Nowoczesne źródła światła LED są dobrze przystosowane do długotrwałej pracy w trudnych warunkach. Jednak rezystancja ograniczająca prąd służy do ochrony prądu. Dokładne obliczenie rezystora dla diody LED pomoże wybrać elementy funkcjonalne obwodu bez błędów.
Zastosowanie rezystora ograniczającego prąd dla diody LED
Do dekoracji dekoracyjnych, zapewniających dobrą widoczność w zaciemnionym korytarzu i rozwiązywania innych praktycznych problemów, stosuje się diody LED. Są znacznie bardziej ekonomiczne w porównaniu do klasycznych żarówek. Wysoka wytrzymałość zapobiega zanieczyszczeniu środowiska przez szkodliwe związki chemiczne, co nie jest wykluczone po uszkodzeniu żarówki gazowo-wyładowczego źródła światła.
Biorąc pod uwagę jednostronną przewodność złącza półprzewodnikowego, zrozumiałe jest konieczność podłączenia diody LED do akumulatora, innego źródła prądu stałego. Napięcie standardowej sieci domowej jest prostowane, obniżane do poziomu nominalnego. Rezystor ogranicza prąd.
Funkcje pracy i obliczeń
Pomimo znaczących zalet uważni użytkownicy zalecają zwracanie uwagi na znaczące wady urządzeń LED:
- technologia półprzewodnikowa określa nieliniowe charakterystyki prądowo-napięciowe (CVC);
- wzrostowi napięcia powyżej pewnego progu towarzyszy degradacja złącza pn;
- na pewnym poziomie (przy włączonym bezpośrednim lub wstecznym) gwałtowny wzrost natężenia uszkadza produkt.
Szczególne znaczenie ma jego mały opór w trybie pracy. Stosunkowo niewielka zmiana głównych parametrów źródła zasilania może uszkodzić złącze półprzewodnikowe. Z tego powodu do obwodu dodano rezystor ograniczający prąd.
Dodatkowy element pasywny zwiększa zużycie energii. Z tego powodu zaleca się stosowanie takich rozwiązań w połączeniu z diodami elektroluminescencyjnymi o małej mocy lub tworzenie urządzeń o małych cyklach pracy.
Obliczenia matematyczne
W najprostszym obwodzie rezystor ograniczający prąd (R) i dioda LED są połączone szeregowo ze źródłem prądu stałego (I) o pewnym napięciu (U i) na zaciskach wyjściowych. Opór elektryczny można obliczyć przy użyciu znanego wzoru prawa Ohma (I = U / R).
Przydatny jest także drugi postulat Kirchhoffa. W tym przykładzie definiuje następującą równość: Uand = Ur + Ucgdzie Ur (Uc) - odpowiednio napięcie na rezystorze (LED). Prostą konwersję tych wyrażeń można uzyskać podstawowe zależności:
- Ui = I * R + I * Rc;
- R = (U i - Uc) / I.
Tutaj Rc oznacza rezystancję różnicową urządzenia półprzewodnikowego, która zmienia się nieliniowo w zależności od napięcia i prądu. W odwrotnej części charakterystyki prądowo-napięciowej można wyróżnić obszar blokujący. Znaczny wzrost Rc na tej stronie zapobiega ruchowi elektronów (Iobr = 0). Jednak wraz z późniejszym wzrostem napięcia na pewnym poziomie (Urebr-m) dochodzi do uszkodzenia złącza p-n.
Ponieważ sterownik zapewnia zasilanie prądem stałym, należy dokładnie przestudiować odpowiednie „bezpośrednie” połączenie. Funkcje CVC:
- na pierwszym odcinku do Un rezystancja stopniowo maleje, a prąd odpowiednio rośnie;
- od Un przed Um - obszar roboczy (promieniowanie w zakresie światła);
- ponadto - gwałtowny spadek rezystancji wywołuje wykładniczy wzrost siły prądu, a następnie uszkodzenie produktu.
Diody LED są obliczane na podstawie wartości napięcia roboczego Uc. Producenci wskazują ten parametr w dołączonej dokumentacji. Aby obliczyć rezystancję elektryczną odpowiedniego opornika ograniczającego prąd, użyj wzoru: R = (U i - Uc) / I.
