Mūsdienu LED gaismas avoti ir labi pielāgoti ilgstošai darbībai sarežģītos apstākļos. Tomēr strāvas aizsardzībai tiek izmantota strāvas ierobežojošā pretestība. Precīzs LED rezistora aprēķins palīdzēs bez kļūdām izvēlēties ķēdes funkcionālos komponentus.
LED strāvas ierobežojoša pretestības izmantošana
Dekoratīvai dekorēšanai, nodrošinot labu redzamību aptumšotā koridorā un risinot citas praktiskas problēmas, tiek izmantotas gaismas diodes. Tie ir daudz ekonomiskāki salīdzinājumā ar klasiskajām kvēlspuldzēm. Augsta izturība novērš vides piesārņošanu ar kaitīgiem ķīmiskiem savienojumiem, kas nav izslēgts pēc gāzizlādes gaismas avota spuldzes bojājumiem.
Ņemot vērā pusvadītāju krustojuma vienpusējo vadītspēju, ir saprotama nepieciešamība savienot gaismas diodi ar akumulatoru, kas ir cits līdzstrāvas avots. Standarta sadzīves tīkla spriegums tiek izlīdzināts, samazināts līdz nominālajam līmenim. Rezistors ierobežo pašreizējo spēku.
Darba raksturojums un aprēķini
Neskatoties uz nozīmīgajām priekšrocībām, uzmanīgi lietotāji iesaka pievērst uzmanību LED ierīču būtiskajiem trūkumiem:
- pusvadītāju tehnoloģija nosaka nelineāro strāvas-sprieguma raksturlielumus (CVC);
- sprieguma palielināšanos virs noteikta sliekšņa pavada pn krustojuma pasliktināšanās;
- noteiktā līmenī (ar tiešu vai reversu ieslēgšanu) straujš strāvas stipruma pieaugums sabojā produktu.
Īpaša nozīme ir tās pašas nelielajai pretestībai darba režīmā. Samērīgi nelielas enerģijas avota galveno parametru izmaiņas var sabojāt pusvadītāja krustojumu. Šī iemesla dēļ shēmai tiek pievienots strāvas ierobežojošais rezistors.
Papildu pasīvs elements palielina enerģijas patēriņu. Šī iemesla dēļ šādus risinājumus ieteicams izmantot kombinācijā ar nelielas jaudas gaismas diodēm vai izveidot ierīces ar maziem darba cikliem.
Matemātiskais aprēķins
Vienkāršākajā shēmā strāvas ierobežojošais rezistors (R) un gaismas diode ir virknē savienoti ar pastāvīgas strāvas avotu (I) ar noteiktu spriegumu (U un) pie izejas spailēm. Elektrisko pretestību var aprēķināt, izmantojot labi zināmo Ohmas likuma formulu (I = U / R).
Noderīgs ir arī Kiršhofa otrais postulāts. Šajā piemērā tas definē šādu vienlīdzību: Uand = Ur + Uckur Ur (Uc) - attiecīgi pretestības (LED) spriegums. Vienkārši pārveidojot šīs izteiksmes, jūs varat iegūt pamata atkarības:
- Ui = I * R + I * Rc;
- R = (U un - Uc) / I.
Šeit Rc apzīmē pusvadītāju ierīces diferenciālo pretestību, kas mainās nelineāri atkarībā no sprieguma un strāvas. Strāvas-sprieguma raksturlīknes aizmugurē var atšķirt bloķēšanas reģionu. Ievērojams pieaugums Rc šajā vietnē novērš elektronu kustību (Iobr = 0). Tomēr ar sekojošu sprieguma palielināšanos noteiktā līmenī (Urebr-m) notiek p-n krustojuma sabrukums.
Tā kā vadītājs nodrošina līdzstrāvas strāvu, jums rūpīgi jāizpēta atbilstošais “tiešais” savienojums. CVC funkcijas:
- pirmajā posmā līdz Un pretestība pakāpeniski samazinās, un attiecīgi palielinās strāva;
- no plkst Un pirms tam Um - darba zona (starojums gaismas diapazonā);
- tālāk - straujš pretestības samazinājums izraisa eksponenciālu strāvas stipruma palielināšanos ar sekojošām izstrādājuma kļūmēm.
Gaismas diodes tiek aprēķinātas, pamatojoties uz darba sprieguma vērtību Uc. Ražotāji norāda šo parametru pievienotajā dokumentācijā. Lai aprēķinātu piemērota strāvas ierobežojošā pretestības elektrisko pretestību, izmantojiet formulu: R = (U un - Uc) / I.
