Hur man väljer ett strömbegränsningsmotstånd för en LED

Moderna LED-ljuskällor är väl lämpade för långvarig användning under svåra förhållanden. För strömskydd används emellertid ett begränsande elektriskt motstånd. Noggrann beräkning av motståndet för lysdioden hjälper till att välja kretsens funktionella komponenter utan fel.

Tillämpning av ett strömbegränsningsmotstånd för en LED

LED-lampor används för dekorativ dekoration, ger god synlighet i en mörkare korridor och löser andra praktiska problem. De är mycket mer ekonomiska än klassiska glödlampor. Hög hållfasthet förhindrar förorening av miljön med skadliga kemiska föreningar, vilket är möjligt efter skada på lampan från gasurladdningsljuskällan.

Med hänsyn till den ensidiga ledningsförmågan hos halvledarkopplingen är behovet av att ansluta lysdioden till ett lagringsbatteri, en annan likströmskälla, förståelig. Spänningen i ett vanligt hushållsnät är rättad, reducerad till en nominell nivå. Motståndet begränsar strömmen.

Funktioner av arbete och beräkningar

Trots de betydande fördelarna rekommenderar uppmärksamma användare att uppmärksamma de betydande nackdelarna med LED-enheter:

• halvledartekniker bestämmer icke-linjära strömspänningsegenskaper (VAC);
• en ökning av spänningen över en viss tröskel åtföljs av nedbrytning av pn-korsningen;
• vid en viss nivå (med direkt eller omvänd omkoppling) skadar produkten en kraftig ökning av strömstyrkan.

Av särskilt betydelse är det låga inneboende motståndet i driftläge. En relativt liten förändring av strömförsörjningens grundläggande parametrar kan skada halvledarkopplingen. Av detta skäl adderas ett strömbegränsningsmotstånd till kretsen.

Ett ytterligare passivt element ökar energiförbrukningen. Av denna anledning rekommenderas att använda sådana lösningar i kombination med lågeffekts-lysdioder eller att skapa enheter med små arbetscykler.

Matematisk beräkning

I den enklaste kretsen är ett strömbegränsande motstånd (R) och en LED ansluten i serie till en konstant strömkälla (I) med en viss spänning (Ui) vid utgångarna. Du kan beräkna det elektriska motståndet med den välkända formeln enligt Ohms lag (I = U / R).

Kirchhoffs andra postulat är också användbart. I detta exempel definieras följande jämlikhet: Ui = Ur + Ucvar Ur (Uc) - spänning över motståndet (LED). Genom att helt enkelt omvandla dessa uttryck kan du få de grundläggande beroendena:

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

Här Rc betecknar differentialmotståndet hos en halvledaranordning, som ändras icke-linjärt beroende på spänning och ström. På den bakre delen av strömspänningskarakteristiken kan blockeringsområdet särskiljas. Märkbar höjning Rc i detta område förhindrar rörelse av elektroner (Iobr = 0). Men med en efterföljande ökning av spänningen vid en viss nivå (Urev-m) inträffar en nedbrytning av p-n-korsningen.

Eftersom drivrutinen tillhandahåller likström måste du noggrant studera motsvarande "direkt" anslutning. Egenskaper hos I - V-karakteristiken:

• på det första avsnittet till Uн motstånd minskar smidigt och ström ökar därefter;
• från Uн innan Um - arbetsområde (strålning i ljusområdet);
• vidare - en kraftig minskning av motståndet framkallar en exponentiell ökning av strömstyrkan med produktens efterföljande fel.

Lysdioderna beräknas baserat på driftspänningen. Uc... Tillverkare anger denna parameter i medföljande dokumentation. För att beräkna det elektriska motståndet för ett lämpligt strömbegränsande motstånd, använd formeln: R = (Ui - Uc) / I.