Obliczenia graficzne
Jeśli weźmiesz charakterystykę I - V, możesz zastosować technikę graficzną. Oryginalne informacje graficzne i cyfrowe pochodzą z paszportu lub z oficjalnej strony producenta. Algorytm działań (przykład):
- zgodnie z danymi źródłowymi prąd znamionowy diody LED (In) wynosi 25 mA;
- linia przerywana jest rysowana od odpowiedniego punktu (1) na pionowej osi rzędnych do przecięcia z krzywą I - V (2);
- zanotować napięcie źródła zasilania (U i = 5,5 V) na osi odciętych (3);
- narysuj linię przez punkty (2) i (3);
- przecięcie z osią rzędnych pokaże wartość maksymalnego dopuszczalnego prądu (Im = 60 mA).
Ponadto, zgodnie z klasycznym wzorem, nie jest trudno obliczyć, który rezystor jest potrzebny w przypadku diody LED: R = U i / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7. W serii musisz wybrać najbliższą ocenę z małym marginesem 100 omów. To rozwiązanie nieznacznie obniży wydajność. Ale w trybie oszczędzania elementy funkcjonalne będą się mniej nagrzewać. Odpowiednio, obciążenie złącza półprzewodnikowego zmniejszy się. Spodziewaj się dłuższej żywotności źródła światła.
Aby prawidłowo wybrać rezystor, musisz znać moc (P). Wartości standardowe (W): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Obliczeń można dokonać za pomocą dowolnych znanych parametrów przy użyciu wzorów: P = Im2 * R = Ur2 / R. Jeśli weźmiemy dane początkowe rozważanego przykładu: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0, 36 W. Biorąc pod uwagę typowy zakres modeli, konieczne jest wybranie rezystora o rezystancji 100 omów o mocy rozpraszania 0,5 wata.
Tolerancje dokładności rezystancji elektrycznej rezystorów wynoszą od 0,001 do 30% wartości nominalnej. W oznakowaniu zgodnym ze standardami międzynarodowymi odpowiednie klasy są oznaczone literami łacińskimi (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).
Podłączanie diody LED przez rezystor
Na podstawie przedstawionych danych można wyciągnąć kilka ważnych wniosków pośrednich:
- rezystancyjne obwody ochronne są stosowane przy niskiej mocy;
- nie wykonują funkcji stabilizujących;
- element pasywny nie jest w stanie tłumić udarów.
Dopuszczalne wskaźniki wydajności można uzyskać, tworząc:
- czujniki;
- wskaźniki;
- urządzenia sygnalizacyjne.
W przypadku małego lokalnego oświetlenia akwarium takie rozwiązanie jest odpowiednie. Jednak jest mało prawdopodobne, aby długotrwałe zużycie dużych ilości energii było możliwe. Brak stabilizacji objawia się zauważalną zmianą jasności wraz ze wzrostem / spadkiem napięcia.
Eksperci zalecają, aby przy całkowitym zużyciu przekraczającym 1,5-2 W stosować zasilacze o niezawodnej stabilizacji prądu. Urządzenia te (ściemniacze) służą do łączenia grup urządzeń oświetleniowych i urządzeń półprzewodnikowych o dużej mocy.
Obliczanie rezystora dla diody LED
Niezbędne obliczenia można wykonać online za pomocą specjalistycznego kalkulatora. Pełne wykorzystanie takich programów jest oferowane za darmo.
Jednak dostęp do Internetu nie zawsze jest dostępny. Po przestudiowaniu dość prostej techniki każdy może szybko wybrać rezystor dla diody LED bez konieczności wyszukiwania odpowiedniego oprogramowania.
Aby zademonstrować algorytm, należy rozważyć podłączenie rezystora ochronnego do źródła zasilania (5 V) konkretnej diody LED (Epistar 1W HP).
Specyfikacja techniczna:
- rozpraszanie mocy, W - 1;
- prąd, mA - 350;
- napięcie przewodzenia (typowe / maks.), V - 2,35 / 2,6.
Aby ograniczyć prąd LED, biorąc pod uwagę zalecenia producenta, odpowiedni jest rezystor o rezystancji elektrycznej R = (5–2,35) / 0,35 = 7,57 oma. Zgodnie ze standardem E24 najbliższe wartości to 7,5 i 8,2 Ohm. Jeśli użyjesz standardowych zasad, będziesz musiał wybrać większą wartość, która różni się od wartości szacunkowej o prawie 8,5%. Dodatkowy błąd powstanie dzięki 5% tolerancji niedrogich seryjnych produktów. Przy takim odchyleniu trudno jest uzyskać charakterystykę obwodu akceptowalną pod względem funkcji ochronnych i zużycia energii.
