Moderne LED-lyskilder er godt tilpasset til langvarig drift under vanskelige forhold. Imidlertid bruges strømbegrænsende modstand til strømbeskyttelse. Præcis beregning af modstanden for LED hjælper med at vælge de funktionelle komponenter i kredsløbet uden fejl.
Brug af en strømbegrænsende modstand til LED
Til dekorativ dekoration, der sikrer god synlighed i en mørklagt korridor og løser andre praktiske problemer, anvendes LED'er. De er meget mere økonomiske sammenlignet med klassiske glødepærer. Høj styrke forhindrer miljøforurening med skadelige kemiske forbindelser, som ikke udelukkes efter beskadigelse af pæren i en gasudledningslyskilde.
I betragtning af halvledersamlingens ensidede ledningsevne er det nødvendigt at tilslutte LED'en til batteriet, en anden DC-strømkilde. Spændingen i et almindeligt husholdningsnetværk korrigeres, reduceres til et nominelt niveau. Modstanden begrænser strømstyrken.
Funktioner ved arbejde og beregninger
På trods af de betydelige fordele anbefaler opmærksomme brugere at være opmærksomme på de betydelige ulemper ved LED-enheder:
- halvlederteknologi bestemmer ikke-lineære strømspændingsegenskaber (CVC);
- spændingsforøgelse over en bestemt tærskel ledsages af nedbrydning af pn-krydset;
- på et bestemt niveau (med direkte eller omvendt forbindelse) skader en kraftig stigning i strømstyrken produktet.
Af særlig betydning er dens egen lille modstand i driftsform. En relativt lille ændring i strømkildens hovedparametre kan beskadige halvlederforbindelsen. Af denne grund føjes en strømbegrænsende modstand til kredsløbet.
Et yderligere passivt element øger energiforbruget. Af denne grund anbefales det at bruge sådanne løsninger i kombination med lysemitterende dioder med lille strøm, eller at oprette enheder med små driftscyklusser.
Matematisk beregning
I det enkleste kredsløb er en strømbegrænsende modstand (R) og en LED i serie forbundet til en konstant strømkilde (I) med en bestemt spænding (U og) ved udgangsterminalerne. Den elektriske modstand kan beregnes ved hjælp af den velkendte Ohms lovformel (I = U / R).
Det andet postulat om Kirchhoff er også nyttigt. I dette eksempel definerer det følgende lighed: Uand = Ur + Uchvor Ur (Uc) - spænding over henholdsvis modstanden (LED). Ved simpel konvertering af disse udtryk kan du få de basale afhængigheder:
- Ui = I * R + I * Rc;
- R = (U og - Uc) / I
Her rc betegner forskellemodstanden for en halvlederanordning, som varierer ikke-lineært afhængigt af spænding og strøm. På den bageste del af strømspændingsegenskaben kan der skelnes mellem et låseområde. Betydelig stigning rc på dette sted forhindrer bevægelse af elektroner (Iobr = 0). Med en efterfølgende stigning i spænding på et bestemt niveau (Urebr-m) forekommer der imidlertid en nedbrydning af p-n-krydset.
Da driveren leverer jævnstrøm, skal du undersøge den passende "direkte" forbindelse. Funktioner i CVC:
- på den første strækning til Un modstanden falder gradvist, og strømmen stiger tilsvarende;
- fra Un Før um - arbejdsområde (stråling i lysområdet);
- yderligere - et kraftigt fald i modstand provoserer en eksponentiel stigning i strømstyrken med efterfølgende svigt i produktet.
Lysdioder beregnes ud fra værdien af driftsspændingen Uc. Producenter angiver denne parameter i den ledsagende dokumentation. For at beregne den elektriske modstand for en passende strømbegrænsende modstand skal du bruge formlen: R = (U og - Uc) / I.
