Калькулятор расчета сопротивления для светодиодов. Расчет сопротивления для светодиода Расчет цепи светодиодов

Светодиод имеет очень небольшое внутреннее сопротивление, если его подключить напрямую к блоку питания, то сила тока будет достаточной высокой, чтобы он сгорел. Медные или золотые нити, которыми кристалл подключается к внешним выводам, могут выдерживать небольшие скачки, но при сильном превышении перегорают и питание прекращает поступать на кристалл. Онлайн расчёт резистора для светодиода производится на основе его номинальной рабочей силы тока.

• 1. Онлайн калькулятор
• 2. Основные параметры
• 3. Особенности дешёвых ЛЕД

Онлайн калькулятор

Предварительно составьте схему подключения, чтобы избежать ошибок в расчётах. Онлайн калькулятор покажет вам точное сопротивление в Омах. Как правило окажется, что резисторы с таким номиналом не выпускаются, и вам будет показан ближайший стандартный номинал. Если не удаётся сделать точный подбор сопротивления, то используйте больший номинал. Подходящий номинал можно сделать подключая сопротивление параллельно или последовательно. Расчет сопротивления для светодиода можно не делать, если использовать мощный переменный или подстроечный резистор. Наиболее распространены типа 3296 на 0,5W. При использовании питания на 12В, последовательно можно подключить до 3 LED.

Резисторы бывают разного класса точности, 10%, 5%, 1%. То есть их сопротивление может погрешность в этих пределах в положительную или отрицательную сторону.

Не забываем учитывать и мощность токоограничивающего резистора, это его способность рассеивать определенное количество тепла. Если она будет мала, то он перегреется и выйдет из строя, тем самым разорвав электрическую цепь.

Чтобы определить полярность можно подать небольшое напряжение или использовать функцию проверки диодов на мультиметре. Отличается от режима измерения сопротивления, обычно подаётся от 2В до 3В.

Основные параметры

Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми. Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно. Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.

Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от 10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В.

Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа и зависит от назначения:

• цвета синий, красный, зелёный, желтый;
• трёхцветный RGB;
• четырёхцветный RGBW;
• двухцветный, теплый и холодный белый.

Особенности дешёвых ЛЕД

Прежде чем подобрать резистор для светодиода на онлайн калькуляторе, следует убедится в параметрах диодов. Китайцы на Aliexpress продают множество led, выдавая их за фирменные. Наиболее популярны модели SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Всё самое плохое обычно делается под брендом Epistar.

Например, чаще всего китайцы обманывают на SMD5630 и SMD5730. Цифры в маркировке обозначают лишь размер корпуса 5,6мм на 3,0мм. В фирменных такой большой корпус используется для установки мощных кристаллов на 0,5W , поэтому у покупателей диодов СМД5630 напрямую ассоциируется с мощностью 0,5W. Хитрый китаец этим пользуется, и в корпус 5630 устанавливает дешевый и слабенький кристалл в среднем на 0,1W , при этом указывая потребление энергии 0,5W.

Китайские светодиодные лампы кукурузы

Наглядным примером будут автомобильные лампы и светодиодные кукурузы, в которых поставлено большое количество слабеньких и некачественных ЛЕД чипов. Обычный покупатель считает, чем больше светодиодов чем лучше светит и выше мощность.

Автомобильные лампы на самых слабых лед 0,1W

Чтобы сэкономить денежку, мои светодиодные коллеги ищут приличные ЛЕД на Aliexpress. Ищут хорошего продавца, который обещает определённые параметры, заказывают, ждут доставку месяц. После тестов оказывается, что китайский продавец обманул, продал барахло. Повезёт, если на седьмой раз придут приличные диоды, а не барахло. Обычно сделают 5 заказов, и не добившись результата и идут делать заказ в отечественный магазин, который может сделать обмен.

Современные светодиодные источники света хорошо приспособлены к длительной эксплуатации в сложных условиях. Однако для защиты по току применяют ограничительное электрическое сопротивление. Точный расчет резистора для светодиода поможет подбирать функциональные компоненты схемы без ошибок.

