Aviatreid.ru

Прокат металла "Авиатрейд"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему светодиод нужно подключать через резистор

Почему светодиод нужно подключать через резистор

На светодиодной ленте есть резисторы, на печатных платах (где светодиоды служат индикаторами) есть резисторы, даже в светодиодных лампах — и то есть резисторы. В чем же дело? Почему светодиод обычно подключен через резистор? Для чего светодиоду резистор?

На самом деле все очень просто: светодиоду для работы необходимо очень маленькое постоянное напряжение, а если подать больше — светодиод перегорит. Если даже подать немного больше, на 0,2 вольта больше номинала — ресурс светодиода уже начнет стремительно уменьшаться, и очень скоро жизнь этого полупроводникового источника света закончится плачевно.

Резисторы на светодиодной ленте

Например, красному светодиоду для нормальной работы нужно ровно 2,0 вольта, при этом ток его потребления составляет 20 миллиампер. А если подать 2,2 вольта — наступит пробой p-n-перехода.

У разных производителей светодиодов, в зависимости от применяемых полупроводников и технологии создания светодиодов, рабочее напряжение может чуть-чуть в ту или иную сторону отличаться. Однако, взгляните для примера на вольт-амперную характеристику красного SMD светодиода одного известного производителя:

Вольт-амперная характеристика красного SMD светодиода

Здесь видно, что уже при 1,9 вольта светодиод начинает слабо светиться, а при подаче на его выводы ровно 2 вольт, свечение получится достаточно ярким, это его номинальный режим. Если теперь увеличивать напряжение до 2,1 вольт — светодиод начнет перегреваться, и стремительно терять свой ресурс. А при подаче более 2,1 вольта — светодиод перегорит.

Теперь вспомним Закон Ома для участка цепи: сила тока в участке цепи прямопропорциональна напряжению на концах этого участка, и обратно пропорциональна его сопротивлению:

Закон Ома

Следовательно, если у нас сила тока через светодиод равна 20 мА при напряжении на его выводах в 2,0 В, значит какое светодиод имеет сопротивление в рабочем состоянии, исходя из этого закона? Правильно: 2,0/0,020 = 100 Ом. Светодиод в рабочем состоянии по своим характеристикам эквивалентен резистору номиналом 100 Ом, мощностью 2*0,020 = 40 мВт.

А что если в наличии на плате имеется лишь напряжение 5 вольт или 12 вольт? Как питать светодиод таким высоким напряжением, и чтобы он при этом бы не перегорел? Вот разработчики всюду и решили, что удобнее всего применить дополнительный резистор.

Почему светодиод нужно подключать через резистор

Почему резистор? Потому что это — наиболее выгодный, наиболее экономичный, наименее затратный по ресурсам и рассеиваемой мощности, путь решения проблемы ограничения тока через светодиод.

Итак, если в наличии 5 вольт, а необходимо получить 2 вольта на «резисторе» в 100 Ом, значит необходимо разделить эти 5 вольт между нашим полезным светящимся резистором в 100 Ом (в роли которого выступает ДАННЫЙ светодиод), и другим резистором, номинал которого сейчас предстоит вычислить исходя из того, что имеется в распоряжении:

Схема подключения светодиода через резистор

В данной цепи ток постоянный, не переменный, элементы все в установившемся режиме линейные, следовательно ток по всей цепи будет одной и той же величины, в нашем примере 20 мА — так нужно светодиоду. Следовательно выберем резистор R1 такой величины, чтобы ток через него составил бы тоже 20 мА, а напряжение бы на него пришлось как раз 3 вольта, которые нужно куда-то деть.

Читайте так же:
Подключение выключателя света с одной клавишей schneider unica

Итак: по закону Ома I=U/R, отсюда R=U/I = 3/0,02 = 150 Ом. А мощность? P=U 2 /R = 9/150 = 60 мВт. Подойдет резистор на 0,125 Вт, чтобы не сильно грелся. Теперь всем ясно, для чего светодиоду резистор.

Онлайн расчет резистора для светодиода

Питание светодиодов не такой простой вопрос, как может показаться. Они крайне чувствительны к режиму, в котором работают и не терпят перегрузок. Самое главное, что нужно запомнить – полупроводниковые излучающие диоды питают стабильным током, а не напряжением. Даже идеально стабилизированное напряжение не обеспечит поддержки заданного режима, это следствие внутренней структуры и принципа действия полупроводников. Тем не менее при грамотном подходе светодиоды можно подключать к питанию через токоограничивающий или добавочный резистор. Его расчет сводится к элементарному подбору такого сопротивления, на котором будут падать лишние Вольты при заданной величине тока. Давайте рассмотрим, как рассчитать его номинал вручную или воспользоваться онлайн калькулятором.

