Расчет светодиода. Расчет светодиодов: как правильно рассчитать параметры для эффективной работы

Как рассчитать номинал резистора для светодиода. Как определить необходимую мощность резистора. Как рассчитать количество светодиодов в цепи. Как выбрать подходящий драйвер для светодиодов. Как рассчитать тепловые характеристики для охлаждения светодиодов.

Основные параметры светодиодов и их расчет

Светодиоды стали неотъемлемой частью современной электроники благодаря своей энергоэффективности и долговечности. Однако для их корректной работы необходимо правильно рассчитать ряд параметров. Рассмотрим основные характеристики светодиодов и методы их расчета.

Прямое напряжение и ток светодиода

Ключевыми параметрами любого светодиода являются его прямое напряжение и рабочий ток. Прямое напряжение — это напряжение, при котором светодиод начинает проводить ток и излучать свет. Оно зависит от материала полупроводника и обычно составляет от 1.8В до 3.5В для разных цветов. Рабочий ток определяет яркость свечения и обычно находится в диапазоне 10-30 мА для маломощных светодиодов.

Расчет ограничительного резистора

Для защиты светодиода от перегрузки по току необходимо использовать ограничительный резистор. Его номинал рассчитывается по закону Ома:

R = (U_пит — U_св) / (I_св * 0.75)

Где:
R — сопротивление резистора (Ом)
U_пит — напряжение источника питания (В)
U_св — прямое напряжение светодиода (В)
I_св — рабочий ток светодиода (А)
0.75 — коэффициент запаса

Расчет мощности ограничительного резистора

Помимо номинала, важно правильно рассчитать мощность рассеивания ограничительного резистора. Она определяется по формуле:

P = I² * R

Где:
P — мощность рассеивания (Вт)
I — ток через резистор (А)
R — сопротивление резистора (Ом)

Рекомендуется выбирать резистор с запасом по мощности в 2-3 раза. Это обеспечит его надежную работу без перегрева.

Расчет количества светодиодов в цепи

При последовательном соединении светодиодов важно правильно рассчитать их количество. Максимальное число светодиодов определяется напряжением источника питания и прямым напряжением одного светодиода:

N = U_пит / U_св

Где:
N — количество светодиодов
U_пит — напряжение источника питания (В)
U_св — прямое напряжение одного светодиода (В)

При этом суммарное падение напряжения на всех светодиодах не должно превышать напряжение источника питания.

Выбор и расчет драйвера для светодиодов

Для питания мощных светодиодов и светодиодных лент часто используются специальные драйверы. Как правильно подобрать драйвер для конкретного применения?

Основные параметры светодиодного драйвера

При выборе драйвера нужно учитывать следующие характеристики:

• Выходное напряжение — должно соответствовать суммарному прямому напряжению светодиодов
• Выходной ток — определяет яркость свечения
• Выходная мощность — должна быть достаточной для питания всех светодиодов
• КПД — влияет на энергоэффективность системы
• Диммирование — возможность регулировки яркости

Расчет параметров драйвера

Для расчета требуемой мощности драйвера используется формула:

P = U_св * I_св * N * 1.2

Где:
P — мощность драйвера (Вт)
U_св — прямое напряжение светодиода (В)
I_св — рабочий ток светодиода (А)
N — количество светодиодов
1.2 — коэффициент запаса

Выходное напряжение драйвера должно быть на 10-15% выше суммарного прямого напряжения всех светодиодов в цепи.

Тепловой расчет для охлаждения светодиодов

Правильный тепловой расчет критически важен для обеспечения долговечности мощных светодиодов. Какие параметры нужно учитывать?

Тепловое сопротивление и температура перехода

Ключевой характеристикой является тепловое сопротивление между p-n переходом светодиода и окружающей средой. Оно складывается из теплового сопротивления кристалла, корпуса, термоинтерфейса и радиатора. Температура p-n перехода не должна превышать максимально допустимую для данного светодиода.