Применение токоограничивающего резистора для светодиода

Резистор применяют для ограничения силы тока

Для декоративного украшения, обеспечения хорошей видимости в затемненном коридоре и решения других практических задач используют светодиоды. Они намного экономичнее по сравнению с классическими лампами накаливания. Высокая прочность предотвращает заражение окружающей среды вредными химическими соединениями, что не исключено после повреждения колбы газоразрядного источника света.

С учетом односторонней проводимости полупроводникового перехода понятна необходимость подключения светодиода к аккумуляторной батарее, другому источнику питания постоянного тока. Напряжение стандартной бытовой сети выпрямляют, снижают до номинального уровня. Резистором ограничивают силу тока.

Особенности работы и расчеты

Использование резистора при проверке светодиода

Несмотря на существенные преимущества, внимательные пользователи рекомендуют обращать внимание на существенные недостатки светодиодных приборов:

• полупроводниковые технологии определяют нелинейные вольт-амперные характеристики (ВАХ);
• повышение напряжения выше определенного порога сопровождается деградацией p-n перехода;
• на определенном уровне (при прямом или обратном включении) резкое увеличение силы тока повреждает изделие.

Особое значение имеет собственное небольшое сопротивление в рабочем режиме. Относительно небольшое изменение основных параметров источника питания способно повредить полупроводниковый переход. По этой причине в цепь добавляют токоограничительный резистор.

Дополнительный пассивный элемент увеличивает потребление энергии. По этой причине рекомендуется применять такие решения в комбинации со светодиодами небольшой мощности, либо для создания устройств с небольшими рабочими циклами.

Математический расчет

Таблица зависимости напряжения светодиода от его цвета

В простейшей цепи к источнику постоянного тока (I) с определенным напряжением (Uи) на выходных клеммах подключают последовательно токоограничивающий резистор (R) и светодиод. Рассчитать электрическое сопротивление можно с применением известной формулы закона Ома (I = U/R).

Также пригодится второй постулат Кирхгофа. В данном примере он определяет следующее равенство: Uи = Ur + Uc , где Ur (Uc) – напряжение на резисторе (светодиоде) соответственно. Простым преобразованием этих выражений можно получить базовые зависимости:

• Uи = I*R + I*Rc;
• R = (Uи – Uc)/ I.

Здесь Rc обозначает дифференциальное сопротивление полупроводникового прибора, которое изменяется по нелинейному закону в зависимости от напряжения и тока. На обратной части вольт-амперной характеристики можно выделить область запирания. Существенное увеличение Rc на этом участке предотвращает движение электронов (Iобр = 0). Однако при последующем увеличении напряжения на определенном уровне (Uобр-м) возникает пробой p-n перехода.

Расчет сопротивления резистора для светодиода при 5 В

Так как драйвер обеспечивает питание постоянным током, особо внимательно нужно изучить соответствующее «прямое» включение. Особенности ВАХ:

• на первом участке до Uн плавно уменьшается сопротивление и соответствующим образом увеличивается ток;
• от Uн до Uм – рабочая зона (излучение в световом диапазоне);
• далее – резкое уменьшение сопротивление провоцирует экспоненциальный рост силы тока с последующим выходом изделия из строя.

Расчет светодиодов выполняют на основе значения рабочего напряжения Uc . Этот параметр производители указывают в сопроводительной документации. Для вычисления электрического сопротивления подходящего токоограничивающего резистора применяют формулу: R = (Uи – Uc)/ I .

Графический расчет

Вольтамперная характеристика светодиодов

Если взять ВАХ, можно применить графическую методику. Исходную графическую и цифровую информацию берут из паспорта, либо на официальном сайте производителя. Алгоритм действий (пример):

• по исходным данным номинальный ток светодиода (In) составляет 25 мА;
• от соответствующей точки (1) на вертикальной оси ординат проводят пунктир до пересечения с кривой ВАХ (2);
• отмечают напряжение источника питания (Uи = 5,5 V) на оси абсцисс (3);
• проводят линию через точки (2) и (3);
• пересечение с осью ординат покажет значение максимально допустимого тока (Im = 60 мА).

