Kako izbrati upor za omejevanje toka za LED

Sodobni LED svetlobni viri so dobro prilagojeni dolgotrajnemu delovanju v težkih pogojih. Vendar pa se za zaščito toka uporablja omejevalni električni upor. Natančen izračun upora za LED vam bo pomagal izbrati funkcionalne komponente vezja brez napak.

Uporaba upora za omejevanje toka za LED

LED se uporabljajo za dekorativno dekoracijo, zagotavljanje dobre vidljivosti v zatemnjenem hodniku in reševanje drugih praktičnih težav. V primerjavi s klasičnimi žarnicami z žarilno nitko so veliko bolj varčne. Visoka trdnost preprečuje onesnaženje okolja s škodljivimi kemičnimi spojinami, ki je možno po poškodbi žarnice svetlobnega vira na principu praznjenja v plinu.

Ob upoštevanju enosmerne prevodnosti polprevodniškega spoja je potreba po priključitvi LED na baterijo ali drug vir enosmernega napajanja jasna. Napetost običajnega gospodinjskega omrežja se popravi in ​​zmanjša na nazivno raven. Upor omejuje tok.

Značilnosti dela in izračuni

Kljub pomembnim prednostim pozorni uporabniki priporočajo pozornost na pomembne pomanjkljivosti LED naprav:

• polprevodniške tehnologije določajo nelinearne tokovno-napetostne karakteristike (CV karakteristike);
• povečanje napetosti nad določenim pragom spremlja degradacija pn spoja;
• na določeni ravni (z neposredno ali povratno povezavo) močno povečanje toka poškoduje izdelek.

Posebej pomemben je lasten majhen upor v načinu delovanja. Relativno majhna sprememba osnovnih parametrov napajalnika lahko poškoduje polprevodniški spoj. Zaradi tega je vezju dodan upor za omejevanje toka.

Dodatni pasivni element poveča porabo energije. Zaradi tega je priporočljivo, da se takšne rešitve uporabljajo v kombinaciji z LED diodami majhne moči ali da se ustvarijo naprave s kratkimi delovnimi cikli.

Matematični izračun

V najpreprostejšem vezju sta tokovno omejevalni upor (R) in LED zaporedno vezana na vir enosmernega toka (I) z določeno napetostjo (Ui) na izhodnih sponkah. Električni upor lahko izračunamo z dobro znano formulo Ohmovega zakona (I = U/R).

Uporaben je tudi drugi Kirchhoffov postulat. V tem primeru definira naslednjo enakost: Ui = Ur + Uc, Kje Ur (Uc) – napetost na uporu (LED). S preprosto transformacijo teh izrazov lahko dobite osnovne odvisnosti:

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

Tukaj Rc označuje diferencialni upor polprevodniške naprave, ki se nelinearno spreminja glede na napetost in tok. Na hrbtni strani tokovno-napetostne karakteristike je mogoče ločiti blokirno območje. Znatno povečanje Rc v tem območju preprečuje gibanje elektronov (Iobr = 0). Vendar pa z naknadnim povečanjem napetosti na določeni ravni (Urev) pride do okvare pn spoja.

Ker gonilnik zagotavlja enosmerno napajanje, morate natančno preučiti ustrezno "neposredno" povezavo. Značilnosti tokovno-napetostne karakteristike:

• v prvem razdelku do Un upor se postopoma zmanjšuje in tok ustrezno narašča;
• od Un do Hm – delovno območje (sevanje v svetlobnem območju);
• poleg tega močno zmanjšanje upora povzroči eksponentno povečanje tokovne jakosti s kasnejšo odpovedjo izdelka.

LED diode se izračunajo glede na vrednost delovne napetosti Uc. Proizvajalci navedejo ta parameter v priloženi dokumentaciji. Za izračun električnega upora ustreznega upora za omejevanje toka uporabite formulo: R = (Ui - Uc)/ I.

