Las fuentes de luz LED modernas están bien adaptadas para el funcionamiento a largo plazo en condiciones difíciles. Sin embargo, la resistencia limitante de corriente se usa para la protección de corriente. El cálculo preciso de la resistencia para el LED ayudará a seleccionar los componentes funcionales del circuito sin errores.
El uso de una resistencia limitadora de corriente para el LED
Para la decoración decorativa, asegurando una buena visibilidad en un corredor oscuro y resolviendo otros problemas prácticos, se utilizan LED. Son mucho más económicos en comparación con las bombillas incandescentes clásicas. La alta resistencia evita la contaminación ambiental con compuestos químicos nocivos, que no se excluyen después del daño al bulbo de una fuente de luz de descarga de gas.
Dada la conductividad unilateral de la unión de semiconductores, es comprensible la necesidad de conectar el LED a la batería, otra fuente de alimentación de CC. El voltaje de una red doméstica estándar se rectifica, se reduce a un nivel nominal. La resistencia limita la fuerza actual.
Características del trabajo y cálculos.
A pesar de las ventajas significativas, los usuarios atentos recomiendan prestar atención a las desventajas significativas de los dispositivos LED:
- la tecnología de semiconductores determina las características de voltaje de corriente no lineal (CVC);
- el aumento de voltaje por encima de cierto umbral se acompaña de degradación de la unión pn;
- a cierto nivel (con encendido directo o inverso), un fuerte aumento en el amperaje daña el producto.
De particular importancia es su propia pequeña resistencia en el modo operativo. Un cambio relativamente pequeño en los parámetros principales de la fuente de energía puede dañar la unión del semiconductor. Por esta razón, se agrega una resistencia limitadora de corriente al circuito.
Un elemento pasivo adicional aumenta el consumo de energía. Por esta razón, se recomienda usar tales soluciones en combinación con diodos emisores de luz de pequeña potencia, o crear dispositivos con ciclos de trabajo pequeños.
Cálculo matemático
En el circuito más simple, una resistencia limitadora de corriente (R) y un LED están conectados en serie a una fuente de corriente constante (I) con un cierto voltaje (U y) en los terminales de salida. La resistencia eléctrica se puede calcular utilizando la conocida fórmula de la ley de Ohm (I = U / R).
El segundo postulado de Kirchhoff también es útil. En este ejemplo, define la siguiente igualdad: Uand = Ur + Ucdónde Ur (Uc) - voltaje a través de la resistencia (LED), respectivamente. Por simple conversión de estas expresiones, puede obtener las dependencias básicas:
- Ui = I * R + I * Rc;
- R = (U y - Uc) / I.
aquí Rc denota la resistencia diferencial de un dispositivo semiconductor, que varía de forma no lineal según el voltaje y la corriente. En la parte inversa de la característica de corriente-voltaje, se puede distinguir una región de bloqueo. Aumento significante Rc en este sitio evita el movimiento de electrones (Iobr = 0). Sin embargo, con un aumento posterior en el voltaje a cierto nivel (Urebr-m), se produce una ruptura de la unión pn.
Dado que el controlador proporciona energía de corriente continua, debe estudiar cuidadosamente la conexión "directa" adecuada. Características del CVC:
- en el primer tramo para Naciones Unidas la resistencia disminuye gradualmente y la corriente aumenta en consecuencia;
- desde Naciones Unidas antes de Um - área de trabajo (radiación en el rango de luz);
- Además, una fuerte disminución en la resistencia provoca un aumento exponencial en la resistencia actual con la posterior falla del producto.
Los LED se calculan en función del valor de la tensión de funcionamiento. Uc. Los fabricantes indican este parámetro en la documentación adjunta. Para calcular la resistencia eléctrica de una resistencia limitadora de corriente adecuada, use la fórmula: R = (U y - Uc) / I.
