Формула и пример расчета ограничительного резистора для светодиода
Светодиоды для индикации и освещения используются с целью снизить затраты на электроэнергию.
Чтобы создать схему подключения к любому источнику питания, требуется расчет ограничивающего резистора для светодиодов.
Мощность и сопротивления рассчитываются при помощи несложных формул с учетом цвета лампочек и вида схемы.
Особенности подключения светодиода
Светодиод – это полупроводник, кристалл кремня, который способен проводить напряжение и ток лишь в одном направлении. У лед-лампы (как и у диода) 2 вывода – анод («+») и катод («-»), при подключении важно соблюдать полярность – ток должен проходить от анода к катоду. На аноде должно быть положительное напряжение, на катоде – отрицательное.
Основное отличие от других источников света – невозможность прямого подключения к источнику питания. Это обусловлено другой особенностью – потреблением всего объема мощности, которая передается. Поэтому требуется последовательное подключение к схеме токоограничивающего устройства (резистора), использующего излишки напряжения и электротока.
Светодиод подключается к источнику питания и резистору:
- последовательно;
- параллельно;
- комбинированно.
Для подключения к бытовой электросети существуют специально разработанные схемы и формулы для расчетов.
Важно! Идеальный для лед-ламп источник питания – драйвер, изготовленный промышленным способом. Если он стоит дороже, чем лампа, покупать нецелесообразно. Гораздо выгоднее подобрать другой источник питания в комбинации с ограничивающим элементом.
Разработку схемы и расчеты затрудняет еще одно обстоятельство. Ни один производитель не может указать точные параметры для каждого диода, поэтому определяет средний показатель напряжения при оптимальном уровне электротока для выпущенной партии. Это значит, в процессе разработки схемы и при расчетах по формулам лучше всего при помощи мультиметра определить точные значения.
Существует целый ряд правил, которые обязательно соблюдаются при сборке схемы:
- цепочка собирается из ламп одного производителя с одинаковыми параметрами;
- если диодов много, для них требуется радиатор;
- на входе напряжение не должно превышать 35 В;
- для пайки необходимо использовать пинцет и качественный маломощный паяльник с максимальной температурой до 260ос;
- ножки нельзя гнуть под большим углом (у основания они не должны менять положение);
- требуется плата из оргстекла или другого диэлектрика (предварительно высверливаются отверстия, соответствующие диаметру ламп);
- в цепочку желательно включать предохранители.
Важно! На параметры электротока влияет температура окружающей среды, поэтому при расчетах оптимальный показатель нужно определять на 2-3 вольта ниже. Яркость при этом практически не теряется, срок эксплуатации продлевается.
Параллельное и последовательное включение светодиодов
Лед-лампочки подключаются к электросети 220 В или источнику питания с постоянным напряжением (током), значение которого может быть разным (не обязательно на 12 вольт, может быть 3, 4,5 или 5 В).
Последовательное подключение – это цепочка, в которой катоды диодов спаиваются с анодами. Электроток по всем проходит одинаковый, напряжение – сумма падения вольтажа на лампочках. Количество диодов ограничивается падением напряжения. Например, если аккумулятор на 12 В, к нему можно последовательно подключить только 4 диода с падением напряжения 3 В.
При последовательном подключении цепочка перестает функционировать, если вышла из строя одна лед-лампочка. При желании создать цепочку из большого количества сравнительно мощных источников света, требуется мощный блок питания.
При параллельном подключении ситуация меняется – напряжение на лампочках одинаковое, меняется ток. Это значит, что требуется отдельное сопротивление для каждого светодиода. Если резистор один, каждый диод получает различный ток. Если он ниже оптимального, лампочка тусклая, если больше – диод выгорает. Еще хуже, если одна лампа вышла из строя. Остальные получают больше тока и сгорают.
В чистом виде последовательное и параллельное подключение практически не используется, если лампочек больше 2-х или 3-х. Оптимальный вариант – смешанная схема, в которой диоды делятся на группы, соединенные последовательно, группы соединяются параллельно.
Интересно! Схемы соединения и формулы для расчетов не меняются в зависимости от мощности ламп. Если они по 1-5 ватт, в цепочку дополнительно подключается стабилизатор напряжения (для защиты от колебаний электросети).
Формулы расчета резистора для светодиода
Рассчитать резистор на светодиод – это вычислить напряжение и мощность.
Напряжение зависит от цвета лампочек:
- 2 В (на практике 1,8-2,4 В) – желтые и красные;
- 3 В (на практике 3-3,5 В) – синие, зеленые, белые.
По закону Ома (U = R*I) формула для расчета сопротивления ограничителя при последовательном подключении: R = U/I, где:
- U –вольтаж источника питания;
- I – ток одной лампочки.
Внимание! Чаще всего полученное значение не соответствует показателям резисторов, предлагаемых торговой сетью, выбирать следует деталь с ближайшим большим номиналом.
Цель расчета рассеиваемой мощности – определение объема выделяемого сопротивлением тепла и оптимальной нагрузки (вольтажа).
Формула расчета мощности: P = U*I.
Эти формулы дают возможность определить, какой резистор нужен для конкретного светодиода (или схемы).
При параллельном подключении показатели ограничительных резисторов рассчитываются отдельно для каждой лампочки.
Примеры расчета резистора для светодиода
Как рассчитать показатели для имеющихся светодиодов, чтобы осуществить подбор ограничителя (или нескольких)?
Пример: имеется блок питания 12 В и небольшая партия лампочек на 0,02А.
Расчет сопротивления ограничителя (для одного диода): R = U/I = 12/0,02=600 Ом.
Расчет оптимальной нагрузки на гасящий резистор: P = U*I = 12*0,02 = 0,24 В.
Это значит, что у продавца нужно попросить резистор на 600 Ом с мощность 0,5 В (чтобы был запас).
С повышением мощности увеличиваются размеры детали.
При параллельном подключении 3-х диодов с U=2 В и I=0,03А сила электротока будет равна сумме тока всех лампочек, то есть I=0,09А.
Пример: имеются 3 цепочки по 3 диода на 0,03 А и источник питания 12 В, нужно подключить цепочки параллельно.
Необходимо рассчитать не только параметры 4-х резисторов (на каждой цепочке и общий для схемы), но и параметры лампочек.
Сопротивление светодиода – это соотношение вольтажа к току: Rд = U/I = 2/0,03 = 66,7 (берется 70) Ом.
В последовательной цепочке сопротивление ограничителя: R1=R2=R3= U/I=12/0,03=400 Ом.
Мощность: P= U*I=12*0,03=0,36 В.
К сопротивлению резисторов плюсуется сопротивление лампочек, чтобы получить сопротивление одной цепочки: 400+70+70+70 = 610 Ом.
Сопротивление общего ограничителя схемы: 1/R = 1/R1+1/R2+1/R3 = 3/R1 или R= R1/3=610/3=23,33 Ом.
Входной ток: 3*0,03=0,09 В.
Мощность входного ограничителя: P = U*I=12*0,09=1,08 В.
Нужно купить детали на 400 Ом и 0,5 В, одну – на 24 Ом и 1,5 В.
Основные выводы
Приведенные выше формулы на практике необходимо корректировать. Даже в одной партии у светодиодов различные показатели. Чтобы получить точные результаты, в формулы желательно вставлять цифры, полученные при тестировании лед-лампочек.
Необходимо так же учесть температуру среды. Это значит, что для использования в помещениях расчеты проводятся не так, как для использования вне помещений. Если в схему включаются предохранители, учитывается так же их сопротивление. Ведь у любого электроприбора оно есть.
Загрузка...
