Калькулятор расчета сопротивления для светодиодов. Расчет резистора для светодиода. Онлайн калькулятор Расчет резистора для подключения светодиодов калькулятор
Светодиод – нелинейный полупроводниковый прибор, которому для правильной и надежной работы необходим стабильный ток. Перегрузки по току могут вывести светодиод из строя. Самый простой вариант схемы питания в таком случае – ограничительный резистор, включенный последовательно. Расчет номинального сопротивления и мощности резистора для светодиода не очень сложная задача, если правильно понимать физику процесса. Рассмотрим общие принципы такого расчета, а затем разберем несколько конкретных примеров из практики.
Теория
В общем случае схема выглядит так.
Рисунок 1
Между контактами «+» и «-» прикладывается напряжение. Обозначим его буквой U. Ток через резистор и светодиод будет протекать одинаковый, т.к. соединение последовательное. Согласно закону Ома получаем:
где R – сопротивление резистора;
r LED – сопротивление светодиода (дифференциальное).
Отсюда выражаем формулу, по которой можно произвести расчет сопротивления резистора R при заданном токе I:
Разберемся что такое дифференциальное сопротивление светодиода r LED . Для этого нам потребуется его вольтамперная характеристика (ВАХ).
Рисунок 2
Как видно из графиков ВАХ светодиодов – нелинейна. Говоря простым языком, его сопротивление постоянному току r=U/I есть переменная величина, которая уменьшается с ростом напряжения. Поэтому вводится понятие дифференциального сопротивления r LED =dU/dI, которое характеризует сопротивление диода в отдельно взятой точке кривой ВАХ.
Чтобы произвести расчет резистора для светодиода, определяем по графику прямое напряжение на светодиоде U LED при заданном токе I. Затем подставляем получившееся значение в формулу (2) и получаем
Еще один способ решения задачи – графический.
Для этого сначала на графике ВАХ светодиода отмечаем точку соответствующую току 100 мА (см. рисунок 3), затем проводим через эту точку и точку соответствующую 5 вольтам на оси абсцисс нагрузочную прямую до пересечения с осью ординат. Определяем значение тока, соответствующее этому пересечению (в нашем случае 250 мА) и по закону Ома производим расчет сопротивления резистора R= U / I кз = 5 В / 0,25 А =20 Ом. Перед расчетом не забываем осуществлять перевод единиц измерения к надлежащему виду.
Рисунок 3
Следующим шагом будет определение мощности рассеиваемой на резисторе. Формула должна быть знакома всем из школьной физики (как и закон Ома):
Практика
Рассмотрим несколько конкретный пример расчета.
Исходные данные: напряжение питания 12В, белый светодиод XPE () требуется включить на номинальный ток 350 мА согласно схеме, представленной на рисунке 1.
Находим в data sheet значение прямого падения напряжения при токе 350 мА (рисунок 4).
Рисунок 4
Типовое значение по таблице - 3,2 вольта. Максимальное значение может достигать 3,9 вольт. То есть в результате производственного процесса может получиться как светодиод с прямым напряжением 3,2 В так и 3,9 В (или любым другим промежуточным значением), но вероятность получения 3,2 вольт наиболее высока (если хотите – это «математическое ожидание» этой величины). По этой причине в расчет обычно берется типовое значение.
Используя формулу (3) и калькулятор получаем:
R=(12-3,2)/0,35»25,1 Ом.
Ближайшее значение из ряда Е24 – 24 Ом. Значение тока при этом сопротивлении получится 367 мА, что на 5% превышает требуемое значение. Если учесть еще и допуск на номинал резистора, который для ряда Е24 также 5%, то в худшем случае получается вообще 386 мА. Если такое отклонение не допустимо, то можно добавить в цепь последовательно еще один резистор номиналом 1 Ом. Все эти действия рекомендуется сопровождать реальными измерениями сопротивлений резисторов и получающихся токов, иначе ни о какой точности не может идти и речи. Резистор 24 Ом может иметь погрешность в сторону увеличения до 25,2 Ом, добавив 1 Ом, получим 26, 2 и «перекос» силы тока через светодиод в противоположную сторону.
Предположим, что нам не нужна высокая точность задания тока и резистор 24 Ом нас устраивает.
