Moderne LED-lyskilder er godt tilpasset for langvarig drift under vanskelige forhold. Imidlertid brukes strømbegrensende motstand for strømbeskyttelse. Nøyaktig beregning av motstand for LED vil bidra til å velge funksjonskomponenter i kretsen uten feil.
Bruken av en strømbegrensende motstand for LED
For dekorativ dekorasjon, sikrer god synlighet i en mørklagt korridor og løser andre praktiske problemer, brukes LED-er. De er mye mer økonomiske sammenlignet med klassiske glødepærer. Høy styrke forhindrer miljøforurensning med skadelige kjemiske forbindelser, som ikke utelukkes etter skade på pæren til en gassutladning lyskilde.
Gitt den ensidige konduktiviteten til halvlederforbindelsen, er behovet for å koble LED-en til batteriet, en annen likestrømskilde, forståelig. Spenningen til et standard husholdningsnett blir utbedret, redusert til et nominelt nivå. Motstanden begrenser strømstyrken.
Funksjoner ved arbeid og beregninger
Til tross for de betydelige fordelene, anbefaler oppmerksomt brukere å ta hensyn til de betydelige ulempene med LED-enheter:
- halvlederteknologi bestemmer ikke-lineære strømspenningskarakteristika (CVC);
- spenningsøkning over en viss terskel ledsages av nedbrytning av pn-krysset;
- på et visst nivå (med direkte eller omvendt innkobling), skader en kraftig økning i strømstyrken produktet.
Av spesiell betydning er dets egen lille motstand i driftsmodus. En relativt liten endring i hovedparametrene til strømkilden kan skade halvlederforbindelsen. Av denne grunn tillegges en strømbegrensende motstand til kretsen.
Et ekstra passivt element øker energiforbruket. Av denne grunn anbefales det å bruke slike løsninger i kombinasjon med lysemitterende dioder med liten kraft, eller å lage enheter med små driftssykluser.
Matematisk beregning
I den enkleste kretsen er en strømbegrensende motstand (R) og en LED i serie koblet til en konstant strømkilde (I) med en viss spenning (U og) ved utgangsterminalene. Den elektriske motstanden kan beregnes ved å bruke den velkjente Ohms lovformel (I = U / R).
Det andre postulatet til Kirchhoff er også nyttig. I dette eksemplet definerer det følgende likhet: Uand = Ur + Uchvor Ur (Uc) - spenning over motstanden (LED). Ved enkel konvertering av disse uttrykkene, kan du få de grunnleggende avhengighetene:
- Ui = I * R + I * Rc;
- R = (U og - Uc) / I
Her rc betegner differensialmotstanden til en halvlederanordning, som varierer ikke-lineært avhengig av spenning og strøm. På den bakre delen av strømspenningskarakteristikken kan et låseområde skilles. Markant økning rc på dette nettstedet forhindrer bevegelse av elektroner (Iobr = 0). Imidlertid, med en påfølgende økning i spenningen på et visst nivå (Urebr-m), oppstår en sammenbrudd av pn-krysset.
Siden driveren gir likestrøm, må du nøye studere riktig "direkte" forbindelse. Funksjoner ved CVC:
- på første strekning til un motstanden avtar gradvis og strømmen øker tilsvarende;
- fra un før Um - arbeidsområde (stråling i lysområdet);
- videre - en kraftig reduksjon i motstand provoserer en eksponentiell økning i strømstyrke med påfølgende feil på produktet.
Lysdioder beregnes ut fra verdien av driftsspenningen Uc. Produsenter angir denne parameteren i den tilhørende dokumentasjonen. For å beregne den elektriske motstanden til en passende strømbegrensende motstand bruker du formelen: R = (U og - Uc) / I.