Расчет сопротивления резистора для обеспечения диоду тока величиной 100 мА при напряжении источника питания – 5 вольт

Далее по классической формуле не сложно рассчитать, какой резистор нужен для светодиода в этом случае: R = Uи /Im = 5,5/ 0,06 ≈ 91,7 . В серийном ряду надо выбрать ближайший номинал с небольшим запасом – 100 Ом. Это решение несколько уменьшит КПД. Но в щадящем режиме функциональные компоненты будут меньше греться. Соответствующим образом снизятся нагрузки на полупроводниковый переход. Следует рассчитывать на увеличение длительности срока службы источника света.

Для корректного выбора резистора надо знать мощность (P). Стандартные значения (Вт): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Вычисления можно сделать по любым известным параметрам с применением формул: P = Im2 * R = Ur2 / R . Если взять исходные данные рассматриваемого примера: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0, 36 Вт. С учетом типового модельного ряда выбирать надо резистор сопротивлением 100 Ом с мощностью рассеивания 0,5 Вт.

Допуски по точности электрического сопротивления резисторов составляют от 0,001 до 30% от номинала. В маркировке по международным стандартам соответствующие классы обозначают латинскими буквами (D – 0,5%; G – 2%; J – 5%).

Подключение светодиода через резистор

Схема подключения светодиода

С учетом представленных данных можно сделать несколько важных промежуточных выводов:

• резистивные защитные схемы применяют при маленькой мощности;
• они не выполняют функции стабилизации;
• пассивный элемент не способен гасить импульсные броски напряжения.

Приемлемые показатели эффективности можно получить при создании:

• датчиков;
• индикаторов;
• сигнализаторов.

Для маленькой локальной подсветки аквариума такое решение подойдет. Однако вряд ли будет приемлемым длительное потребление большого количества энергии. Отсутствие стабилизации проявляется заметным изменением яркости при увеличении/уменьшении напряжения.

Специалисты рекомендуют при суммарном потреблении больше 1,5-2 Вт использовать источники питания с надежной стабилизацией по току. Эти устройства (диммеры) применяют для подключения групп осветительных приборов и полупроводниковых приборов высокой мощности.

Расчет резистора для светодиода

Программа расчета сопротивления резистора для светодиода

Сделать необходимые вычисления можно в режиме онлайн с помощью специализированного калькулятора. Полноценное использование таких программ предлагается бесплатно.

Однако не всегда имеется доступ к сети Интернет. После изучения достаточно простой методики любой человек сможет оперативно подобрать резистор для светодиода без поиска соответствующего программного обеспечения.

Для наглядной демонстрации алгоритма нужно рассмотреть подключение защитного резистора в цепь питания (5 В) определенного светодиода (Epistar 1W HP).

Технические параметры:

• мощность рассеивания, Вт – 1;
• ток, мА – 350;
• прямое напряжение (типовое/макс.), В – 2,35/2,6.

Для ограничения тока светодиода с учетом рекомендаций производителя подойдет резистор с электрическим сопротивлением R = (5-2,35)/0,35 = 7,57 Ом. По стандарту E24 ближайшие значения – 7,5 и 8,2 Ом. Если воспользоваться стандартными правилами придется выбрать больше значение, которое отличается от расчетного почти на 8,5%. Дополнительную погрешность создаст 5% допуск серийных недорогих изделий. При таком отклонении трудно получить приемлемые по защитным функциям и потребляемой мощности характеристики цепи.

Первый способ решения проблемы – выбор нескольких резисторов с меньшими номиналами. Далее применяют последовательный, параллельный или комбинированный вариант соединения для получения необходимого эквивалентного сопротивления участка цепи. Второй метод – добавление подстроечного резистора.

Расчет мощности рассеивания

Условные обозначения резисторов на схемах

В любом из вариантов при выборе электрического сопротивления цепи следует устанавливать несколько меньший ток, чтобы продлить срок службы светодиода. Чтобы предотвратить повреждение нагревом, изделие применяют в рекомендованном температурном диапазоне. Для Epistar 1W HP – от -40°C до +80°C. При необходимости – применяют монтаж на специализированном радиаторе «звезда». Это дополнение увеличивает эффективную площадь рассеивания тепла.