Определим мощность, которая будет рассеиваться на резисторе по формуле (4):
P=0,367 2 ×24»3,2 Вт.
Номинальная мощность рассеяния резистора должна быть с запасом не менее 30% , иначе он будет перегреваться. А если условия отвода тепла затруднены (например, в корпусе плохая конвекция), то запас должен быть еще больше.
В итоге выбираем резистор мощностью 5 Вт с номинальным сопротивлением 24 Ом.
Для того чтобы оценить эффективность получившегося светотехнического устройства необходимо рассчитать КПД схемы питания:
Таким образом, КПД подобной схемы питания составляет всего 27%. Такая низкая эффективность обусловлена слишком высоким питающим напряжением 12 вольт, а точнее разницей между U и U LED . Получается, что 8,8 вольт мы вынуждены «гасить» на резисторе за счет бесполезного рассеяния мощности в окружающее пространство. Для повышения КПД требуется либо снизить напряжения питания, либо найти светодиод с большим прямым напряжением. Как вариант можно включить несколько светодиодов последовательно, выполнив подбор таким образом, чтобы суммарное падение было ближе к напряжению питания, но ни в коем случае не превышало его.
Необходимое значение сопротивления для резистора можно и подобрать, если имеется в наличии магазин сопротивлений и амперметр. Включаем магазин и амперметр в цепь последовательно светодиоду (на место предполагаемого резистора), устанавливаем максимальное значение сопротивления и подключаем к источнику напряжения. Далее начинаем уменьшать значение сопротивления до тех пор, пока сила тока не достигнет нужного значения или светодиод нужной яркости (в зависимости от того, что будет являться критерием). Останется только считать значение сопротивления с магазина и выполнить подбор ближайшего номинала.
Ремарка
В данных расчетах мы пренебрегли зависимостью прямого напряжения светодиода от его температуры, однако не следует забывать, что такая зависимость существует и характеризуется параметром «температурный коэффициент напряжения» или сокращенно ТКН. Его значения отличается для разных видов светодиодов, но всегда имеет отрицательное значение. Это значит что при повышении температуры кристалла, прямое напряжение на нем становится меньше. Например, для рассмотренного выше белого светодиода XPE значение ТКН (оно приводится производителем в data sheet) составляет -4 мВ/°С. Следовательно при увеличении температуры кристалла на 25°С, прямое напряжение на нем уменьшится на 0,1 В.
Рисунок 5
Многие ведущие производители светодиодов имеют на официальных сайтах специальный сервис – «онлайн калькулятор», предназначенный для вычисления параметров светодиодов в различных режимах эксплуатации (в зависимости от температуры, тока и пр.). Этот инструмент значительно облегчает процедуры расчета и экономит время разработчику.
Светоизлучающие диоды, характеризуются рядом эксплуатационных параметров:
- Номинальный (рабочий) ток – I н;
- падение напряжения при номинальном токе – U н;
- максимальная рассеиваемая мощность – P max ;
- максимально допустимое обратное напряжение – U обр.
Самым важным из перечисленных параметров является рабочий ток .
При протекании через светодиод номинального рабочего тока – номинальный световой поток, рабочее напряжение и номинальная рассеиваемая мощность устанавливаются автоматически. Для того чтобы задать рабочий режим LED, достаточно задать номинальный ток светодиода.
В теории светодиоды нужно подключать к источникам постоянного тока. Однако, на практике, LED подключают к источникам постоянного напряжения: батарейки, трансформаторы с выпрямителями или электронные преобразователи напряжения (драйверы).
Для задания рабочего режима светодиода, применяют простейшее решение – последовательно с LED включают токоограничивающий резистор. Их еще называют гасящими или балластными сопротивлениями.
Рассмотрим, как выполняется расчет сопротивления резистора для светодиода.
Расчет резистора светодиода (по формулам)
При расчете вычисляют две величины:
- Сопротивление (номинал) резистора;
- рассеиваемую им мощность P.
