As fontes de luz LED modernas estão bem adaptadas para operação a longo prazo em condições difíceis. No entanto, a resistência limitadora de corrente é usada para proteção de corrente. O cálculo preciso do resistor para o LED ajudará a selecionar os componentes funcionais do circuito sem erros.
O uso de um resistor limitador de corrente para o LED
Para decoração decorativa, garantindo boa visibilidade em um corredor escuro e resolvendo outros problemas práticos, são utilizados LEDs. Eles são muito mais econômicos em comparação com as lâmpadas incandescentes clássicas. A alta resistência evita a contaminação ambiental com compostos químicos nocivos, que não são excluídos após danos ao bulbo de uma fonte de luz de descarga de gás.
Dada a condutividade unilateral da junção de semicondutores, é compreensível a necessidade de conectar o LED à bateria, outra fonte de energia CC. A tensão de uma rede doméstica padrão é retificada, reduzida para um nível nominal. O resistor limita a força atual.
Características do trabalho e cálculos
Apesar das vantagens significativas, os usuários atenciosos recomendam prestar atenção às desvantagens significativas dos dispositivos LED:
- a tecnologia de semicondutores determina as características de tensão e corrente não lineares (CVC);
- o aumento de tensão acima de um certo limiar é acompanhado pela degradação da junção pn;
- a um certo nível (com a ativação direta ou reversa), um aumento acentuado da amperagem danifica o produto.
De particular importância é sua própria resistência pequena no modo de operação. Uma mudança relativamente pequena nos principais parâmetros da fonte de energia pode danificar a junção de semicondutores. Por esse motivo, um resistor limitador de corrente é adicionado ao circuito.
Um elemento passivo adicional aumenta o consumo de energia. Por esse motivo, recomenda-se usar essas soluções em combinação com diodos emissores de luz de pequena potência ou criar dispositivos com pequenos ciclos de serviço.
Cálculo matemático
No circuito mais simples, um resistor limitador de corrente (R) e um LED são conectados em série a uma fonte de corrente constante (I) com uma certa tensão (U e) nos terminais de saída. A resistência elétrica pode ser calculada usando a conhecida fórmula da lei de Ohm (I = U / R).
O segundo postulado de Kirchhoff também é útil. Neste exemplo, ele define a seguinte igualdade: Uand = Ur + UcOnde Ur (Uc) - tensão através do resistor (LED), respectivamente. Pela simples conversão dessas expressões, você pode obter as dependências básicas:
- Ui = I * R + I * Rc;
- R = (U e - Uc) / I.
Aqui Rc denota a resistência diferencial de um dispositivo semicondutor, que varia de maneira não linear, dependendo da tensão e da corrente. Na parte reversa da característica de tensão de corrente, uma região de bloqueio pode ser distinguida. Aumento significante Rc neste site evita o movimento de elétrons (Iobr = 0). No entanto, com um aumento subsequente da tensão em um determinado nível (Urebr-m), ocorre uma quebra da junção p-n.
Como o driver fornece energia de corrente contínua, você precisa estudar cuidadosamente a conexão "direta" apropriada. Características do CVC:
- no primeiro trecho para Un a resistência diminui gradualmente e a corrente aumenta de acordo;
- de Un antes Hum - área de trabalho (radiação na faixa de luz);
- além disso - uma queda acentuada na resistência provoca um aumento exponencial da força da corrente com subsequente falha do produto.
Os LEDs são calculados com base no valor da tensão operacional Uc. Os fabricantes indicam esse parâmetro na documentação anexa. Para calcular a resistência elétrica de um resistor limitador de corrente adequado, use a fórmula: R = (U e - Uc) / I.
Cálculo gráfico
Se você usar a característica I-V, poderá aplicar a técnica gráfica. Informações gráficas e digitais originais são retiradas do passaporte ou no site oficial do fabricante. Algoritmo de ações (exemplo):
- de acordo com os dados da fonte, a corrente nominal do LED (In) é de 25 mA;
- uma linha pontilhada é traçada a partir do ponto correspondente (1) no eixo das ordenadas verticais até a interseção com a curva I - V (2);
- observe a tensão da fonte de energia (U e = 5,5 V) no eixo da abcissa (3);
- desenhe uma linha através dos pontos (2) e (3);
- a interseção com o eixo das ordenadas mostrará o valor da corrente máxima permitida (Im = 60 mA).
Além disso, de acordo com a fórmula clássica, não é difícil calcular qual resistor é necessário para o LED neste caso: R = U e / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7. Na série, você precisa escolher a classificação mais próxima com uma pequena margem de 100 ohms. Esta solução reduzirá levemente a eficiência. Mas no modo de economia, os componentes funcionais aquecem menos. Do mesmo modo, a carga na junção de semicondutores diminuirá. Espere um aumento na vida útil da fonte de luz.
Para a escolha correta do resistor, você precisa conhecer a potência (P). Valores padrão (W): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Os cálculos podem ser feitos por qualquer parâmetro conhecido usando as fórmulas: P = Im2 * R = Ur2 / R. Se tomarmos os dados iniciais do exemplo considerado: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0, 36 W. Considerando a faixa típica do modelo, é necessário escolher um resistor com uma resistência de 100 Ohms e uma potência de dissipação de 0,5 watts.
As tolerâncias na precisão da resistência elétrica dos resistores são de 0,001 a 30% da nominal. Na marcação de acordo com os padrões internacionais, as classes correspondentes são indicadas em letras latinas (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).
Conectando um LED através de um resistor
Com base nos dados apresentados, várias conclusões intermediárias importantes podem ser feitas:
- circuitos de proteção resistivos são usados em baixa potência;
- eles não desempenham funções de estabilização;
- o elemento passivo não é capaz de suprimir surtos.