Для точного подбора оценивают рассеиваемую мощность резистора: P = I2 * R = (0,35)2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 Вт. Запас по этому параметру делают не менее 20-25%. Номинала 1 Вт недостаточно, поэтому выбирают следующий номинал в стандартном ряду – 2Вт.

Экономичность собранной схемы проверяют отношением Uc/Uи = 2,35/5 = 0,47 (47%). Итоговый результат показывает, что более половины электроэнергии в данном случае используется впустую. На самом деле показатель еще хуже, так как не вся мощность потребления расходуется светодиодом на излучение в видимой части спектра. Значительная часть – электромагнитные волны ИК диапазона.

Параллельное соединение

Параллельное соединение светодиодов

В любой точке последовательной цепи сила тока одинаковая. Это упрощает расчет, предотвращает аварийные ситуации. При выходе одного элемента из строя отключаются все светодиоды. Поэтому исключено повреждение повышением напряжения. Отмеченные причины объясняют популярность применения данного способа при создании ленточных светильников, иных конструкций.

Определенные преимущества предоставляет применение параллельного соединения. В этом варианте изделие сохраняет частичную работоспособность при повреждении одной цепи. Такое решение обеспечивает одинаковое напряжение в местах подсоединения к источнику питания каждой ветки.

Параллельное подключение подходит для организации независимых схем управления. На этой технологии основаны принципы работы новогодних гирлянд. Отдельные ветки подключаются к источнику питания по заданному программой алгоритму.

Использовать один резистор для нескольких параллельных диодов нельзя. Тщательный выбор сопротивления объясняется необходимостью точной регулировки тока. В некоторых ситуациях ошибки на 0,1-0,5 А становятся причиной поломок, радикального сокращения ресурса.

Реальные технические характеристики светодиодов значительно отличаются даже в одной товарной партии. По этой причине каждую цепь защищают отдельным резистором.

Особенности дешёвых ЛЕД

Сравнение китайской и фирменной светодиодной ленты

Низкая стоимость сама по себе не является доказательством плохого качества. Расширение масштабов производства и совершенствование технологических процессов снижает издержки. Однако в соответствующем сегменте рынка представлены изделия производителей, которые в действительности не соответствуют заявленным характеристикам.

Для определения возможных проблем обращают внимание на следующие параметры:

• в дешевых моделях основные части конструкции делают из алюминия;
• медные аналоги тяжелее, эффективнее отводят тепло, отличаются стойкостью к механическим воздействиям;
• в качественном изделии размер кристалла соответствует стандарту (0,762 х 0,762 мм или другому);
• о недостатках косвенно свидетельствует искажение пропорций рабочей зоны (прямоугольник вместо квадрата);
• для повышения надежности ответственные производители увеличивают количество проводников, применяют нити из благородных металлов.

Качественные светодиоды создают световой поток 150-220 люмен в расчете на 1 Вт потребления. Подделки – не более 50-70 лм. При возникновении сомнений следует особенно тщательно выбирать компоненты защиты.

Светодиодные элементы все чаще применяются в сферах деятельности человечества как осветительные приборы для помещений, в уличных фонарях, карманных фонариках, при освещении аквариума. В автомобильной индустрии группы светодиодов широко используются для подсветки габаритных огней, стоп сигналов и поворотов.

Внешний вид светодиодов

Отдельными элементами с различными цветами обеспечивают подсветку приборной панели, индикацию понижения уровня охлаждающей жидкости радиатора. Невозможно перечислить все направления их использования: от украшения новогодней елки, подсветки аквариума до приборов ракетно-космической техники.

Они постепенно вытесняют обычные лампы накаливания. Многочисленные Интернет магазины в режиме онлайн продают светодиодные ленты и другие осветительные приборы. Также можно найти калькулятор расчета схем драйверов для них, если появится необходимость их ремонта или изготовления своими руками. Такому бурному развитию есть целый ряд причин.

Основные преимущества

• малое потребление энергии;
• высокий КПД;
• низкие напряжения;
• почти отсутствует нагрев;
• высокая степень электрической и пожарной безопасности;
• крепкий корпус: отсутствие хрупких нитей накаливания и стеклянных колб делает их устойчивыми к механическим, вибрационным воздействиям;
• безынерционное срабатывание обеспечивает быстродействие, нет затрат времени на разогрев нити накаливания;
• прочность, малые габариты и долговечность;
• непрерывный ресурс работы не менее 5 лет;
• широкий выбор спектра (цвета) и возможность конструкции отдельного элемента делать рассеянное или направленное освещение.

