Ограничивающий резистор для светодиода: d0_ba_d0_be_d0_bd_d1_81_d0_bf_d0_b5_d0_ba_d1_82-arduino:d1_81_d0_b2_d0_b5_d1_82_d0_be_d0_b4_d0_b8_d0_be_d0_b4 [Амперка / Вики]

Резистор для светодиода — РадиоСхема

Калькулятор расчета резистора для светодиода онлайн

Многие мучаются вопросом, как рассчитать резистор для светодиода? Калькулятор сопротивления идеально подойдет, когда у вас есть один светодиод (LED) и нужно знать, какой именно резистор нужно использовать. А также для расчета сопротивления и мощности резистора в цепи для группы светодиодов соединенных последовательно.

<<< Калькуляторы онлайн

Обзор

Каждый светоизлучающий диод (LED) пропускает через себя определенный ток, который они могут выдержать. Идем дальше, максимальный ток, даже на короткое время, приводит к повреждению светодиода. Таким образом, ограничение тока через светодиод с помощью резистора самая распространенная и простая практика. Обратите внимание, что этот метод не рекомендуется для мощных светодиодов, которые нуждаются в более надежной коммутации регулятора тока. Купить светодиоды.

Этот калькулятор поможет вам определить номинал резистора, чтобы добавить последовательно со светодиодом, ограничивая ток. Просто введите указанные значения и нажмите кнопку «Рассчитать». В качестве бонуса, он также будет рассчитать мощность, потребляемую светодиодом.

Уравнение

Vs =  Напряжение питания

Iled = Ток светодиода. Рабочий диапазон обычного 3 мм и 5 мм светодиодов составляет 10-30 миллиампер. Если доступ к datasheet светодиода невозможно, то без ущерба к светодиоду можно  предположить ток в 20 мА.

Vled = Падение напряжения на светодиоде. Падение напряжения на LED зависит от цвета, который он испускает. Ниже таблица каждого цвета и их соответствующее падение напряжения:

X = Количество светодиодов в цепи

Цвет	Падение напряжения (V)
Красный	2
Зелёный	2.1
Голубой	3.6
Белый	3.6
Жёлтый	2.1
Оранжевый	2.2
Янтарный	2.1
Инфракрасный	1.7
Другие	2

Определение полярности светодиода

Светодиод имеет положительный контакт (анод) и отрицательный  контакт (катод). Схематическое обозначение светодиода похоже на обычный диод (как показано выше), за исключением двух стрелок, направленных наружу. Анодом (+) обозначен треугольник и катодом (-) помечается линией.

Длинная ножка светодиода это почти всегда положительный контакт (анод), тогда покороче является отрицательным (катод). Кроме того, если вы посмотрите внутрь светодиод, мелкие куски металла подключен к аноду, а побольше подключен к катоду (см. рис. выше).

Купить светодиоды.

Управление яркостью внешнего светодиода с помощью резисторов||Arduino-diy.com

На этом примере Вы научитесь изменять яркость светодиода, используя резисторы с различным сопротивлением.

Для данного примера вам понадобятся

1 светодиод диаметром 5 мм

1 резистор на 270 Ом (красный, фиолетовый, коричневый)

1 резистор на 470 Ом (желтый, фиолетовый, коричневый)

1 резистор на 2.2 кОм (красный, красный, красный)

1 резистор на 10 кОм (коричневый, черный, оранжевый)

Макетная плата

Arduino Uno R3

Проводники

Светодиоды — общие сведения

Светодиоды отлично служат в устройствах для разного рода индикации. Они потребляют мало электричества и при этом долговечны.

В данном примере мы используем самые распространенные светодиды диаметром 5 мм. Также распространены светодиоды диаметром 3 миллиметра, ну и большие светодиоды диаметром 10 мм.

Подключать светодиод напрямую к батарейке или источнику напряжения не рекомендуется. Во-первых, надо сначала разобраться, где именно у светодиода отрицательная и положительная ноги. Ну а во вторых, необходимо использовать токоограничивающие резисторы, иначе светодиод очень быстро перегорит.

Если вы не будете использовать резистор со светодиодом, последний очень быстро выйдет из строя, так как через него будет проходить слишком большое количество тока. В результате светодиод нагреется и контакт, генерирующий свет, разрушится.

Различить позитивную и негативную ноги светодиода можно двумя способами.

Первый – позитивная нога длиннее.

Второй – при входе в корпус самого диода на коннекторе негативной ноги есть плоская кромка.

Если вам попался светодиод, на котором плоская кромка на более длинной ноге, длинная нога все равно является позитивной.

Резисторы — общие сведения

Resist – сопротивление (англ.)

Из названия можно догадаться, что резисторы сопротивляются потоку электричества. Чем больше номинал (Ом) резистора, тем больше сопротивление и тем меньше тока пройдет по цепи, в которой он установлен. Мы будем использовать это свойство резисторов для регулирования тока, который проходит через светодиод и, таким образом, его яркость.

Но сначала погорим немного о резисторах.

Единицы, в которых измеряется сопротивление – Ом, которые во многих источниках обозначаются греческой буквой Ω – Омега Так как Ом – маленькое значение сопротивления (практически незаметное в цепи), мы часто будем оперировать такими единицами как кОм — килоом (1000 Ом) и МОм мегаом (1000000 Ом).

В данном примере мы будем использовать резисторы с четырьмя различными номиналами: 270 Ω, 470 Ω, 2.2 кΩ и 10 кΩ. Размеры этих резисторов одинаковы. Цвет тоже. Единственное, что их различает – цветные полоски. Именно по этим полоскам визуально определяется номинал резисторов.

Для резисторов, у которых три цветные полоски и последняя золотистая, работают следующие соответствия:

Черный 0

Коричневый 1

Красный 2

Оранжевый 3

Желтый 4

Зеленый 5

Синий 6

Фиолетовый 7

Серый 8

Белый 9

Первые две полоски обозначают первые 2 числовых значения, так что красный, филетовый означает 2, 7. Следующая полоска – количество нулей, которые необходимо поставить после первых двух цифр. То есть, если третья полоска коричневая, как на фото выше, будет один нуль и номинал резистора равен 270 Ω.

Резистор с полосками коричневого, черного, оранжевого цветов: 10 и три нуля, так что 10000 Ω. То есть, 10 кΩ.

В отличии от светодиодов, у резисторов нет положительной и и отрицательной ног. Какой именно ногой подключать их к питанию/земле – неважно.

Схема подключения

Подключите в соответствии со схемой, приведенной ниже:

На Arduino есть пин на 5 В для питания периферийных устройств. Мы будем его использовать для питания светодиода и резистора. Больше вам от платы ничего не потребуется, только лишь подключить ее через USB к компьютеру.

С резистором на 270 Ω, светодиод должен гореть достаточно ярко. Если вы вместо резистора на 270 Ω установите резистор номиналом 470 Ω, светодиод будет гореть не так ярко. С резистором на 2.2 кΩ, светодиод должен еще немного затухнуть. В конце-концов, с резистором 10 кΩ, светодиод будет еле виден. Вполне вероятно, чтобы увидеть разницу на последнем этапе вам придется вытянуть красный переходник, использовав его в качестве переключателя. Тогда вы сможете увидеть разницу в яркости.

Кстати, можно провести этот опыт и при выключенном свете.

Разные варианты установки резистора

В момент, когда к одной ноге резистора подключено 5 В, вторая нога резистора подключается к позитивной ноге светодиода, а вторая нога светодиода подключена к земле. Если мы переместим резистор так, что он будет располагаться за светодиодом, как показано ниже, светодиод все равно будет гореть.

Мигание светодиодом

Мы можем подключить светодиод к выходу Arduino. Переместите красный провод от пина питания 5V к D13, как это показано ниже.

Теперь загрузите пример “Blink”, который мы рассматривали здесь. Обратите внимание, что оба светодиода – встроенный и установленный вами внешний начали мигать.

Давайте попробуем использовать другой пин на Arduino. Скажем, D7. Переместите коннектор с пина D13 на пин D7 и измените следующую строку вашего кода:

на

Загрузите измененный скетч на Arduino. Светодиод продолжит мигать, но на этот раз, используя питание от пина D7.

Мощность рассеивания резистора для светодиода. Расчет сопротивления для светодиода

Светодиод — прибор, который при прохождении через него тока излучает свет.

В зависимости от типа используемого материала для изготовления прибора, светодиоды могут излучать свет различного цвета. Эти миниатюрные, надежные, экономичные приборы используются в технике, для освещения и в рекламных целях.

Светодиод обладает такой же вольтамперной характеристикой, как и обычный полупроводниковый диод. При этом при повышении прямого напряжения на светодиоде проходящий через него ток резко возрастает.

Например, для зеленого светодиода типа WP710A10LGD компании Kingbright при изменении приложенного прямого напряжения от 1,9 В до 2 В ток меняется в 5 раз и достигает 10 мА. Поэтому при прямом подключении светодиода к источнику напряжения при небольшом изменении напряжения ток светодиода может возрасти до очень большого значения, что приведет к сгоранию p-n перехода и светодиода.

осуществлена с применением букв и цифр, с помощью которых можно определить качественные характеристики устройств.

Поэтому при параллельном включении светодиодов обычно к каждому прибору последовательно подключают свой ограничивающий резистор. Расчет сопротивления и мощности такого резистора ничем не отличается от ранее рассмотренного случая.

При последовательном включении светодиодов необходимо включать приборы одного типа.

Кроме того, надо учитывать то, что напряжение источника должно быть не меньше суммарного рабочего напряжения всей группы светодиодов.

Расчет токоограничивающего резистора для светодиодов последовательного включения считаются также, как и раньше. Исключение состоит в том, что при вычислении вместо величины Uсв используется величина Uсв*N. В данном случае N — это количество включенных приборов.

Выводы:

1. Светодиоды — широко распространенные приборы, используемые в технике, для освещения и рекламы.
2. Во избежание выхода из строя светодиодов из-за их чувствительности к изменениям напряжения для них часто используют ограничивающие резисторы.
3. Расчет значения сопротивления ограничивающего резистора делается на основе закона Ома.

Расчет резистора для подключения светодиодов на видео

(светоизлучающий диод) — излучает свет в тот момент, когда через него протекает электрический ток. Простейшая схема для питания светодиодов состоит из источника питания, светодиода и резистора, подключенного последовательно с ним.

Такой часто называют балластным или токоограничивающим резистором. Возникает вопрос: «А зачем светодиоду резистор?». Токоограничивающий резистор необходим для ограничения тока, протекающего через светодиод, с целью защиты его от сгорания. Если напряжение источника питания равно падению напряжения на светодиоде, то в таком резисторе нет необходимости.

Расчет резистора для светодиода

Сопротивление балластного резистора легко рассчитать, используя закон Ома и правила Кирхгофа. Чтобы рассчитать необходимое сопротивление резистора, нам необходимо из напряжения источника питания вычесть номинальное напряжение светодиода, а затем эту разницу разделить на рабочий ток светодиода:

• V — напряжение источника питания
• V LED — напряжение падения на светодиоде
• I – рабочий ток светодиода

Ниже представлена таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета:

Хотя эта простая схема широко используется в бытовой электронике, но все же она не очень эффективна, так как избыток энергии источника питания рассеивается на балластном резисторе в виде тепла. Поэтому, зачастую используются более сложные схемы () которые обладают большей эффективностью.

Давайте, на примере выполним расчет сопротивления резистора для светодиода.

Мы имеем:

• источник питания: 12 вольт
• напряжение светодиода: 2 вольта
• рабочий ток светодиода: 30 мА

Рассчитаем токоограничивающий резистор, используя формулу:

Получается, что наш резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если точное значение из подобрать не получается, то необходимо взять ближайшее большее сопротивление. В нашем случае это будет 360 Ом (ряд E24).

Последовательное соединение светодиодов

Часто несколько светодиодов подключают последовательно к одному источнику напряжения. При последовательном соединении одинаковых светодиодов их общий ток потребления равняется рабочему току одного светодиода, а общее напряжение равно сумме напряжений падения всех светодиодов в цепи.

Поэтому, в данном случае, нам достаточно использовать один резистор для всей последовательной цепочки светодиодов.

Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении.

В этом примере два светодиода соединены последовательно. Один красный светодиод с напряжением 2В и один ультрафиолетовый светодиод с напряжением 4,5В. Допустим, оба имеют номинальную силу тока 30 мА.

Из правила Кирхгофа следует, что сумма падений напряжения во всей цепи равна напряжению источника питания. Поэтому на резисторе напряжение должно быть равно напряжению источника питания минус сумма падения напряжений на светодиодах.

Используя закон Ома, вычисляем значение сопротивления ограничительного резистора:

Резистор должен иметь значение не менее 183,3 Ом.

Обратите внимание, что после вычитания падения напряжений у нас осталось еще 5,5 вольт. Это дает возможность подключить еще один светодиод (конечно же, предварительно пересчитав сопротивление резистора)

Параллельное соединение светодиодов

Так же можно подключить светодиоды и параллельно, но это создает больше проблем, чем при последовательном соединении.

Ограничивать ток параллельно соединенных светодиодов одним общим резистором не совсем хорошая идея, поскольку в этом случае все светодиоды должны иметь строго одинаковое рабочее напряжение. Если какой-либо светодиод будет иметь меньшее напряжение, то через него потечет больший ток, что в свою очередь может повредить его.

И даже если все светодиоды будут иметь одинаковую спецификацию, они могут иметь разную вольт-амперную характеристику из-за различий в процессе производства. Это так же приведет к тому, что через каждый светодиод будет течь разный ток. Чтобы свести к минимуму разницу в токе, светодиоды, подключенные в параллель, обычно имеют балластный резистор для каждого звена.