Источники напряжения, питающие LED, имеют разное выходное напряжение. Для того чтобы выполнить подбор резистора для светодиода нужно знать напряжение источника (U ист), рабочее падение напряжения на диоде и его номинальный ток. Формула для расчета выглядит следующим образом:
R = (U ист — U н) / I н
При вычитании из напряжения источника номинальное падение напряжения на светодиоде – мы получаем падение напряжения на резисторе. Разделив получившееся значение на ток мы, по закону Ома, получаем номинал токоограничивающего резистора. Подставляем напряжение, выраженное в вольтах, ток – в амперах и получаем номинал, выраженный в омах.
Электрическую мощность, рассеиваемую на гасящем сопротивлении, вычисляют по следующей формуле:
P = (I н) 2 ⋅ R
Исходя из полученного значения, выбирается мощность балластного резистора. Для надежной работы устройства она должна быть выше расчетного значения. Разберем пример расчета.
Пример расчета резистора для светодиода 12 В
Рассчитаем сопротивление для LED, питающегося от источника постоянного напряжения 12В.
Допустим в нашем распоряжении имеется популярный сверхяркий SMD 2835 (2.8мм x 3.5мм) с рабочим током 150мА и падением напряжения 3,2В. SMD 2835 имеет электрическую мощность 0,5 ватта. Подставим исходные значения в формулу.
R = (12 — 3,2) / 0,15 ≈ 60
Получаем, что подойдет гасящий резистор сопротивлением 60 Ом. Ближайшее значение из стандартного ряда Е24 – 62 ома. Таким образом, для выбранного нами светодиода можно применить балласт сопротивлением 62Ом.
Теперь вычислим рассеиваемую мощность на сопротивлении.
P = (0,15) 2 ⋅ 62 ≈ 1,4
На выбранном нами сопротивлении будет рассеиваться почти полтора ватта электрической мощности. Значит, для наших целей можно применить резистор с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 2Вт.
Осталось купить резистор с подходящим номиналом. Если же у вас есть старые платы, с которх можно выпаять детали, то по цветовой маркировке можно выполнить подбор резистора. Воспользуйтесь формой ниже.
На заметку! В приведенном выше примере на токоограничительном сопротивлении рассеивается почти в три раза больше энергии, чем на светодиоде. Это означает, что с учетом световой отдачи LED, КПД нашей конструкции меньше 25%.
Чтобы снизить потери энергии лучше применить источник с более низким напряжением. Например, для питания можно применить преобразователь постоянного напряжения AC/AC 12/5 вольт. Даже с учетом КПД преобразователя потери будут значительно меньше.
Параллельное соединение
Довольно часто требуется подключить несколько диодов к одному источнику. Теоретически, для питания нескольких параллельно соединенных LED, можно применить один токоограничивающий резистор. При этом формулы будут иметь следующий вид:
R = (U ист — U н) / (n ⋅ I н)
P = (n ⋅ I н) 2 ⋅ R
Где n – количество параллельно включенных ЛЕДов.
Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов
Даже в «китайских» изделиях производители для каждого светодиода устанавливают отдельный токоограничивающий резистор. Дело в том, что в случае общего балласта для нескольких LED многократно возрастает вероятность выхода из строя светоизлучающих диодов.
В случае обрыва одного из полупроводников, его ток перераспределится через оставшиеся LED. Рассеиваемая на них мощность увеличится и они начнут интенсивно нагреваться. Вследствие перегрева следующий диод выйдет из строя и дальше процесс примет лавинообразный характер.
Совет. Если по какой-то причине нужно обойтись одним гасящим сопротивлением, увеличьте его номинал на 20-25%. Это обеспечит большую надежность конструкции.
Можно ли обойтись без резисторов?
Действительно, в некоторых случаях можно не использовать токоограничивающий резистор. Рассмотренный нами светодиод можно напрямую запитать от двух батареек 1,5В. Так как его рабочее напряжение составляет 3,2В, то протекающий через него ток будет меньше номинального и балласт ему не потребуется. Конечно, при таком питании светодиод не будет выдавать полный световой поток.
Иногда в цепях переменного тока в качестве токоограничивающих элементов вместо резисторов применяют конденсаторы (подробнее про ). В качестве примера можно привести выключатели с подсветкой, в которых конденсаторы являются «безваттными» сопротивлениями.
Вот так светодиод выглядит в жизни:
А так обозначается на схеме: 
Для чего служит светодиод?