Grafični izračun

Če vzamete karakteristiko tokovne napetosti, lahko uporabite grafično tehniko. Izvirne grafične in digitalne informacije so vzete iz potnega lista ali na uradni spletni strani proizvajalca. Algoritem dejanj (primer):

• po začetnih podatkih je nazivni tok LED (In) 25 mA;
• iz ustrezne točke (1) na navpični ordinati potegnite črtkano črto, dokler se ne preseka s krivuljo tokovno-napetostne karakteristike (2);
• zabeležite napetost vira energije (Ui = 5,5 V) na abscisni osi (3);
• narišite črto skozi točki (2) in (3);
• v presečišču z ordinatno osjo bo prikazana vrednost največjega dovoljenega toka (Im = 60 mA).

Poleg tega z uporabo klasične formule ni težko izračunati, kateri upor je potreben za LED v tem primeru: R = Ui /Im = 5,5/ 0,06 ≈ 91,7. V seriji serije morate izbrati najbližjo nominalno vrednost z majhno rezervo - 100 Ohmov. Ta rešitev bo nekoliko zmanjšala učinkovitost. Toda v nežnem načinu se bodo funkcionalne komponente manj segrevale. Obremenitev polprevodniškega spoja se bo ustrezno zmanjšala. Pričakovati morate podaljšanje življenjske dobe svetlobnega vira.

Če želite pravilno izbrati upor, morate poznati moč (P). Standardne vrednosti (W): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Izračune lahko izvedete z uporabo poljubnih znanih parametrov z uporabo formul: P = Im2 * R = Ur2 / R. Če vzamemo začetne podatke obravnavanega primera: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0,36 W. Ob upoštevanju tipičnega modela modela morate izbrati upor z uporom 100 ohmov z disipacijsko močjo 0,5 W.

Tolerance za natančnost električnega upora uporov se gibljejo od 0,001 do 30% nazivne vrednosti. Pri označevanju po mednarodnih standardih so ustrezni razredi označeni z latiničnimi črkami (D - 0,5%; G - 2%; J - 5%).

Priključitev LED preko upora

Ob upoštevanju predstavljenih podatkov je mogoče narediti več pomembnih vmesnih zaključkov:

• uporovna zaščitna vezja se uporabljajo pri nizki moči;
• ne opravljajo stabilizacijskih funkcij;
• pasivni element ni sposoben zatreti sunkov prenapetosti.

Sprejemljive kazalnike uspešnosti je mogoče pridobiti z ustvarjanjem:

• senzorji;
• indikatorji;
• signalne naprave.

Za majhno lokalno osvetlitev akvarija je ta rešitev primerna. Vendar pa dolgoročna poraba velikih količin energije verjetno ne bo sprejemljiva. Pomanjkanje stabilizacije se kaže z opazno spremembo svetlosti z naraščanjem/zmanjšanjem napetosti.

Strokovnjaki priporočajo uporabo napajalnikov z zanesljivo stabilizacijo toka, ko je skupna poraba večja od 1,5-2 W. Te naprave (dimerji) se uporabljajo za povezovanje skupin svetlobnih naprav in polprevodniških naprav visoke moči.

Izračun upora za LED

Potrebne izračune lahko naredite na spletu s posebnim kalkulatorjem. Polna uporaba takih programov je na voljo brezplačno.

Vendar dostop do interneta ni vedno na voljo. Po preučevanju dokaj preproste tehnike lahko vsakdo hitro izbere upor za LED, ne da bi iskal ustrezno programsko opremo.

Za nazoren prikaz algoritma morate razmisliti o priključitvi zaščitnega upora na napajalni tokokrog (5 V) določene LED (Epistar 1W HP).

Tehnični parametri:

• disipacijska moč, W – 1;
• tok, mA - 350;
• napetost naprej (tipična/maks.), V – 2,35/2,6.

Za omejitev toka LED, ob upoštevanju priporočil proizvajalca, je primeren upor z električnim uporom R = (5-2,35) / 0,35 = 7,57 Ohmov. Po standardu E24 sta najbližji vrednosti 7,5 in 8,2 Ohma. Če uporabljate standardna pravila, boste morali izbrati večjo vrednost, ki se od izračunane razlikuje za skoraj 8,5%. Dodatno napako bo povzročila 5-odstotna toleranca za cenene izdelke množične proizvodnje.S takim odstopanjem je težko dobiti sprejemljive karakteristike vezja glede zaščitnih funkcij in porabe energije.