Онлайн калькулятор расчета резистора для светодиода

Этот онлайн калькулятор поможет вам найти нужный номинал резистора для светодиода, подключенного по следующей схеме:

примечание: разделителем десятых является точка, а не запятая

Формула расчета сопротивления резистора онлайн калькулятора

Сопротивление резистора = (U – U F )/ I F

• U – источник питания;
• U F – прямое напряжение светодиода;
• I F – ток светодиода (в миллиамперах).

Примечание: Слишком сложно найти резистор с сопротивлением, которое получилось при расчете. Как правило, резисторы выпускаются в стандартных значениях (номинальный ряд). Если вы не можете найти необходимый резистор, то выберите ближайшее бо́льшее значение сопротивления, которое вы рассчитали.

Например, если у вас получилось сопротивление 313,4 Ом, то возьмите ближайшее стандартное значение, которое составляет 330 Ом. Если ближайшее значение является недостаточно близким, то вы можете получить необходимое сопротивление путем или соединения нескольких резисторов.

Светодиод является полупроводниковым прибором с нелинейной вольт-амперная характеристикой (ВАХ). Его стабильная работа, в первую очередь, зависит от величины, протекающего через него тока. Любая, даже незначительная, перегрузка приводит к деградации светодиодного чипа и снижению его рабочего ресурса.

Чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод на нужном уровне, электрическую цепь необходимо дополнить стабилизатором. Простейшим, ограничивающим ток элементом, является резистор.

Важно! Резистор ограничивает, но не стабилизирует ток.

Расчет резистора для светодиода не является сложной задачей и производится по простой школьной формуле. А вот с физическими процессами, протекающими в p-n-переходе светодиода, рекомендуется познакомиться ближе.

Теория

Математический расчет

Ниже представлена принципиальная электрическая схема в самом простом варианте. В ней светодиод и резистор образуют последовательный контур, по которому протекает одинаковый ток (I). Питается схема от источника ЭДС напряжением (U). В рабочем режиме на элементах цепи происходит падение напряжения: на резисторе (UR) и на светодиоде (ULED). Используя второе правило Кирхгофа, получается следующее равенство:

или его интерпретация

U= I*R+I*R LED .

В приведенных формулах R – это сопротивление рассчитываемого резистора (Ом), R LED – дифференциальное сопротивление светодиода (Ом), U – напряжения (В).

Значение R LED меняется при изменении условий работы полупроводникового прибора. В данном случае переменными величинами являются ток и напряжение, от соотношения которых зависит величина сопротивления. Наглядным объяснением сказанного служит ВАХ светодиода. На начальном участке характеристики (примерно до 2 вольт) происходит плавное нарастание тока, в результате чего R LED имеет большое значение. Затем p-n-переход открывается, что сопровождается резким увеличением тока при незначительном росте прикладываемого напряжения.

Путём несложного преобразования первых двух формул можно определить сопротивление токоограничивающего резистора: R=(U-U LED)/I, Ом

U LED является паспортной величиной для каждого отдельного типа светодиодов.

Графический расчет

Имея на руках ВАХ исследуемого светодиода, можно рассчитать резистор графическим способом. Конечно, такой способ не имеет широкого практического применения. Ведь зная ток нагрузки, из графика можно легко вычислить величину прямого напряжения. Для этого достаточно с оси ординат (I) провести прямую линию до пересечения с кривой, а затем опустить линию на ось абсцисс (U LED). В итоге все данные для расчета сопротивления получены.

Тем не менее, вариант с использованием графика уникален и заслуживает определенного внимания (рис.3).

Рассчитаем резистор для светодиода АЛ307 с номинальным током 20 мА, который необходимо подключить к источнику питания 5В. Для этого из точки 20 мА проводим прямую линию до пересечения с кривой LED. Далее через точку 5В и точку на графике проводим линию до пересечения с осью ординат и получаем максимальное значение тока (Imax), примерно равное 50 мА. Используя закон Ома, рассчитываем сопротивление:

R=U/I max =5В/0,05А=100 Ом

Чтобы схема была безопасной и надёжной нужно исключить перегрев резистора. Для этого следует найти его мощность рассеивания по формуле:

P=I 2 *R=(U R)2/R

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

Подключать светодиод через резистор можно, если вопрос эффективности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в роли индикатора для подсветки выключателя или указателя сетевого напряжения в электроприборах. В подобных устройствах яркость не важна, а мощность потребления не превышает 0,1 Вт. Подключая светодиод с потреблением более 1 Вт, нужно быть уверенным в том, что блок питания выдаёт стабилизированное напряжение.

Если входное напряжение схемы не стабилизировано, то все помехи и скачки будут передаваться в нагрузку, нарушая работу светодиода. Ярким примером служит автомобильная электрическая сеть, в которой напряжение на аккумуляторе только теоретически составляет 12В. В самом простом случае делать светодиодную подсветку в машине следует через линейный стабилизатор из серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы, включать нужно по 3 светодиода последовательно. Также схема питания через резистор востребована в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер). Особенно тогда, когда стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое остаётся лишь правильно подключить.

Примеры расчетов

Чтобы помочь новичкам сориентироваться, приведем пару практических примеров расчета сопротивления для светодиодов.

Cree XM–L T6

В первом случае проведем вычисление резистора, необходимого для подключения мощного светодиода Cree XM–L к источнику напряжения 5В. Cree XM–L с бином T6 имеет такие параметры: типовое U LED =2,9В и максимальное U LED =3,5В при токе I LED =0,7А. Узнать больше о данном светодиоде можно здесь. В расчёты следует подставлять типовое значение ULED, так как. оно чаще всего соответствует действительности.

R=(U-U LED)/I=(5-2,9)/0,7=3 Ом

Рассчитанный номинал резистора присутствует в ряду Е24 и имеет допуск в 5%. Однако на практике часто приходится округлять полученные результаты к ближайшему значению из стандартного ряда. Получается, что с учетом округления и допуска в 5% реальное сопротивление изменяется и вслед за ним обратно пропорционально меняется ток. Поэтому, чтобы не превысить рабочий ток нагрузки, необходимо расчётное сопротивление округлять в сторону увеличения.

Используя наиболее распространённые резисторы из ряда Е24, не всегда удаётся подобрать нужный номинал. Решить эту проблему можно двумя способами. Первый подразумевает последовательное включение добавочного токоограничительного сопротивления, который должен компенсировать недостающие Омы. Его подбор должен сопровождаться контрольными измерениями тока.

Второй способ обеспечивает более высокую точность, так как предполагает установку прецизионного резистора. Это такой элемент, сопротивление которого не зависит от температуры и прочих внешних факторов и имеет отклонение не более 1% (ряд Е96). В любом случае лучше оставить реальный ток немного меньше от номинала. Это не сильно повлияет на яркость, зато обеспечит кристаллу щадящий режим работы.

Мощность, рассеиваемая резистором, составит:

P=I 2 *R=0,72*3=1,47 Вт

Рассчитанную мощность резистора для светодиода обязательно следует увеличить на 20–30%.

Вычислим КПД собранного светильника:

η= P LED /P= U LED / U=2,9/5=0,58 или 58%

Led smd 5050

По аналогии с первым примером разберемся, какой нужен резистор для smd светодиода 5050.

Здесь нужно учесть конструкционные особенности светодиода, который состоит из трёх независимых кристаллов. Подробные данные о smd 5050 можно найти здесь.

Если LED smd 5050 одноцветный, то прямое напряжение в открытом состоянии на каждом кристалле будет отличаться не более, чем на 0,1В. Значит, светодиод можно запитать от одного резистора, объединив 3 анода в одну группу, а три катода – в другую. Подберем резистор для подключения белого smd 5050 с параметрами: типовое U LED =3,3В при токе одного чипа I LED =0,02А.

R=(5-3,3)/(0,02*3)=28,3 Ом

Ближайшее стандартное значение – 30 Ом.

P=(0,02*3)2*30=0,1 Вт

η=3,3/5=0,66 или 66%

Принимаем к монтажу ограничительный резистор мощностью 0,25Вт и сопротивлением в 30 Ом±5%.

У RGB светодиода smd 5050 будет различное прямое напряжение каждого кристалла. Поэтому управлять красным, зелёным и синим цветом, придётся тремя резисторами разного номинала.

Онлайн-калькулятор

Представленный ниже онлайн калькулятор для светодиодов – это удобное дополнение, которое произведет все расчеты самостоятельно. С его помощью не придётся ничего рисовать и вычислять вручную. Всё что нужно – это ввести два главных параметра светодиода, указать их количество и напряжение источника питания. Одним кликом мышки программа самостоятельно произведёт расчет сопротивления резистора, подберёт его номинал из стандартного ряда и укажет цветовую маркировку. Кроме этого, программа предложит уже готовую схему включения.

Светодиоды в наши дни нашли применение практически во всех областях деятельности человека. Но, несмотря на это, для большинства обычных потребителей совершенно неясно, благодаря чему и какие законы действуют при работе светодиодов. Если такой человек захочет устроить освещение посредством таких устройств, то множества вопросов и поиска решения проблем не избежать. И главным вопросом будет — «Что это за штука такая – резисторы, и для чего они требуются светодиодам?»

Резистор — это одна из составляющих электрической сети , характеризующаяся своей пассивностью и в лучшем случае, отличающаяся показателем сопротивления электротоку. То есть, в любое время для такого устройства должен быть справедлив закон Ома.

Главное предназначение устройств — способность энергично сопротивляться электрическому току. Благодаря этому качеству, резисторы нашли широкое применение при необходимости устройства искусственного освещения, в том числе и с использованием светодиодов.

Для чего необходимо использование резисторов в случае устройства светодиодного освещения?

Большинству потребителей известно, что обыкновенная лампочка накаливания даёт свет при её прямом подключении к какому-либо источнику питания. Лампочка может работать на протяжении длительного времени и перегорает лишь тогда, когда по причине подачи слишком высокого напряжения чрезмерно нагревается накаливающая нить. В таком случае лампочка, некоторым образом, реализует функцию резистора, потому как прохождение электротока через неё затруднительно, но чем выше подаваемое напряжение, тем легче току удаётся преодолеть сопротивление лампочки. Конечно же, ставить в один ряд такую сложную полупроводниковую деталь, как светодиод и обыкновенную лампочку накаливания нельзя.

Важно знать, что светодиод – это такой электрический прибор , для функционирования которого предпочтительнее не сама сила тока, а напряжение, имеющееся в сети. Например, если таким устройством выбрано напряжение 1,8 В, а к нему приходит 2 В, то, вероятнее всего, он перегорит – если вовремя не снизить напряжение до требующегося приспособлению уровня. Вот именно с этой целью и требуется резистор, посредством которого осуществляется стабилизация использующегося источника питания, чтобы подаваемое им напряжение не вывело устройство из строя.

В связи с этим крайне важно:

• определиться, какого типа резистор требуется;
• определить необходимость использования для конкретного прибора индивидуального резистора, для чего требуется расчёт;
• учесть вид соединения источников света;
• планируемое число светодиодов в осветительной системе.

Схемы соединения

При последовательной схеме расстановки светодиодов, когда они располагаются один за одним, обычно хватает одного резистора, если получится правильно рассчитать его сопротивление. Это объясняется тем, что в электрической цепи имеется один и тот же ток , в каждом месте установки электрических приборов.

Но в случае параллельного соединения, для каждого светодиода требуется свой резистор. Если пренебречь этим требованием, то все напряжение придётся тянуть одному, так называемому «ограничивающему» светодиоду, то есть тому, которому необходимо наименьшее напряжение. Он слишком быстро выйдет из строя , при этом напряжение будет подано на следующий в цепи прибор, который точно так же скоропостижно перегорит. Такой поворот событий недопустим, следовательно, в случае параллельного подключения какого-либо числа светодиодов требуется использование такого же количества резисторов, характеристики которых подбираются расчётом.

Расчёт резисторов для светодиодов

При правильном понимании физики процесса, расчёт сопротивления и мощности данных устройств нельзя назвать невыполнимой задачей, с которой не под силу справиться обычному человеку. Для расчёта требующегося сопротивления резисторов, нужно обязательно учесть следующие моменты:

Расчёт резисторов при помощи специального калькулятора

Обычно, расчёт сопротивления таких приспособлений, требующихся для какого-либо светодиода, производится посредством специально предназначенного для этих целей калькуляторов. Такие калькуляторы, удобные и высокоэффективные, не нужно откуда-то скачивать и устанавливать – рассчитать резистор вполне можно и в онлайн-режиме.

Калькулятор расчёта резисторов позволяет с высокой точностью определить требуемую мощность и показатель сопротивления резистора, устанавливающегося в светодиодную цепь.

Для расчёта требующегося сопротивления необходимо в соответствующие строки онлайн-калькулятора внести:

• напряжение питания светодиода;
• номинальное напряжение светодиода;
• номинальный ток.

Далее, требуется выбрать использующуюся схему соединения, а также необходимое число светодиодов.

После нажатия соответствующей кнопки выполняется расчёт и на экран монитора выводятся полученные расчётные данные , при помощи которых можно в дальнейшем без особого труда организовать искусственное светодиодное освещение.

Также в онлайн-калькуляторах имеется некоторая база, содержащая данные о светодиодах и их параметрах. Представлена возможность расчёта:

• номинала приспособления;
• цветовой маркировки;
• потребляемого цепью тока;
• рассеиваемой мощности.

Человек, не сильно разбирающийся в электрике и физике, в большинстве случаев не сможет самостоятельно рассчитать устройства для светодиодов. По этой причине, проведение расчётов при помощи функционального и удобного онлайн-калькулятора – неоценимая помощь для обычных людей , не владеющих методикой расчётов с применением физических формул.