Grafisk beräkning

Om du tar CVC kan du använda en grafisk teknik. Den ursprungliga grafiska och digitala informationen hämtas från passet eller på tillverkarens officiella webbplats. Handlingsalgoritm (exempel):

• enligt initialdata är den nominella LED-strömmen (In) 25 mA;
• en streckad linje dras från motsvarande punkt (1) på ordinatens vertikala axel till skärningspunkten med I-V-karakteristikkurvan (2);
• notera strömförsörjningens spänning (Ui = 5,5 V) på abscissaxeln (3);
• rita en linje genom punkterna (2) och (3);
• korsningen med y-axeln visar den maximalt tillåtna strömmen (Im = 60 mA).

Enligt den klassiska formeln är det vidare inte svårt att beräkna vilket motstånd som behövs för lysdioden i detta fall: R = Ui / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7... I den seriella raden måste du välja närmaste valör med en liten marginal - 100 Ohm. Denna lösning minskar effektiviteten något. Men i ett mjukt läge värms funktionella komponenter upp mindre. Belastningen på halvledarkorsningen minskas i enlighet därmed. Räkna med att öka ljuskällans livslängd.

För att välja rätt motstånd måste du känna till effekten (P). Standardvärden (W): 0,125; 0,25; 0,5; ett; 2; 5. Beräkningar kan göras för alla kända parametrar med hjälp av formlerna: P = Im2 * R = Ur2 / R.... Om vi ​​tar de ursprungliga uppgifterna i exemplet som övervägs: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0,36 W. Med hänsyn till det typiska modellområdet är det nödvändigt att välja ett 100 Ohm motstånd med en spridningseffekt på 0,5 W.

Toleranserna för noggrannheten hos motståndens elektriska motstånd är 0,001 till 30% av det nominella. I märkningen enligt internationella standarder anges motsvarande klasser med latinska bokstäver (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).

Anslutning av en LED genom ett motstånd

Med hänsyn till de presenterade uppgifterna kan flera viktiga mellanliggande slutsatser dras:

• resistiva skyddskretsar används vid låg effekt;
• de utför inte stabiliseringsfunktioner;
• det passiva elementet kan inte dämpa impulsspänningssteg.

Acceptabla resultatindikatorer kan erhållas genom att skapa:

• sensorer;
• indikatorer;
• signalanordningar.

För en liten lokal akvariebelysning är denna lösning lämplig. Det är dock osannolikt att långvarig förbrukning av stora mängder energi är acceptabel. Bristen på stabilisering manifesteras av en märkbar förändring i ljusstyrka med ökande / minskande spänning.

Experter rekommenderar att man använder strömförsörjningar med pålitlig strömstabilisering med en total förbrukning på mer än 1,5-2 W. Dessa enheter (dimmare) används för att ansluta grupper av belysningsenheter och halvledaranordningar med hög effekt.

Motståndsberäkning för LED

Du kan göra nödvändiga beräkningar online med en specialkalkylator. Full användning av sådana program erbjuds gratis.

Internetåtkomst är dock inte alltid tillgänglig.Efter att ha studerat en ganska enkel teknik kan vem som helst snabbt välja ett motstånd för en LED utan att leta efter lämplig programvara.

För en visuell demonstration av algoritmen måste du överväga att ansluta ett skyddsmotstånd till strömförsörjningskretsen (5 V) för en specifik lysdiod (Epistar 1W HP).

Tekniska specifikationer:

• spridningseffekt, W - 1;
• ström, mA - 350;
• framspänning (typisk / max.), V - 2,35 / 2,6.

För att begränsa LED-strömmen, med hänsyn till tillverkarens rekommendationer, är ett motstånd med ett elektriskt motstånd R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohm lämpligt. Enligt E24-standarden är de närmaste värdena 7,5 och 8,2 ohm. Om du använder standardreglerna måste du välja ett större värde som skiljer sig från det beräknade med nästan 8,5%. Ett ytterligare fel skapas med en 5% tolerans för massproducerade billiga produkter. Med en sådan avvikelse är det svårt att uppnå acceptabla kretsegenskaper när det gäller skyddsfunktioner och strömförbrukning.