Расчет теплового сопротивления радиатора

Требуемое тепловое сопротивление радиатора рассчитывается по формуле:

R_th = (T_{j max} — T_a) / P_d — R_{th j-c} — R_{th c-h}

Где:
R_th — тепловое сопротивление радиатора (°C/Вт)
T_{j max} — максимальная температура перехода (°C)
T_a — температура окружающей среды (°C)
P_d — рассеиваемая мощность (Вт)
R_{th j-c} — тепловое сопротивление переход-корпус (°C/Вт)
R_{th c-h}

— тепловое сопротивление корпус-радиатор (°C/Вт)

Особенности расчета параметров светодиодных лент

Светодиодные ленты имеют ряд особенностей, которые нужно учитывать при расчетах. На что обратить внимание?

Расчет потребляемой мощности

Потребляемая мощность светодиодной ленты зависит от ее типа и длины. Для расчета используется формула:

P = P_1m * L

Где:
P — общая мощность (Вт)
P_1m — мощность 1 метра ленты (Вт/м)
L — длина ленты (м)

Выбор блока питания

Мощность блока питания должна быть на 20-30% выше расчетной мощности ленты. Напряжение питания выбирается в соответствии с типом ленты (обычно 12В или 24В). Важно учитывать падение напряжения на длинных участках ленты.

Программы и онлайн-калькуляторы для расчета параметров светодиодов

Существует ряд удобных инструментов, упрощающих расчеты параметров светодиодных систем. Какие из них наиболее полезны?

Онлайн-калькуляторы

В интернете доступно множество бесплатных калькуляторов для расчета резисторов, драйверов и других параметров светодиодов. Они позволяют быстро получить результат без сложных вычислений. Однако важно понимать принципы расчета и не полагаться слепо на онлайн-инструменты.

Специализированное программное обеспечение

Для сложных проектов удобно использовать специальные программы, например, DIALux для светотехнических расчетов или ANSYS для теплового моделирования. Они позволяют учесть множество факторов и получить точные результаты.

Расчет светодиодов — параллельное и последовательное включение

Расчет светодиодов — LED-диод, это неотъемлимый элемент современной электроники, который используется практически во всех радиоэлектронных устройствах. Принцип его работы следующий: при подачи на него определенного значения постоянного тока, прибор начинает светится.

Существуют светодиоды различных цветов свечения, которое обусловливается применяемым материалом для его изготовления.

Специфика включения светодиодного прибора

Вольт-Амперная характеристика у светодиода аналогична той, которую имеет стандартный диод полупроводникового типа. Вместе с тем, когда в цепи светодиода возрастает напряжение прямой направленности, идущий через него ток стремительно увеличивается. Взять для примера фирменный светодиод зеленого свечения, то если подавать на него прямое напряжение в диапазоне от 1.8v до 2v, ток может увеличиться в пять раз, то есть составит 10мА.

Следовательно, включение светодиода по схеме прямой направленности напряжения, даже при незначительном увеличении напряжения, постоянный ток может повысится до критической величины. А при возрастании тока до пикового значении, чревато выходом из строя светодиода.

Поэтому, что бы предохранить данный полупроводниковый прибор от возможного пробоя, подавать на него напряжение необходимо от стабилизированного источника тока, то есть — 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.

В случае, если цепь со стабилизированным напряжением в схеме отсутствует, тогда для защиты светодиода применяется постоянный резистор в качестве ограничивающего ток сопротивления. Такой гасящий резистор включается последовательно в цепь светодиода. Чтобы точно определить номинальное значение такого резистора, нужно воспользоваться ниже приведенной формулой:

Это популярный в радиоэлектронике закон Ома, с помощью которого можно легко определить номинальное значение сопротивления на определенном участке электрического тракта.

R=U/I, где:

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

В общем, принцип расчета сопротивления такой: определяем требуемую величину рабочего тока прибора — Iсв и номинальное напряжение для его работы — Uсв. При этом нужно учитывать постоянное напряжение, от которого питается вся схема — Uпит, далее уже высчитывается номинальное значение ограничительного сопротивления — Rогр:

R

огр=(U_пит-U_св)/(I_св*0,75)

Коэффициент 0,75 в этом случае применяется для сохранения определенного запаса.

Получив номинальное значение сопротивления, теперь необходимо найти наиболее приближенный к нему номинал постоянного резистора.

Теперь нужно определить мощность рассеивания гасящего резистора:

P_рас =I_св²*R_огр, где:

P_рас — мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе, Вт;
I_св — ток светодиода, А;
R_огр – сопротивление ограничивающего резистора, Ом.