Хоть и главным параметром для питания светодиода является ток, но есть и такой, как падение напряжения. Это величина необходимая для того, чтобы он зажегся. Отталкиваясь от нее проводят вычисления ограничительного резистора.

Типовые напряжения LED разных типов:

ЦветНапряжение, В
Белый2.8-3.2 для маломощных, 3.0 и выше для мощных (более 0.5 Вт)
Красный1.6-2.0
Зеленый1.9-4.0
Синий2.8-3.2
Желтый, оранжевый2.0-2.2
ИКДо 1.9
УФ3.1-4.4

Внимание! Если вы не можете найти документацию на имеющийся элемент – при использовании онлайн калькулятора возьмите данные из этой таблицы.

Чтобы сократить теорию, давайте сразу на практике рассчитаем сопротивление для подключения белого светодиода к бортовой цепи автомобиля 12В. Её фактическое значение при заведенном двигателе доходит до 14,2 В, а иногда и выше, значит его и берем для расчетов.

Тогда расчёт сопротивления для светодиода выполняют по закону Ома:

R=U/I

На светодиоде должно упасть усреднено 3 Вольта, значит нужно компенсировать:

У обычного 5 мм светодиода номинальный ток равен 20 мА или 0,02 А. Рассчитываем сопротивление резистора, на котором должно упасть 11,2 В при заданном токе:

R=11,2/0,02=560 Ом или ближайший в большую сторону

Чтобы добиться стабильного питания и яркости в цепь питания дополнительно устанавливают стабилизатор L7805 или L7812 и проводят расчет относительно питающих 5 или 12 Вольт соответственно.

Как рассчитать резистор для подключения светодиода к сети 220 Вольт? Такой вопрос возникает, когда нужно сделать какую-то индикацию или маячок. Расчёт сопротивления в этом случае выглядит так:

Так как любой диод пропускает ток в одном направлении, то обратное напряжение приведет к тому, что он выйдет из строя. Значит параллельно светодиоду устанавливают еще один такой же или шунтирующий обычный маломощный выпрямительный диод, например, 1n4007.

Читайте так же:
Bbk 32lem 1031 ts2c уменьшить ток подсветки

С помощью нашего онлайн калькулятора можно рассчитать сопротивление для одного или нескольких соединенных последовательно или цепи параллельных светодиодов:

Если светодиодов несколько, тогда:

  • Для последовательного соединения резистор рассчитывают с учетом суммы падений на каждом элементе.
  • Для параллельного соединения сопротивление рассчитывают с учетом суммы токов каждого светоизлучающего диода.

Также нельзя забывать о мощности резистора, например, во втором примере с подключением цепи к сети 220В на нем будет выделяться мощность равная:

В данном случае это будет довольно крупный резистор. Чтобы уменьшить эту мощность, можно еще сильнее ограничить ток, например, в 0,01А, что снизит эту мощность в двое. В любом случае номинальная мощность сопротивления должна быть больше той, которая будет выделяться в процессе его работы.

Для долгой и стабильной работы излучателя при подключении к сети используйте в расчетах напряжение слегка выше номинального, то есть 230-240 В.

Если вам сложно посчитать или вы не уверены в чем-то, тогда наш онлайн калькулятор для расчета резистора для светодиода быстро подскажет вам, какой нужен резистор из стандартного размерного ряда, а также его минимальную мощность.

Использование диодов для ограничения тока светодиодами

Я настраиваю attiny2313, чтобы управлять массивом светодиодов и мигать ими по-разному. Вместо того, чтобы помещать последовательный резистор в линию с каждым светодиодом (они будут управляться отдельно, поэтому я не могу делать трюки, такие как последовательное соединение их друг с другом), мне было интересно просто использовать пару диодов для снижения напряжения в нужном диапазоне.

Система работает при напряжении 3,3 В (с регулятором, который поддерживает ее довольно постоянным), и два диода 1N4001 снизят это значение до 1,9 В — в соответствии с нижним пределом 1,8 — 2,2 В, для которого предназначены эти светодиоды. Поскольку диоды всегда хотят поддерживать одинаковое падение напряжения на себе, мне не нужно беспокоиться об изменении напряжения при включении или выключении светодиодов. Всего я экономлю 6 компонентов.

Кто-нибудь еще пробовал что-то подобное? Любые ошибки, которые я упустил? Я понимаю, что диоды должны будут рассеивать полный ток от всех светодиодов, но для этого небольшого количества тока, который, кажется, не будет проблемой.

(редактировать: я помещаю эти диоды между общим катодом светодиодов и землей)

edebill

icabrindus

Должен признаться, я никогда не пробовал это. Но последовательный резистор играет важную роль: он предназначен для ограничения тока через светодиод. Если резистора нет, то в конце ток может быть ограничен значением, которое слишком велико для светодиода или для транзистора драйвера. Теоретически вы должны графически добавить характеристики интерфейса диодов и светодиода и посмотреть на результирующей характеристике, какой ток для вашего значения Vcc. Но главная проблема заключается в том, что этот ток не может быть надежно предсказан, поскольку характеристики каталога диодов и светодиодов в пользовательском интерфейсе дают вам типичную кривую, и эта кривая также будет изменяться в зависимости от температуры.