Det första sättet att lösa problemet är att välja flera lägre motstånd. Därefter används ett serie-, parallellt- eller kombinerat anslutningsalternativ för att erhålla det nödvändiga ekvivalenta motståndet för kretssektionen. Den andra metoden är att lägga till en trimmer.

Beräkning av effektförlust

I något av alternativen, när du väljer kretsens elektriska motstånd, bör en något lägre ström ställas in för att förlänga LED-lampans livslängd. För att förhindra värmeskador används produkten inom det rekommenderade temperaturområdet. För Epistar 1W HP - från -40 ° C till + 80 ° C. Om det behövs, använd installationen på en specialiserad "stjärna" -kylare. Detta tillägg ökar det effektiva värmeavledningsområdet.

För korrekt val uppskattas motståndets effektförlust: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. Reserven för denna parameter görs minst 20-25%. Betyget 1 W räcker inte, så nästa betyg i standardraden väljs - 2W.

Effektiviteten hos den sammansatta kretsen kontrolleras av förhållandet Uc / Ui = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Det slutliga resultatet visar att mer än hälften av elen i detta fall går till spillo. Faktum är att indikatorn är ännu värre, eftersom inte all förbrukningseffekt förbrukas av lysdioden för strålning i den synliga delen av spektrumet. En betydande del är elektromagnetiska vågor inom IR-området.

Parallell anslutning

När som helst i seriekretsen är strömmen densamma. Detta förenklar beräkningen, förhindrar nödsituationer. När ett element misslyckas stängs alla lysdioder av. Därför är skador på grund av spänningsökning uteslutna. De noterade skälen förklarar populariteten för denna metod vid skapandet av bandlampor och andra mönster.

Användningen av en parallellanslutning ger vissa fördelar. I den här versionen behåller produkten delvis funktionalitet om en krets är skadad. Denna lösning säkerställer samma spänning vid anslutningspunkterna till strömkällan i varje gren.

Parallellanslutning är lämplig för att organisera oberoende kontrollscheman. Principerna för nyårsgirlanderna bygger på denna teknik. Separata grenar är anslutna till strömkällan enligt algoritmen som anges av programmet.

Du kan inte använda ett motstånd för flera parallella dioder. Noggrant val av motstånd beror på behovet av exakt strömreglering. I vissa situationer orsakar fel på 0,1-0,5 A haverier, en radikal minskning av resursen.

De faktiska tekniska egenskaperna hos lysdioder skiljer sig avsevärt även i samma sändning. Av denna anledning är varje krets skyddad med ett separat motstånd.

Funktioner av billig ICE

Låg kostnad ensam är inte ett bevis på dålig kvalitet. Att öka produktionen och förbättra tekniska processer minskar kostnaderna.I motsvarande marknadssegment finns det dock produkter från tillverkare som faktiskt inte motsvarar de deklarerade egenskaperna.

För att avgöra eventuella problem, var uppmärksam på följande parametrar:

• i billiga modeller är strukturens huvuddelar gjorda av aluminium;
• kopparanaloger är tyngre, avlägsnar värmen mer effektivt och tål mekanisk belastning.
• i en kvalitetsprodukt motsvarar kristallstorleken standarden (0,762 x 0,762 mm eller annat);
• bristerna framgår indirekt av snedvridningen av arbetsytans proportioner (rektangel istället för kvadrat);
• För att öka tillförlitligheten ökar ansvarsfulla tillverkare antalet ledare med trådar gjorda av ädla metaller.

Högkvalitativa lysdioder skapar ett ljusflöde på 150-220 lumen per 1 W förbrukning. Förfalskningar - högst 50-70 lumen. Vid tveksamhet bör skyddskomponenter väljas med särskild försiktighet.