Большинство известных производителей светодиодов и созданных на их основе лент, на своих официальных сайтах выкладывают и собственный онлайн-калькулятор , с помощью которого можно не только подобрать требующиеся резисторы и светодиоды, но и вычислить параметры использующихся токовых приборов в различных режимах эксплуатации при переменных значениях тока, температуры, подаваемого напряжения и пр.

Светодиоды и их применение

Светодиоды, или светоизлучающие диоды (СИД, в английском варианте LED — light emitting diode)- полупроводниковый прибор, излучающий не когерентный свет при пропускании через него электрического тока. Работа основана на физическом явлении возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через p-n-переход. Цвет свечения (длина волны максимума спектра излучения) определяется типом используемых полупроводниковых материалов, образующих p-n-переход.

Светодиод будет «гореть» только при прямом включении , как показано на рисунке

При обратном включении светодиод «гореть» не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.

Зависимости тока от напряжения при прямом (синяя кривая) и обратном (красная кривая) включениях показаны на следующем рисунке. Не трудно определить, что каждому значению напряжения соответствует своя величина тока, протекающего через диод. Чем выше напряжение, тем выше значение тока (и тем выше яркость). Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется «рабочей» зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.

1. Имеется один светодиод, как его подключить правильно в самом простом случае?

Что бы правильно подключить светодиод в самом простом случае необходимо подключить его через токоограничивающий резистор.

Пример 1

Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с напряжением 5 вольт.

Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора

R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – Uсветодиода
Uпитания = 5 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R =(5-3)/0.02= 100 Ом = 0.1 кОм

Тоесть надо взять резистор сопротивлением 100 Ом

P.S. Вы можете воспользоваться on-line калькулятором расчета резистора для светодиода

2. Как подключить несколько светодиодов?

Несколько светодиодов подключаем последовательно или параллельно, рассчитывая необходимые сопротивления.

Пример 1.

Имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 3 светодиода к источнику 15 вольт.

Производим расчёт: 3 светодиода на 3 вольта = 9 вольт, то есть 15-вольтового источника достаточно для последовательного включения светодиодов

Расчёт аналогичен предыдущему примеру

R = Uгасящее / Iсветодиода

Uпитания = 15 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (15-3*3)/0.02 = 300 Ом = 0.3 кОм

Пример 2.

Пусть имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 4 светодиода к источнику 7 вольт

Производим расчёт: 4 светодиода на 3 вольта = 12 вольт, значит нам не хватит напряжения для последовательного подключения светодиодов, поэтому будем подключать их последовательно-параллельно. Разделим их на две группы по 2 светодиода. Теперь надо сделать расчёт токоограничивающих резисторов. Аналогично предыдущим пунктам делаем расчёт токоограничительных резисторов для каждой ветви.

R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода
Uпитания = 7 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (7-2*3)/0.02 = 50 Ом = 0.05 кОм

Так как светодиоды в ветвях имеют одинаковые параметры, то сопротивления в ветвях одинаковые.

Пример 3.

Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом что бы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем своё собственное сопротивление

Например имеются 5 разных светодиодов:
1ый красный напряжение 3 вольта 20 мА
2ой зелёный напряжение 2.5 вольта 20 мА
3ий синий напряжение 3 вольта 50 мА
4ый белый напряжение 2.7 вольта 50 мА
5ый жёлтый напряжение 3.5 вольта 30 мА

Так как разделяем светодиоды по группам по току
1) 1ый и 2ой
2) 3ий и 4ый
3) 5ый

рассчитываем для каждой ветви резисторы

R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – (UсветодиодаY + UсветодиодаX + …)
Uпитания = 7 В
Uсветодиода1 = 3 В
Uсветодиода2 = 2.5 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ом = 0.075 кОм

аналогично
R2 = 26 Ом
R3 = 117 Ом

Аналогично можно расположить любое количество светодиодов

ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ!!!

При подсчёте токоограничительного сопротивления получаются числовые значения которых нет в стандартном ряде сопротивлений, ПОЭТОМУ подбираем резистор с сопротивлением немного большим чем рассчитали.

3. Что будет если имеется напряжение источник с напряжением 3 вольта (и меньше) и светодиод с рабочим напряжением 3 вольта?

Допустимо (НО НЕЖЕЛАТЕЛЬНО) включать светодиод в цепь без токоограничительного сопротивления. Минусы очевидны – яркость зависит от напряжения питания. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).

4. Можно ли включать несколько светодиодов с одинаковым рабочим напряжением 3 вольта параллельно друг другу к источнику 3 вольта (и менее)? В «китайских» фонариках так ведь и сделано.

Опять, это допустимо в радиолюбительской практике. Минусы такого включения: так как светодиоды имеют определённый разброс по параметрам, то будет наблюдаться следующая картина, одни будут светится ярче, а другие тусклее, что не является эстетичным, что мы и наблюдаем в приведённых выше фонариках. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).

ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ!!!

Представленные выше схемы не отличаются высокой точность рассчитанных параметров, это связано с тем что при протекании тока через светодиод происходит выделение тепла в нем, что приводит к разогреву p-n перехода, наличие токоограничивающего сопротивления снижает этот эффект, но установление баланса происходит пр и немного повышенном токе через светодиод. Поэтому целесообразно для обеспечения стабильности применять стабилизаторы тока, а не стабилизаторы напряжения. При применении стабилизаторов тока, можно подключать только одну ветвь светодиодов.

Зачем нужен резистор для светодиода – АвтоТоп

Светодиод является полупроводниковым прибором с нелинейной вольт-амперная характеристикой (ВАХ). Его стабильная работа, в первую очередь, зависит от величины, протекающего через него тока. Любая, даже незначительная, перегрузка приводит к деградации светодиодного чипа и снижению его рабочего ресурса.

Чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод на нужном уровне, электрическую цепь необходимо дополнить стабилизатором. Простейшим, ограничивающим ток элементом, является резистор.

Важно! Резистор ограничивает, но не стабилизирует ток.

Расчет резистора для светодиода не является сложной задачей и производится по простой школьной формуле. А вот с физическими процессами, протекающими в p-n-переходе светодиода, рекомендуется познакомиться ближе.

Теория

Математический расчет

Ниже представлена принципиальная электрическая схема в самом простом варианте. В ней светодиод и резистор образуют последовательный контур, по которому протекает одинаковый ток (I). Питается схема от источника ЭДС напряжением (U). В рабочем режиме на элементах цепи происходит падение напряжения: на резисторе (U_R) и на светодиоде (U_LED). Используя второе правило Кирхгофа, получается следующее равенство: или его интерпретация

В приведенных формулах R – это сопротивление рассчитываемого резистора (Ом), R_LED – дифференциальное сопротивление светодиода (Ом), U – напряжения (В).

Значение R_LED меняется при изменении условий работы полупроводникового прибора. В данном случае переменными величинами являются ток и напряжение, от соотношения которых зависит величина сопротивления. Наглядным объяснением сказанного служит ВАХ светодиода. На начальном участке характеристики (примерно до 2 вольт) происходит плавное нарастание тока, в результате чего R_LED имеет большое значение. Затем p-n-переход открывается, что сопровождается резким увеличением тока при незначительном росте прикладываемого напряжения.

Путём несложного преобразования первых двух формул можно определить сопротивление токоограничивающего резистора: U_LED является паспортной величиной для каждого отдельного типа светодиодов.

Графический расчет

Имея на руках ВАХ исследуемого светодиода, можно рассчитать резистор графическим способом. Конечно, такой способ не имеет широкого практического применения. Ведь зная ток нагрузки, из графика можно легко вычислить величину прямого напряжения. Для этого достаточно с оси ординат (I) провести прямую линию до пересечения с кривой, а затем опустить линию на ось абсцисс (U_LED). В итоге все данные для расчета сопротивления получены.

Тем не менее, вариант с использованием графика уникален и заслуживает определенного внимания.

Рассчитаем резистор для светодиода АЛ307 с номинальным током 20 мА, который необходимо подключить к источнику питания 5 В. Для этого из точки 20 мА проводим прямую линию до пересечения с кривой LED. Далее через точку 5 В и точку на графике проводим линию до пересечения с осью ординат и получаем максимальное значение тока (I_max), примерно равное 50 мА. Используя закон Ома, рассчитываем сопротивление: Чтобы схема была безопасной и надёжной нужно исключить перегрев резистора. Для этого следует найти его мощность рассеивания по формуле:

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

Подключать светодиод через резистор можно, если вопрос эффективности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в роли индикатора для подсветки выключателя или указателя сетевого напряжения в электроприборах. В подобных устройствах яркость не важна, а мощность потребления не превышает 0,1 Вт. Подключая светодиод с потреблением более 1 Вт, нужно быть уверенным в том, что блок питания выдаёт стабилизированное напряжение.

Если входное напряжение схемы не стабилизировано, то все помехи и скачки будут передаваться в нагрузку, нарушая работу светодиода. Ярким примером служит автомобильная электрическая сеть, в которой напряжение на аккумуляторе только теоретически составляет 12 В. В самом простом случае делать светодиодную подсветку в машине следует через линейный стабилизатор из серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы, включать нужно по 3 светодиода последовательно. Также схема питания через резистор востребована в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер). Особенно тогда, когда стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое остаётся лишь правильно подключить.

Примеры расчетов сопротивления и мощности резистора

Чтобы помочь новичкам сориентироваться, приведем пару практических примеров расчета сопротивления для светодиодов.

Cree XM–L T6

В первом случае проведем вычисление резистора, необходимого для подключения мощного светодиода Cree XM–L к источнику напряжения 5 В. Cree XM–L с бином T6 имеет такие параметры: типовое U_LED = 2,9 В и максимальное U_LED = 3,5 В при токе I_LED=0,7 А. В расчёты следует подставлять типовое значение U_LED, так как. оно чаще всего соответствует действительности. Рассчитанный номинал резистора присутствует в ряду Е24 и имеет допуск в 5%. Однако на практике часто приходится округлять полученные результаты к ближайшему значению из стандартного ряда. Получается, что с учетом округления и допуска в 5% реальное сопротивление изменяется и вслед за ним обратно пропорционально меняется ток. Поэтому, чтобы не превысить рабочий ток нагрузки, необходимо расчётное сопротивление округлять в сторону увеличения.

Используя наиболее распространённые резисторы из ряда Е24, не всегда удаётся подобрать нужный номинал. Решить эту проблему можно двумя способами. Первый подразумевает последовательное включение добавочного токоограничительного сопротивления, который должен компенсировать недостающие Омы. Его подбор должен сопровождаться контрольными измерениями тока.

Второй способ обеспечивает более высокую точность, так как предполагает установку прецизионного резистора. Это такой элемент, сопротивление которого не зависит от температуры и прочих внешних факторов и имеет отклонение не более 1% (ряд Е96). В любом случае лучше оставить реальный ток немного меньше от номинала. Это не сильно повлияет на яркость, зато обеспечит кристаллу щадящий режим работы.

Мощность, рассеиваемая резистором, составит:

Рассчитанную мощность резистора для светодиода обязательно следует увеличить на 20–30%.

Вычислим КПД собранного светильника:

Пример с LED SMD 5050

По аналогии с первым примером разберемся, какой нужен резистор для SMD светодиода 5050. Здесь нужно учесть конструкционные особенности светодиода, который состоит из трёх независимых кристаллов.

Если LED SMD 5050 одноцветный, то прямое напряжение в открытом состоянии на каждом кристалле будет отличаться не более, чем на 0,1 В. Значит, светодиод можно запитать от одного резистора, объединив 3 анода в одну группу, а три катода – в другую. Подберем резистор для подключения белого SMD 5050 с параметрами: типовое U_LED=3,3 В при токе одного чипа I_LED=0,02 А. Ближайшее стандартное значение – 30 Ом.

Принимаем к монтажу ограничительный резистор мощностью 0,25 Вт и сопротивлением в 30 Ом ±5%.

У RGB светодиода SMD 5050 различное прямое напряжение каждого кристалла. Поэтому управлять красным, зелёным и синим цветом, придётся тремя резисторами разного номинала.

Онлайн-калькулятор

Представленный ниже онлайн калькулятор для светодиодов – это удобное дополнение, которое произведет все расчеты самостоятельно. С его помощью не придётся ничего рисовать и вычислять вручную. Всё что нужно – это ввести два главных параметра светодиода, указать их количество и напряжение источника питания. Одним кликом мышки программа самостоятельно произведёт расчет сопротивления резистора, подберёт его номинал из стандартного ряда и укажет цветовую маркировку. Кроме этого, программа предложит уже готовую схему включения.

Дополняя вышесказанное стоит отметить, что если прямое напряжение светодиода значительно ниже напряжения питания, то схемы включения через резистор малоэффективны. Вся лишняя энергия впустую рассеивается резистором, существенно занижая КПД устройства.

Светодиодное освещение и индикация, за счёт этого полупроводникового прибора считается одной из самых надёжных. При организации освещения светодиодные светильники производят качественный световой поток, при этом являются экологически чистыми источниками света не требующими утилизацию и не потребляющими много электроэнергии. Светодиод работает только от постоянного напряжения и пропускает ток только в одном направлении, как и обыкновенный диод.

Диод излучающий свет является прибором с определённым, чётко регламентированным, протекающим током как максимальным, так и минимальным. Если превысить максимальный допускаемый прямой ток или подводящее к нему напряжение, то он обязательно выйдет из строя, простыми словами «сгорит». Данные о светодиоде можно найти:

1. В справочнике или технической литературе;
2. На страницах интернета;
3. При покупке у продавца-консультанта.