Grafisk beregning
Hvis du tager I - V-karakteristikken, kan du anvende den grafiske teknik. Original grafisk og digital information er hentet fra paset eller på producentens officielle hjemmeside. Handlingsalgoritme (eksempel):
- i henhold til kildedataene er den nominelle strøm for LED (In) 25 mA;
- en stiplet linje trækkes fra det tilsvarende punkt (1) på den lodrette ordinatakse til skæringspunktet med I - V kurven (2);
- bemærk spændingen i strømkilden (U og = 5,5 V) på abscisseaksen (3);
- træk en linje gennem punkterne (2) og (3);
- skæringspunktet med ordinataksen viser værdien af den maksimalt tilladte strøm (Im = 60 mA).
Ifølge den klassiske formel er det endvidere ikke vanskeligt at beregne, hvilken modstand der er behov for LED i dette tilfælde: R = U og / Im = 5,5 / 0,06 - 91,7. I serien skal du vælge den nærmeste bedømmelse med en lille margin på 100 ohm. Denne løsning reducerer effektiviteten lidt. Men i sparetilstand opvarmes de funktionelle komponenter mindre. Tilsvarende vil belastningen på halvlederforbindelsen falde. Forvent en stigning i lyskildens levetid.
For det korrekte valg af modstand skal du kende kraften (P). Standardværdier (W): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Beregninger kan udføres ved hjælp af kendte parametre ved hjælp af formlerne: P = Im2 * R = Ur2 / R. Hvis vi tager de oprindelige data fra det betragtede eksempel: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0, 36 W. Under hensyntagen til det typiske modelinterval er det nødvendigt at vælge en modstand med en modstand på 100 ohm med en spredningseffekt på 0,5 watt.
Tolerancer for nøjagtigheden af modstandernes elektriske modstand er fra 0,001 til 30% af den nominelle. Ved markeringen i henhold til internationale standarder er de tilsvarende klasser angivet med latinske bogstaver (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).
Tilslutning af en LED gennem en modstand
Baseret på de fremlagte data kan der foretages flere vigtige mellemliggende konklusioner:
- resistive beskyttelseskredsløb bruges ved lav effekt;
- de udfører ikke stabiliseringsfunktioner;
- det passive element er ikke i stand til at undertrykke stigninger.
Acceptable resultatindikatorer kan opnås ved at oprette:
- sensorer;
- indikatorer;
- signalanordninger.
Til en lille lokal akvariumbelysning er en sådan løsning egnet. Imidlertid vil et langvarigt forbrug af store mængder energi sandsynligvis ikke være acceptabelt. Manglen på stabilisering manifesteres af en mærkbar ændring i lysstyrke med stigende / faldende spænding.
Eksperter anbefaler, at der med et samlet forbrug på over 1,5-2 W bruges strømforsyninger med pålidelig strømstabilisering. Disse enheder (lysdæmpere) bruges til at forbinde grupper af lysenheder og halvledere med høj effekt.
Beregning af modstand for LED
Du kan foretage de nødvendige beregninger online ved hjælp af en specialiseret lommeregner. Fuld brug af sådanne programmer tilbydes gratis.
Adgang til internettet er dog ikke altid tilgængelig. Efter at have studeret en temmelig enkel teknik kan enhver hurtigt vælge en modstand til LED uden at søge efter den relevante software.
For at demonstrere algoritmen skal du overveje at forbinde en beskyttelsesmodstand til strømforsyningen (5 V) på en bestemt LED (Epistar 1W HP).
Tekniske specifikationer:
- strømafledning, W - 1;
- strøm, mA - 350;
- forspænding (typisk / maks.), V - 2,35 / 2,6.
For at begrænse LED-strømmen under hensyntagen til producentens anbefalinger er en modstand med en elektrisk modstand på R = (5-2.35) /0.35 = 7.57 Ohms egnet. I henhold til E24-standarden er de nærmeste værdier 7,5 og 8,2 ohm. Hvis du bruger standardreglerne, bliver du nødt til at vælge en større værdi, der adskiller sig fra den estimerede værdi med næsten 8,5%. En yderligere fejl oprettes ved 5% tolerance af serielle billige produkter. Med en sådan afvigelse er det vanskeligt at opnå kredsløbskarakteristika, der kan accepteres med hensyn til beskyttelsesfunktioner og strømforbrug.