Светодиоды
излучают свет, когда через них проходит электрический ток.
Были изобретены в 70-е года прошлого века для смены электрических лампочек, которые часто перегорали и потребляли много энергии.
Подключение и пайка
Светодиоды должны быть подключены правильным образом,
учитывая их полярность + для анода и к для катода Катод имеет короткий вывод,
более короткую ножку. Если вы видите внутри светодиода его внутренности -
катод имеет электрод большего размера (но это не официальные метод).
Светодиоды могут быть испорчены в результате
воздействия тепла при пайке, но риск невелик, если вы паяете быстро.
Никаких специальных мер предосторожности применять не надо для пайки большинства
светодиодов, однако бывает полезно ухватиться за ножку светодиода пинцетом – для
теплоотвода.
Проверка светодиодов
Никогда не
подключайте светодиодов непосредственно батарее или источнику питания!
Светодиод перегорит практически моментально, поскольку слишком
большой ток сожжет его. Светодиоды должны иметь ограничительный
резистор.Для быстрого тестирования 1кОм резистор подходит большинству
светодиодов если напряжение 12V или менее. Не забывайте подключать светодиоды
правильно, соблюдая полярность! 
Цвета светодиодов
Светодиоды бывают
почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и
белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из
которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых
цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только
включив его…
Многоцветные
светодиоды
Устроен многоцветный светодиод просто, как правило
это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём
изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно
добиваться разных цветов свечения.
Расчет светодиодного резистора
Светодиод должен иметь резистор последовательно соединенный в его цепи, для
ограничения тока, проходящего через светодиод, иначе он сгорит практически
мгновенно...
Резистор R определяется по формуле:
R = (V
S
- V
L
) /
I
V
S
= напряжение
питания
V
L
= прямое
напряжение, расчётное для каждого типа диодов (как правилоот 2 до
4волт)
I
= ток светодиода (например
20мA), это должно быть меньше максимально допустимого для Вашего
диода
Если размер сопротивления не получается подобрать точно, тогда
возьмите резистор большего номинала. На самом деле вы вряд-ли заметите
разницу… совсем яркость свечения уменьшится совсем
незначительно.
Например: Если напряжение питания V S = 9 В,
и есть красный светодиод (V = 2V), требующие I = 20мA = 0.020A,
R = (-
9 В) / 0.02A = 350 Ом. При этом можно выбрать 390 Ом (ближайшее стандартное
значение, которые больше).
Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон
Ома
Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I,
где:
V = напряжение через резистор (V = S - V L в данном случае)
I = ток через резистор
Итак R = (V
S
- V
L
) /
I
Последовательное подключение
светодиодов.
Если вы хотите подключить несколько светодиодов
сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и
позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве
какой-то гирлянды.
Все светодиоды, которые соединены последовательно,
долдны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность
и обеспечить соответствующее напряжение.
Пример расчета:
Красный, желтый и
зеленый диоды - при последовательном соединении необходимо напряжение
питания - не менее 8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным
источником.
V
L
= 2V
+ 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются).
Если
напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A,
Резистором R = (V S
- V L
) / I
= (9 - 6)
/0,015 = 200 Ом
Берём резистор 220 Ом (ближайшего
стандартного значения, которое больше).
Избегайте подключения светодиодов в
параллели!
Подключение несколько светодиодов в параллели
с помощью одного резистора не очень хорошая идея…
Как правило, светодиоды имеют разброс параметров,
требуют несколько различные напряжения каждый.., что делает такое подключение
практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока
больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет
естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются
параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный
резистор.
Мигающие светодиоды
Мигающие
светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно
потому, что содержат встроенную интегральную схему. Светодиод мигает на
низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду. Такие безделушки
делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских
игрушек.
Цифробуквенные светодиодные индикаторы
Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются
очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было
практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили
даже на сотовые телефоны:)
Основным параметром, влияющим на долговечность светодиода, является электрический ток, величина которого строго нормируется для каждого типа LED-элемента. Одним из распространенных способов ограничения максимального тока является использование ограничительного резистора. Резистор для светодиода можно рассчитать без применения сложных вычислений на основании закона Ома, используя технические значения параметров диода и напряжение в цепи включения.