Не зная рабочего напряжения и максимального прямого тока подобрать сопротивление резистора для ограничения тока достаточно проблематично. Разве что имея ли автотрансформатор, или переменный резистор. При этом можно спалить несколько таких полупроводниковых элементов. Этот способ скорее теоретический, чем практический, и применяется он может только в экстренных ситуациях. Резистор — это пассивный элемент, применяющийся в электрических цепях, он обладает определённым значением сопротивления. Выпускается переменный, с регулировочной ручкой, или постоянный резистор. Для резистора характерно понятие мощности, которое тоже стоит учитывать при его расчете в электрических цепях.

Итак, каждый светодиод имеет рабочее напряжение и прямой проходящий и засвечивающий его ток. Если U источника питания, допустим, 1,5 вольта, и по паспорту диод должен подключаться именно к такому напряжению, то ограничивающий резистор не требуется. Или же есть возможность подключить три светодиода с рабочим напряжением 0,5 вольта, последовательно источнику питания. При этом все эти полупроводниковые элементы должны быть одинакового типа и марки. Однако такая ситуация случается крайне редко, а зачастую величина питания значительно больше, чем рабочее напряжение одного светодиода.

Как произвести расчет сопротивления для светодиодов, которое не только ограничивает ток в цепи, но и создаёт падение напряжения. Токоограничивающий резистор для светодиода рассчитывается на основе всем известного закона Ома I=U/R. Отсюда можно выделить и значение сопротивления R=U/I. Где U — напряжение, I — величина постоянного тока.

Вот простейшая схема подключения одного светодиода.

Сила тока при последовательном соединении будет одинакова, а напряжение питания светодиода должно быть определённой величины, зачастую оно значительно ниже питающего всю цепь. Поэтому резистор должен погасить часть напряжения, чтобы приложенное к светодиоду уже было определённого значения, указанного в его паспорте как рабочее напряжение. То, есть I (ток) в цепи известна и будет равна I, потребляющему диодом, а U падения на сопротивлении будет равно разности U питания и U светодиода. Зная U на резисторе и I, который через него проходит, согласно тому же закону Ома можно найти его сопротивление. Для этого напряжение падения на резисторе разделить на протекающий по цепи ток.

После расчета резистора светодиода, он ещё должен соответствовать мощности, для этого U на нём нужно умножить на известный I всей цепи. Ток в любом участке цепи будет одинаковым и поэтому максимальная сила тока, проходящая через светодиод, не будет превышать проходящий через ограничивающий резистор. При этом рекомендуется подбирать резистор с немного большим номиналом, нежели с меньшим, это касается и сопротивления, и его мощности. Зная закон Ома можно также рассчитать сопротивление через R светодиода.

Если нет подходящего резистора с нужным сопротивлением его можно получить подключив несколько таких элементов последовательно или параллельно. При этом для последовательного соединения, всеобщее сопротивление всех резисторов будет равно сумме всех входящих в эту цепь.

А при параллельном рассчитывается по такой вот формуле

Нужно учесть, что всё это рассчитывается исходя из напряжения питания, так как при его увеличении увеличится и сила тока во всей цепи. Так что источник питания, должен выдавать не только качественно выпрямленное, но и стабилизированное напряжение.

Шунтирование светодиода резистором

О таком подключении светодиода и резистора стоит рассуждать при последовательном соединении двух и более излучающих свет элементов. Даже с одинаковой маркировкой и типом характеристики каждого светодиода могут немножко отличаться. Если через него протекает I, то он имеет своё внутреннее R. При этом в режиме когда вентиль (диод) проводит его, и не проводит, сопротивление внутреннее будет значительно отличаться. То есть при обратном включении вентиля именно в таком режиме сопротивление будет отличаться уже значительно. Соответственно и обратное напряжение тоже будет очень разниться, что может привести к перегоранию (пробою).

Для предотвращения таких ситуаций рекомендуется шунтировать светодиод маломощным резистором с большим R в несколько сотен Ом. Такое подключение обеспечит выравнивание обратного напряжения на соединенных в одну цепь полупроводниковых приборах выдающих световой поток.

Вот тут я обещал рассказать о том, как можно рассчитать номинал резистора для того, чтобы бортовая сеть вашего автомобиля не сожгла светодиоды, которые вы к ней подключите.
Для начала определимся с терминологией (люди, знакомые с электроникой, могут перейти к следующему пункту).

Падение напряжения — напряжение U (измеряется в вольтах, V) — которое потребляет светодиод (да-да, совершенно нагло съедает его!).
Оно же — напряжение питания. Не путать с напряжением источника питания.
Рабочий ток — ток I (измеряется в амперах, А. мы будем измерять в миллиамперах — 1 мА = 0.001 А).
Сопротивление — R измеряется в омах — Ом. Именно в этих единицах измеряются резисторы (сопротивления).
Напряжение источника питания — в нашем случае напряжение бортовой сети автомобиля и равно примерно 12V при заглушенном двигателе и 14V при заведённом (при условии исправной работы генератора).

С терминологией вроде всё. Перейдём к теории.
Вот примерное падение напряжения для каждого из основных цветов светодиодов.

Красный — 1,6-2,03
Оранжевый — 2,03-2,1в
Жёлтый — 2,1-2,2в
Зелёный — 2,2-3,5в
Синий — 2,5-3,7в
Фиолетовый — 2,8-4в
Белый — 3-3,7в

Реальные значения могут немного колебаться в ту или иную сторону. О том, как точно выяснить сколько потребляет конкретный светодиод — ссылка ниже.
Разница связана с использованием в них разных материалов кристалла, что и даёт, собственно говоря, разную длину испускаемой волны, а равно и разный цвет.

Средний же рабочий ток для маломощных светодиодов составляет около 0.02А = 20мА.
В чём же, спросите вы, загвоздка? Всё ведь просто — подключил светодиод соблюдая полярность и он светит тебе.
Да, всё так, но светодиод – предмет тёмный, изучению не подлежит интересный.
Тогда как напряжения питания он забирает на себя ровно столько, сколько ему требуется, ток превышающий его рабочий ток, попросту сожжёт кристалл.

Давайте возьмём пример. Имеется светодиод оранжевого цвета, который, согласно приведённой выше таблице, имеет напряжение питания порядка 2,1V, и рабочий ток 20мА. Если мы обрушим на него всю мощь бортовой сети нашего автомобиля, то напряжение в цепи, в которую он включен, снизится на

2.1V, правда, избыточный ток тут же его сожжёт…
Как же быть, если нам, например, нужно установить светодиод для подсветки замка зажигания?
Всё просто – нужно лишить участок цепи, в которую включен светодиод, избыточного тока.

Как? – спросите вы. Всё просто. Был такой дядя, Георг Ом, который вывел известную любому старшекласснику формулу (закон Ома для участка цепи) – U=I*R (где U – напряжение, I – ток, R – сопротивление.)
Переворачиваем эту прекрасную формулу, получая R=U/I.
В нашем случае R – сопротивление (номинал резистора), которое нам потребуется; U – напряжение в участке цепи, I – рабочий ток нашего светодиода.
Vs – напряжение источника питания
Vl – напряжение питания светодиода
Таким образом R=(Vs-Vl)/I=(12-2.1)/0.02=9.9/0.02=495 Ом – номинал резистора, который необходимо включить в цепь, дабы напрямую подключить светодиод к бортовой сети при выключенном двигателе.
Для работы при включенном двигателе рассчитываем так же, только Vs берём уже 14В.
Настоятельно рекомендую производить расчёты для авто, беря за напряжение бортовой сети 14В, иначе ваши светодиоды достаточно быстро выйдут из строя.

Если взять номинал больше, например 550-600 Ом, то светодиод будет светить чуть менее ярко.
Если номинал будет меньше, то «свет твоей звезды будет коротким, хоть и очень ярким».

Достоверно узнать, сколько вольт потребляет конкретный светодиод, можно подключив его к источнику постоянного напряжения в 3-5 вольт, подсоединив последовательно вольтметр (можно использовать электронный мультиметр, включив его в соответствующий режим), после чего посчитать насколько снизилось напряжение в цепи. И исходя уже их этих, конкретных данных, рассчитать требуемый вам резистор. Подробнее об этом методе читайте здесь.

В конце хочу сказать вам, что настоятельно рекомендую использовать номинал резистора немного выше чем расчётный, что, несомненно, продлит жизнь светодиодам.
Для определения резистора по цветовой маркировке (а именно так обозначены все современные резисторы) рекомендую использовать этот онлайн-калькулятор.
www.chipdip.ru/info/rescalc

Спасибо, что читаете мой БЖ, мне очень приятно. Если остались вопросы — задавайте не стесняясь — всем отвечу.

Подключение светодиода на 12 вольт

Подключение светодиода на 12В – вполне выполнимая задача даже для тех, кто не имеет тесного знакомства со схемотехникой. Прежде чем приступать к сборке цепей, рекомендуется рассмотреть типичные ошибки которые допускают не только аматоры, но и некоторые массовые производители.

Содержание статьи

Вступление, или как работает светодиод

Следует четко запомнить, что светодиоды относятся к токовым приборам, это значит, что проходимый ток должен быть ограничен посредством резистора.

Для расчета величины можно использовать следующую формулу:

R= (Uпит-Uпад)/0,75I, где

Uпит и Uпад – напряжение питания и падающее;
R – искомая величина сопротивления ограничивающего резистора;
I – проходящий ток.

Данные теоретические выкладки, казалось бы, необходимы для сборки любого работоспособного устройства. На примере разнообразных поделок китайского производства можно заметить, что на деле ограничивающий резистор применяется далеко не всегда.

Подключение светодиода на 12 вольт во всевозможных сувенирах, брелоках и фонариках осуществляется несколько иным способом. Несколько стандартных дисковых батареек подсоединяются напрямую к диоду. Расчет идет на то, что ток будет ограничиваться внутренним сопротивлением батареи, а её мощности не хватит на то чтобы попросту спалить другие элементы.

Некорректное подключение светодиодов на 12 вольт чревато не только их поспешным перегоранием. Важно помнить также о деградации устройств, когда яркость свечения стремительно падает при протекании нормального тока.

Светодиод не полностью перестает гореть, но он уже не сможет эффективно служить не только в составе фонарика, но даже в декоре он будет заметен только в полной темноте. Быстрее всего это можно наблюдать на белых и синих устройствах, поэтому для начала можно выбрать светодиод другого оттенка.

При отсутствии ограничивающего резистора подключение светодиода на 12В можно смело назвать неудачным. Полную деградацию устройства можно наблюдать через считанные минуты после подачи питания.

Схемы подобного образца – явная экономия средств и трудозатрат, но и изделия при этом получаются одноразовыми.

Другие примеры подключений, или как их исправить

Другое, не менее некорректное подключение светодиодов на 12В, можно наблюдать в уже более сложных и мощных устройствах. При увеличении количества диодов производители все так же продолжают надеяться на сопротивление батареи, просто соединив элементы последовательно. Наиболее распространенная причина при сдаче в ремонт таких приспособлений и поделок – банально выгорел отдельный светодиод или же вся их связка.

Можно попытаться доделать схему несколькими способами:

1. Подключение одного резистора.Такое подключение также не принесет ожидаемого результата. Все дело в том, что даже произведенные в одной партии полупроводниковые приборы имеют весьма ощутимые отличия. Дело даже не в том, что может быть заметна разница в яркости свечения светодиодов. Здесь речь пойдет о таком параметре как падение напряжения. Каждый из приборов характеризуется собственным током. Светодиод с наиболее высоким показателем, скорее всего, перегорит, когда его ток превысит номинальный. После этого и остальные светодиоды, питающиеся от 12В, не прослужат долго. Далее перегорит следующий по номиналу тока светодиод, а вслед за ним и оставшийся.
2. По резистору на каждый светодиод. Такое подключение стабилитрон 12 вольт не вступает в конфликт с правилами схемотехники. Токи становятся независимыми, но очевидный минус такой цепочки – громоздкость и неуместная загруженность элементами.
3. Цепочки последовательно соединенных светодиодов.Только такой вариант подключения устройств даст возможность одновременно добиться максимальной компактности при высокой результативности. Единственное, что стоит предусмотреть – увеличение напряжения питания.

Параметры светодиодов зависят и от их цвета, что нужно учитывать, продумывая подключение устройств к 12В.

Сколько светодиодов можно подключить к 12В и как это все рассчитать

Для получения ответа на данный вопрос можно разделить Uпит на Uпад, или же просто исходить из усредненного значения 2 вольт. Получается, что максимальное количество светодиодов, которое можно подключить, равняется 6. Но, определенная часть напряжения должна отходить гасящему резистору, пусть эта величина также будет составлять порядка 2 вольт.

Число элементов продолжает уменьшаться.

К этому стоит добавить, что прямое напряжение светодиодов далеко не всегда равняется 2 В. Следует принимать во внимание не только конкретный тип светодиода, но и оттенок его свечения. При этом лучше отталкиваться от максимальных значений падений напряжения, ведь в противном случае диоды могут просто не зажечься.

Расчеты не обязательно проводить вручную – выручить в любой ситуации сможет специальная программка для подсчета параметров элементов цепи. Полученные значения помогут понять, сколько конкретных диодов можно подключить к имеющемуся источнику питания.

Для чего может понадобиться подключение светодиодов к 12В

Одна из наиболее популярных областей применения таких схем – осветительная система автомобиля. Напряжения аккумулятора машины вполне хватает для реализации различных идей для внутренней подсветки, но вместе с этим светодиоды часто применяются и для внешнего освещения.

