon rezistora: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. Rezerva na tento parameter je tvorená najmenej 20 - 25%. Hodnotenie 1 W nestačí, preto sa zvolí ďalšie hodnotenie v štandardnom rade - 2W.

Účinnosť zostaveného obvodu sa kontroluje pomerom Uc / Ui = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Konečný výsledok ukazuje, že v tomto prípade sa míňa viac ako polovica elektriny. V skutočnosti je indikátor ešte horší, pretože nie všetka spotreba energie je spotrebovaná LED na žiarenie vo viditeľnej časti spektra. Významnou súčasťou sú elektromagnetické vlny v IR rozsahu.

Paralelné pripojenie

V ktoromkoľvek bode sériového obvodu je prúd rovnaký. To zjednodušuje výpočet a predchádza núdzovým situáciám. Ak zlyhá jeden prvok, všetky LED diódy zhasnú. Preto je vylúčené poškodenie v dôsledku zvýšenia napätia. Uvedené dôvody vysvetľujú popularitu tejto metódy pri vytváraní pásových žiaroviek a iných dizajnov.

Použitie paralelného pripojenia poskytuje určité výhody. V tejto verzii si produkt zachováva čiastočnú funkčnosť, ak je poškodený jeden obvod. Toto riešenie zaisťuje rovnaké napätie v bodoch pripojenia k zdroju energie každej vetvy.

Paralelné pripojenie je vhodné na organizovanie nezávislých schém riadenia. Princípy novoročných girlandov sú založené na tejto technológii. Oddelené vetvy sú pripojené k zdroju energie podľa algoritmu určeného programom.

Jeden odpor nemôžete použiť pre niekoľko paralelných diód. Starostlivý výber odporu je dôsledkom potreby presnej regulácie prúdu. V niektorých situáciách chyby 0,1 - 0,5 A spôsobujú poruchy, radikálne zníženie zdroja.

Skutočné technické vlastnosti LED sa výrazne líšia aj pri rovnakej zásielke. Z tohto dôvodu je každý obvod chránený samostatným rezistorom.

Vlastnosti lacného ICE

Samotné nízke náklady nie sú dôkazom zlej kvality. Zvyšovanie výroby a zlepšovanie technologických procesov znižuje náklady.V zodpovedajúcom segmente trhu však existujú výrobky od výrobcov, ktoré v skutočnosti nezodpovedajú deklarovaným vlastnostiam.

Pri určovaní možných problémov venujte pozornosť nasledujúcim parametrom:

• v lacných modeloch sú hlavné časti konštrukcie vyrobené z hliníka;
• analógy medi sú ťažšie, účinnejšie odvádzajú teplo a sú odolné voči mechanickému namáhaniu;
• v kvalitnom produkte veľkosť kryštálov zodpovedá norme (0,762 x 0,762 mm alebo iná);
• o nevýhodách nepriamo svedčí skreslenie proporcií pracovnej plochy (obdĺžnik namiesto štvorca);
• na zvýšenie spoľahlivosti zodpovední výrobcovia zvyšujú počet vodičov pomocou závitov z ušľachtilých kovov.

Vysokokvalitné LED diódy vytvárajú svetelný tok 150 - 220 lúmenov na 1 W spotreby. Falzifikáty - nie viac ako 50-70 lúmenov. V prípade pochybností by sa malo pri výbere ochranných prvkov postupovať obzvlášť opatrne.