Особенности включения светодиода
Работая по одинаковому принципу с выпрямительными диодами, светоизлучающие элементы, тем не менее, имеют отличительные особенности. Наиболее важные из них:
- Крайне отрицательная чувствительность к напряжению обратной полярности. Светодиод, включенный в цепь с нарушением правильной полярности, выходит из строя практически мгновенно.
- Узкий диапазон допустимого рабочего тока через p-n переход.
- Зависимость сопротивления перехода от температуры, что свойственно большинству полупроводниковых элементов.
На последнем пункте следует остановиться подробнее, поскольку он является основным для расчета гасящего резистора. В документации на излучающие элементы указывается допустимый диапазон номинального тока, при котором они сохраняют работоспособность и обеспечивают заданные характеристики излучения. Занижение величины не является фатальным, но приводит к некоторому снижению яркости. Начиная с некоторого предельного значения, прохождение тока через переход прекращается, и свечение будет отсутствовать.
Превышение тока сначала приводит к увеличению яркости свечения, но срок службы при этом резко сокращается. Дальнейшее повышение приводит к выходу элемента из строя. Таким образом, подбор резистора для светодиода преследует цель ограничить максимально допустимый ток в наихудших условиях.
Напряжение на полупроводниковом переходе ограничено физическими процессами на нем и находится в узком диапазоне около 1-2 В. Светоизлучающие диоды на 12 Вольт, часто устанавливаемые на автомобили, могут содержать цепочку последовательно соединенных элементов или ограничительную схему, включенную в конструкцию.
Зачем нужен резистор для светодиода
Использование ограничительных резисторов при включении светодиодов является пусть и не самым эффективным, зато самым простым и дешевым решением ограничить ток в допустимых пределах. Схемные решения, которые позволяют с высокой точностью стабилизировать ток в цепи излучателей достаточно сложны для повторения, а готовые имеют высокую стоимость.
Применение резисторов позволяет выполнять освещение и подсветку своими силами. Главное при этом -- умение пользоваться измерительными приборами и минимальные навыки пайки. Грамотно рассчитанный ограничитель с учетом возможных допусков и колебаний температуры способен обеспечить нормальное функционирование светодиодов в течении всего заявленного срока службы при минимальных затратах.
Параллельное и последовательное включение светодиодов
С целью совмещения параметров цепей питания и характеристик светодиодов широко распространены последовательное и параллельное соединение нескольких элементов. У каждого типа соединений есть как достоинства, так и недостатки.
Параллельное включение
Достоинством такого соединения является использование всего одного ограничителя на всю цепь. Следует оговориться, что данное достоинство является единственным, поэтому параллельное соединение практически нигде не встречается, за исключением низкосортных промышленных изделий. Недостатки таковы:
- Мощность рассеивания на ограничительном элементе растет пропорционально количеству параллельно включенных светодиодов.
- Разброс параметров элементов приводит к неравномерности распределения токов.
- Перегорание одного из излучателей ведет к лавинообразному выходу из строя всех остальных ввиду увеличения падения напряжения на параллельно включенной группе.
Несколько увеличивает эксплуатационные свойства соединение, где ток через каждый излучающий элемент ограничивается отдельным резистором. Точнее, это является параллельным соединением отдельных цепей, состоящих из светодиодов с ограничительными резисторами. Основное достоинство -- большая надежность, поскольку выход из строя одного или нескольких элементов никаким образом не отражается на работе остальных.
Недостатком является тот факт, что из-за разброса параметров светодиодов и технологического допуска на номинал сопротивлений яркость свечения отдельных элементов может сильно различаться. Такая схема содержит большое количество радиоэлементов.
Параллельное соединение с индивидуальными ограничителями находит применение в цепях с низким напряжением, начиная с минимального, ограниченного падением напряжения на p-n переходе.
Последовательное включение
Последовательное включение излучающих элементов получило самое широкое распространение, поскольку несомненным достоинством последовательной цепи является абсолютное равенство тока, проходящего через каждый элемент. Поскольку ток через единственный ограничительный резистор и через диод одинаков, то и рассеиваемая мощность будет минимальной.