Grafiskais aprēķins
Ja jūs izmantojat I - V raksturlielumu, varat izmantot grafisko paņēmienu. Sākotnējā grafiskā un digitālā informācija tiek ņemta no pases vai ražotāja oficiālajā vietnē. Darbību algoritms (piemērs):
- saskaņā ar avota datiem gaismas diodes nominālā strāva (In) ir 25 mA;
- punktveida līnija tiek novilkta no attiecīgā punkta (1) uz vertikālās ass ass līdz krustojumam ar I - V līkni (2);
- atzīmējiet enerģijas avota spriegumu (U un = 5,5 V) uz abscisas ass (3);
- novilkt līniju caur punktiem (2) un (3);
- krustojums ar ordinātu asi parādīs maksimālās pieļaujamās strāvas vērtību (Im = 60 mA).
Turklāt saskaņā ar klasisko formulu šajā gadījumā nav grūti aprēķināt, kurš rezistors ir nepieciešams gaismas diodei: R = U un / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7. Sērijā jums jāizvēlas tuvākais vērtējums ar nelielu 100 omi rezervi. Šis risinājums nedaudz samazinās efektivitāti. Bet taupības režīmā funkcionālie komponenti karsēs mazāk. Attiecīgi pusvadītāju krustojuma slodze samazināsies. Gaidiet, ka palielināsies gaismas avota kalpošanas laiks.
Lai pareizi izvēlētos rezistoru, jums jāzina jauda (P). Standarta vērtības (W): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Aprēķinus var veikt ar visiem zināmajiem parametriem, izmantojot formulas: P = Im2 * R = Ur2 / R. Ja ņemam aplūkotā piemēra sākotnējos datus: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0, 36 W. Ņemot vērā tipisko modeļa diapazonu, ir jāizvēlas rezistors ar pretestību 100 omi ar izkliedes jaudu 0,5 vati.
Rezistoru elektriskās pretestības precizitātes pielaides ir no 0,001 līdz 30% no nominālās. Marķējumā atbilstoši starptautiskajiem standartiem atbilstošās klases ir norādītas ar latīņu burtiem (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).
LED pievienošana caur rezistoru
Balstoties uz iesniegtajiem datiem, var izdarīt vairākus svarīgus starpposma secinājumus:
- pretestības aizsardzības shēmas tiek izmantotas ar mazu jaudu;
- tie neveic stabilizācijas funkcijas;
- pasīvais elements nespēj apslāpēt pārspriegumu.
Pieņemamus darbības rādītājus var iegūt, izveidojot:
- sensori;
- indikatori;
- signalizācijas ierīces.
Nelielam vietējā akvārija apgaismojumam šāds risinājums ir piemērots. Tomēr maz ticams, ka ilgstošs lielu enerģijas daudzumu patēriņš būs pieņemams. Stabilizācijas trūkums izpaužas kā pamanāmas spilgtuma izmaiņas, palielinoties / samazinoties spriegumam.
Eksperti iesaka, ja kopējais patēriņš pārsniedz 1,5-2 W, izmantot barošanas avotus ar uzticamu strāvas stabilizāciju. Šīs ierīces (dimmers) izmanto, lai savienotu apgaismes ierīču un lielas jaudas pusvadītāju ierīču grupas.
LED rezistora aprēķins
Jūs varat veikt nepieciešamos aprēķinus tiešsaistē, izmantojot specializētu kalkulatoru. Pilnīga šādu programmu izmantošana tiek piedāvāta bez maksas.
Tomēr piekļuve internetam ne vienmēr ir pieejama. Pēc diezgan vienkāršas tehnikas izpētes ikviens var ātri izvēlēties LED rezistoru, nemeklējot atbilstošu programmatūru.
Lai demonstrētu algoritmu, jums jāapsver iespēja pieslēgt aizsargājošu rezistoru pie noteiktas gaismas diodes (Epistar 1W HP) strāvas ķēdes (5 V).
Tehniskās specifikācijas:
- enerģijas izkliede, W - 1;
- strāva, mA - 350;
- priekšējais spriegums (tipisks / maks.), V - 2,35 / 2,6.
Lai ierobežotu LED strāvu, ņemot vērā ražotāja ieteikumus, ir piemērots rezistors ar elektrisko pretestību R = (5-2,35) /0,35 = 7,57 omi. Saskaņā ar E24 standartu tuvākās vērtības ir 7,5 un 8,2 omi. Ja jūs izmantojat standarta noteikumus, jums būs jāizvēlas lielāka vērtība, kas atšķiras no aprēķinātās vērtības gandrīz par 8,5%. Papildu kļūda tiks radīta, sērijveida lētajiem izstrādājumiem pieļaujot 5%. Ar šādu novirzi ir grūti iegūt ķēdes raksturlielumus, kas ir pieņemami aizsardzības funkciju un enerģijas patēriņa ziņā.