Den første måde at løse problemet på er at vælge flere modstande med lavere karakter. Anvend derefter en seriel, parallel eller kombineret version af forbindelsen for at opnå den nødvendige ækvivalente modstand i kredsløbet. Den anden metode er at tilføje en indstillingsmodstand.
Beregning af strømafledning
Når du vælger kredsløbets elektriske modstand, skal der indstilles en lidt lavere strøm for at forlænge LED'ens levetid. For at forhindre beskadigelse af varme bruges produktet i det anbefalede temperaturområde. For Epistar 1W HP, -40 ° C til + 80 ° C. Brug om nødvendigt montering på en specialiseret stjernekøler. Dette supplement øger det effektive varmeafledningsområde.
For nøjagtig valg estimeres modstandens spredte effekt: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. Reserverne til denne parameter er ikke mindre end 20-25%. En rating på 1 W er ikke nok, så vælg den næste bedømmelse i standardraden - 2 W.
Effektiviteten af det samlede kredsløb kontrolleres ved forholdet Uc / Uи = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Det endelige resultat viser, at mere end halvdelen af elektriciteten i dette tilfælde er spildt. Faktisk er indikatoren endnu værre, da ikke alt strømforbrug bruges af LED'en til stråling i den synlige del af spektret. En betydelig del er elektromagnetiske bølger i IR-området.
Parallel forbindelse
På ethvert tidspunkt i seriekredsløbet er strømstyrken den samme. Dette forenkler beregningen, forhindrer nødsituationer. Når et element mislykkes, slukkes alle lysdioder. Derfor er skader ved overspænding udelukket. De nævnte grunde forklarer populariteten af brugen af denne metode, når man opretter båndlamper, andre designs.
Visse fordele tilvejebringes ved brug af parallel forbindelse. I denne udførelsesform bevarer produktet delvis betjenelighed, når et kredsløb er beskadiget. Denne løsning tilvejebringer den samme spænding ved forbindelsespunkterne til strømkilden i hver gren.
Parallel forbindelse er velegnet til organisering af uafhængige kontrolkredsløb. Denne teknologi er baseret på principperne for arbejdet i nytårslander. Separate grene er forbundet til strømkilden i henhold til den algoritme, der er specificeret af programmet.
Du kan ikke bruge en modstand til flere parallelle dioder. Et omhyggeligt valg af modstand forklares med behovet for nøjagtig strømstyring. I nogle situationer forårsager fejl på 0,1-0,5 A sammenbrud, en radikal reduktion i ressourcen.
De faktiske tekniske egenskaber for LED'er adskiller sig markant, selv i den samme sending. Af denne grund er hvert kredsløb beskyttet af en separat modstand.
Funktioner med billig ICE
Lav pris alene er ikke et bevis på dårlig kvalitet. Udvidelse af produktionsomfanget og forbedring af teknologiske processer reducerer omkostningerne.Produkter fra producenter, der faktisk ikke svarer til de deklarerede egenskaber, præsenteres imidlertid i det tilsvarende markedssegment.
For at identificere mulige problemer skal du være opmærksom på følgende parametre:
- i billige modeller er hoveddelene af strukturen lavet af aluminium;
- kobberanaloger er tungere, mere effektivt fjerner varme, er modstandsdygtige over for mekanisk belastning;
- i et kvalitetsprodukt overholder krystalstørrelsen standarden (0,762 x 0,762 mm eller en anden);
- Ulemperne indikeres indirekte ved forvrængning af arbejdsområdets proportioner (et rektangel i stedet for et kvadrat);
- For at øge pålideligheden øger ansvarlige producenter antallet af ledere ved hjælp af tråde fra ædle metaller.
Lysdioder i høj kvalitet skaber en lysstrøm på 150-220 lumen pr. 1 W forbrug. Forfalskninger - højst 50-70 lm. I tvivlstilfælde skal beskyttelseselementerne vælges med særlig omhu.