Существенный недостаток -- выход из строя хотя бы одного из элементов приведет к неработоспособности всей цепочки. Для последовательного соединения требуется повышенное напряжение, минимальное значение которого растет пропорционально количеству включенных элементов.
Смешанное включение
Использование большого количества излучателей возможно при выполнении смешанного соединения, когда используют несколько параллельно включенных цепочек, и последовательного соединения одного ограничительного резистора и нескольких светодиодов.
Перегорание одного из элементов приведет к неработоспособности только одной цепи, в которой установлен данный элемент. Остальные будут функционировать исправно.
Формулы расчета резистора
Расчет сопротивления резистора для светодиодов базируется на законе Ома. Исходными параметрами для того, как рассчитать резистор для светодиода, являются:
- напряжение цепи;
- рабочий ток светодиода;
- падение напряжения на излучающем диоде (напряжение питания светодиода).
Величина сопротивления определяется из выражения:
где U -- падение напряжения на резисторе, а I -- прямой ток через светодиод.
Падение напряжения светодиода определяют из выражения:
U = Uпит -- Uсв,
где Uпит -- напряжение цепи, а Uсв -- паспортное падение напряжения на излучающем диоде.
Расчет светодиода для резистора дает значение сопротивления, которое не будет находиться в стандартном ряду значений. Брать нужно резистор с сопротивлением, ближайшим к вычисленному значению с большей стороны. Таким образом учитывается возможное увеличение напряжения. Лучше взять значение, следующее в ряду сопротивлений. Это несколько уменьшит ток через диод и снизит яркость свечения, но при этом нивелируется любое изменение величины питающего напряжения и сопротивления диода (например, при изменении температуры).
Перед тем как выбрать значение сопротивления, следует оценить возможное снижение тока и яркости по сравнению с заданным по формуле:
(R -- Rст)R 100%
Если полученное значение составляет менее 5%, то нужно взять большее сопротивление, если от 5 до 10%, то можно ограничиться меньшим.
Не менее важный параметр, сказывающийся на надежности работы -- рассеиваемая мощность токоограничительного элемента. Ток, проходящий через участок с сопротивлением, вызывает его нагрев. Для определения мощности, которая будет рассеиваться, используют формулу:
Используют ограничивающий резистор, чья допустимая мощность рассеивания будет превосходить расчетную величину.
Имеется светодиод с падением напряжения на нем 1.7 В с номинальным током 20 мА. Необходимо включить его в цепь с напряжением 12 В.
Падение напряжения на ограничительном резисторе составляет:
U = 12 -- 1.7 = 10.3 В
Сопротивление резистора:
R = 10.3/0.02 = 515 Ом.
Ближайшее большее значение в стандартном ряду составляет 560 Ом. При таком значении уменьшение тока по сравнению с заданным составляет чуть менее 10%, поэтому большее значение брать нет необходимости.
Рассеиваемая мощность в ваттах:
P = 10.3 10.3/560 = 0.19 Вт
Таким образом, для данной цепи можно использовать элемент с допустимой мощностью рассеивания 0.25 Вт.
Подключение светодиодной ленты
Светодиодные ленты выпускаются на различное напряжение питания. На ленте располагается цепь из последовательно включенных диодов. Количество диодов и сопротивление ограничительных резисторов зависят от напряжения питания ленты.
Наиболее распространенные типы светодиодных лент предназначены для подключения в цепь с напряжением 12 В. Использование для работы большего значения напряжения здесь также возможно. Для правильного расчета резисторов необходимо знать ток, идущий через единичный участок ленты.
Увеличение длины ленты вызывает пропорциональное увеличение тока, поскольку минимальные участки технологически соединены параллельно. Например, если минимальная длина отрезка составляет 50 см, то на ленту 5м из 10 таких отрезков придется возросший в 10 раз ток потребления.
В данной статье речь пойдет о расчете токоограничивающего резистора
для светодиода.
Расчет резистора для одного светодиода
Для питания одного светодиода нам понадобится источник питания, например две пальчиковые батарейки по 1,5В каждая. Светодиод возьмем красного цвета, где прямое падение напряжения при рабочем токе 0,02 А (20мА) равно -2 В. Для обычных светодиодов максимально допустимый ток равен 0,02 А. Схема подключения светодиода представлена на рис.1.