Cálculo gráfico
Si toma la característica I - V, puede aplicar la técnica gráfica. La información gráfica y digital original se toma del pasaporte o del sitio web oficial del fabricante. Algoritmo de acciones (ejemplo):
- Según los datos de origen, la corriente nominal del LED (In) es de 25 mA;
- se dibuja una línea punteada desde el punto correspondiente (1) en el eje de ordenadas verticales hasta la intersección con la curva I - V (2);
- tenga en cuenta el voltaje de la fuente de alimentación (U y = 5,5 V) en el eje de abscisa (3);
- dibuja una línea a través de los puntos (2) y (3);
- La intersección con el eje de ordenadas mostrará el valor de la corriente máxima permitida (Im = 60 mA).
Además, según la fórmula clásica, no es difícil calcular qué resistencia se necesita para el LED en este caso: R = U y / Im = 5.5 / 0.06 ≈ 91.7. En la serie, debe elegir la clasificación más cercana con un pequeño margen de 100 ohmios. Esta solución reducirá ligeramente la eficiencia. Pero en modo de ahorro, los componentes funcionales se calentarán menos. En consecuencia, la carga en la unión de semiconductores disminuirá. Espere un aumento en la vida de la fuente de luz.
Para la elección correcta de la resistencia, debe conocer la potencia (P). Valores estándar (W): 0.125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Los cálculos pueden hacerse por cualquier parámetro conocido usando las fórmulas: P = Im2 * R = Ur2 / R. Si tomamos los datos iniciales del ejemplo considerado: P = 0.06 * 0.06 * 100 = 0, 36 W. Teniendo en cuenta la gama típica de modelos, es necesario elegir una resistencia con una resistencia de 100 ohmios con una potencia de disipación de 0,5 vatios.
Las tolerancias sobre la precisión de la resistencia eléctrica de las resistencias son del 0,001 al 30% del valor nominal. En el marcado según los estándares internacionales, las clases correspondientes se indican en letras latinas (D - 0.5%; G - 2%; J - 5%).
Conectar un LED a través de una resistencia
En base a los datos presentados, se pueden hacer varias conclusiones intermedias importantes:
- los circuitos protectores resistivos se utilizan a baja potencia;
- no realizan funciones de estabilización;
- El elemento pasivo no puede suprimir las sobretensiones.
Los indicadores de rendimiento aceptables se pueden obtener creando:
- sensores;
- indicadores;
- dispositivos de señalización.
Para una pequeña iluminación de acuario local, esta solución es adecuada. Sin embargo, el consumo prolongado de grandes cantidades de energía es poco probable que sea aceptable. La falta de estabilización se manifiesta por un cambio notable en el brillo al aumentar / disminuir el voltaje.
Los expertos recomiendan que con un consumo total de más de 1.5-2 W, use fuentes de alimentación con estabilización de corriente confiable. Estos dispositivos (atenuadores) se utilizan para conectar grupos de dispositivos de iluminación y dispositivos semiconductores de alta potencia.
Cálculo de la resistencia para el LED.
Puede realizar los cálculos necesarios en línea utilizando una calculadora especializada. El uso completo de dichos programas se ofrece de forma gratuita.
Sin embargo, el acceso a Internet no siempre está disponible. Después de estudiar una técnica bastante simple, cualquiera puede seleccionar rápidamente una resistencia para el LED sin buscar el software adecuado.
Para demostrar el algoritmo, debe considerar conectar una resistencia protectora al circuito de alimentación (5 V) de un LED particular (Epistar 1W HP).
Especificaciones técnicas:
- disipación de potencia, W - 1;
- corriente, mA - 350;
- Tensión directa (típica / máx.), V - 2.35 / 2.6.
Para limitar la corriente del LED, teniendo en cuenta las recomendaciones del fabricante, es adecuada una resistencia con una resistencia eléctrica de R = (5-2.35) /0.35 = 7.57 ohmios. Según el estándar E24, los valores más cercanos son 7,5 y 8,2 ohmios. Si usa las reglas estándar, tendrá que elegir un valor mayor que difiera del valor estimado en casi 8.5%. Se creará un error adicional al 5% de tolerancia de productos seriales de bajo costo. Con tal desviación, es difícil obtener características de circuito aceptables en términos de funciones de protección y consumo de energía.