Читайте так же:
Принцип работы двухклавишного выключателя света

Так что, хотя это может сработать, я бы не рассчитывал на то, что это сработает в каждом случае. Но вам может помочь некоторая неожиданная ситуация: микросхема управляет вашими светодиодами. Иногда цифровые выходы имеют внутренние резисторы или другие способы ограничения выходного тока, чтобы избежать их перегрузки. Так что проверьте спецификацию для вашего attiny2313.

edebill

Джейсон С

используя другой диод, чтобы «согласовать» напряжение источника с напряжением светодиода: НЕТ НЕТ НЕТ!

Светодиод — это, по сути, приемник напряжения: он не потребляет ток, пока напряжение на нем не сместится вперед и не сместит диодный переход, а затем, когда вы получите достаточное напряжение, ток через него резко возрастет. Световой поток светодиода сильно зависит от величины тока, который вы пропускаете через него: больше тока = больше светового потока. Падение напряжения, хотя и приблизительно постоянное, зависит от температуры и от устройства к устройству.

Практически во всех приложениях вы хотите установить постоянную величину светового потока и, следовательно, тока, независимо от изменений напряжения питания и падений напряжения светодиодов. Это означает, что идеальный источник для светодиодной нагрузки — это источник постоянного тока, который вы можете реализовать, просто сделать это без нескольких дополнительных компонентов очень сложно. На практике мы просто склонны использовать источник напряжения (включаемый и выключаемый логическим затвором или полевым МОП-транзистором или биполярным транзистором) и резистор для установки тока.

Ключевое уравнение: V supply — V LED = I LED * R , или I LED = (V supply — V LED ) / R

Термин с левой стороны обозначает разницу между напряжением питания и падением напряжения на светодиоде. Это может варьироваться в зависимости от температуры и частичного изменения. Анализ чувствительности здесь довольно прост: ΔI = ΔV / R — изменение тока равно 1 / R, умноженному на изменение напряжения. Если вы хотите, чтобы ток вашего светодиода был менее чувствительным к изменениям напряжения, это означает, что значение R должно быть выше . для определенного номинального тока светодиода (обычно от 5 мА до 20 мА), ток будет менее чувствительным к изменениям в напряжение, если напряжение источника выше, а сопротивление выше.

Отбрасывая напряжение питания с помощью второго диода, вы делаете прямо противоположное: чтобы получить желаемый ток, вам нужно уменьшить значение R, что делает ток нагрузки более чувствительным к изменению напряжения. И вы также вводите другой элемент схемы (этот новый диод), который имеет дополнительные допуски по напряжению, увеличивая эти колебания напряжения. Вы бы добавили дополнительные компоненты, которые не преследуют никакой цели, кроме как сделать световой поток более чувствительным к изменениям напряжения питания, температуре и частям.

Единственное, на что стоит обратить внимание, это рассеивание мощности. Если у вас есть источник постоянного напряжения (скажем, 5 В) и светодиод или другой элемент схемы, который использует только часть этого напряжения (скажем, 1,2 В), то только часть мощности (1,2 / 5 В = 24% в этом примере) рассеивается в светодиоде, а остальное (76%) рассеивается во что-то еще, что вам нужно соединить два вместе. Это верно для любого линейного источника питания (см. Ниже комментарий к коммутаторам). Это переходит в тепло, которое необходимо правильно рассеивать, и в большинстве случаев самый дешевый и простой способ рассеивания заданного количества тепла контролируемым образом — это резистор. Они работают должным образом в более высоком температурном диапазоне (большинство диодов / транзисторов работают максимум до 150 C), и их поведение меньше меняется в зависимости от температуры.

Читайте так же:
Объем диффузия сила тока магнитная индукция кипение преломление света

Исключением из всего этого является импульсный источник питания. Многие драйверы светодиодов идут по пути коммутатора и используют широтно-импульсную модуляцию + переключающий транзистор и индуктор для повышения эффективности. Это позволяет, по существу, всему рассеянию мощности происходить в светодиоде (с небольшой потерей при переключении MOSFET и индуктора). Вы по-прежнему рассматриваете светодиод как источник напряжения, хотя переключающий транзистор + катушка индуктивности действует как источник тока, изменяя свой рабочий цикл для управления яркостью светодиода (на высококачественных визуальных дисплеях также имеется чип датчика света, так что ток можно варьировать, чтобы компенсировать старение светодиода с течением времени, чтобы белый свет не смещался в цвет в сторону красного, зеленого или синего). Переключающий светодиодный драйвер стоит $$, поэтому, если вам не нужна эффективность, я бы не стал беспокоиться.

