Moderne LED-Lichtquellen sind für den Langzeitbetrieb unter schwierigen Bedingungen gut geeignet. Der Strombegrenzungswiderstand wird jedoch zum Stromschutz verwendet. Eine genaue Berechnung des Widerstands für die LED hilft bei der fehlerfreien Auswahl der Funktionskomponenten der Schaltung.
Die Verwendung eines Strombegrenzungswiderstands für die LED
Zur dekorativen Dekoration, zur Gewährleistung einer guten Sichtbarkeit in einem abgedunkelten Korridor und zur Lösung anderer praktischer Probleme werden LEDs verwendet. Sie sind viel wirtschaftlicher als klassische Glühlampen. Eine hohe Festigkeit verhindert eine Kontamination der Umwelt mit schädlichen chemischen Verbindungen, die nach einer Beschädigung der Glühlampe einer Gasentladungslichtquelle nicht ausgeschlossen wird.
Angesichts der einseitigen Leitfähigkeit des Halbleiterübergangs ist die Notwendigkeit, die LED an die Batterie, eine andere Gleichstromquelle, anzuschließen, verständlich. Die Spannung eines normalen Haushaltsnetzes wird gleichgerichtet und auf einen Nennwert reduziert. Der Widerstand begrenzt die Stromstärke.
Merkmale der Arbeit und Berechnungen
Trotz der erheblichen Vorteile empfehlen aufmerksame Benutzer, auf die erheblichen Nachteile von LED-Geräten zu achten:
- Die Halbleitertechnologie bestimmt die nichtlinearen Strom-Spannungs-Eigenschaften (CVC).
- Ein Spannungsanstieg über einen bestimmten Schwellenwert geht mit einer Verschlechterung des pn-Übergangs einher.
- Ab einem bestimmten Wert (bei direktem oder rückwärts eingeschaltetem Gerät) wird das Produkt durch einen starken Anstieg der Stromstärke beschädigt.
Von besonderer Bedeutung ist der eigene kleine Widerstand im Betriebsmodus. Eine relativ kleine Änderung der Hauptparameter der Stromquelle kann den Halbleiterübergang beschädigen. Aus diesem Grund wird der Schaltung ein Strombegrenzungswiderstand hinzugefügt.
Ein zusätzliches passives Element erhöht den Energieverbrauch. Aus diesem Grund wird empfohlen, solche Lösungen in Kombination mit Leuchtdioden mit geringer Leistung zu verwenden oder Geräte mit kleinen Arbeitszyklen zu erstellen.
Mathematische Berechnung
In der einfachsten Schaltung sind ein Strombegrenzungswiderstand (R) und eine LED in Reihe mit einer Konstantstromquelle (I) mit einer bestimmten Spannung (U und) an den Ausgangsanschlüssen geschaltet. Der elektrische Widerstand kann nach der bekannten Ohmschen Gesetzformel (I = U / R) berechnet werden.
Das zweite Postulat von Kirchhoff ist ebenfalls nützlich. In diesem Beispiel wird die folgende Gleichheit definiert: Uand = Ur + Ucwo Ur (Uc) - Spannung am Widerstand (LED). Durch einfache Konvertierung dieser Ausdrücke erhalten Sie die grundlegenden Abhängigkeiten:
- Ui = I * R + I * Rc;
- R = (U und - Uc) / I.
Hier Rc bezeichnet den Differenzwiderstand eines Halbleiterbauelements, der sich in Abhängigkeit von Spannung und Strom nichtlinear ändert. Auf der Rückseite der Strom-Spannungs-Kennlinie kann ein Verriegelungsbereich unterschieden werden. Deutliche Steigerung Rc an dieser Stelle verhindert die Bewegung von Elektronen (Iobr = 0). Bei einem anschließenden Spannungsanstieg auf einem bestimmten Niveau (Urebr-m) tritt jedoch ein Durchschlag des pn-Übergangs auf.
Da der Treiber Gleichstrom liefert, müssen Sie die entsprechende „direkte“ Verbindung sorgfältig prüfen. Merkmale des CVC:
- auf der ersten Strecke zu Un der Widerstand nimmt allmählich ab und der Strom steigt entsprechend an;
- von Un Vor Äh - Arbeitsbereich (Strahlung im Lichtbereich);
- ferner - eine starke Abnahme des Widerstands führt zu einer exponentiellen Zunahme der Stromstärke mit anschließendem Ausfall des Produkts.
LEDs werden basierend auf dem Wert der Betriebsspannung berechnet Uc. Hersteller geben diesen Parameter in der Begleitdokumentation an. Verwenden Sie die Formel, um den elektrischen Widerstand eines geeigneten Strombegrenzungswiderstands zu berechnen: R = (U und - Uc) / I..
Grafische Berechnung
Wenn Sie die I - V - Eigenschaft verwenden, können Sie die grafische Technik anwenden. Die grafischen und digitalen Originalinformationen stammen aus dem Reisepass oder auf der offiziellen Website des Herstellers. Aktionsalgorithmus (Beispiel):
- Gemäß den Quellendaten beträgt der Nennstrom der LED (In) 25 mA.