Блоки питания на 12 вольт можно назвать довольно распространенными, что позволяет существенно расширить область применения таких подключений. Различные рамки для часов, картинок, фотографий, подсветка аквариумов, террариумов, любых других предметов интерьера – все это можно реализовать на 12 вольтах. Светодиод как прибор довольно универсален, он не особо требователен к питанию и может вынести многие типы воздействий.

При конструировании любых поделок рекомендуется не забывать о правилах монтажа, чтобы сувениры и аксессуары могли служить длительное время.

Расчет резистора для светодиода — порядок, формулы, особенности подключения

Светодиод — прибор, который при прохождении через него тока излучает свет.

В зависимости от типа используемого материала для изготовления прибора, светодиоды могут излучать свет различного цвета. Эти миниатюрные, надежные, экономичные приборы используются в технике, для освещения и в рекламных целях.

Особенности включения светодиода

Светодиод обладает такой же вольтамперной характеристикой, как и обычный полупроводниковый диод. При этом при повышении прямого напряжения на светодиоде проходящий через него ток резко возрастает.

Например, для зеленого светодиода типа WP710A10LGD компании Kingbright при изменении приложенного прямого напряжения от 1,9 В до 2 В ток меняется в 5 раз и достигает 10 мА. Поэтому при прямом подключении светодиода к источнику напряжения при небольшом изменении напряжения ток светодиода может возрасти до очень большого значения, что приведет к сгоранию p-n перехода и светодиода.

Кодовая маркировка резисторов осуществлена с применением букв и цифр, с помощью которых можно определить качественные характеристики устройств.

Другой метод маркировки — цветная — предназначен для обозначения параметров резисторов посредством цветных полосок и кольц.

Такого явления не произойдет, если светодиод питается от специального источника стабилизированного тока – драйвера. При использовании драйвера с постоянным стабилизированным током обеспечиваются лучшие характеристики излучения светодиода, и, кроме того, увеличивается срок его работы. Однако такие источники тока дорогие и используются только для ответственных случаев.

При отсутствии источника со стабилизированным током для предотвращения сгорания светодиода от нестабильности питающего напряжения последовательно с ним обычно включается ограничивающий резистор.

Формулы расчета резистора для светодиода

В общем случае расчет сопротивления резистора для светодиодов производится по закону Ома. Зная напряжение и ток, можно определить величину сопротивления участка цепи:

R=U/I, где:

• R- сопротивление, Ом;
• U- напряжение на участке цепи, В;
• I-ток, протекающий в цепи, А.

В данном случае, выбрав необходимое рабочее значение тока светодиода Iсв и определив по вольтамперной характеристике рабочее напряжение светодиода Uсв, с учетом напряжения питания схемы Uпит можно определить величину сопротивления ограничивающего резистора Rогр:

Rогр=(Uпит-Uсв)/(Iсв*0,75)

Коэффициент 0,75 предназначен для обеспечения некоторого запаса. Определив величину сопротивления, надо найти ближайший к нему номинал резистора.
Далее рассчитывается мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе:

Pрас =Iсв²*Rогр, где:

• Pрас — мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе, Вт;
• Iсв — ток светодиода, А;
• Rогр – сопротивление ограничивающего резистора, Ом.

После расчета мощности резистора для светодиода необходимо выбрать элемент со стандартным максимально допустимым значением. При этом необходимо ориентироваться на большую из ближайших к рассчитанной мощности величин.

Параллельное и последовательное включение светодиодов

При параллельном включении светодиодов необходимо иметь в виду, что соединение к одному ограничивающему резистору не рекомендуется. Это связано с тем, что даже светодиоды одного типа имеют большие разбросы по току.

Это приводит к тому, что при таком включении через светодиоды будут течь токи разной величины. Светодиоды будут светиться с разной яркостью. Кроме того, в случае, если сгорит один источник света, то по остальным светодиодам потечет большой ток, что может привести к выходу из строя всех остальных.

Впервые столкнувшись с задачей монтажа безопасного электроснабжения дома или квартиры, многие ищут отвечт на вопрос: УЗО — что это такое? Задача такого устройства — передать сигнал о неисправности в домашней электросети соответствующей аппаратуре.

Детальнее ознакомиться с принципом работы устройства защитного отключения можно тут, а о схемах подключения — здесь.

Поэтому при параллельном включении светодиодов обычно к каждому прибору последовательно подключают свой ограничивающий резистор. Расчет сопротивления и мощности такого резистора ничем не отличается от ранее рассмотренного случая.

При последовательном включении светодиодов необходимо включать приборы одного типа. Кроме того, надо учитывать то, что напряжение источника должно быть не меньше суммарного рабочего напряжения всей группы светодиодов.
Расчет токоограничивающего резистора для светодиодов последовательного включения считаются также, как и раньше. Исключение состоит в том, что при вычислении вместо величины Uсв используется величина Uсв*N. В данном случае N — это количество включенных приборов.

Выводы:

1. Светодиоды — широко распространенные приборы, используемые в технике, для освещения и рекламы.
2. Во избежание выхода из строя светодиодов из-за их чувствительности к изменениям напряжения для них часто используют ограничивающие резисторы.
3. Расчет значения сопротивления ограничивающего резистора делается на основе закона Ома.

Расчет резистора для подключения светодиодов на видео

Расчет резистора для светодиода

Расчет резистора для светодиода не является сложной задачей и производится по простой школьной формуле. А вот с физическими процессами, протекающими в p-n-переходе светодиода, рекомендуется познакомиться ближе.

Параметры и особенности

Достоинств у светодиодов намного больше, чем недостатков, но по причине высокой стоимости народ не спешит приобретать осветительные приборы на основе светодиодов. Люди, обладающие необходимыми познаниями, покупают отдельные элементы и сами собирают светильники для аквариума, делают подключения на приборные панели автомобилей, стоповых сигналов и габаритов. Но для этого надо хорошо разобраться в принципах работы, параметрах и конструктивных особенностях светодиодов.

От бумаги к реальности есть небольшая разница. Это то, что будет происходить во всех проектах, которые вы делаете, поэтому вы всегда должны привыкнуть оставлять запас прочности. Как вы можете себе представить, они не продают сопротивления этой ценности. Однако резисторы 470 Ом легко найти. Кроме того, поскольку мы выберем значение сопротивления немного выше идеального, интенсивность будет немного ниже, поэтому вы убедитесь, что ток всегда ниже 20 мА.

Мощность, рассеянная в сопротивлении

Однако вам все же нужно найти рассеянную мощность, которая должна выдерживать ваше сопротивление. Вы должны иметь в виду, что если значение сопротивления, которое вы ставите, это не тот, который вы рассчитали, текущий не будет таким же, и вам придется пересчитать его.

Параметры:

• рабочий ток;
• рабочее напряжение;
• цвет светового потока;
• угол рассеивания:
• тип корпуса.

Особенностью конструкций является диаметр, форма линзы, которая определяет направленность и степень рассеивания светового потока. Участок цветового спектра свечения определяют примеси добавляемые в полупроводниковый кристалл диода. Фосфор, индий, галлий, алюминий обеспечивают подсветку от красного до желтого диапазона.

Если мы применим это к предыдущему примеру. Теперь вы знаете, что ваше сопротивление должно выдерживать, по крайней мере, те Ватиос. Типичное рассеиваемая мощность в резисторе, которую вы можете найти без проблем, составляет 25 Вт. Если вы все это поняли, вам это не составит труда. Просто примените приведенные выше формулы с небольшими изменениями.

Когда вы подключаете несколько компонентов последовательно, то, что вы делаете, это то, что все они распространяют один и тот же ток. В случае напряжения вы добавляете падение напряжения, поэтому ваша формула будет выглядеть так. Если вы подключаете несколько компонентов параллельно, все они имеют одинаковое напряжение. Однако интенсивность делится на разные ветви, циркулируя большую интенсивность теми ветвями, которые менее склонны к прохождению тока, т.е. ветвям, которые имеют меньшее сопротивление.

Состав азота, галлия, индия сделает спектр в диапазоне синего и зеленого цветов, если к кристаллу синего (голубого) спектра добавить люминофор, можно получить белый свет. Углы направления и рассеивания потоков определяет состав кристалла, но в большей степени форма линзы светодиода.

Для поддержания живого мира аквариума необходим процесс фотосинтеза водорослей. Здесь требуется правильный спектр и определенный уровень освещения аквариума, с чем хорошо справляются светодиоды.

Формула расчета сопротивления резистора онлайн калькулятора

Сопротивление резистора
= (U – U F)/I F

• U
  – источник питания;
• U F
  – прямое напряжение светодиода;
• I F
  – ток светодиода (в миллиамперах).

Примечание:
Слишком сложно найти резистор с сопротивлением, которое получилось при расчете. Как правило, резисторы выпускаются в стандартных значениях (номинальный ряд). Если вы не можете найти необходимый резистор, то выберите ближайшее бо́льшее значение сопротивления, которое вы рассчитали.

Например, если у вас получилось сопротивление 313,4 Ом, то возьмите ближайшее стандартное значение, которое составляет 330 Ом. Если ближайшее значение является недостаточно близким, то вы можете получить необходимое сопротивление путем или соединения нескольких резисторов.

Светодиод является полупроводниковым прибором с нелинейной вольт-амперная характеристикой (ВАХ). Его стабильная работа, в первую очередь, зависит от величины, протекающего через него тока. Любая, даже незначительная, перегрузка приводит к деградации светодиодного чипа и снижению его рабочего ресурса.

Чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод на нужном уровне, электрическую цепь необходимо дополнить стабилизатором. Простейшим, ограничивающим ток элементом, является резистор.

Расчет резистора для светодиода не является сложной задачей и производится по простой школьной формуле. А вот с физическими процессами, протекающими в p-n-переходе светодиода, рекомендуется познакомиться ближе.

Светодиод без резистора

Для начала рассмотрим, что произойдет, если мы подключим светодиод к источнику питания без резистора ограничивающего ток. В качестве примера мы будем использовать источник питания с напряжением 5В.

В этом случае, в соответствии со вторым законом Кирхгофа:

Получается, что все напряжение питания сосредоточено на нашем светодиоде:

Что означает появление напряжения 5В на нашем светодиоде?  При превышении 2,05 вольт, ток будет расти очень быстро, достигнув высокого значения.

В нашем случае, питание светодиода без ограничительного резистора приведет к генерации тока большего, чем допустимо (30 мА), что в свою очередь произойдет его повреждение.

Здесь следует добавить, что причиной, разрушающим светодиод является не ток как таковой, а выделяемая мощность в виде тепла.

Примеры расчетов

Чтобы помочь новичкам сориентироваться, приведем пару практических примеров расчета сопротивления для светодиодов.

Cree XM–L T6

В первом случае проведем вычисление резистора, необходимого для подключения мощного светодиода Cree XM–L к источнику напряжения 5В. Cree XM–L с бином T6 имеет такие параметры: типовое U LED =2,9В и максимальное U LED =3,5В при токе I LED =0,7А. Узнать больше о данном светодиоде можно здесь. В расчёты следует подставлять типовое значение ULED, так как. оно чаще всего соответствует действительности.

R=(U-U LED)/I=(5-2,9)/0,7=3 Ом

Рассчитанный номинал резистора присутствует в ряду Е24 и имеет допуск в 5%. Однако на практике часто приходится округлять полученные результаты к ближайшему значению из стандартного ряда. Получается, что с учетом округления и допуска в 5% реальное сопротивление изменяется и вслед за ним обратно пропорционально меняется ток. Поэтому, чтобы не превысить рабочий ток нагрузки, необходимо расчётное сопротивление округлять в сторону увеличения.

Используя наиболее распространённые резисторы из ряда Е24, не всегда удаётся подобрать нужный номинал. Решить эту проблему можно двумя способами. Первый подразумевает последовательное включение добавочного токоограничительного сопротивления, который должен компенсировать недостающие Омы. Его подбор должен сопровождаться контрольными измерениями тока.

Второй способ обеспечивает более высокую точность, так как предполагает установку прецизионного резистора. Это такой элемент, сопротивление которого не зависит от температуры и прочих внешних факторов и имеет отклонение не более 1% (ряд Е96). В любом случае лучше оставить реальный ток немного меньше от номинала. Это не сильно повлияет на яркость, зато обеспечит кристаллу щадящий режим работы.

Мощность, рассеиваемая резистором, составит:

P=I 2 *R=0,72*3=1,47 Вт

Вычислим КПД собранного светильника:

η= P LED /P= U LED / U=2,9/5=0,58 или 58%

Led smd 5050

По аналогии с первым примером разберемся, какой нужен резистор для smd светодиода 5050.

Здесь нужно учесть конструкционные особенности светодиода, который состоит из трёх независимых кристаллов.

Если LED smd 5050 одноцветный, то прямое напряжение в открытом состоянии на каждом кристалле будет отличаться не более, чем на 0,1В. Значит, светодиод можно запитать от одного резистора, объединив 3 анода в одну группу, а три катода – в другую. Подберем резистор для подключения белого smd 5050 с параметрами: типовое U LED =3,3В при токе одного чипа I LED =0,02А.

R=(5-3,3)/(0,02*3)=28,3 Ом

Ближайшее стандартное значение – 30 Ом.

P=(0,02*3)2*30=0,1 Вт

η=3,3/5=0,66 или 66%

Принимаем к монтажу ограничительный резистор мощностью 0,25Вт и сопротивлением в 30 Ом±5%.

Теория

Математический расчет

Ниже представлена принципиальная электрическая схема в самом простом варианте. В ней светодиод и резистор образуют последовательный контур, по которому протекает одинаковый ток (I). Питается схема от источника ЭДС напряжением (U). В рабочем режиме на элементах цепи происходит падение напряжения: на резисторе (UR) и на светодиоде (ULED). Используя второе правило Кирхгофа, получается следующее равенство:

U= I*R+I*R LED .