Pirmais veids, kā atrisināt problēmu, ir izvēlēties vairākus rezistorus ar zemāku novērtējumu. Pēc tam izmantojiet savienojuma sērijas, paralēlu vai kombinētu versiju, lai iegūtu nepieciešamo ekvivalento ķēdes pretestību. Otra metode ir tuning rezistora pievienošana.
Jaudas izkliedes aprēķins
Jebkurā no iespējām, izvēloties ķēdes elektrisko pretestību, ir jāparedz nedaudz zemāka strāva, lai pagarinātu gaismas diodes kalpošanas laiku. Lai novērstu karstuma bojājumus, produkts tiek izmantots ieteicamajā temperatūras diapazonā. Epistar 1W HP, no -40 ° C līdz + 80 ° C. Ja nepieciešams, izmantojiet montāžu uz specializēta zvaigžņu radiatora. Šis papildinājums palielina efektīvo siltuma izkliedes laukumu.
Precīzai izvēlei tiek aprēķināta rezistora izkliedētā jauda: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. Rezerve šim parametram nav mazāka par 20-25%. Ar 1 W novērtējumu nepietiek, tāpēc izvēlieties nākamo novērtējumu standarta rindā - 2 W.
Samontētās shēmas efektivitāti pārbauda ar koeficientu Uc / Uи = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Galīgais rezultāts parāda, ka šajā gadījumā tiek tērēta vairāk nekā puse no elektrības. Faktiski indikators ir vēl sliktāks, jo ne visu enerģijas patēriņu LED iztērē radiācijai spektra redzamajā daļā. Ievērojama daļa ir IR diapazona elektromagnētiskie viļņi.
Paralēlais savienojums
Jebkurā sērijas ķēdes vietā strāvas stiprums ir vienāds. Tas vienkāršo aprēķinu, novērš ārkārtas situācijas. Kad viens elements neizdodas, visi gaismas diodes izslēdzas. Tāpēc pārslodzes radītie bojājumi nav izslēgti. Norādītie iemesli izskaidro šīs metodes izmantošanas popularitāti, veidojot lenšu lampas, citus dizainus.
Zināmas priekšrocības nodrošina paralēla savienojuma izmantošana. Šajā iemiesojumā produkts saglabā daļēju darbību, ja ir bojāta viena shēma. Šis risinājums nodrošina tādu pašu spriegumu savienojuma vietās ar katras filiāles enerģijas avotu.
Paralēlais savienojums ir piemērots neatkarīgu vadības ķēžu organizēšanai. Šīs tehnoloģijas pamatā ir Jaungada vītņu darba principi. Atsevišķas filiāles ir savienotas ar enerģijas avotu saskaņā ar algoritmu, ko norādījusi programma.
Vairākām paralēlām diodēm nevar izmantot vienu rezistoru. Rūpīga pretestības izvēle ir izskaidrojama ar nepieciešamību precīzi kontrolēt strāvu. Dažās situācijās kļūdas 0,1-0,5 A izraisa sadalījumu, radikālu resursu samazinājumu.
Gaismas diožu faktiskie tehniskie parametri ievērojami atšķiras pat vienā sūtījumā. Šī iemesla dēļ katru ķēdi aizsargā atsevišķs rezistors.
Lētas ICE īpašības
Zemas izmaksas vien nav sliktas kvalitātes pierādījums. Paplašinot ražošanas apjomu un uzlabojot tehnoloģiskos procesus, tiek samazinātas izmaksas.Tomēr ražotāju produkti, kas faktiski neatbilst deklarētajām īpašībām, tiek uzrādīti attiecīgajā tirgus segmentā.
Lai identificētu iespējamās problēmas, pievērsiet uzmanību šādiem parametriem:
- lētos modeļos konstrukcijas galvenās daļas ir izgatavotas no alumīnija;
- vara analogi ir smagāki, efektīvāk noņem siltumu, ir izturīgi pret mehānisko spriegumu;
- kvalitatīvā izstrādājumā kristāla izmērs atbilst standartam (0.762 x 0.762 mm vai cits);
- trūkumus netieši norāda uz darba zonas proporciju sagrozīšanu (taisnstūris nevis kvadrāts);
- Lai palielinātu uzticamību, atbildīgie ražotāji palielina vadītāju skaitu, izmanto pavedienus no dārgmetāliem.
Augstas kvalitātes gaismas diodes rada gaismas plūsmu 150–220 lūmenu uz 1 W patēriņa. Viltojumi - ne vairāk kā 50-70 lm. Ja rodas šaubas, aizsardzības komponenti jāizvēlas īpaši uzmanīgi.
