Расчет резистора для светодиода – как правильно рассчитать, примеры и формулы

Результат расчёта

Как правило, оказывается, что резисторов с таким номиналом нет в наличии, и вам будет показан ближайший стандартный номинал. Если невозможно точно выбрать сопротивление, используйте большее значение. Правильный подбор размеров можно сделать, подключив резистор параллельно или последовательно. Расчет сопротивления светодиода можно не проводить, если используется мощный переменный резистор или подстроечный резистор. Наиболее распространены типы 3296 на 0,5 Вт. При использовании источника питания 12 В можно последовательно подключить до 3 светодиодов.

Резисторы выпускаются с разными классами точности: 10%, 5%, 1%. То есть их сопротивление может отклоняться в этих пределах в положительную или отрицательную сторону. Не забываем учитывать мощность токоограничивающего резистора, это его способность рассеивать определенное количество тепла. Если он маленький, он перегреется и выйдет из строя, тем самым нарушив электрическую цепь. Для определения полярности можно подать небольшое напряжение или воспользоваться функцией проверки диодов на мультиметре. Он отличается от режима измерения сопротивления, обычно его выдают от 2В до 3В.

Таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета.

Кроме того, при расчете светодиодов необходимо учитывать разброс параметров, у дешевых они будут максимальными, у дорогих — более равными. Чтобы проверить этот параметр, их необходимо включить таким же образом, то есть по порядку.

Уменьшая ток или напряжение, уменьшите яркость до слегка ярких пятен. Визуально вы сможете оценить, одни засияют ярче, другие потускнеют. Чем равномернее горят, тем меньше разброс. Калькулятор резисторов для светодиода предполагает, что характеристики светодиодных микросхем идеальны, то есть разница равна нулю.

Падение напряжения для обычных маломощных моделей мощностью до 10 Вт может составлять от 2 В до 12 В. По мере увеличения мощности количество кристаллов в диоде COB увеличивается, каждый из которых имеет падение. Кристаллы соединены в цепочки последовательно, поэтому они объединяются в параллельные цепочки. При мощности от 10 Вт до 100 Вт снижение увеличивается с 12 В до 36 В. Этот параметр обязательно указывается в технических характеристиках светодиодного чипа и зависит от назначения цвета:

• синий;
• красный;
• зеленый;
• желтый;
• rGB триколор;
• четырехцветный rGBW;
• две тонны;
• теплый и холодный белый.

ВЕЛ.

Перед тем, как выбрать резистор для светодиода на онлайн-калькуляторе, следует убедиться в параметрах диодов. Китайцы на Алиэкспресс продают много светодиодов, выдавая их за брендовые. Самые популярные модели — SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Например, очень часто китайцы предают SMD5630 и SMD5730. Цифры в маркировке указывают только на размер корпуса 5,6 мм на 3,0 мм.

В бренде такой большой корпус используется для установки мощных кристаллов 0,5 Вт, поэтому у покупателей диодов SMD5630 он напрямую ассоциируется с мощностью 0,5 Вт. Хитрый китаец его использует и устанавливает дешевый кристалл и слабенький в 5630 Корпус в среднем составляет 0,1 Вт, в то время как он указывает на потребляемую мощность 0,5 Вт.

Хорошим примером могут служить автомобильные лампы и светодиодная кукуруза, куда поставляется большое количество слабых некачественных светодиодных чипов. Среднестатистический потребитель думает, что чем больше светодиодов, тем лучше яркость и выше мощность. Автомобильные лампы на самом слабом льду 0,1Вт В целях экономии мои светодиодные коллеги ищут на Алиэкспресс достойный ДВС. Ищут хорошего продавца, который обещает определенные параметры, заказы, месяц ждет доставки. После тестирования выясняется, что китайский продавец обманул, продал утиль. Хорошо, если в седьмой раз придут приличные диоды, а не хлам. Обычно они размещают 5 заказов и, не получив результата, идут оформлять заказ в национальный магазин, который может произвести обмен.

Параллельное соединение светодиодов

также можно подключить светодиоды параллельно, но это создает больше проблем, чем последовательное соединение.