Grafisk beregning
Hvis du tar I - V-karakteristikken, kan du bruke den grafiske teknikken. Original grafisk og digital informasjon er hentet fra passet, eller på den offisielle hjemmesiden til produsenten. Handlingsalgoritme (eksempel):
- i henhold til kildedataene er den nominelle strømmen til LED (In) 25 mA;
- en stiplet linje tegnes fra det tilsvarende punktet (1) på den vertikale ordinataksen til krysset med I - V-kurven (2);
- legg merke til spenningen til strømkilden (U og = 5,5 V) på abscisseaksen (3);
- tegne en linje gjennom punktene (2) og (3);
- krysset med ordinataksen vil vise verdien av den maksimalt tillatte strømmen (Im = 60 mA).
I følge den klassiske formelen er det videre ikke vanskelig å beregne hvilken motstand som er nødvendig for LED i dette tilfellet: R = U og / Im = 5,5 / 0,06 - 91,7. I serien må du velge den nærmeste vurderingen med en liten margin på 100 ohm. Denne løsningen vil redusere effektiviteten litt. Men i sparemodus vil de funksjonelle komponentene varme mindre. Tilsvarende vil belastningen på halvlederkrysset avta. Forvent en økning i lyskildens levetid.
For riktig valg av motstand, må du kjenne kraften (P). Standardverdier (W): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Beregninger kan gjøres ved hjelp av kjente parametere ved å bruke formlene: P = Im2 * R = Ur2 / R. Hvis vi tar de opprinnelige dataene fra det vurderte eksemplet: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0, 36 W. Når man tar hensyn til det typiske modellområdet, er det nødvendig å velge en motstand med en motstand på 100 ohm med en spredningseffekt på 0,5 watt.
Toleranser for nøyaktigheten av den elektriske motstanden til motstandene er fra 0,001 til 30% av den nominelle. I markeringen i henhold til internasjonale standarder er de tilsvarende klassene angitt med latinske bokstaver (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).
Koble en LED gjennom en motstand
Basert på dataene som presenteres, kan flere viktige mellomkonklusjoner treffes:
- resistive beskyttelseskretser brukes med lav effekt;
- de utfører ikke stabiliseringsfunksjoner;
- det passive elementet er ikke i stand til å undertrykke bølger.
Akseptable ytelsesindikatorer kan oppnås ved å lage:
- sensor;
- indikatorer;
- signalanordninger.
For en liten lokal akvariumbelysning er en slik løsning egnet. Imidlertid er det lite sannsynlig at langvarig forbruk av store mengder energi er akseptabel. Mangelen på stabilisering manifesteres av en merkbar endring i lysstyrke med økende / synkende spenning.
Eksperter anbefaler at med et totalforbruk på mer enn 1,5-2 W, bruk strømforsyninger med pålitelig strømstabilisering. Disse enhetene (dimmere) brukes til å koble sammen grupper av lysenheter og halvlederenheter med høy effekt.
Beregning av motstand for LED
Du kan gjøre nødvendige beregninger på nettet ved å bruke en spesialisert kalkulator. Full bruk av slike programmer tilbys gratis.
Tilgang til Internett er imidlertid ikke alltid tilgjengelig. Etter å ha studert en ganske enkel teknikk, kan hvem som helst raskt velge en motstand for LED uten å søke etter passende programvare.
For å demonstrere algoritmen, må du vurdere å koble en beskyttelsesmotstand til strømkretsen (5 V) til en bestemt LED (Epistar 1W HP).
Tekniske spesifikasjoner:
- kraftspredning, W - 1;
- strøm, mA - 350;
- forspenning (typisk / maks.), V - 2,35 / 2,6.
For å begrense LED-strømmen, med hensyn til produsentens anbefalinger, er en motstand med en elektrisk motstand på R = (5-2,35) /0,35 = 7,57 Ohm egnet. I henhold til E24-standarden er de nærmeste verdiene 7,5 og 8,2 ohm. Hvis du bruker standardreglene, må du velge en større verdi som avviker fra estimert verdi med nesten 8,5%. En ytterligere feil vil bli opprettet ved 5% toleranse av serielle rimelige produkter. Med et slikt avvik er det vanskelig å oppnå kretsegenskaper akseptable med tanke på beskyttelsesfunksjoner og strømforbruk.
