Como escolher um resistor limitador de corrente para um LED

As fontes de luz LED modernas são adequadas para operação de longo prazo em condições difíceis. No entanto, para proteção de corrente, uma resistência elétrica limitante é usada. O cálculo preciso do resistor para o LED ajudará a selecionar os componentes funcionais do circuito sem erros.

Aplicação de um resistor limitador de corrente para um LED

Os LEDs são usados ​​para decoração decorativa, para garantir boa visibilidade em um corredor escuro e para resolver outros problemas práticos. Eles são muito mais econômicos do que as lâmpadas incandescentes clássicas. A alta resistência evita a contaminação do meio ambiente com compostos químicos nocivos, o que é possível após danos ao bulbo da fonte de luz de descarga de gás.

Levando em consideração a condutividade unilateral da junção do semicondutor, a necessidade de conectar o LED a uma bateria de armazenamento, outra fonte de alimentação CC, é clara. A tensão de uma rede doméstica padrão é retificada, reduzida a um nível nominal. O resistor é usado para limitar a corrente.

Características de trabalho e cálculos

Apesar das vantagens significativas, usuários atentos recomendam prestar atenção às desvantagens significativas dos dispositivos LED:

• as tecnologias de semicondutores determinam as características de corrente-tensão não lineares (VAC);
• um aumento na tensão acima de um certo limite é acompanhado pela degradação da junção p-n;
• em um certo nível (com conexão direta ou reversa), um aumento acentuado na intensidade da corrente danifica o produto.

De particular importância é a baixa resistência intrínseca no modo de operação. Uma mudança relativamente pequena nos parâmetros básicos da fonte de alimentação pode danificar a junção do semicondutor. Por esse motivo, um resistor limitador de corrente é adicionado ao circuito.

Um elemento passivo adicional aumenta o consumo de energia. Por esse motivo, é recomendável usar essas soluções em combinação com LEDs de baixa potência ou criar dispositivos com pequenos ciclos de trabalho.

Cálculo matemático

No circuito mais simples, um resistor limitador de corrente (R) e um LED são conectados em série a uma fonte de corrente constante (I) com uma certa tensão (Ui) nos terminais de saída. Você pode calcular a resistência elétrica usando a fórmula bem conhecida da lei de Ohm (I = U / R).

O segundo postulado de Kirchhoff também é útil. Neste exemplo, ele define a seguinte igualdade: Ui = Ur + UcOnde Ur (Uc) - tensão no resistor (LED), respectivamente. Simplesmente transformando essas expressões, você pode obter as dependências básicas:

• Ui = I * R + I * Rc;
• R = (Ui - Uc) / I.

Aqui Rc denota a resistência diferencial de um dispositivo semicondutor, que muda não linearmente dependendo da tensão e da corrente. Na parte reversa da característica corrente-tensão, a área de bloqueio pode ser distinguida. Aumento significante Rc nesta área impede o movimento dos elétrons (Iobr = 0). No entanto, com um aumento subsequente na tensão em um determinado nível (Urev-m), ocorre uma quebra da junção p-n.

Uma vez que o driver fornece energia DC, você precisa estudar cuidadosamente a conexão "direta" correspondente. Características da característica I - V:

• na primeira seção para Uн a resistência diminui suavemente e a corrente aumenta de acordo;
• a partir de Uн antes Hum - área de trabalho (radiação na faixa de luz);
• além disso - uma diminuição acentuada na resistência provoca um aumento exponencial na intensidade da corrente com a falha subsequente do produto.

Os LEDs são calculados com base na tensão operacional. Uc... Os fabricantes indicam este parâmetro na documentação que o acompanha. Para calcular a resistência elétrica de um resistor limitador de corrente adequado, use a fórmula: R = (Ui - Uc) / I.

Cálculo gráfico

Se você fizer o CVC, poderá aplicar uma técnica gráfica. As informações gráficas e digitais iniciais são retiradas do passaporte ou do site oficial do fabricante. Algoritmo de ações (exemplo):

• de acordo com os dados iniciais, a corrente nominal do LED (In) é 25 mA;
• uma linha pontilhada é traçada do ponto correspondente (1) no eixo vertical das ordenadas até a intersecção com a curva característica I - V (2);
• observar a tensão de alimentação (Ui = 5,5 V) no eixo de abscissa (3);
• traçar uma linha através dos pontos (2) e (3);
• a intersecção com o eixo y mostrará a corrente máxima permitida (Im = 60 mA).

Além disso, de acordo com a fórmula clássica, não é difícil calcular qual resistor é necessário para o LED neste caso: R = Ui / Im = 5,5 / 0,06 ≈ 91,7... Na linha serial, você precisa selecionar a denominação mais próxima com uma pequena margem - 100 Ohm. Esta solução reduzirá um pouco a eficiência. Mas em um modo suave, os componentes funcionais esquentarão menos. A carga na junção do semicondutor será reduzida de acordo. Espere aumentar a vida útil da fonte de luz.

Para selecionar o resistor correto, você precisa saber a potência (P). Valores padrão (W): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Os cálculos podem ser feitos para quaisquer parâmetros conhecidos usando as fórmulas: P = Im2 * R = Ur2 / R... Se tomarmos os dados iniciais do exemplo em consideração: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0,36 W. Levando em consideração a faixa típica do modelo, é necessário escolher um resistor de 100 Ohm com potência de dissipação de 0,5 W.

As tolerâncias para a precisão da resistência elétrica dos resistores são de 0,001 a 30% do nominal. Na marcação de acordo com os padrões internacionais, as classes correspondentes são designadas em letras latinas (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).

Conectando um LED através de um resistor

Levando em consideração os dados apresentados, várias conclusões intermediárias importantes podem ser tiradas:

• circuitos de proteção resistivos são usados ​​em baixa potência;
• eles não desempenham funções de estabilização;
• o elemento passivo não é capaz de amortecer os surtos de tensão de impulso.