Есть несколько существенных недостатков:

1. Высокая стоимость.
2. Интенсивность светового потока отдельного элемента мала.
3. Чем выше напряжение требуемого источника питания, тем быстрее разрушается структура светодиодных элементов. Проблема перегрева решается установкой радиатора.

Параметры и особенности

Достоинств у светодиодов намного больше, чем недостатков, но по причине высокой стоимости народ не спешит приобретать осветительные приборы на основе светодиодов. Люди, обладающие необходимыми познаниями, покупают отдельные элементы и сами собирают светильники для аквариума, делают подключения на приборные панели автомобилей, стоповых сигналов и габаритов. Но для этого надо хорошо разобраться в принципах работы, параметрах и конструктивных особенностях светодиодов.

Параметры:

• рабочий ток;
• рабочее напряжение;
• цвет светового потока;
• угол рассеивания:
• тип корпуса.

Особенностью конструкций является диаметр, форма линзы, которая определяет направленность и степень рассеивания светового потока. Участок цветового спектра свечения определяют примеси добавляемые в полупроводниковый кристалл диода. Фосфор, индий, галлий, алюминий обеспечивают подсветку от красного до желтого диапазона.

Состав азота, галлия, индия сделает спектр в диапазоне синего и зеленого цветов, если к кристаллу синего (голубого) спектра добавить люминофор, можно получить белый свет. Углы направления и рассеивания потоков определяет состав кристалла, но в большей степени форма линзы светодиода.

Для поддержания живого мира аквариума необходим процесс фотосинтеза водорослей. Здесь требуется правильный спектр и определенный уровень освещения аквариума, с чем хорошо справляются светодиоды.

Расчет параметров и схем

Определившись с цветом, направлением потока освещения и напряжением источника питания можно покупать светодиоды. Но чтобы собрать нужную схему, надо сделать расчет резистора светодиода в цепи, который гасит повышенное напряжение питания. Рабочий ток и напряжение нам известно по номиналам.

Надо обязательно учитывать, что светодиод это полупроводник, который имеет полярности.

Если перепутать полярности, он не засветится и может вообще выйти из строя. Хорошим примером для расчета гасящего резистора в схемах подключения светодиодов являются светотехнические приборы автомобиля. В качестве индикации состояния определенного технического параметра используется один светодиодный элемент, как вариант берется пониженный уровень охлаждающей жидкости радиатора.

Схема подключения светодиода

R = Uак. – Uраб./ I раб.
R = 12В – 3В/00,2А = 450 Ом = 0,45 кОм.

Uак – напряжение источника питания, в нашем случае автомобильный аккумулятор 12В;
Uраб – рабочее напряжение светодиода;
I раб – рабочий ток светодиода.

Можно рассчитать сопротивление гасящего резистора в схеме с последовательным подключением некоторого количества светодиодов. Такой вариант может использоваться для подсветки приборов на передней панели или в качестве стоповых огней автомобиля.

Схема последовательного подключения светодиодов и гасящего сопротивления

Расчет сопротивления аналогичный:

R = Uак – Uраб*n / Iраб.

R = 12В – 3В * 3/ 0.02А = 150 Ом = 0,15 кОм.

n – количество светодиодов 3 шт.

Стоит рассмотреть случай с шестью светодиодами; в стопорных фонарях применяют и большее количество, но методика расчета сопротивления и построение схемы будут те же.

R = Uак – Uраб*n / Iраб
R = 12В – 18 В/ 002А – рабочее напряжение диодов превышает напряжение источника питания, в этом случае придется диоды разделить на 2 группы по три диода и подключить их по параллельной схеме . Расчеты делаем для каждой группы отдельно.

Предыдущий расчет с тремя светодиодами в схеме с последовательным подключением показывает, что для параллельного подключения в каждой группе величина сопротивления резистора должна быть по 0,15 кОм.