Den første måten å løse problemet er å velge flere motstander med lavere karakter. Bruk deretter en seriell, parallell eller kombinert versjon av tilkoblingen for å oppnå nødvendig ekvivalent motstand fra kretsen. Den andre metoden er å legge til en innstillingsmotstand.
Beregning av kraftdissipasjon
Når du velger den elektriske motstanden til kretsen, bør det innstilles en noe lavere strøm for å forlenge lysdiodens levetid. For å forhindre skader på grunn av varme, brukes produktet i det anbefalte temperaturområdet. For Epistar 1W HP, -40 ° C til + 80 ° C. Bruk eventuelt montering på en spesialisert stjern radiator. Dette tillegget øker det effektive varmeavledningsområdet.
For nøyaktig valg estimeres motstandens spredte effekt: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. Reserve for denne parameteren er ikke mindre enn 20-25%. En rangering på 1 W er ikke nok, så velg neste rangering i standardrad - 2 W.
Effektiviteten til den samlede kretsen blir kontrollert av forholdet Uc / Uи = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Det endelige resultatet viser at mer enn halvparten av strømmen i dette tilfellet er bortkastet. Faktisk er indikatoren enda verre, siden ikke alt strømforbruket bruker LED-en på stråling i den synlige delen av spekteret. En betydelig del er elektromagnetiske bølger i IR-området.
Parallell tilkobling
Når som helst i seriekretsen, er strømstyrken den samme. Dette forenkler beregningen, forhindrer nødsituasjoner. Når ett element svikter, slås alle lysdioder av. Derfor er skade ved overspenning utelukket. De nevnte grunnene forklarer populariteten til bruken av denne metoden når du lager tape-lamper, andre design.
Visse fordeler er gitt ved bruk av parallell tilkobling. I denne utførelsesformen beholder produktet delvis betjenbarhet når en krets er skadet. Denne løsningen gir samme spenning ved tilkoblingspunktene til strømkilden til hver gren.
Parallell tilkobling er egnet for organisering av uavhengige kontrollkretser. Denne teknologien er basert på prinsippene for arbeidet med nyttårs girlander. Separate grener er koblet til strømkilden i henhold til algoritmen spesifisert av programmet.
Du kan ikke bruke en motstand for flere parallelle dioder. Et nøye valg av motstand forklares av behovet for presis strømstyring. I noen situasjoner forårsaker feil på 0,1-0,5 A sammenbrudd, en radikal reduksjon i ressursen.
De faktiske tekniske egenskapene til lysdioder skiller seg betydelig selv i den samme sendingen. Av denne grunn er hver krets beskyttet av en egen motstand.
Funksjoner av billig ICE
Lav pris alene er ikke et bevis på dårlig kvalitet. Å utvide omfanget av produksjonen og forbedre teknologiske prosesser reduserer kostnadene.Produkter fra produsenter som faktisk ikke samsvarer med de deklarerte egenskapene, presenteres imidlertid i det tilsvarende markedssegmentet.
Vær oppmerksom på følgende parametre for å identifisere mulige problemer:
- i billige modeller er hoveddelene av strukturen laget av aluminium;
- kobberanaloger er tyngre, mer effektivt fjerner varme, er motstandsdyktige mot mekanisk belastning;
- i et kvalitetsprodukt er krystallstørrelsen i samsvar med standarden (0,762 x 0,762 mm eller annen);
- Ulempene indikeres indirekte ved forvrengning av proporsjonene til arbeidsområdet (et rektangel i stedet for et kvadrat);
- For å øke påliteligheten øker ansvarlige produsenter antall ledere, bruk tråder fra edle metaller.
Lysdioder av høy kvalitet skaper en lysstrøm på 150-220 lumen per 1 W forbruk. Forfalskninger - ikke mer enn 50-70 lm. Når du er i tvil, bør beskyttelseskomponentene velges med spesiell omhu.