La primera forma de resolver el problema es seleccionar varias resistencias con clasificaciones más bajas. Luego aplique una versión en serie, paralela o combinada de la conexión para obtener la resistencia equivalente necesaria del circuito. El segundo método es agregar una resistencia de sintonía.
Cálculo de disipación de potencia.
En cualquiera de las opciones, al elegir la resistencia eléctrica del circuito, se debe configurar una corriente ligeramente menor para extender la vida útil del LED. Para evitar daños por calor, el producto se utiliza en el rango de temperatura recomendado. Para Epistar 1W HP, -40 ° C a + 80 ° C. Si es necesario, use el montaje en un radiador estrella especializado. Este suplemento aumenta el área efectiva de disipación de calor.
Para una selección precisa, se estima la potencia disipada de la resistencia: P = I2 * R = (0.35) 2 * 7.57 = 0.1225 * 7.57 ≈0.93 W. La reserva para este parámetro no es inferior al 20-25%. Una calificación de 1 W no es suficiente, así que elija la siguiente calificación en la fila estándar: 2 W.
La eficiencia del circuito ensamblado se verifica mediante la relación Uc / Uи = 2.35 / 5 = 0.47 (47%). El resultado final muestra que más de la mitad de la electricidad en este caso se desperdicia. De hecho, el indicador es aún peor, ya que el LED no gasta todo el consumo de energía en radiación en la parte visible del espectro. Una parte importante son las ondas electromagnéticas del rango IR.
Coneccion paralela
En cualquier punto del circuito en serie, la intensidad actual es la misma. Esto simplifica el cálculo, evita situaciones de emergencia. Cuando un elemento falla, todos los LED se apagan. Por lo tanto, se excluye el daño por sobretensión. Las razones señaladas explican la popularidad del uso de este método al crear lámparas de cinta, otros diseños.
El uso de la conexión en paralelo proporciona ciertas ventajas. En esta realización, el producto conserva una operabilidad parcial cuando un circuito está dañado. Esta solución proporciona el mismo voltaje en los puntos de conexión a la fuente de alimentación de cada rama.
La conexión en paralelo es adecuada para la organización de circuitos de control independientes. Esta tecnología se basa en los principios del trabajo de las guirnaldas de Año Nuevo. Se conectan ramas separadas a la fuente de alimentación de acuerdo con el algoritmo especificado por el programa.
No puede usar una resistencia para varios diodos paralelos. Una elección cuidadosa de la resistencia se explica por la necesidad de un control preciso de la corriente. En algunas situaciones, los errores de 0.1-0.5 A causan averías, una reducción radical en los recursos.
Las características técnicas reales de los LED difieren significativamente incluso en el mismo envío. Por esta razón, cada circuito está protegido por una resistencia separada.
Características del ICE barato
El bajo costo por sí solo no es prueba de mala calidad. Ampliar la escala de producción y mejorar los procesos tecnológicos reduce los costos.Sin embargo, los productos de fabricantes que en realidad no corresponden a las características declaradas se presentan en el segmento de mercado correspondiente.
Para identificar posibles problemas, preste atención a los siguientes parámetros:
- en modelos baratos, las partes principales de la estructura son de aluminio;
- los análogos de cobre son más pesados, eliminan más eficientemente el calor, son resistentes al estrés mecánico;
- en un producto de calidad, el tamaño del cristal cumple con el estándar (0.762 x 0.762 mm u otro);
- Las desventajas se indican indirectamente por una distorsión de las proporciones del área de trabajo (un rectángulo en lugar de un cuadrado)
- Para aumentar la confiabilidad, los fabricantes responsables aumentan el número de conductores, usan hilos de metales preciosos.
Los LED de alta calidad crean un flujo luminoso de 150-220 lúmenes por 1 W de consumo. Falsificaciones: no más de 50-70 lm. En caso de duda, los componentes de protección deben seleccionarse con especial cuidado.