В приведенных формулах R – это сопротивление рассчитываемого резистора (Ом), R LED – дифференциальное сопротивление светодиода (Ом), U – напряжения (В).

Значение R LED меняется при изменении условий работы полупроводникового прибора. В данном случае переменными величинами являются ток и напряжение, от соотношения которых зависит величина сопротивления. Наглядным объяснением сказанного служит ВАХ светодиода. На начальном участке характеристики (примерно до 2 вольт) происходит плавное нарастание тока, в результате чего R LED имеет большое значение. Затем p-n-переход открывается, что сопровождается резким увеличением тока при незначительном росте прикладываемого напряжения.

Путём несложного преобразования первых двух формул можно определить сопротивление токоограничивающего резистора: R=(U-U LED)/I, Ом

U LED является паспортной величиной для каждого отдельного типа светодиодов.

Графический расчет

Имея на руках ВАХ исследуемого светодиода, можно рассчитать резистор графическим способом. Конечно, такой способ не имеет широкого практического применения. Ведь зная ток нагрузки, из графика можно легко вычислить величину прямого напряжения. Для этого достаточно с оси ординат (I) провести прямую линию до пересечения с кривой, а затем опустить линию на ось абсцисс (U LED). В итоге все данные для расчета сопротивления получены.

Тем не менее, вариант с использованием графика уникален и заслуживает определенного внимания.

Рассчитаем резистор для светодиода АЛ307 с номинальным током 20 мА, который необходимо подключить к источнику питания 5В. Для этого из точки 20 мА проводим прямую линию до пересечения с кривой LED. Далее через точку 5В и точку на графике проводим линию до пересечения с осью ординат и получаем максимальное значение тока (Imax), примерно равное 50 мА. Используя закон Ома, рассчитываем сопротивление:

R=U/I max =5В/0,05А=100 Ом

Чтобы схема была безопасной и надёжной нужно исключить перегрев резистора. Для этого следует найти его мощность рассеивания по формуле:

P=I 2 *R=(U R)2/R

Калькулятор расчета сопротивления резисторов для светодиодов

Калькулятор может быть использован для расчета сопротивления резистора для одного или нескольких, соединенных последовательно светодиодов.

(!). Номинал сопротивления резистора выбирается из ближайшего большего значения стандартного ряда.

При расчете на предложенном калькуляторе используются такие исходные данные как количество СД в цепи и схема их включения, а также прямое напряжение, ток СД и значение питающего напряжения.

Для определения прямого напряжения а тока СД в случае отсутствия технической документации прямое напряжение может быть определено исходя из цвета свечения диода.

Следует обратить внимание, что приведенные в таблице значения прямого напряжения будут верны для СД, рассчитанных на 20 mA.

Токоограничивающий резистор

— Build Electronic Circuits

Токоограничивающий резистор — это резистор, который используется для уменьшения тока в цепи.

Простой пример — резистор, включенный последовательно со светодиодом.

Обычно вам нужно установить токоограничивающий резистор последовательно со светодиодом, чтобы вы могли контролировать количество тока, протекающего через светодиод.

Если через светодиод проходит слишком большой ток, он перегорает слишком быстро. Если через него проходит слишком малый ток, этого может быть недостаточно для включения светодиода.

Расчет необходимого номинала резистора

Проверьте техническое описание вашего компонента, чтобы найти падение напряжения и соответствующий ток для вашего светодиода.

Если вы не можете найти таблицу, попробуйте ее.

Подключите последовательно светодиод и резистор к источнику переменного напряжения. Начните с 0 вольт и постепенно увеличивайте напряжение, пока не загорится светодиод.

Измерьте напряжение на светодиоде и ток, проходящий через него.

Допустим, светодиоду требуется 15 мА, а падение напряжения составляет 2 вольта.У вас есть источник питания 5 В, которым вы хотели бы его запитать. Какой номинал резистора вам нужен?

Чтобы найти номинал резистора, мы начинаем с определения падения напряжения на резисторе. Так как на светодиоде падение напряжения составляет 2 В, на резисторе будет падение напряжения на 3 В.

Хорошо, у нас есть 3 В, и мы хотим, чтобы через резистор и светодиод проходил ток 15 мА.

Чтобы найти необходимое сопротивление резистора, воспользуемся законом Ома.

это дает нам

Итак, необходимое значение резистора ограничения тока составляет 200 Ом.

Выбор подходящего резистора

Итак, вы знаете, что вам нужен резистор на 200 Ом.

Но если вы посмотрите на компоненты, вы обнаружите, что существует несколько различных типов резисторов.

Что ж, единственное, о чем вам нужно знать, — это номинальная мощность компонента. Какой эффект может выдержать резистор?

Итак, вам нужно выяснить, какой эффект будет рассеиваться на вашем резисторе.

Чтобы найти это, воспользуйтесь следующей формулой для расчета мощности

В нем указано, что мощность равна току, умноженному на напряжение.Получаем

Это означает, что ваш резистор должен выдерживать не менее 45 мВт.

Обычно большинство резисторов рассчитаны на мощность от 250 мВт и выше, поэтому найти подходящий резистор будет несложно.

Возврат от токоограничивающего резистора к электронной схеме

Следует ли отказаться от токоограничивающего резистора для светодиода? | Блог

Создано: 20 сентября 2017 г.
Обновлено: 11 декабря 2020 г.

Большинство моих друзей-инженеров ведут сбалансированный образ жизни.Однако есть инженеры-трудоголики. Эти инженеры не ограничивают свое рабочее время и постоянно сталкиваются со стрессом. Их образ жизни не сильно отличается от светодиодов, которые напрямую подключены к источнику питания без токоограничивающего резистора или с неправильным номиналом резистора. Сначала они сильны, но со временем мерцают и выгорают.

В архитектурной индустрии светоизлучающие диоды (LED) обычно используются в архитектурных моделях. Однако я заметил, что все больше и больше людей подключают свои светодиоды напрямую к источнику питания без токоограничивающего резистора.Хотя изначально они работают, поскольку напряжение источника питания установлено в соответствии со светодиодом, это не лучшая практика, если вы хотите, чтобы ваши светодиоды соответствовали заданным срокам службы печатной платы.

Как работает светодиод

Светодиод — это полупроводниковое устройство, построенное с использованием соединения кремния P-типа и кремния N-типа, аналогично диоду. Полупроводники P-типа имеют более высокую концентрацию положительных «дырок», чем электроны, а полупроводники N-типа имеют более высокую концентрацию электронов.

Типичный диод пропускает ток только в одном направлении. Прямое смещение подается на светодиод путем подключения кремния P-типа к положительной клемме источника питания и кремния N-типа к земле. Когда прямое напряжение превышает пороговое напряжение P-N перехода, ток начинает течь. Падение напряжения на светодиоде всегда эквивалентно прямому напряжению светодиода. Они могут варьироваться от 1,8 В до 3,3 В в зависимости от цвета и типа светодиода.

Когда светодиод подключен к источнику питания с напряжением выше, чем его прямое напряжение, резистор, ограничивающий ток, подключается последовательно со светодиодом. Токоограничивающий резистор ограничивает ток светодиода и регулирует разницу в падении напряжения между светодиодом и источником питания. Конечно, вам нужно будет рассчитать, какой токоограничивающий резистор вам понадобится для вашей печатной платы.

Выбор правильного источника питания для светодиодов

Хотя обычный импульсный источник питания может легко загореться светодиодной системой с токоограничивающим резистором, существуют источники питания, предназначенные для светодиодных приложений.Эти источники питания называются драйверами светодиодов и бывают двух типов: драйверы светодиодов с постоянным током и драйверы светодиодов с постоянным падением напряжения.

Драйвер светодиода с постоянным током будет изменять свое напряжение в определенном диапазоне, чтобы гарантировать, что его выходной ток поддерживается на заданном значении. Например, вы можете использовать драйвер светодиода постоянного тока для 100 параллельно подключенных светодиодов с прямым напряжением 3,3 В и прямым током 10 мА. Драйвер светодиода должен быть способен поддерживать 1 А в соответствии с диапазоном рабочего напряжения, который перекрывает прямое напряжение светодиода.В этом случае токоограничивающий резистор не нужен.

Драйвер светодиода с постоянным падением напряжения работает, регулируя падение и усиление напряжения с заданным значением и скоростью в пределах ограничения по току. В случае светодиодных лент или коммерческого освещения устанавливаются токоограничивающие резисторы, чтобы минимизировать влияние колебаний источника напряжения. Эти светодиодные фонари часто указывают напряжение, при котором они работают, и что для них требуются драйверы светодиодов постоянного напряжения.

Подберите источник питания, подходящий для вашей светодиодной конфигурации.

Отсутствие резистора ограничения тока — стоит ли рисковать?

Имея на рынке ряд светодиодных драйверов, многие компании предпочитают использовать обычный импульсный источник питания и пропускают значения резисторов в своих светодиодных установках. Это связано с тем, что ручная пайка резисторов к светодиодам требует дополнительных усилий, а обычные импульсные блоки питания дешевле драйверов светодиодов.

Теоретически кажется разумным подключить обычное напряжение питания 3,3 В к сотням светодиодов с таким же прямым напряжением.Отсутствие этого подхода может привести к выходу этих светодиодов из строя задолго до истечения срока их службы. В результате эти светодиоды нередко мигают или перегорают в течение нескольких недель после установки. Это связано с тем, что в обычных импульсных источниках питания возникают проблемы с пусковым током напряжения питания; внезапный всплеск тока при включении питания. Со временем это может повредить светодиоды, если они не защищены токоограничивающими резисторами. В качестве альтернативы, усовершенствованные драйверы светодиодов имеют функции, которые устраняют проблемы с пусковым током напряжения питания и помогают избежать ручной пайки.

Некоторые из этих красивых светодиодов начнут мигать в течение нескольких недель после установки, если вы решите сократить расходы вместо того, чтобы следовать лучшим практикам.

Как инженер или поставщик электронного оборудования лучшее, что мы можем сделать, — это дать разумный совет о том, как действовать в таких сценариях. Однако, когда мы разрабатываем собственные светодиодные приложения, нет оправдания тому, что мы не следуем передовым методам питания светодиодов. Для начала вы можете получить правильные расчеты мощности и текущие расчеты и дважды проверить свои проекты с помощью анализатора PDN ^™ .Это поможет вам устранить области с высокой плотностью тока, которые выделяют слишком много тепла при одновременном включении всех светодиодов. Конечно, вы захотите использовать профессиональное программное обеспечение для проектирования печатных плат, такое как CircuitStudio ^® от Altium Designer, или чтобы помочь вам приступить к проектированию.

По-прежнему сомневаетесь, включать ли ограничивающие резисторы для ваших светодиодных приложений? Или удалить их, чтобы сэкономить драгоценное пространство? Поговорите со специалистами Altium Designer прямо сейчас.

Ознакомьтесь с Altium Designer ^® в действии…

Мощный дизайн печатной платы

Требуется ли токоограничивающий резистор для светодиодов, если прямое напряжение и напряжение питания равны?

Нет, это не так, хотя бы потому, что ни на светодиоде, ни на блоке питания нет 3.3В. Источник питания может быть 3,28 В, а напряжение светодиода 3,32 В, и тогда простой расчет для последовательного резистора больше не выполняется.

Модель светодиода — это не просто постоянное падение напряжения, а скорее постоянное напряжение последовательно с резистором внутреннего сопротивления.Поскольку у меня нет данных для вашего светодиода, давайте посмотрим на эту характеристику для другого светодиода, Kingbright KP-2012EC LED:

.

Для токов выше 10 мА кривая прямая, а наклон обратный внутреннему сопротивлению. При 20 мА прямое напряжение составляет 2 В, при 10 мА — 1,95 В. Тогда внутреннее сопротивление

\ $ R_ {INT} = \ dfrac {V_1 — V_2} {I_1 — I_2} = \ dfrac {2V — 1.95V} {20mA — 10mA} = 5 \ Omega \ $.

Собственное напряжение

\ $ V_ {INT} = V_1 — I_1 \ times R_ {INT} = 2V — 20mA \ times 5 \ Omega = 1.9В. \

$

Предположим, у нас есть источник питания 2 В, тогда проблема немного похожа на исходную, где у нас было 3,3 В для питания и светодиода. Если мы подключим светодиод через резистор 0 \ $ \ Omega \ $ (в конце концов, оба напряжения равны!), Мы получим ток светодиода 20 мА. Если напряжение источника питания изменится на 2,05 В, то есть только на 50 мВ, тогда ток светодиода будет

.

\ $ I_ {LED} = \ dfrac {2,05–1,9 В} {5 \ Omega} = 30 мА. \ $

Таким образом, небольшое изменение напряжения приведет к большому изменению тока.Об этом свидетельствует крутизна графика и низкое внутреннее сопротивление. Вот почему вам нужно внешнее сопротивление, которое намного выше, чтобы мы могли лучше контролировать ток. Конечно, падение напряжения на 10 мВ, скажем, на 100 \ $ \ Omega \ $ дает только 100 \ $ \ mu \ $ A, что будет практически незаметно. Следовательно, также требуется более высокая разница напряжений.

Вам всегда требуется достаточно большое падение напряжения на резисторе, чтобы иметь более или менее постоянный ток светодиода.

Как ограничить ток для светодиодов

Я отвечаю на ваше исправленное сообщение от 19 июня. Во-первых, вы не совсем понимаете, как работают светодиоды (но не волнуйтесь, это довольно часто).