Узнав мощность рассеивания ограничительного резистора, теперь нужно найти компонент с предельно допустимыми параметрами.

Включение светодиодов по параллельной и последовательной схеме

Используя параллельное включение LED-источника, следует помнить, что в случае задействования только одного гасящего сопротивления может привести к его перегреву.

Применяя схему параллельного включения LED-приборов, необходимо в разрыв цепи диода всегда устанавливать свой, персональный резистор ограничения тока. Способ расчета номинальной мощности и сопротивления этого резистора высчитывается аналогичным методом, приведенным выше. Используя схему последовательного включения, цепь желательно составлять из идентичных друг другу приборов.

Помимо этого, нужно взять во внимание то, что действующее в схеме напряжение должно составлять немногим большее значение, чем потребляющее всеми LED-диодами одновременно

Вычисление номинала ограничительного резистора для использования в схеме последовательного соединения, производится таким же образом, как показано выше. Хотя, есть некоторое исключение, состоящее в том, что при подсчете, взамен значения U_св применяется значение U_св*N. В приведенном примере буква N означает число соединенных в цепь LED-приборов.

Расчет резистора для подключения светодиодов на видео

Расчет резистора для светодиода ⋆ diodov.net

14.09.2017

HomeШкола электроникиРасчет резистора для светодиода

By Дмитрий Забарило Школа электроники  5 комментариев

Расчет резистора для светодиода выполняется довольно просто, быстро и не содержит ничего «военного», только закон Ома. Хотя во всемирной сети существует множество онлайн-калькуляторов, помогающие определить различные параметры, но, по моему личному мнению, лучше один раз разобраться самому и понять физику процесса, чем слепо пользоваться подобными калькуляторами.

Самый частый пример – это подключение светодиода к источнику питания с напряжением 5 В, например к USB порту компьютера. Второй пример – подключение к аккумуляторной батарее автомобиля, номинальное значение напряжения которой 12 В. Если к такому источнику питания напрямую подсоединить полупроводниковый прибор, то последний попросту выйдет из строя под действием протекающего тока, превышающего допустимое значение, ‑ произойдет тепловой пробой полупроводникового кристалла. Поэтому нужно ограничивать величину тока.

С целью лучшей наглядности возьмем два типа светодиодов с наиболее распространенными характеристиками:

напряжение:

U_VD1 = 2,2 В;

U_VD2 = 3,5 В;

ток:

I_VD1 = 0,01 А;

I_VD2 = 0,02 А.

Расчет резистора для светодиода

Определим сопротивление R_1,5 для VD₁ при Uип = 5 В.

Для расчета величины сопротивления, согласно закону Ома нужно знать ток и напряжение:

R=U/I.

Величина тока, протекающего в цепи и в том числе через VD нам известна из заданного условия I_VD1 = 0,01 А, поэтому следует определить падение напряжения на R_1,5. Оно равно разности подведенного Uип = 5 В и падения напряжения на светодиоде U_VD1 = 2,2 В:

Теперь находим R_1,5

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в сторону увеличения, поэтому принимаем R_1,5 = 300 Ом.

Таким же образом выполним расчет R для VD₂:

Произведем аналогичные вычисления при значении Uип = 12 В.

Принимаем R_1,12 = 1000 Ом = 1 кОм.

Принимаем R_2,12 = 430 Ом.

Для удобства выпишем полученные значения сопротивлений всех резисторов:

Следует заметить, что сопротивление, выбранное из стандартного ряда, превышает расчетное, поэтому ток в цепи будет насколько снижен. Однако этим снижением можно пренебречь в виде его малого значения.

Расчет мощности рассеивания

Определить сопротивление – это только полдела. Еще резистор характеризуется важным параметром, который называется мощность рассеивания P – это мощность, которую он способен выдержать длительное время, при этом, не перегреваясь выше определенной температуры. Она зависит ток в квадрате, так как последний протекая в цепи, вызывает нагрев ее элементов.

P = I²R.

Визуально резистор более высокой Р отличается большими размерами.

 

Выполним расчет P для всех 4-х резисторов:

Из стандартного ряда мощностей выбираем ближайшие номиналы в сторону увеличения: первые три сопротивления можно взять с мощностью рассеивания 0,125 Вт, а четвертый – с 0,250 Вт.