Os indicadores de desempenho aceitáveis ​​podem ser obtidos criando:

• sensores;
• indicadores;
• dispositivos de sinalização.

Para uma pequena iluminação de aquário local, esta solução é adequada. No entanto, é improvável que o consumo prolongado de grandes quantidades de energia seja aceitável. A falta de estabilização é manifestada por uma mudança perceptível no brilho com o aumento / diminuição da tensão.

Os especialistas recomendam o uso de fontes de alimentação com estabilização de corrente confiável com um consumo total de mais de 1,5-2 W. Esses dispositivos (dimmers) são usados ​​para conectar grupos de dispositivos de iluminação e dispositivos semicondutores de alta potência.

Cálculo do resistor para LED

Você pode fazer os cálculos necessários online usando uma calculadora especializada. O uso total de tais programas é oferecido gratuitamente.

No entanto, o acesso à Internet nem sempre está disponível.Depois de estudar uma técnica bastante simples, qualquer pessoa pode selecionar rapidamente um resistor para um LED sem procurar o software apropriado.

Para uma demonstração visual do algoritmo, você precisa considerar a conexão de um resistor de proteção ao circuito de alimentação (5 V) de um LED específico (Epistar 1W HP).

Especificações técnicas:

• potência de dissipação, W - 1;
• corrente, mA - 350;
• tensão direta (típica / máx.), V - 2,35 / 2,6.

Para limitar a corrente do LED, levando em consideração as recomendações do fabricante, um resistor com resistência elétrica R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohm é adequado. De acordo com o padrão E24, os valores mais próximos são 7,5 e 8,2 ohms. Se você usar as regras padrão, terá que escolher um valor maior, que difere do calculado em quase 8,5%. Um erro adicional será criado por uma tolerância de 5% para produtos baratos produzidos em massa. Com tal desvio, é difícil obter características de circuito aceitáveis ​​em termos de funções de proteção e consumo de energia.

A primeira maneira de resolver o problema é selecionar vários resistores inferiores. Em seguida, uma opção de conexão em série, paralela ou combinada é usada para obter a resistência equivalente necessária da seção do circuito. O segundo método é adicionar um aparador.

Cálculo de dissipação de energia

Em qualquer uma das opções, ao escolher a resistência elétrica do circuito, deve-se definir uma corrente um pouco menor para prolongar a vida útil do LED. Para evitar danos causados ​​pelo calor, o produto é usado dentro da faixa de temperatura recomendada. Para Epistar 1W HP - de -40 ° C a + 80 ° C Se necessário, use a instalação em um radiador "estrela" especializado. Esta adição aumenta a área de dissipação de calor efetiva.

Para uma seleção precisa, a dissipação de potência do resistor é estimada: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. A reserva para este parâmetro é feita no mínimo 20-25%. A classificação de 1 W não é suficiente, então a próxima classificação na linha padrão é escolhida - 2W.

A eficiência do circuito montado é verificada pela razão Uc / Ui = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). O resultado final mostra que mais da metade da eletricidade, neste caso, é desperdiçada. Na verdade, o indicador é ainda pior, já que nem toda a potência de consumo é consumida pelo LED para radiação na parte visível do espectro. Uma parte significativa são as ondas eletromagnéticas na faixa de infravermelho.

Conexão paralela

Em qualquer ponto do circuito em série, a corrente é a mesma. Isso simplifica o cálculo, evita emergências. Quando um elemento falha, todos os LEDs são desligados. Portanto, danos devido ao aumento de tensão são excluídos. As razões apontadas explicam a popularidade deste método na criação de lâmpadas de tira e outros designs.

O uso de uma conexão paralela oferece certas vantagens. Nesta versão, o produto retém funcionalidade parcial se um circuito for danificado. Esta solução garante a mesma tensão nos pontos de conexão à fonte de alimentação de cada ramal.

A conexão paralela é adequada para organizar esquemas de controle independentes. Os princípios das guirlandas de ano novo são baseados nesta tecnologia. Ramificações separadas são conectadas à fonte de alimentação de acordo com o algoritmo especificado pelo programa.

Você não pode usar um resistor para vários diodos paralelos. A seleção cuidadosa da resistência deve-se à necessidade de uma regulação precisa da corrente. Em algumas situações, erros de 0,1-0,5 A causam avarias, uma redução radical do recurso.

As características técnicas reais dos LEDs diferem significativamente, mesmo na mesma remessa. Por esse motivo, cada circuito é protegido por um resistor separado.

Características do ICE barato

O baixo custo por si só não é prova de má qualidade. Aumentar a produção e melhorar os processos tecnológicos reduzem custos.No entanto, no segmento de mercado correspondente, existem produtos de fabricantes que não correspondem realmente às características declaradas.

Para determinar possíveis problemas, preste atenção aos seguintes parâmetros:

• nos modelos baratos, as partes principais da estrutura são de alumínio;
• análogos de cobre são mais pesados, removem o calor com mais eficiência e são resistentes ao estresse mecânico;
• em um produto de qualidade, o tamanho do cristal corresponde ao padrão (0,762 x 0,762 mm ou outro);
• as deficiências são indiretamente evidenciadas pela distorção das proporções da área de trabalho (retângulo em vez de quadrado);
• para aumentar a confiabilidade, fabricantes responsáveis ​​estão aumentando o número de condutores, usando roscas feitas de metais nobres.

LEDs de alta qualidade criam um fluxo luminoso de 150-220 lumens por 1 W de consumo. Falsificações - não mais do que 50-70 lumens. Em caso de dúvida, os componentes de proteção devem ser selecionados com cuidado especial.