Prvi način za rešitev težave je izbira več uporov z nižjimi vrednostmi. Nato se uporabi možnost serijske, vzporedne ali kombinirane povezave, da se pridobi zahtevana ekvivalentna upornost odseka vezja. Druga metoda je dodajanje trim upora.

Izračun disipacije moči

V kateri koli od možnosti morate pri izbiri električnega upora vezja nastaviti nekoliko nižji tok, da podaljšate življenjsko dobo LED. Da preprečite toplotne poškodbe, izdelek uporabljajte v priporočenem temperaturnem območju. Za Epistar 1W HP – od -40°C do +80°C. Po potrebi uporabite namestitev na specializiran radiator "zvezda". Ta dodatek poveča učinkovito območje odvajanja toplote.

Za natančno izbiro ocenite disipacijo moči upora: P = I2 * R = (0,35)2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 W. Rezerva za ta parameter je vsaj 20-25%. Moč 1 W ni dovolj, zato izberite naslednjo moč v standardni seriji - 2 W.

Učinkovitost sestavljenega vezja se preverja z razmerjem Uc/Ui = 2,35/5 = 0,47 (47%). Končni rezultat pokaže, da je več kot polovica električne energije v tem primeru izgubljena. Pravzaprav je indikator še slabši, saj LED ne porabi vse porabe energije za sevanje v vidnem delu spektra. Pomemben del predstavljajo elektromagnetni valovi v infrardečem območju.

Vzporedna povezava

V kateri koli točki zaporednega tokokroga je tok enak. To poenostavi izračun in prepreči izredne razmere.Če en element odpove, se vse LED diode izklopijo. Zato je izključena škoda zaradi povečane napetosti. Omenjeni razlogi pojasnjujejo priljubljenost uporabe te metode pri ustvarjanju trakov in drugih modelov.

Določene prednosti prinaša uporaba vzporednih povezav. V tej izvedbi izdelek ohrani delno funkcionalnost, če je eno vezje poškodovano. Ta rešitev zagotavlja enako napetost na točkah povezave z virom napajanja vsake veje.

Vzporedna povezava je primerna za organizacijo neodvisnih krmilnih vezij. Na tej tehnologiji temeljijo načela delovanja novoletnih girland. Posamezne veje so priključene na vir napajanja po algoritmu, ki ga določi program.

Ne morete uporabiti enega upora za več vzporednih diod. Previdna izbira upora je posledica potrebe po natančni regulaciji toka. V nekaterih primerih napake 0,1-0,5 A povzročijo okvare in radikalno zmanjšanje življenjske dobe.

Dejanske tehnične lastnosti LED se močno razlikujejo tudi znotraj iste serije izdelkov. Zaradi tega je vsako vezje zaščiteno z ločenim uporom.

Značilnosti poceni LED

Nizka cena sama po sebi ni dokaz slabe kakovosti. Širjenje obsega proizvodnje in izboljšanje tehnoloških procesov zmanjšuje stroške. Vendar pa v ustreznem tržnem segmentu obstajajo izdelki proizvajalcev, ki dejansko ne izpolnjujejo navedenih lastnosti.

Če želite prepoznati morebitne težave, bodite pozorni na naslednje parametre:

• v poceni modelih so glavni deli konstrukcije izdelani iz aluminija;
• bakreni analogi so težji, učinkoviteje odvajajo toploto in so odporni na mehanske obremenitve;
• v kakovostnem izdelku velikost kristala ustreza standardu (0,762 x 0,762 mm ali drugo);
• pomanjkljivosti so posredno označene z izkrivljanjem razmerij delovnega območja (pravokotnik namesto kvadrata);
• Za večjo zanesljivost odgovorni proizvajalci povečajo število vodnikov in uporabljajo niti iz plemenitih kovin.

Visokokakovostne LED diode ustvarjajo svetlobni tok 150-220 lumnov na 1 W porabe. Ponaredki - ne več kot 50-70 lm. Če ste v dvomih, izberite zaščitne komponente še posebej previdno.