Indicadores de desempenho aceitáveis podem ser obtidos criando:
- sensores;
- indicadores;
- dispositivos de sinalização.
Para uma pequena iluminação local do aquário, essa solução é adequada. No entanto, é improvável que o consumo prolongado de grandes quantidades de energia seja aceitável. A falta de estabilização é manifestada por uma mudança notável no brilho com o aumento / diminuição da tensão.
Os especialistas recomendam que, com um consumo total superior a 1,5-2 W, use fontes de alimentação com estabilização de corrente confiável. Esses dispositivos (dimmers) são usados para conectar grupos de dispositivos de iluminação e dispositivos semicondutores de alta potência.
Cálculo do resistor para o LED
Você pode fazer os cálculos necessários on-line usando uma calculadora especializada. O uso completo desses programas é oferecido gratuitamente.
No entanto, o acesso à Internet nem sempre está disponível. Depois de estudar uma técnica bastante simples, qualquer pessoa pode selecionar rapidamente um resistor para o LED sem procurar o software apropriado.
Para demonstrar o algoritmo, considere conectar um resistor de proteção ao circuito de potência (5 V) de um LED específico (Epistar 1W HP).
Especificações técnicas:
- dissipação de potência, W - 1;
- corrente, mA - 350;
- tensão direta (típica / máx.), V - 2,35 / 2,6.
Para limitar a corrente do LED, levando em consideração as recomendações do fabricante, é adequado um resistor com uma resistência elétrica de R = (5-2,35) /0,35 = 7,57 Ohms. De acordo com o padrão E24, os valores mais próximos são 7,5 e 8,2 Ohms. Se você usar as regras padrão, terá que escolher um valor maior que difere do valor estimado em quase 8,5%. Um erro adicional será criado pela tolerância de 5% dos produtos seriais de baixo custo. Com esse desvio, é difícil obter características do circuito aceitáveis em termos de funções de proteção e consumo de energia.
A primeira maneira de resolver o problema é selecionar vários resistores com classificações mais baixas. Em seguida, aplique uma versão serial, paralela ou combinada da conexão para obter a resistência equivalente necessária do circuito. O segundo método é adicionar um resistor de sintonia.
Cálculo de dissipação de energia
Em qualquer uma das opções, ao escolher a resistência elétrica do circuito, uma corrente ligeiramente mais baixa deve ser definida para prolongar a vida útil do LED. Para evitar danos causados pelo calor, o produto é usado na faixa de temperatura recomendada. Para Epistar 1W HP, -40 ° C a + 80 ° C. Se necessário, use a montagem em um radiador em estrela especializado. Este suplemento aumenta a área efetiva de dissipação de calor.
Para uma seleção precisa, a potência dissipada do resistor é estimada: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ± 0,93 W. A reserva para este parâmetro não é inferior a 20-25%. Uma classificação de 1 W não é suficiente; portanto, escolha a próxima classificação na linha padrão - 2 W.
A eficiência do circuito montado é verificada pela razão Uc / Uи = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). O resultado final mostra que mais da metade da eletricidade, neste caso, é desperdiçada. De fato, o indicador é ainda pior, pois nem todo consumo de energia é gasto pelo LED na radiação na parte visível do espectro. Uma parte significativa são as ondas eletromagnéticas da faixa de infravermelho.
Conexão paralela
Em qualquer ponto do circuito em série, a força atual é a mesma. Isso simplifica o cálculo, evita situações de emergência. Quando um elemento falha, todos os LEDs se apagam. Portanto, danos por sobretensão são excluídos. As razões apontadas explicam a popularidade do uso desse método ao criar lâmpadas de fita, outros designs.
Certas vantagens são fornecidas pelo uso da conexão paralela. Nesta modalidade, o produto mantém a operabilidade parcial quando um circuito é danificado. Esta solução fornece a mesma voltagem nos pontos de conexão com a fonte de energia de cada ramificação.
A conexão paralela é adequada para a organização de circuitos de controle independentes. Esta tecnologia é baseada nos princípios do trabalho das guirlandas de Ano Novo. Ramos separados são conectados à fonte de energia de acordo com o algoritmo especificado pelo programa.
Você não pode usar um resistor para vários diodos paralelos. Uma escolha cuidadosa de resistência é explicada pela necessidade de um controle preciso da corrente. Em algumas situações, erros de 0,1-0,5 A causam falhas, uma redução radical no recurso.
As características técnicas reais dos LEDs diferem significativamente mesmo na mesma remessa. Por esse motivo, cada circuito é protegido por um resistor separado.
Características do ICE barato
Baixo custo por si só não é prova de má qualidade. Expandir a escala de produção e melhorar os processos tecnológicos reduz custos.No entanto, produtos de fabricantes que realmente não correspondem às características declaradas são apresentados no segmento de mercado correspondente.
Para identificar possíveis problemas, preste atenção aos seguintes parâmetros:
- em modelos baratos, as principais partes da estrutura são feitas de alumínio;
- os análogos de cobre são mais pesados, removem com mais eficiência o calor, são resistentes ao estresse mecânico;
- em um produto de qualidade, o tamanho do cristal está em conformidade com o padrão (0,762 x 0,762 mm ou outro);
- as desvantagens são indiretamente indicadas pela distorção das proporções da área de trabalho (um retângulo em vez de um quadrado);
- Para aumentar a confiabilidade, os fabricantes responsáveis aumentam o número de condutores, usam roscas de metais preciosos.
Os LEDs de alta qualidade criam um fluxo luminoso de 150-220 lúmens por 1 W de consumo. Falsificações - não mais que 50-70 lm. Em caso de dúvida, os componentes de proteção devem ser selecionados com cuidado especial.