Рассмотрим, что вы уже знаете об электричестве . Представьте, что вам нужно зарядить пять смартфонов.

Если мы разрабатываем схему регулирования для пяти смартфонов:

Никаких объяснений здесь нет. Это устройств с постоянным напряжением , которые мы запитываем от источника постоянного напряжения : напряжение остается постоянным при параллельном соединении .(последовательная связь была бы смешной, глупой, «даже не неправильной».) Не то, чтобы мы когда-либо действительно думали об этом; это нормально.

И мы хотим думать, что светодиодные излучатели тоже такие. Но это не .

Рассмотрим люминесцентную лампу, которая работает при ~ 120 В при ~ 300 мА. Как и любой другой источник света дугового разряда, после зажигания дуги его сопротивление почти равно нулю . Лампа хочет быть полностью короткой, поэтому вам нужен балласт для ограничения тока. Балласт представляет собой источник постоянного тока , к которому мы не привыкли.

Светодиодные излучатели

очень нелинейны — небольшое изменение напряжения, температуры или возраста вызывает огромное изменение тока. Чтобы управлять им с постоянным напряжением, вам нужно будет выбрать такое консервативное напряжение, чтобы вы не получили от светодиода большой производительности. Хорошо подобранный резистор лучше, но вам все равно нужен большой запас прочности, который удерживает вас от максимальной производительности. С другой стороны, светодиод , установленный на заводе , должен работать при определенном токе .

Вы говорите, что у вас есть светодиод на 350 мА при 3,6 В постоянного тока. Вы интерпретировали это как около 350 мА при точно 3,6 В. Нет, все наоборот: этот блок рассчитан на точно 350 мА при около 3,6 В. Если вы попробуете запустить его при 3,6 В, вы можете получить 50 мА, 150 мА, 350 мА … или волшебный дым. И это значительно изменится по мере нагрева светодиода.

Постоянный ток переворачивает наше мышление с ног на голову. При регулировании тока вместо напряжения вам нужно последовательно, а не параллельно.

Или, если мы разрабатываем схему регулирования для пяти светодиодов:

Это устройств постоянного тока , которые мы запитываем от источника постоянного тока : ток остается постоянным в соединении серии . (параллельное соединение было бы смехотворно, глупо, «даже не неправильно» … ну, не совсем так, как в предыдущем примере, но вы действительно будете молиться богам производственной терпимости.)

Если вы хотите уменьшить яркость светодиода, вы можете изменить силу тока. Напряжение не сильно изменится, поэтому уменьшение тока вдвое снижает яркость примерно вдвое. Поскольку они расположены последовательно, они все тускнеют вместе и одинаково. И поскольку мы, безусловно, можем изменить ток, было бы более уместно назвать эту схему «режимом тока», поскольку мы заботимся о токе, а не о напряжении.

На практике модули регуляторов постоянного тока легко доступны. Их делают многие.И 350 мА — это обычно используемый ток. Немного заботимся о напряжении; драйвер, предназначенный для светодиодов ~ 3,6 В, может отличаться от драйвера, предназначенного для цепочки ~ 36 В из 10 последовательно.

Или, если вам нужно действительно простое, глупое регулирование тока, действительно, резистора будет достаточно. Фактически, вам понадобится только один резистор. Но, как уже говорилось, таким образом вы не получите максимальной производительности от светодиодов.

Если несколько светодиодов складываются для большего напряжения, чем имеется у вас, можно разделить их на последовательно-параллельные цепочки с регулировкой тока в каждой цепочке.Вот что происходит в «светодиодных лентах» на 12 вольт. Другой — использовать повышающий преобразователь для накачки напряжения. Поскольку источники питания постоянного тока обычно включают в себя дроссели и прерыватели, функции «повышения» и «ограничения тока» могут быть объединены — Joule Thief — очень простой пример этого.

Сопротивление

— Правильная формула для токоограничивающего резистора светодиода?

Ваша формула верна, НО для того, чтобы сделать это правильно, вам нужно повторить результат (или использовать простой графический метод линии нагрузки — см. В конце).
Это связано с тем, что прямое падение напряжения на светодиодах нелинейно с током (или ток не является линейным с прямым падением напряжения. Во многих случаях этот эффект несущественен, но в некоторых случаях он может привести к результатам, которые составляют 2: 1 или более в ошибка

Если имеется большой запас по напряжению для последовательного резистора — разница между Vcc и Vf — исходный результат может быть достаточно близким для корректировки, чтобы не иметь значения. Но если запас напряжения мал по сравнению с Vf, изменения в светодиоде Vf с током изменят запас, который изменит ток, который изменит Vf, что изменится…. Это действительно происходит в реальных ситуациях.

Для белых светодиодов Vf обычно находится в диапазоне от 2,9 В до 4 В с более типичными значениями 3,3 — 3,8 В до недавнего времени и, скажем, 3,0 — 3,3 В для более современных светодиодов с более высокой эффективностью. В серьезных производственных приложениях Vf будет доступен в «ящиках», поэтому его можно гарантировать в пределах +/- 0,1 В при заданном токе. В розничных продажах вы можете получить образцы из каждого бункера, и Vf может составлять, например, 3,3 В для одного светодиода и 3,6 В для другого номинально идентичного светодиода.

При работе от 5 В запас будет 1,7 В и 1,4 В соответственно для изменения тока примерно (1,7–1,4) / 1,7 = ~ 18%. Добавьте к этому небольшие сдвиги Vf с током, как указано выше, и 20% -ые вариации If могут возникнуть между «идентичными» светодиодами. В большинстве случаев это не имеет никакого практического значения. Световой поток примерно пропорционален току — 20% -ное изменение светового потока не может быть обнаружено на глаз для всех, кроме самых опытных или опытных зрителей.

Если бы это был светодиод мощностью, скажем, 5 Вт, то разница в рассеивании светодиода могла бы составить 1 Вт, и это МОЖЕТ повлиять на рабочие температуры и срок службы.

Все это приводит к совету о том, что в «серьезных» приложениях светодиоды должны подключаться к источнику постоянного тока, если вы заботитесь об истинном рабочем токе. В «индикаторных» ролях или приложениях с низким уровнем освещения это может не иметь значения. В приложениях с высокой мощностью или там, где срок службы светодиодов имеет значение, постоянный ток необходим.

---

SH правильно прокомментировал:

Классический неитеративный метод заключается в том, чтобы взять характеристическую кривую светодиода и провести по ней линию нагрузки так, чтобы она пересекала кривую в рабочей точке, выбранной пользователем.Наклон говорит о сопротивлении. Люди делали это все время в эпоху электронных ламп, когда еще не было карманных калькуляторов.

Это быстрый и простой метод, дающий тот же конечный результат. Википедия

Простое и полезное руководство по нагрузке здесь

Изображения, в основном связанные, каждое из них ссылается на свою веб-страницу

Действительно ли мне нужны резисторы при управлении светодиодами с помощью Arduino?

40 участок,

Я должен сказать, что управление светодиодом без резистора НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ, если вы не знаете, что делаете.Однако, если вы понимаете, как ведет себя светодиод, вы можете безопасно управлять им без резистора. На самом деле, часто лучше управлять светодиодом без токоограничивающего резистора.

Зачем управлять светодиодом без резистора? Просто, чтобы сделать вашу схему более энергоэффективной.

Следует ли управлять светодиодом с ШИМ, установленным на постоянный рабочий цикл (т.е. 5 В ШИМ при рабочем цикле 34% для достижения среднего напряжения 1,7 В)?

Да и нет. Использование ШИМ может работать так же хорошо, как и приложение определенного напряжения (если вы будете осторожны), но есть способы получше.О чем следует беспокоиться при использовании подхода ШИМ.

1. Важна частота ШИМ. При использовании ШИМ в этом сценарии вы полагаетесь на способность компонентов вашей схемы временно обрабатывать большие токи. Больше всего вас беспокоит то, как светодиод справляется с временным высоким током и как выходная цепь вашего чипа может справиться с временным высоким током. Если эта информация не указана в даташите, значит, авторы даташита были ленивы. НО!!! Если эта информация указана в таблице данных, вы можете безопасно воспользоваться ею.Например, светодиод, который у меня рядом, имеет максимальный ток 40 мА. Тем не менее, он также имеет рейтинг «пикового прямого тока» 200 мА с примечанием, что ток не может оставаться на уровне 200 мА дольше 10 мкс. Тааааааааааааааааааааааач … Я могу управлять светодиодом с напряжением 1,7В (типичное прямое напряжение для светодиодов из таблицы). При рабочем цикле 34% и источнике питания 5 В (34% от 5 В = 1,7 В) среднее напряжение составляет 1,7 В, мне просто нужно убедиться, что время включения ШИМ составляет 10 мкс или меньше. Во время работы ток через светодиод, вероятно, вырастет примерно до 58 мА (58 мА = типичное потребление тока при 1.7В моего диода делят на 34%). 58 мА превышают максимальный постоянный ток моих светодиодов 40 мА на 18 мА. Наконец … Мне понадобится частота ШИМ 33,3 кГц или выше, чтобы безопасно управлять моим светодиодом (33,3 кГц = обратная величина [10 мкс времени включения, деленная на 34%, чтобы получить период ШИМ]). В РЕАЛЬНОСТИ я мог безопасно использовать ШИМ для питания моего светодиода с более медленной частотой ШИМ. Причина в следующем: в таблицах данных обычно не указываются все допустимые сценарии работы компонента. Они не описывают эти сценарии, потому что поставщик не хочет тратить время на определение и поддержку использования своего компонента для угловых вариантов использования.Например, с моим светодиодом, если я могу постоянно работать со светодиодом при 40 мА (40 мА — это максимальный номинальный постоянный ток), и я могу работать со светодиодом при 200 мА в течение 10 мкс. Тогда я могу быть на 99,99999% уверен, что могу безопасно управлять светодиодом при 100 мА в течение некоторого периода, превышающего 10 мкс, вероятно, близкого к 20 мкс.

ПРИМЕЧАНИЕ. Все компоненты могут безопасно справляться с временными всплесками тока, превышающими их максимальные значения, при условии, что продолжительность всплесков тока составляет МАЛЕНЬКАЯ ДОСТАТОЧНОСТЬ . Некоторые компоненты будут более снисходительными, чем другие, и, если вам повезет, в таблице данных компонента будет указано, насколько хорошо он может справляться с пиками тока.

2. Напряжение вашего ШИМ важно. Я продемонстрирую свою точку зрения на примере, а не через объяснение. Если мы используем светодиод, о котором я говорил ранее, мы знаем, что рабочий цикл 34% при 33,3 кГц и 5 В является безопасным. Однако, если бы наше напряжение составляло 12 В, нам пришлось бы переработать наши расчеты, чтобы сохранить то же количество тока, протекающего через светодиод. Наш рабочий цикл должен упасть до 14,167% (1,7 В, разделенные на 12 В), а минимальная частота ШИМ снизится до 14,285 кГц (обратное значение [10 мкс, разделенное на 14.167%]). ОДНАКО! , это повод для беспокойства. В сценарии 5 В мы применяем 5 В для 10 мкс, а в сценарии 12 В мы применяем 12 В для 10 мкс. Мы увеличили напряжение более чем вдвое за эти 10 мкс, должны быть некоторые последствия. И да, есть! В моем техническом описании светодиодов нет данных, необходимых для того, чтобы знать, какое напряжение я могу использовать в течение 10 мкс, прежде чем я поврежу свой светодиод. Наверняка 1000V на 10us поджарит мой светодиод. Но как мне узнать, поджарит ли мой светодиод 5 В при 10 мкс? или 12 В на 10 мкс? Если для него нет спецификации, вы рискуете.Итак … 5 В на 10 мкс — это рискованно, но, скорее всего, безопасно.

ПРИМЕЧАНИЕ. Вы можете добавить в схему конденсатор, чтобы усреднить ШИМ и устранить эту проблему.

3. Вы должны знать возможности выходного контакта, к которому вы также подключили свой светодиод. Самым важным параметром будет максимальный выходной ток. Я считаю, что для Arduino Uno это 40 мА. Вы должны выбрать рабочий цикл ШИМ, при котором среднее напряжение поддерживает ток, проходящий через светодиод, ниже 40 мА.Чтобы узнать, какие напряжения будут производить такой большой ток, вам нужно взглянуть на кривую ВАХ светодиодов (график зависимости тока от напряжения). Для типичного светодиода напряжение от 0,7 В (типичное минимальное напряжение, необходимое для излучения светодиода) до 1,25 В почти наверняка будет безопасным. Почему 1,25 В, вероятно, безопасно? Что ж, большинство светодиодов не превышает 40 мА при 1,25 В даже без токоограничивающего резистора. Еще одна вещь, помогающая защитить кого-то в случае, если они подают слишком большое напряжение, заключается в том, что цифровая выходная цепь Arduino будет иметь собственное выходное сопротивление, это выходное сопротивление будет низким, но даже выходное сопротивление 20 Ом обеспечит значительную количество защиты.Arduino uno имеет импеданс цифрового выхода около 250 Ом. Короче говоря, если вы управляете светодиодом, используя ШИМ при 1,0 В на высокой частоте, для обычного светодиода нет никаких шансов, что вы повредите свой цифровой выход на Arduino Uno.