Калькулятор светодиодов

Для устойчивой работы светодиоду необходим источник постоянного напряжения и стабилизированный ток, который не будет превышать величины, допустимые спецификой конкретного светодиода. Если необходимо подключить светодиоды индикаторные, рабочий ток которых не превышает 50-100мА, можно ограничить ток посредством резисторов. Если речь идет о питании мощных светодиодов с рабочими токами от сотен миллиампер до единиц ампер, то не обойтись без специальных устройств – драйверов (подробнее об этих устройствах читайте в статье «Драйвера для светодиодов», готовые модели драйверов можно увидеть здесь.). Далее рассмотрим варианты, когда требуемый ток небольшой и обойтись резисторами все же можно.

Резисторы являются пассивными элементами – ток они просто ограничивают, но никак не стабилизируют. Сила тока будет меняться с изменением напряжения в соответствии с законом Ома. Ограничивается ток резистором банальным преобразованием «лишнего» электричества в тепло по формуле

P = I 2 R , где P — выделяемое тепло в ваттах, I — сила тока в цепи в амперах, R — сопротивление в омах.

Устройство при этом, естественно, греется. Способность резистора рассеивать тепло не безгранична и, при превышении допустимого тока, он сгорит. Допустимая рассеиваемая мощность определяется корпусом резистора. Это нужно учитывать при планировании подключения светодиодов и выбирать элементы с, как минимум, двойным запасом прочности.

Схема подключения одного светодиода

Если необходимо подключить один светодиод, то сопротивление резистора можно рассчитать, в соответствии с законом Ома, по простой формуле:

Читайте так же:
Провод от магнитолы для подсветки оранжевый куда подключать

R = (U — UL) / I , где R — требуемое сопротивление в омах, U — напряжение источника питания, UL — падение напряжения на светодиоде в вольтах, I — нужный ток светодиода в амперах.

Очень часто нужно подключить не один, а несколько светодиодов. В этом случае возможно их последовательное или параллельное подключение.

Схема последовательного подключения светодиодов

Падение напряжения на последовательно соединенных светодиодах суммируется, через каждый из них протекает одинаковый ток. Напряжение источника питание должно быть больше, чем суммарное падение напряжения.

Рассчитывается сопротивление резистора по такому же принципу, как и в случае одного светодиода, только учитывается падение напряжения не на одном светляке, а суммарно для всей цепочки.

Последовательное подключение удобно тем, что требует минимум дополнительных деталей, кроме того, от источника питания не требуется большой ток. Но при большом количестве светодиодов может потребоваться существенное напряжение. Кроме того, если один из последовательной цепочки сгорит, то цепь оборвется и светить перестанут все светодиоды. Также при таком варианте подключения важно использовать совершенно одинаковые светодиоды, иначе их разные параметры будут служить источником дисбаланса. В итоге они могут либо светить неравномерно, либо значительно быстрее выходить из строя.

Схема параллельного подключения светодиодов

Параллельное подключение равносильно одновременному подключению отдельных светодиодов, которым совсем «не обязательно знать» о наличии других светодиодов. При этом напряжение источника питания должно превышать падение напряжения на одном светодиоде. Сила тока каждого светодиода может регулироваться индивидуально, выбором сопротивления подсоединенного к нему резистора. Важно, чтобы источник питания «знал», сколько светодиодов к нему подключено, поскольку общая сила тока, которую потребуется от него предоставить, равна сумме токов, протекающих через все светодиоды. Если один из светодиодов выйдет из строя, со свечением остальных ничего не произойдет, поскольку работают они индивидуально. Учтите, что это не относится к параллельным светодиодам, которые питаются от токоограничивающего драйвера! Драйвер стабилизирует ток, выход из строя одной из веток приведет к общему снижению тока. Это снижение драйвер немедленно компенсирует, что приведет к повышению тока на оставшихся ветках. А они могут это и не пережить. По аналогичной причине следует избегать подключения нескольких параллельных светодиодов через один токоограничивающий резистор.

Схема правильного и неправильного параллельного подключения светодиодов

Сопротивление каждого резистора при параллельном подключении светодиодов рассчитывается, повторюсь, так же, как и при подключении одного светодиода.

Параллельное подключение светодиодов не требует высокого напряжения питания, но при его использовании необходимо обеспечить достаточную силу тока. Требуется большее количество деталей, но можно одновременно подключить светодиоды с разными параметрами. Также большее количество токоограничивающих резисторов, которые будут выделять тепло, даст более низкий общий КПД схемы по сравнению с последовательным подключением.

Быстро рассчитать сопротивление резистора при подключении одного или нескольких одинаковых светодиодов поможет предложенная ниже форма онлайн-калькулятора светодиодов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector