Le moderne sorgenti luminose a LED sono ben adattate per un funzionamento a lungo termine in condizioni difficili. Tuttavia, la resistenza di limitazione della corrente viene utilizzata per la protezione della corrente. Il calcolo accurato della resistenza per il LED aiuterà a selezionare i componenti funzionali del circuito senza errori.
L'uso di una resistenza di limitazione della corrente per il LED
Per la decorazione decorativa, garantendo una buona visibilità in un corridoio buio e risolvendo altri problemi pratici, vengono utilizzati i LED. Sono molto più economici rispetto alle lampadine a incandescenza classiche. L'elevata resistenza previene la contaminazione ambientale con composti chimici dannosi, che non viene esclusa dopo il danneggiamento del bulbo di una sorgente luminosa a scarica di gas.
Data la conduttività unilaterale della giunzione a semiconduttore, è comprensibile la necessità di collegare il LED alla batteria, un'altra fonte di alimentazione CC. La tensione di una rete domestica standard viene rettificata, ridotta a un livello nominale. Il resistore limita la forza attuale.
Caratteristiche di lavoro e calcoli
Nonostante i vantaggi significativi, gli utenti attenti raccomandano di prestare attenzione agli svantaggi significativi dei dispositivi a LED:
- la tecnologia dei semiconduttori determina caratteristiche non lineari di corrente-tensione (CVC);
- l'aumento della tensione al di sopra di una certa soglia è accompagnato dal degrado della giunzione pn;
- a un certo livello (con accensione diretta o inversa), un forte aumento dell'amperaggio danneggia il prodotto.
Di particolare importanza è la sua piccola resistenza nel modo operativo. Una modifica relativamente piccola dei parametri principali della fonte di alimentazione può danneggiare la giunzione dei semiconduttori. Per questo motivo, una resistenza di limitazione della corrente viene aggiunta al circuito.
Un ulteriore elemento passivo aumenta il consumo di energia. Per questo motivo, si consiglia di utilizzare tali soluzioni in combinazione con diodi emettitori di luce di piccola potenza o di creare dispositivi con piccoli cicli di lavoro.
Calcolo matematico
Nel circuito più semplice, una resistenza di limitazione della corrente (R) e un LED sono collegati in serie a una sorgente di corrente costante (I) con una tensione specifica (U e) ai terminali di uscita. La resistenza elettrica può essere calcolata utilizzando la nota formula della legge di Ohm (I = U / R).
Anche il secondo postulato di Kirchhoff è utile. In questo esempio, definisce la seguente uguaglianza: Uand = Ur + Ucdove Ur (Uc) - tensione attraverso il resistore (LED), rispettivamente. Con la semplice conversione di queste espressioni, è possibile ottenere le dipendenze di base:
- Ui = I * R + I * Rc;
- R = (U e - Uc) / I.
Qui rc indica la resistenza differenziale di un dispositivo a semiconduttore, che varia in modo non lineare a seconda della tensione e della corrente. Sulla parte inversa della caratteristica corrente-tensione, si può distinguere una regione di blocco. Aumento significativo rc su questo sito impedisce il movimento degli elettroni (Iobr = 0). Tuttavia, con un successivo aumento della tensione a un certo livello (Urev-m), si verifica una rottura della giunzione pn.
Poiché il driver fornisce corrente continua, è necessario studiare attentamente la connessione "diretta" appropriata. Caratteristiche del CVC:
- al primo tratto a un la resistenza diminuisce gradualmente e la corrente aumenta di conseguenza;
- a partire dal un prima um - area di lavoro (radiazione nella gamma di luce);
- inoltre - una forte diminuzione della resistenza provoca un aumento esponenziale della resistenza attuale con conseguente fallimento del prodotto.
I LED vengono calcolati in base al valore della tensione operativa Uc. I produttori indicano questo parametro nella documentazione di accompagnamento. Per calcolare la resistenza elettrica di un adeguato resistore di limitazione della corrente, utilizzare la formula: R = (U e - Uc) / I.
Calcolo grafico
Se si prende la caratteristica I - V, è possibile applicare la tecnica grafica. Le informazioni grafiche e digitali originali sono tratte dal passaporto o sul sito Web ufficiale del produttore. Algoritmo di azioni (esempio):
- secondo i dati della sorgente, la corrente nominale del LED (In) è 25 mA;
- viene tracciata una linea tratteggiata dal punto corrispondente (1) sull'asse delle ordinate verticali all'intersezione con la curva I - V (2);
- annotare la tensione della fonte di alimentazione (U e = 5,5 V) sull'asse delle ascisse (3);
- tracciare una linea attraverso i punti (2) e (3);
- l'intersezione con l'asse delle ordinate mostrerà il valore della corrente massima consentita (Im = 60 mA).
Inoltre, secondo la formula classica, non è difficile calcolare quale resistenza è necessaria per il LED in questo caso: R = U e / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7. Nella serie, è necessario scegliere la valutazione più vicina con un piccolo margine di 100 ohm. Questa soluzione ridurrà leggermente l'efficienza. Ma in modalità risparmio, i componenti funzionali si riscaldano di meno. Di conseguenza, il carico sulla giunzione dei semiconduttori diminuirà. Aspettati un aumento della vita della sorgente luminosa.
Per la corretta scelta del resistore, è necessario conoscere la potenza (P). Valori standard (W): 0,125; 0.25; 0,5; 1; 2; 5. I calcoli possono essere eseguiti da qualsiasi parametro noto usando le formule: P = Im2 * R = Ur2 / R. Se prendiamo i dati iniziali dell'esempio considerato: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0, 36 W. Tenendo conto della gamma di modelli tipica, è necessario scegliere una resistenza con una resistenza di 100 Ohm con una potenza di dissipazione di 0,5 watt.
Le tolleranze sull'accuratezza della resistenza elettrica dei resistori vanno dallo 0,001 al 30% del valore nominale. Nella marcatura secondo gli standard internazionali, le classi corrispondenti sono indicate in lettere latine (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).
Collegamento di un LED tramite una resistenza
Sulla base dei dati presentati, è possibile trarre alcune importanti conclusioni intermedie:
- i circuiti di protezione resistivi sono utilizzati a bassa potenza;
- non svolgono funzioni di stabilizzazione;
- l'elemento passivo non è in grado di sopprimere le sovratensioni.
È possibile ottenere indicatori di prestazione accettabili creando:
- sensori;
- indicatori;
- dispositivi di segnalazione.
Per una piccola illuminazione locale dell'acquario, tale soluzione è adatta. Tuttavia, è improbabile che un consumo prolungato di grandi quantità di energia sia accettabile. La mancanza di stabilizzazione si manifesta con un notevole cambiamento di luminosità con tensione crescente / decrescente.
Gli esperti raccomandano che con un consumo totale superiore a 1,5-2 W, utilizzare alimentatori con stabilizzazione della corrente affidabile. Questi dispositivi (dimmer) vengono utilizzati per collegare gruppi di dispositivi di illuminazione e dispositivi a semiconduttore ad alta potenza.
Calcolo della resistenza per il LED
È possibile effettuare i calcoli necessari online utilizzando un calcolatore specializzato. Il pieno utilizzo di tali programmi è offerto gratuitamente.
Tuttavia, l'accesso a Internet non è sempre disponibile. Dopo aver studiato una tecnica abbastanza semplice, chiunque può selezionare rapidamente un resistore per il LED senza cercare il software appropriato.
Per dimostrare l'algoritmo, è necessario considerare la connessione di una resistenza di protezione al circuito di potenza (5 V) di un particolare LED (Epistar 1W HP).
Specifiche tecniche:
- dissipazione di potenza, W - 1;
- corrente, mA - 350;
- tensione diretta (tipica / max.), V - 2,35 / 2,6.
Per limitare la corrente del LED, tenendo conto delle raccomandazioni del produttore, è adatto un resistore con una resistenza elettrica di R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohm. Secondo lo standard E24, i valori più vicini sono 7.5 e 8.2 Ohm. Se usi le regole standard, dovrai scegliere un valore più grande che differisce dal valore stimato di quasi l'8,5%. Un ulteriore errore verrà creato dalla tolleranza del 5% dei prodotti seriali poco costosi. Con una tale deviazione, è difficile ottenere caratteristiche del circuito accettabili in termini di funzioni di protezione e consumo di energia.
Il primo modo per risolvere il problema è selezionare diversi resistori con valori nominali più bassi. Quindi applicare una versione seriale, parallela o combinata della connessione per ottenere la necessaria resistenza equivalente del circuito. Il secondo metodo sta aggiungendo un resistore di sintonia.
Calcolo della dissipazione di potenza
In una qualsiasi delle opzioni, quando si sceglie la resistenza elettrica del circuito, è necessario impostare una corrente leggermente inferiore per prolungare la durata del LED. Per evitare danni causati dal calore, il prodotto viene utilizzato nell'intervallo di temperature raccomandato. Per Epistar 1W HP, da -40 ° C a + 80 ° C. Se necessario, utilizzare il montaggio su un radiatore a stella specializzato. Questo supplemento aumenta l'area effettiva di dissipazione del calore.
Per una selezione accurata, viene stimata la potenza dissipata del resistore: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. La riserva per questo parametro non è inferiore al 20-25%. Una valutazione di 1 W non è sufficiente, quindi scegli la valutazione successiva nella riga standard - 2 W.
L'efficienza del circuito assemblato è verificata dal rapporto Uc / Uи = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Il risultato finale mostra che in questo caso più della metà dell'elettricità viene sprecata. In effetti, l'indicatore è anche peggio, dal momento che non tutti i consumi energetici sono spesi dal LED per radiazioni nella parte visibile dello spettro. Una parte significativa sono le onde elettromagnetiche della gamma IR.
Connessione parallela
In qualsiasi punto del circuito in serie, la forza attuale è la stessa. Questo semplifica il calcolo, previene situazioni di emergenza. Quando un elemento si guasta, tutti i LED si spengono. Pertanto, è escluso il danno da sovratensione. I motivi noti spiegano la popolarità dell'uso di questo metodo durante la creazione di lampade a nastro, altri disegni.
Alcuni vantaggi sono forniti dall'uso della connessione parallela. In questa forma di realizzazione, il prodotto mantiene una parziale operabilità quando un circuito è danneggiato. Questa soluzione fornisce la stessa tensione nei punti di connessione alla fonte di alimentazione di ciascun ramo.
La connessione parallela è adatta per l'organizzazione di circuiti di controllo indipendenti. Questa tecnologia si basa sui principi del lavoro delle ghirlande di Capodanno. Rami separati sono collegati alla fonte di alimentazione secondo l'algoritmo specificato dal programma.
Non è possibile utilizzare un resistore per più diodi paralleli. Un'attenta scelta della resistenza è spiegata dalla necessità di un controllo preciso della corrente. In alcune situazioni, errori di 0,1-0,5 A causano guasti, una riduzione radicale delle risorse.
Le effettive caratteristiche tecniche dei LED differiscono in modo significativo anche nella stessa spedizione. Per questo motivo, ogni circuito è protetto da una resistenza separata.
Caratteristiche di ICE economico
Il basso costo da solo non è una prova della scarsa qualità. L'ampliamento della scala di produzione e il miglioramento dei processi tecnologici riducono i costi.Tuttavia, i prodotti di produttori che in realtà non corrispondono alle caratteristiche dichiarate sono presentati nel corrispondente segmento di mercato.
Per identificare possibili problemi, prestare attenzione ai seguenti parametri:
- nei modelli economici, le parti principali della struttura sono in alluminio;
- gli analoghi di rame sono più pesanti, rimuovono più efficacemente il calore, resistono alle sollecitazioni meccaniche;
- in un prodotto di qualità, la dimensione del cristallo è conforme allo standard (0,762 x 0,762 mm o altro);
- gli svantaggi sono indirettamente indicati dalla distorsione delle proporzioni dell'area di lavoro (un rettangolo anziché un quadrato);
- Per aumentare l'affidabilità, i produttori responsabili aumentano il numero di conduttori, utilizzare fili di metalli preziosi.
I LED di alta qualità creano un flusso luminoso di 150-220 lumen per 1 W di consumo. Falsi: non più di 50-70 lm. In caso di dubbio, i componenti di protezione devono essere selezionati con particolare attenzione.