Почему я использую термин «прямое падение напряжение» , а не напряжение питания. А дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на светодиоде напряжение. Именно это значение нам нужно применять в расчетах.
Прямое падение напряжение для различных светодиодов в зависимости от длины волны представлено в таблице 1.
Таблица 1 — Характеристики светодиодов
Точное значение падения напряжения светодиода, можно узнать на упаковке к данному светодиоду или в справочной литературе.
R = (Uн.п – Uд)/Iд = (3В-2В)/0,02А = 50 Ом.
- Uн.п – напряжение питания, В;
- Uд — прямое падение напряжения на светодиоде, В;
Поскольку такого сопротивления в стандартном ряду нет, выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 51 Ом.
Чтобы гарантировать долгую работу светодиода и исключить ошибку в расчетах, рекомендую при расчетах использовать не максимально допустимый ток – 20 мА, а немного меньше – 15 мА.
Данное уменьшение тока никак не скажется на яркости свечения светодиода для человеческого глаза. Чтобы мы заметили изменение яркости свечения светодиода например в 2 раза, нужно уменьшить ток в 5 раза (согласно закона Вебера - Фехнера).
В результате мы получим, расчетное сопротивление токоограничивающего резистора: R = 50 Ом и мощность рассеивания Р = 0,02 Вт (20мВт).
Расчет резистора при последовательном соединении светодиодов
В случае расчета резистора при последовательном соединении, все светодиоды должны быть одного типа. Схема подключения светодиодов при последовательном соединении представлена на рис.2.
Например мы хотим подключить к блоку питания 9 В, три зеленых светодиода, каждый по 2,4 В, рабочий ток – 20 мА.
Сопротивление резистора определяется по формуле:
R = (Uн.п – Uд1 + Uд2 + Uд3)/Iд = (9В — 2,4В +2,4В +2,4В)/0,02А = 90 Ом.
- Uн.п – напряжение питания, В;
- Uд1…Uд3 — прямое падение напряжения на светодиодах, В;
- Iд – рабочий ток светодиода, А.
Выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 91 Ом.
Расчет резисторов при параллельно – последовательном соединении светодиодов
Часто на практике нам нужно подключить к источнику питания большое количество светодиодов, несколько десятков. Если все светодиоды подключить последовательно через один резистор, то в таком случае напряжения на источнике питания нам не хватит. Решением данной проблемы является параллельно-последовательное соединение светодиодов, как это показано на рис.3.
Исходя из напряжения источника питания, определяется максимальное количество светодиодов, которые можно соединить последовательно.
Рис.3 – Схема подключения светодиодов при параллельно — последовательном соединении
Например у нас имеется источник питания 12 В, исходя из напряжения источника питания максимальное количество светодиодов для одной цепи будет равно: 10В/2В = 5 шт, учитывая что на светодиоде (красного цвета) падение напряжения — 2 В.
Почему 10 В, а не 12 В мы взяли, связано это с тем, что на резисторе также будет падение напряжения и мы должны оставить, где то 2 В.
Сопротивление резистора для одной цепи, исходя из рабочего тока светодиодов определяется по формуле:
R = (Uн.п – Uд1 + Uд2 + Uд3+ Uд4+ Uд5)/Iд = (12В — 2В + 2В + 2В + 2В + 2В)/0,02А = 100 Ом.
Выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 110 Ом.
Количество таких цепочек из пяти светодиодов параллельно соединенных практически не ограничено!
Расчет резистора при параллельном соединении светодиодов
Данное подключение является не желательным и я его не рекомендую применять на практике. Связано это с тем что, у каждого светодиода присутствует технологическое падение напряжения и даже если все светодиоды из одной упаковке – это не является гарантией, что у них падение напряжение будет одинаково из-за технологии производства.
В результате у одного светодиода, ток будет больше чем у других и если он превысить максимально допустимый ток, он выйдет из строя. Следующий светодиод перегорит быстрее, так как через него уже будет проходить оставшийся ток, распределенный между другими светодиодами и так до тех пор, пока все светодиода не выйдут из строя.
Решить данную проблему можно подключив к каждому светодиоду свой резистор, как это показано на рис.5.