Запишем общий расчет резистора для светодиода. Следует определить всего три параметра:

1) падение напряжения

2) сопротивление

3) мощность рассеивания.

Как видно, понять и запомнить данный алгоритм достаточно просто. Теперь, в случае применения специальных калькулятор, вы будете понимать, что и как они считают. Кстати, алгоритмы многих подобных калькуляторов не учитывают стандартный ряд номинальных значений, поэтому будьте внимательны, а лучше считайте все сами – это очень полезно делать для приобретения ценного опыта.

Расчет количества светодиодов — статья

Расчет количества светодиодов

Выбор правильного драйвера для вашего приложения

Выяснение того, какой драйвер лучше всего подходит для вашего приложения, может быть довольно неприятно, если ваша сфера деятельности не связана с электротехникой! Это сводится к следующему: если вы знаете, какой тип светодиода вы будете использовать в своем приложении, вы можете выбрать правильный драйвер в его рабочем окне.

Если вы слышите этот термин и видите диаграмму выше, чешете голову – НЕ ПАНИКУЙТЕ! Получите таблицы данных как светодиода, так и светодиодного драйвера и выполните проверку напряжения, тока и мощности.

Проверка напряжения, тока и мощности

Из таблицы данных светодиодов и драйверов светодиодов найдите следующие данные:

1. Светодиод: прямое напряжение (Вƒ) ) и максимальной выходной мощности ( Вт )

Позвольте нам провести вас через это упражнение, используя 50 Вт SOLOdrive 560/S в качестве предпочтительного драйвера светодиодов и обычный светодиод с прямым напряжением 3,5 В.

 

1. Прямое напряжение светодиода: 3,5 В

2. Максимальное прямое напряжение SOLOdrive 560/S на выход светодиода: 55 В

3. Максимальная выходная мощность SOLOdrive 560/S: 50 Вт Шаг 2: 90 90 90 90 90 Проверка напряжения

   Глядя на данные о прямом напряжении, можно предположить, что можно подключить 55 В / 3,5 В = примерно 15 светодиодов к выходу светодиода. Поскольку SOLOdrive 560/S имеет два выхода для светодиодов, и каждый из них предлагает 55 В, это будет равно 2 × 15 светодиодов = 30 светодиодов.

    

   Однако есть два других элемента, которые играют важную роль в этом уравнении: ток, при котором вы хотите управлять светодиодом, и максимальная мощность, выдаваемая драйвером светодиода.

    

   Шаг 2: Проверка тока и мощности

   Предположим, ваше приложение требует, чтобы вы управляли светодиодами с током 0,7 А для достижения желаемой светоотдачи.

    

   Помните, что у вас есть 15 светодиодов с напряжением 3,5 В, подключенных к каждому светодиодному выходу. Это означает, что светодиоды фактически потребляют 15 × 3,5 В = 52,5 В от напряжения, предлагаемого каждым выходом светодиода.

   Умножив это общее прямое напряжение, используемое светодиодами, на ток, установленный для выхода светодиода, вы получите общую мощность, запрашиваемую с этого выхода светодиода: Напряжение ( В ) × Ток ( А ) = Мощность ( Вт )

   Пример тока и мощности светодиода

   Таким образом, если выходной ток светодиода в нашем примере действительно установлен на 0,7 А (700 мА), светодиоды будут использовать:

   • Выход светодиода 1: 52,5 В × 0,7 А = 36,75 Вт

   • Выходная мощность светодиода 2: 52,5 В × 0,7 А = 36,75 Вт

   • Суммарная выходная мощность: 73,5 Вт

   Поскольку 73,5 Вт превышает максимальную выходную мощность драйвера светодиода, составляющую 50 Вт, 2 Вариант 3: 9000 : Connect Less LEDs

   
   Если вы не хотите отклоняться от выходного тока 0,7A: CONNECT LESS LEDs:

    

   Напряжение ( В ) × Ток ( Вт A
   Напряжение ( В )  = Мощность ( Вт ) / Ток ( А )
   Напряжение ( В ) = 50 Вт / 0,7 А = 71,4 В есть 71,4 В. Разделенное на прямое напряжение светодиода 3,5 В, это означает, что вы можете подключить максимум 20 светодиодов (вместо 30).