Несмотря на небольшой нагрев, светодиодные светильники не работают без радиатора. Например, для освещения аквариума сверху устанавливается крышка, на которой крепятся точечные источники света или светодиодная лента . Чтобы избежать ее перегрева, применяется алюминиевый профиль. Для изготовления радиатора начинают применять специальные пластмассы, рассеивающие тепло. Специалисты не рекомендуют самостоятельно заниматься их изготовлением, хотя никто не запрещает принимать меры по улучшению теплоотвода от мощных светильников. В качестве радиатора хорошо применять медь, обладающую высокой теплопроводностью.

На многих сайтах можно найти калькулятор, с помощью которого предоставляется возможность выбора схемы, внесения параметров диода и расчета в режиме онлайн резистора для одного светодиода или группы.

В специализированных магазинах можно купить диски с программным обеспечением и установить на домашний компьютер драйвера. Программа с драйверами легко скачивается бесплатно в режиме онлайн или покупается, если оплатить электронными деньгами на сайте.

Особенности, которые надо учитывать:

• Не рекомендуется подключать светодиоды в параллельной схеме через одно сопротивление. При неисправности одного диода на остальные будет подаваться слишком мощное напряжение, что приведет все диоды к выходу из строя. Если попадется такая схема, можно через онлайн-калькулятор рассчитать и переделать ее, добавив отдельные сопротивления на светодиоды.

Схема параллельного подключения

• В расчетах могут получиться значения резистора, которые не совпадают со стандартными номиналами, тогда выбирается сопротивление немного большее. Здесь удобно использовать калькулятор в онлайн режиме.
• При совпадении рабочего напряжения светодиодов и источника питания в бытовых схемах для фонариков, елочных гирлянд иногда резистор не используют. При этом отдельные светодиоды светятся с разной яркостью, это вызвано разбросом их параметров. Рекомендуется в этих случаях применять конверторы для повышения напряжений.

Ниже изображена одна из простейших схем драйвера светодиодной лампы.

Схема и фото драйвера лампы MR-16

Схема собрана с применением вместо трансформатора конденсатора C1 и резистора R1. Напряжение подается на диодный мост. Ограничение тока обеспечивается за счет конденсатора С1, который создает сопротивление, но не рассеивает тепло, а уменьшает напряжение при последовательном подключении к цепи питания.

Выпрямленное напряжение сглаживается с помощью электролитического конденсатора С2. Сопротивление R1 предназначено для разрядки конденсатора С1 при отключении питания. R1 и R2 в работе схемы не участвуют. Резистор R2 предназначен для защиты конденсатора С2 от пробоя, если происходит обрыв в цепи питания лампы.

На фото представлен вид драйвера с двух сторон. Красный цилиндр – это изображение конденсатора С1, черный – С2.

Резистор. Видео

На вопрос, что такое резистор, и как он работает, ответит это видео. Простота изложения дает возможность усвоить материал даже новичку.

Учитывая все вышесказанное, можно сделать правильный самостоятельный расчет резистора для светодиода и приобрести в специализированном магазине то, что по-настоящему пригодится в хозяйстве.

Одиночный светодиод

Светодиод (светоизлучающий диод) - полупроводниковый источник излучения в оптическом диапазоне с двумя или более выводами. Монохромные светодиоды обычно имеют два вывода, двухцветные - два или три вывода, трехцветные снабжены четырьмя выводами. Светодиод излучает свет, если к его вывода приложено определенное прямое напряжение.

Для подключения светодиода к источнику питания можно использовать простую схему с последовательно включенным токоограничительным резистором. Резистор необходим в связи с тем, что падение напряжение на светодиоде является постоянным в относительно широком диапазоне рабочих токов.

Поведение светодиодов и резисторов в схемах отличается. В соответствии с законом Ома, резисторы имеют линейную зависимость падения напряжения от протекающего через них тока:

Если напряжение на резисторе увеличивается, ток также пропорционально увеличивается (здесь мы предполагаем, что величина сопротивления резистора остается постоянной). Светодиоды ведут себя не так. Их поведение соответствует поведению обычных диодов. Вольтамперные характеристики светодиодов разного цвета приведены на рисунке. Они показывают, что ток через светодиод не прямо пропорционален падению напряжения на светодиоде. Видно, что имеется экспоненциальная зависимость тока от прямого напряжения. Это означает, что при небольшом изменении напряжения ток может измениться очень сильно.