- Eine gepunktete Linie wird vom entsprechenden Punkt (1) auf der vertikalen Ordinatenachse zum Schnittpunkt mit der I - V - Kurve (2) gezogen.
- Beachten Sie die Spannung der Stromquelle (U und = 5,5 V) auf der Abszissenachse (3).
- eine Linie durch die Punkte (2) und (3) ziehen;
- Der Schnittpunkt mit der Ordinatenachse zeigt den Wert des maximal zulässigen Stroms (Im = 60 mA).
Ferner ist es nach der klassischen Formel nicht schwierig zu berechnen, welcher Widerstand in diesem Fall für die LED benötigt wird: R = U und / Im = 5,5 / 0,06 ≤ 91,7. In der Serie müssen Sie die nächstgelegene Bewertung mit einem kleinen Abstand von 100 Ohm auswählen. Diese Lösung verringert die Effizienz geringfügig. Im Sparing-Modus erwärmen sich die Funktionskomponenten jedoch weniger. Entsprechend nimmt die Belastung des Halbleiterübergangs ab. Erwarten Sie eine Verlängerung der Lebensdauer der Lichtquelle.
Für die richtige Wahl des Widerstands müssen Sie die Leistung (P) kennen. Standardwerte (W): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Berechnungen können mit beliebigen bekannten Parametern unter Verwendung der folgenden Formeln durchgeführt werden: P = Im2 * R = Ur2 / R.. Nehmen wir die Anfangsdaten des betrachteten Beispiels: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0, 36 W. Unter Berücksichtigung des typischen Modellbereichs muss ein Widerstand mit einem Widerstand von 100 Ohm und einer Verlustleistung von 0,5 Watt gewählt werden.
Die Toleranzen für die Genauigkeit des elektrischen Widerstands der Widerstände liegen zwischen 0,001 und 30% des Nennwerts. In der Kennzeichnung nach internationalen Standards sind die entsprechenden Klassen in lateinischen Buchstaben angegeben (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).
Anschließen einer LED über einen Widerstand
Auf der Grundlage der vorgelegten Daten können mehrere wichtige Zwischenschlussfolgerungen gezogen werden:
- Widerstandsschutzschaltungen werden bei geringer Leistung verwendet;
- Sie führen keine Stabilisierungsfunktionen aus.
- Das passive Element kann Überspannungen nicht unterdrücken.
Akzeptable Leistungsindikatoren können erhalten werden, indem Folgendes erstellt wird:
- Sensoren;
- Indikatoren;
- Signalgeräte.
Für eine kleine lokale Aquarienbeleuchtung ist eine solche Lösung geeignet. Ein längerer Verbrauch großer Energiemengen ist jedoch wahrscheinlich nicht akzeptabel. Der Mangel an Stabilisierung äußert sich in einer merklichen Änderung der Helligkeit mit zunehmender / abnehmender Spannung.
Experten empfehlen, bei einem Gesamtverbrauch von mehr als 1,5-2 W Netzteile mit zuverlässiger Stromstabilisierung zu verwenden. Diese Geräte (Dimmer) werden verwendet, um Gruppen von Beleuchtungsgeräten und Halbleiterbauelementen mit hoher Leistung zu verbinden.
Berechnung des Widerstands für die LED
Sie können die erforderlichen Berechnungen online mit einem speziellen Taschenrechner durchführen. Die vollständige Nutzung solcher Programme wird kostenlos angeboten.
Der Zugang zum Internet ist jedoch nicht immer verfügbar. Nach dem Studium einer relativ einfachen Technik kann jeder schnell einen Widerstand für die LED auswählen, ohne nach der geeigneten Software zu suchen.
Um den Algorithmus zu demonstrieren, müssen Sie einen Schutzwiderstand an den Stromkreis (5 V) einer bestimmten LED (Epistar 1W HP) anschließen.
Technische Spezifikationen:
- Verlustleistung, W - 1;
- Strom, mA - 350;
- Durchlassspannung (typisch / max.), V - 2,35 / 2,6.
Zur Begrenzung des LED-Stroms ist unter Berücksichtigung der Empfehlungen des Herstellers ein Widerstand mit einem elektrischen Widerstand von R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohm geeignet. Nach dem E24-Standard liegen die nächsten Werte bei 7,5 und 8,2 Ohm. Wenn Sie die Standardregeln verwenden, müssen Sie einen größeren Wert wählen, der um fast 8,5% vom geschätzten Wert abweicht. Ein zusätzlicher Fehler wird durch eine Toleranz von 5% gegenüber serienmäßigen kostengünstigen Produkten verursacht. Mit einer solchen Abweichung ist es schwierig, Schaltungseigenschaften zu erhalten, die hinsichtlich Schutzfunktionen und Stromverbrauch akzeptabel sind.