4. Подход с ШИМ управляет светодиодом по разомкнутому контуру (как и при использовании источника питания 1,7 В без ШИМ). Вы прикладываете к светодиоду среднее напряжение , как раз подходящее значение для включения светодиода, но недостаточно высокое, чтобы повредить светодиод.К сожалению, диапазон напряжения от включенного (и достаточно яркого, чтобы видеть) до поврежденного светодиода очень мал (этот диапазон на моем светодиоде составляет около 0,7 В). Есть несколько причин, по которым 1,7 В, которые вы думаете, что применяете, не всегда будет 1,7 В …

а. Изменения температуры окружающей среды. Что делать, если у вас есть драйвер двигателя, регулятор напряжения и т. Д. В закрытой коробке, в которой также находится светодиод. Эти другие компоненты нередко повышают температуру внутри корпуса с 25 ° C до 50 ° C.Это повышение температуры БУДЕТ изменить поведение вашего светодиода, вашего регулятора напряжения и т. Д. Когда-то безопасное 1,7 В перестанет быть 1,7 В, а светодиод, который раньше жарил при 2,5 В, теперь будет жарить при 2,2 В.

г. Изменения в вашем питающем напряжении. Что, если бы вашим источником питания был аккумулятор. По мере разряда батареи напряжение значительно падает. Что, если вы спроектировали свою схему так, чтобы она хорошо работала со слегка использованной батареей 9 В, но затем вы добавили новую батарею 9 В. Новые свинцово-кислотные батареи на 9 В обычно имеют фактическое напряжение 9 В.5В. В зависимости от схемы, которая обеспечивает 5 В, используемое для ШИМ, эти дополнительные 0,5 В могут повысить ваши 5 В ШИМ до 5,3 В. Что, если бы вы использовали аккумуляторную батарею? У них есть еще больший диапазон напряжений на протяжении всего цикла разряда.

г. Есть и другие сценарии, например, индуцированный ток от EMI (двигатели будут делать это).

Наличие токоограничивающего резистора избавляет вас от многих из этих проблем.

Использование ШИМ для управления светодиодом — не очень хорошее решение. Есть ли лучший способ, при котором не требуется резистор ограничения тока?

Да! Делайте то, что они делают в светодиодных лампах для вашего дома.Управляйте светодиодом с помощью регулятора тока. Настройте регулятор тока на управление током, на который рассчитан ваш светодиод.

При правильном контроллере тока его можно значительно увеличить, и вы можете безопасно управлять светодиодом, не беспокоясь о большинстве проблем, связанных с разомкнутым контуром управления светодиодом.

Обратная сторона: Вам нужен регулятор тока, и вы увеличили сложность схемы в 10 раз. Но не расстраивайтесь. Вы можете купить микросхемы контроллера тока, микросхемы драйверов светодиодов или сделать свой собственный повышающий преобразователь с управляемым током.Это не так уж и сложно. Найдите время в своем плотном графике и узнайте о повышающих и понижающих преобразователях. Узнайте об импульсных источниках питания. Именно они питают ваш компьютер, и они чрезвычайно энергоэффективны. Затем либо создайте ее с нуля, либо купите недорогую микросхему, которая сделает большую часть работы за вас.

Конечно, как и во всех электронных схемах, вы всегда можете сделать больше вещей, чтобы улучшить вашу схему. Ознакомьтесь с рисунком 3 в следующем PDF-файле, чтобы увидеть, насколько сложной в наши дни может быть даже бытовая светодиодная лампа…

http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/design_guides/led_protectors/littelfuse_led_lighting_design_guide.pdf.pdf

Итого: Вы должны решить для себя, на какой риск вы готовы пойти со своей схемой. Использование 5V PWM для управления светодиодом, вероятно, будет работать нормально (особенно если вы добавите конденсатор для сглаживания прямоугольной волны PWM и максимальной частоты PWM). Не бойтесь выводить свою электронику за пределы их обычных условий эксплуатации, просто будьте в курсе, когда вы это делаете, знайте, на какие риски вы идете.

Наслаждайтесь!

FYI: Меня удивляет, как много людей сразу же переходят к ответу: «ВЫ ДОЛЖНЫ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫЙ РЕЗИСТОР ТОКА». Это благие намерения, но слишком безопасный совет.

Орт

Правильный выбор токоограничивающих резисторов для светодиодных драйверов постоянного напряжения — LED professional

Введение:
Не все резисторы одинаковы, и рост на новых рынках, таких как мощное светодиодное освещение, подчеркивает важность понимания всего аспекты приложения, чтобы правильно и безопасно указать правильный тип резистора.

Следовательно, эта статья сначала вернется к основам, чтобы понять принципы работы светодиодов и то, как они должны быть правильно смещены для достижения оптимальной светоотдачи, указанной производителями. Здесь будут рассмотрены электрические, оптические и тепловые характеристики светодиодов, чтобы понять, почему последовательное включение нескольких светодиодов может быть более эффективным, чем перегрузка отдельных светодиодов, и почему контроль температуры является ключом не только к максимальному выходу, но и к поддержанию желаемого цвета. тон и обеспечение надежности и долгого срока службы.

Поняв расчеты смещения для некоторых типичных сценариев освещения, быстро становится очевидно, что во многих приложениях необходимый балластный резистор может рассеивать несколько ватт мощности. Это не только диктует необходимость в подходящем типе резистора большой мощности, но может потребовать конструкции, подходящей для установки на радиаторе, чтобы отводить тепло от светодиода, а не вносить вклад в и без того сложное требование к конструкции.

Все эти и другие соображения будут изучены в контексте потенциальных проектных решений от специализированного производителя и поставщика резисторов, Riedon, чья продуктовая линейка включает в себя силовые резисторы с проволочной обмоткой серии UT для рассеивания до 13 Вт, силовые пленочные резисторы серии PF. с номинальной мощностью до 20 Вт и другие серии, которые позволяют использовать дополнительные радиаторы и варианты поверхностного монтажа.

Понимание работы светодиодов и требований к смещению:
Светоизлучающий диод (LED) — это тип полупроводникового диода, который излучает свет, когда ток течет от анода к катоду через P-N переход устройства. Следовательно, при нормальной работе светодиоду требуется источник постоянного тока (DC) для обеспечения необходимого положительного смещения (прямого напряжения) на этом переходе.
Светодиоды высокой яркости, предназначенные для освещения, обычно обеспечивают оптимальную производительность при прямом напряжении около 3 В.Однако, как видно на рисунке 1, зависимость напряжения от тока нелинейна, поэтому, хотя светодиод начинает включаться при более низком напряжении, он будет быстро потреблять гораздо более высокий ток, когда напряжение превышает его номинальное значение. Помимо соображений рассеивания тепла и надежности (подробнее об этом ниже), это неэффективно, поскольку зависимость светового потока (мера светоотдачи) с током светодиода также нелинейна. Таким образом, удвоение тока, безусловно, не приводит к удвоению светоотдачи, и гораздо лучшим решением для достижения желаемого светового потока является использование нескольких светодиодов.

Рисунок 1: Типичная характеристика зависимости тока светодиода от напряжения

С учетом этих характеристик обычным решением для управления светодиодами является управление током через устройство, а в простейшем методе, как показано на рисунке 2, используется последовательный резистор для ограничения ток такой, что по закону Ома:

IF = (VDC — VF) / R
, где IF = прямой ток
VDC = напряжение питания
VF = прямое напряжение
R = балластный резистор

Рисунок 2: Простая схема смещения светодиода

Можно использовать выпрямленный и сглаженный вход сети для питания цепи смещения светодиода, но результирующее напряжение питания (VDC) будет намного выше, чем прямое напряжение (VF) на один светодиод, а это означает, что на балластный резистор будет потрачена значительная мощность по сравнению с мощностью, потребляемой светодиодом.Последовательное подключение ряда светодиодов, которое типично для многих конструкций светодиодных ламп, решает проблему лишь частично, поскольку совокупное прямое напряжение все равно будет меньше, чем напряжение, падающее на резисторе.

Вместо этого в большинстве систем светодиодного освещения используются блоки питания (БП) со специальными схемами драйверов светодиодов, обеспечивающими выходной сигнал, соответствующий требуемой конфигурации светодиодов. Эти блоки питания обычно принимают входное напряжение сети переменного тока с выходом постоянного тока, который может управлять одним светодиодом, но, скорее всего, цепочкой светодиодов, работающих при напряжении до 60 В.Даже в светодиодной лампе типа «замена 60 Вт» используется встроенная схема драйвера светодиода для преобразования сети переменного тока в подходящее напряжение постоянного тока для питания светодиодов. Использование выделенных источников питания также позволяет подключать светодиоды или цепочки светодиодов параллельно для распределенных систем освещения, но обычно ток в каждом параллельном тракте по-прежнему необходимо ограничивать с помощью отдельного последовательного резистора.

Рекомендации по выбору балластного резистора:
Мы можем легко понять это, выполнив некоторые простые вычисления на основе схемы смещения и характеристик светодиода, показанных выше.Например, использование источника постоянного тока 24 В и шести последовательно соединенных светодиодов (каждый с номинальным прямым напряжением 3 В) оставляет нам 6 В, падающие на балластный резистор. Таким образом, при соответствующем прямом токе светодиода 350 мА необходимое значение резистора равно:

R = (VDC — 6 x VF) / IF = (24-6 x 3) / 0,35 = 17,1 Ом (Ом)
И мощность, которую должен рассеивать резистор, определяется как:
P = V x I = 6 x 0,35 = 2,1 Вт (Вт)

Это обеспечивает базовую спецификацию резистора, но прежде чем двигаться дальше, чтобы увидеть, какой тип резистора может быть подходящим, возможно, полезно подвергнуть сомнению некоторые из наших предположений.Например, почему источник питания 24 В, когда явно источник питания 20 В, уменьшит рассеиваемую мощность в резисторе до 0,7 Вт? Одна из причин заключается в конструкции и допусках компонентов. Типичный блок питания может иметь допуск по выходному напряжению ± 5%, и, хотя характеристика тока / напряжения светодиодов все еще играет важную роль, большая часть изменений выходного сигнала будет влиять на напряжение на резисторе. Следовательно, в нашем примере с блоком питания 24 В увеличение на + 5% (+ 1,2 В) приведет к увеличению тока примерно до 400 мА, что все еще близко к номинальному значению для светодиодов.Однако с блоком питания на 20 В увеличение на + 5% (+ 1 В) приводит к увеличению прямого тока примерно до 450 мА, что непропорционально выше целевого значения 350 мА.

Аналогичные эффекты на прямой ток будут иметь место, если само значение резистора значительно отклоняется от проектного целевого значения или если светодиоды отличаются от своих номинальных характеристик. Хотя не существует абсолютных правил для проектирования цепей смещения светодиодов, все эти факторы необходимо учитывать. Наказание, как отмечалось ранее, заключается в том, что повышенное рассеивание мощности при работе с более высокими токами приводит к более высоким температурам перехода светодиодов.Это приводит к снижению относительной светоотдачи, что частично сводит на нет любое увеличение от работы с более высоким током, но, что более важно, влияет на надежность устройства и ожидаемый срок службы.

Относительная цветность, то есть цветовой тон светодиода, также зависит от изменений тока и температуры, и это еще одна причина для того, чтобы держать их под контролем. Это поднимает проблему затемнения светодиодов, поскольку, хотя можно добиться аналогового затемнения светодиодов в ограниченном диапазоне яркости, изменяя ток возбуждения, иногда даже превышающий его номинальный номинал, это связано с той же проблемой изменения цвета.Вместо этого предпочтительным методом является широтно-импульсная модуляция (ШИМ) тока смещения. Этот подход обычно приводит в действие светодиоды с прямоугольной формой волны, эффективно включая и выключая светодиоды со скоростью (100 кГц или более), которая слишком высока, чтобы ее можно было заметить. Таким образом, светодиоды видят идеальный номинальный прямой ток во время «включенной» части цикла и незначительное рассеяние мощности во время «выключенной» фазы. Однако потенциальное требование к ШИМ-регулировке яркости накладывает еще одно ограничение на выбор балластного резистора; а именно, что это должна быть нереактивная нагрузка i.е. с минимальной индуктивностью или емкостью.

Возможные типы резисторов для балластов светодиодов:
Для светодиодного освещения устройства с номинальным номинальным прямым током 350 мА являются довольно типичными, но все более распространенными становятся светодиоды, рассчитанные на работу при 700 мА, 1 А и даже 1,5 А. Таким образом, если в описанном выше примере применения требуется резистор мощностью чуть более 2 Вт, для светодиодов более высокой мощности вполне могут потребоваться резисторы мощностью 10 Вт или более.

Резисторы с осевыми выводами с проволочной обмоткой обеспечивают разумную мощность с низкими допусками на сопротивление, отличные характеристики с низким TCR (температурный коэффициент сопротивления) и могут работать в широком диапазоне температур.Например, резисторы с проволочной обмоткой серии UT от Riedon предлагают номинальную мощность до 13 Вт и диапазон температур от -55 ° C до + 250 ° C (или даже + 350 ° C для некоторых типов). Для еще большего рассеивания мощности или там, где важно более эффективно отводить тепло от балластного резистора, Riedon предлагает серию UAL резисторов с проволочной обмоткой в ​​алюминиевом корпусе с номинальной мощностью до 50 Вт и выше.

Резисторы с проволочной обмоткой доступны с неиндуктивными обмотками, но технология тонкопленочных резисторов предоставляет альтернативу, которая может подойти для некоторых приложений.Серия PF от Riedon предлагает силовые пленочные резисторы с низкой индуктивностью в различных корпусах для поддержки различных номинальных мощностей, например 20Вт ТО-126 и 50Вт ТО-220. Для поверхностного монтажа серия силовых пленочных SMD резисторов PFS от Riedon может выдерживать до 35 Вт.

Об авторе:
Фил Эбберт — вице-президент по проектированию, Riedon Inc.:
Фил Эбберт отвечает за разработку резисторов в Riedon Inc. Он также отвечает за технологические проекты, включая оборудование, испытания и разработку процессов.