   Вариант 2: Работайте со светодиодами при меньшем токе

   Если 30 светодиодов важнее, чем количество светового потока: ИСПОЛЬЗУЙТЕ СВЕТОДИОДЫ ПРИ МЕНЬШЕМ ТОКЕ.

    

   Выходной ток светодиода SOLOdrive 560/S можно изменить на другое значение с помощью программного обеспечения TOOLbox pro и FluxTool:

    

   ( Вт )
   Ток ( А ) = Мощность ( Вт ) / Напряжение ( В )
   Ток ( А ) = 25 Вт / 52,5 В = 0,476 А для выхода светодиода 3 

   03

   Вариант 3: Выберите драйвер светодиодов с другой мощностью

   
   Если вы хотите придерживаться выходного тока светодиода 0,7 А и всего 30 светодиодов: ВЫБЕРИТЕ ДРАЙВЕР СИД С ДРУГОЙ МОЩНОСТЬЮ.

    

   В линейке SOLOdrive это будет означать выбор драйвера светодиодов мощностью 100 Вт, который поддерживает необходимые 73,5 Вт.

   Свяжитесь с нами

   Свяжитесь с нами

   MechaTronix — Тепловой расчет

   Расчет требуемого теплового сопротивления охладителя светодиодов Rth

   В этом документе мы покажем, как рассчитать требуемое тепловое сопротивление охладителя светодиодов.

   В качестве примера возьмем светодиодную модель COB с номинальным прямым током If 450 мА и максимальным прямым током 900 мА.

   Мы будем управлять модулем при прямом токе 500 мА с прямым напряжением Vf 35,5 В.

   Максимальная температура корпуса Tc составляет 105°C, но в нашей конструкции мы стремимся к температуре корпуса в течение всего срока службы 75°C.

   Температура окружающей среды для нашего применения составляет 35°C.

   Светодиодный светильник можно рассматривать как электрическую схему с тепловым сопротивлением светодиода внутри, интерфейсным материалом и охладителем светодиода.

   Электрическая мощность Pe = Vf x If или 35,5 В x 0,5 А = 17,75 Вт.

   Рассеиваемая мощность Pd = Pe x КПД, где КПД COB составляет около 32% или 17,75 Вт x 0,68 = 12,07 Вт.

   Это количество энергии, которое необходимо охладить.

   dT — разница между температурой корпуса Tc, которую мы хотим получить, и температурой окружающей среды Ta

   dT = Tc = Ta или 75°C – 35°C = 40°C

   Требуемое максимальное тепловое сопротивление Rth охладителя светодиодов + материал термоинтерфейса Rth = dT / Pd = 40°C / 12,07 Вт = 3,31 °C/Вт

   Используемый термоинтерфейс оказывает большое влияние на производительность.

   Мы рекомендуем использовать либо арктическое серебро, хорошую термопасту, либо тонкую термопрокладку с фазовым переходом от 0,1 до 0,15 мм, либо графитовую термопрокладку.

   В этом случае тепловое сопротивление материала интерфейса будет между 0,1 и 0,2°C/Вт.

   Это сопротивление интерфейса вычитается из расчетного сопротивления интерфейса, чтобы определить эффективность охлаждения, которой должен обладать ваш радиатор.

   Итак, правый радиатор = 3,31°C/Вт – 0,2°C/Вт = 3,11°C/Вт макс.

   Любой охладитель для светодиодов, у которого тепловое сопротивление (нижнее значение) выше 3,11°C/Вт в условиях атмосферного воздуха, приведет к тому, что температура Tc корпуса нашего светодиода останется ниже требуемых 75°C.

   Имейте в виду, что корпус вокруг охладителя светодиодов, наклон и другие изменения могут повлиять на производительность охладителя светодиодов — свяжитесь с нами, если потребуется помощь.

   Лабораторные измерения необходимого светодиодного охладителя

   Компания MechaTronix провела более 1000 часов лабораторных измерений сочетания светодиодных COB и модулей ведущих мировых производителей светодиодов с различными светодиодными охладителями и альтернативными токами возбуждения.

   Эти лабораторные тесты проводятся в условиях свободной конвекции воздуха, в вертикальном положении со светодиодом внизу. Для испытаний мы используем термоинтерфейс с фазовым переходом Laird TPCM 585.