Pierwszym sposobem rozwiązania tego problemu jest wybranie kilku rezystorów o niższych wartościach znamionowych. Następnie zastosuj szeregową, równoległą lub połączoną wersję połączenia, aby uzyskać niezbędną równoważną rezystancję obwodu. Drugą metodą jest dodanie rezystora dostrajającego.
Obliczanie strat mocy
W każdej z opcji przy wyborze rezystancji elektrycznej obwodu należy ustawić nieco niższy prąd, aby przedłużyć żywotność diody LED. Aby zapobiec uszkodzeniu przez ciepło, produkt jest używany w zalecanym zakresie temperatur. Dla Epistar 1W HP, od -40 ° C do + 80 ° C. W razie potrzeby użyj mocowania na specjalistycznym radiatorze gwiazdowym. Dodatek ten zwiększa efektywny obszar rozpraszania ciepła.
W celu dokładnego wyboru oszacowano moc rozproszoną rezystora: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. Rezerwa na ten parametr jest nie mniejsza niż 20–25%. Moc 1 W to za mało, więc wybierz następną ocenę w standardowym rzędzie - 2 W.
Sprawność złożonego obwodu sprawdza się przy stosunku Uc / Ui = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Ostateczny wynik pokazuje, że w tym przypadku marnuje się ponad połowę energii elektrycznej. W rzeczywistości wskaźnik jest jeszcze gorszy, ponieważ dioda LED nie pochłania całego zużycia energii na promieniowanie w widzialnej części widma. Znaczącą część stanowią fale elektromagnetyczne o zakresie IR.
Połączenie równoległe
W dowolnym punkcie obwodu szeregowego siła prądu jest taka sama. Upraszcza to obliczenia, zapobiega sytuacjom awaryjnym. Gdy jeden element zawiedzie, wszystkie diody LED zgasną. Dlatego uszkodzenie spowodowane przepięciem jest wykluczone. Wymienione powody tłumaczą popularność stosowania tej metody przy tworzeniu lamp taśmowych, innych wzorów.
Pewne zalety zapewnia połączenie równoległe. W tym przykładzie wykonania produkt zachowuje częściową operacyjność, gdy jeden obwód jest uszkodzony. To rozwiązanie zapewnia takie samo napięcie w punktach połączenia ze źródłem zasilania każdej gałęzi.
Połączenie równoległe nadaje się do organizacji niezależnych obwodów sterowania. Technologia ta opiera się na zasadach pracy girland noworocznych. Oddzielne gałęzie są podłączone do źródła zasilania zgodnie z algorytmem określonym przez program.
Nie można użyć jednego rezystora dla kilku równoległych diod. Staranny wybór rezystancji tłumaczy się potrzebą precyzyjnej kontroli prądu. W niektórych sytuacjach błędy 0,1-0,5 A powodują awarie, radykalne zmniejszenie zasobów.
Rzeczywiste parametry techniczne diod LED różnią się znacznie nawet w tej samej przesyłce. Z tego powodu każdy obwód jest chroniony osobnym rezystorem.
Cechy taniego ICE
Sam niski koszt nie świadczy o złej jakości. Zwiększenie skali produkcji i usprawnienie procesów technologicznych zmniejsza koszty.Jednak produkty producentów, które w rzeczywistości nie odpowiadają deklarowanym cechom, są prezentowane w odpowiednim segmencie rynku.
Aby zidentyfikować możliwe problemy, zwróć uwagę na następujące parametry:
- w tanich modelach główne części konstrukcji są wykonane z aluminium;
- analogi miedzi są cięższe, wydajniej usuwają ciepło, są odporne na obciążenia mechaniczne;
- w produkcie wysokiej jakości rozmiar kryształu jest zgodny ze standardem (0,762 x 0,762 mm lub inny);
- wady są pośrednio wskazane przez zniekształcenie proporcji obszaru roboczego (prostokąt zamiast kwadratu);
- Aby zwiększyć niezawodność, odpowiedzialni producenci zwiększają liczbę przewodów, używają nici z metali szlachetnych.
Wysokiej jakości diody LED wytwarzają strumień świetlny 150-220 lumenów na 1 W zużycia. Podróbki - nie więcej niż 50-70 lm. W razie wątpliwości elementy ochronne należy dobierać ze szczególną starannością.