Если прямое напряжение на светодиоде невелико, его сопротивление очень большое и светодиод не горит. При превышении указанного в технических характеристиках порогового уровня светодиод начинает светиться и его сопротивление быстро падает. Если приложенное напряжение превышает рекомендуемую величину прямого напряжения, которое может быть в пределах 1,5-4 В для светодиодов различных цветов, ток через светодиод резко растет, что может привести к выходу его из строя. Для ограничения этого тока, последовательно со светодиодом включают резистор, который ограничивает ток таким образом, что он не превышал рабочий ток, указанный в характеристиках светодиода.

Формулы для расчетов

Ток через ограничительный резистор R s можно рассчитать по формуле закона Ома, в которой из напряжения питания V s вычитается прямое падение напряжения на светодиоде V f:

Здесь V s напряжение источника питания в вольтах (например, 5 В от шины USB), V f прямое падение напряжения на светодиоде и I прямой ток через светодиод в амперах. Значения V f и I f приводятся в технических характеристиках светодиода. Типичные значения V f показаны выше в таблице. Типичный ток индикаторных светодиодов 20 мА.

После расчета сопротивления резистора, из ряда номиналов сопротивлений выбирается ближайшее большее стандартное значение. Например, если расчет показывает, что нужен резистор R s = 145 ом, мы (и калькулятор) выберем резистор R s = 150 ом.

Токоограничительный резистор рассеивает определенную мощность, которая рассчитывается по формуле

Для надежной работы резистора его мощность выбирается вдвое выше расчетой. Например, если по формуле получилось 0,06 Вт, мы выберем резистор на 0,125 Вт.

А теперь рассчитаем эффективность работы нашей схемы (ее КПД), который покажет какой процент мощности, отдаваемой источником питания, потребляется светодиодом. На светодиоде рассеивается такая мощность:

Тогда общее потребление будет равно

КПД схемы включения светодиода с ограничительным резистором:

Для выбора источника питания необходимо рассчитать ток, который он должен отдавать в схему. Это делается по формуле:

Светодиодные массивы

Одиночный светодиод можно зажигать с помощью токоограничительного резистора. Однако для питания светодиодных массивов, которые все чаще используются для освещения, подсветки в телевизорах и компьютерных мониторах, в рекламе и для других целей, необходимы специализированные источники питания. Мы все привыкли к источникам, выдающим стабилизированное напряжение питания. Однако, для питания светодиодов нужны источники, в которых стабилизируется ток, а не напряжение. Однако и с такими источниками ограничительные резисторы все равно устанавливают.

Если нужно изготовить светодиодный массив, используют несколько последовательных светодиодных цепей, соединенных параллельно. Для цепи из последовательных светодиодов необходим источник питания с напряжением, которое превышает сумму падений напряжений на отдельных светодиодах. Если его напряжение выше этой суммы, необходимо включить в цепь один токоограничительный резистор. Через все светодиоды течет одинаковый ток, что (до определенной степени) позволяет получить одинаковую яркость.

Однако если один из светодиодов в цепи откажет так, что он будет в обрыве (именно такой отказ чаще всего и происходит), вся цепочка светодиодов погаснет. В некоторых схемах и конструкциях для предотвращения таких отказов вводят особый шунт, например, ставят стабилитрон параллельно каждому диоду. Когда диод сгорает, напряжение на стабилитроне становится достаточно высоким и он начинает проводить ток, обеспечивая работу исправных светодиодов. Этот подход хорош для маломощных светодиодов, однако в схемах, предназначенных для наружного освещения, нужны более сложные решения. Конечно, это приводит к увеличению стоимости и габаритов устройств. Сейчас (в 2018 году) можно наблюдать, что светодиодные фонари на улицах, при планируемом сроке службы в 10 лет служат не более года. То же относится и к бытовым светодиодным лампам, в том числе и производителей с известными именами.