Die erste Möglichkeit, das Problem zu lösen, besteht darin, mehrere Widerstände mit niedrigeren Nennwerten auszuwählen. Wenden Sie dann eine serielle, parallele oder kombinierte Version der Verbindung an, um den erforderlichen Ersatzwiderstand der Schaltung zu erhalten. Die zweite Methode ist das Hinzufügen eines Abstimmwiderstands.
Verlustleistungsberechnung
Bei allen Optionen sollte bei der Auswahl des elektrischen Widerstands des Stromkreises ein etwas niedrigerer Strom eingestellt werden, um die Lebensdauer der LED zu verlängern. Um Schäden durch Hitze zu vermeiden, wird das Produkt im empfohlenen Temperaturbereich verwendet. Für Epistar 1 W HP -40 ° C bis + 80 ° C. Verwenden Sie gegebenenfalls die Montage an einem speziellen Sternstrahler. Diese Ergänzung erhöht die effektive Wärmeableitungsfläche.
Zur genauen Auswahl wird die Verlustleistung des Widerstands geschätzt: P = I2 · R = (0,35) 2 · 7,57 = 0,1225 · 7,57 · 0,93 W. Die Reserve für diesen Parameter beträgt mindestens 20-25%. Eine Bewertung von 1 W reicht nicht aus. Wählen Sie daher die nächste Bewertung in der Standardreihe - 2 W.
Der Wirkungsgrad der zusammengebauten Schaltung wird durch das Verhältnis Uc / Uи = 2,35 / 5 = 0,47 (47%) überprüft. Das Endergebnis zeigt, dass in diesem Fall mehr als die Hälfte des Stroms verschwendet wird. Tatsächlich ist die Anzeige sogar noch schlechter, da nicht der gesamte Stromverbrauch der LED für Strahlung im sichtbaren Teil des Spektrums aufgewendet wird. Ein wesentlicher Teil sind elektromagnetische Wellen im IR-Bereich.
Parallele Verbindung
An jedem Punkt der Reihenschaltung ist die Stromstärke gleich. Dies vereinfacht die Berechnung und verhindert Notsituationen. Wenn ein Element ausfällt, erlöschen alle LEDs. Schäden durch Überspannung sind daher ausgeschlossen. Die genannten Gründe erklären die Beliebtheit der Verwendung dieser Methode bei der Herstellung von Bandlampen und anderen Designs.
Bestimmte Vorteile ergeben sich aus der Parallelschaltung. In dieser Ausführungsform behält das Produkt eine teilweise Funktionsfähigkeit bei, wenn eine Schaltung beschädigt ist. Diese Lösung liefert an den Verbindungspunkten zur Stromquelle jedes Zweigs die gleiche Spannung.
Die Parallelschaltung eignet sich zur Organisation unabhängiger Steuerkreise. Diese Technologie basiert auf den Prinzipien der Arbeit der Neujahrsgirlanden. Separate Zweige werden gemäß dem vom Programm festgelegten Algorithmus an die Stromquelle angeschlossen.
Sie können nicht einen Widerstand für mehrere parallele Dioden verwenden. Eine sorgfältige Wahl des Widerstands erklärt sich aus der Notwendigkeit einer präzisen Stromregelung. In einigen Situationen verursachen Fehler von 0,1 bis 0,5 A Ausfälle, eine radikale Reduzierung der Ressourcen.
Die tatsächlichen technischen Eigenschaften von LEDs unterscheiden sich auch in derselben Sendung erheblich. Aus diesem Grund ist jeder Stromkreis durch einen separaten Widerstand geschützt.
Eigenschaften von billigem ICE
Niedrige Kosten allein sind kein Beweis für schlechte Qualität. Die Erweiterung des Produktionsumfangs und die Verbesserung der technologischen Prozesse senken die Kosten.Produkte von Herstellern, die tatsächlich nicht den deklarierten Merkmalen entsprechen, werden jedoch im entsprechenden Marktsegment dargestellt.
Beachten Sie die folgenden Parameter, um mögliche Probleme zu identifizieren:
- Bei billigen Modellen bestehen die Hauptteile der Struktur aus Aluminium.
- Kupferanaloga sind schwerer, entfernen Wärme effizienter und sind beständig gegen mechanische Beanspruchung;
- in einem Qualitätsprodukt entspricht die Kristallgröße dem Standard (0,762 x 0,762 mm oder eine andere);
- Die Nachteile werden indirekt durch die Verzerrung der Proportionen des Arbeitsbereichs angezeigt (ein Rechteck anstelle eines Quadrats).
- Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, erhöhen verantwortungsbewusste Hersteller die Anzahl der Leiter und verwenden Gewinde aus Edelmetallen.
Hochwertige LEDs erzeugen einen Lichtstrom von 150-220 Lumen pro 1 W Verbrauch. Fälschungen - nicht mehr als 50-70 lm. Im Zweifelsfall sollten die Schutzkomponenten mit besonderer Sorgfalt ausgewählt werden.