При расчете требуемого сопротивления токоограничительного резистора R s , все падения напряжения на каждом светодиоде складываются. Например, если падение напряжения на каждом из пяти соединенных последовательно горящих светодиодов составляет 2 В, то полное падение напряжение на всех пяти будет 2 × 5 = 10 В.

Несколько идентичных светодиодов можно соединять и параллельно. У параллельно соединенных светодиодов прямые напряжения V f должны быть одинаковыми - иначе в них не будут протекать одинаковые токи и их яркость будет различной. Если светодиоды соединяются параллельно, очень желательно ставить токоограничительный резистор последовательно с каждым из них. При параллельном соединении отказ одного светодиода, при котором он будет в обрыве, не приведет к выходу из строя всего массива - он будет работать нормально. Другой проблемой параллельного соединения является выбор эффективного источника питания, обеспечивающего большой ток при низком напряжении. Такой источник питания будет стоить намного больше, чем источник той же мощности, но на высокое напряжение и меньший ток.

Расчет токоограничительных резисторов

Если определяется как

Если количество светодиодов в последовательной цепи N LEDs in string (обозначенное N s в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов N LEDs in string max определяется как

Расчет резисторов для светодиодов - это весьма важная операция, которую необходимо проводить, прежде чем вы к источнику питания. От этого будет зависеть работоспособность как самого диода, так и всей схемы. Резистор необходимо включать в цепь со светодиодом последовательно. Предназначен этот элемент для ограничения протекающего тока через диод. Если резистор имеет номинальное сопротивление ниже требуемого, то светодиод выйдет из строя (перегорит), а если значение этого показателя будет выше необходимого, то свет от полупроводникового элемента будет слишком тусклым.

Расчет резисторов для светодиодов следует производить по следующей формуле R = (US - UL)/I, где:

• US - напряжение источника питания;
• UL - напряжение питания диода (обычно 2 и 4 вольта);
• I - ток диода.

Обязательно следует убедиться, что выбранная величина электрического тока будет меньше максимального значения тока полупроводникового элемента. Прежде чем приступать к расчету, необходимо перевести эту величину в амперы. Обычно она в паспортных данных указана в миллиамперах. Таким образом, в результате вычислений будет получено значение номинального в Омах. Если полученная величина не будет совпадать со стандартным резистором, то следует выбрать больший ближайший номинал. Либо можно соединить последовательно несколько меньших по номинальному сопротивлению элементов таким образом, чтобы суммарное сопротивление соответствовало расчетному.

Например, вот таким образом проводится расчет резисторов для светодиодов. Допустим, что у нас есть источник питания с выходным напряжением, равным 12 вольтам, и один светодиод (UL = 4 V). Требуемый ток равен 20 мА. Переводим его в амперы и получаем 0,02 А. Теперь можно приступить к расчету R = (12 - 4)/0,02 = 400 Ом.

Теперь рассмотрим, каким образом необходимо проводить расчет при последовательном соединении нескольких полупроводниковых элементов. Это особенно актуально при работе со сокращает расход электроэнергии и позволяет одновременно подключать большое количество элементов. Однако следует учесть, что все последовательно соединенные светодиоды должны быть одного типа, а блок питания - достаточно мощным. Вот таким образом следует производить расчет резисторов для светодиодов при последовательном соединении. Предположим, что у нас в цепи 3 элемента (напряжение каждого составляет 4 вольта) и 15-вольтовый блок питания. Определяем напряжение UL. Для этого необходимо сложить показатели каждого из диодов 4 + 4 + 4 = 12 вольт. Паспортное значение тока светодиода составляет 0,02 А, производим расчет R = (15-12)/0,02 = 150 Ом.

Очень важно помнить, что светодиодов, мягко говоря, плохая идея. Все дело в том, что эти элементы имеют разброс параметров, каждый из них требует различное напряжение. Это приводит к тому, что расчет светодиода - это бесполезное занятие. При таком соединении каждый элемент будет светить со своей яркостью. Ситуацию может спасти только ограничительный резистор для каждого диода отдельно.

В заключение добавим, что по такому принципу рассчитываются все светодиодные сборки, в том числе и лампы на светодиодах. Если вы захотите самостоятельно собрать такую конструкцию, то данные расчеты для вас будут актуальными.