Ограничение тока светодиодов, соединенных параллельно с общим резистором, не является хорошей идеей, поскольку в этом случае все светодиоды должны иметь одинаковое рабочее напряжение. Если светодиод имеет более низкое напряжение, через него будет протекать больший ток, что, в свою очередь, может повредить его.

И хотя все светодиоды имеют одинаковые характеристики, они могут иметь разные ВАХ из-за различий в производственном процессе. Это также вызовет прохождение разного тока через каждый светодиод. Чтобы свести к минимуму разницу в токе, светодиоды, подключенные параллельно, обычно имеют балластный резистор для каждого подключения.

Последовательное соединение светодиодов

популярна именно эта связь. Такой частый выбор поясняется на простом примере. Представьте, что на каждый светодиод в елочной гирлянде подбирается резистор. А в венке этих лампочек больше сотни! Параллельное подключение в этом случае невыгодно и требует времени.

Параллельное соединение можно встретить только в самодельных венках. В заводских моделях он всегда выдержан.

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

возможно подключение светодиода через резистор, если проблема эффективности схемы не является первостепенной. Например, использование светодиода в качестве индикатора для включения выключателя или индикатора сетевого напряжения в электроприборах. В таких устройствах яркость не важна, а потребляемая мощность не превышает 0,1 Вт. При подключении светодиода с потреблением больше 1 Вт необходимо следить за тем, чтобы блок питания подавал стабилизированное напряжение.

Если входное напряжение схемы не стабилизировано, все помехи и скачки будут передаваться на нагрузку, прерывая работу светодиода. Яркий пример — автомобильная электросеть, где напряжение на аккумуляторе составляет всего лишь теоретически 12 В. В простейшем случае светодиодную подсветку в машине нужно делать через линейный стабилизатор серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы необходимо последовательно включить 3 светодиода. Кроме того, цепь питания через резистор требуется в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер). Особенно когда стоимость эмиттерного диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое вам просто необходимо правильно подключить.

Онлайн калькулятор для расчета светодиодов

Для автоматического расчета требуются следующие данные:

• напряжение источника или блока питания, В;
• номинальное прямое напряжение устройства, В;
• номинальный прямой рабочий ток, мА;
• количество светодиодов в цепочке или параллельно подключенных;
• схема подключения светодиодов).

Исходные данные можно взять из паспорта диода.

После их ввода в соответствующие окна калькулятора нажмите кнопку «Рассчитать» и получите номинал резистора и его мощность.

Тип соединения	Один светодиод Последовательное соединение Параллельное соединение
Напряжение питания		Вольт
Светодиод постоянного напряжения		Вольт
Светодиодный ток		Миллиампер
Количество светодиодов		pZ.
Точное значение резистора		Ом
Стандартное значение сопротивления		Ом
Минимальная мощность сопротивления		Ватт
Общее потребление энергии		Ватт

Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон Ома

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где V = напряжение на резисторе (в данном случае V = S — VL), I = ток на резисторе. Итак, R = (VS — VL) / I. Если вы хотите подключить несколько светодиодов одновременно, вы можете сделать это последовательно. Это снижает энергопотребление и позволяет одновременно подключать большое количество диодов, например, как своего рода гирлянду. Все последовательно подключенные светодиоды должны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность и обеспечивать правильное напряжение.

Пример расчета: красный, желтый и зеленый диоды: при последовательном подключении требуется напряжение питания не менее 8 В, поэтому аккумулятор на 9 В будет практически идеальным источником. VL = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения складываются). Если напряжение питания VS равно 9 В, а ток диода = 0,015 А, сопротивление R = (VS — VL) / I = (9-6) / 0,015 = 200 Ом. Возьмите резистор 220 Ом (ближайшее стандартное значение, которое больше).

Избегайте параллельного подключения светодиодов!

Светодиод как нелинейный элемент

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) светодиодов разного цвета. Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светодиод, от приложенного к нему напряжения. Как вы можете видеть на рисунке, характеристики не линейны.

Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения в несколько десятых вольта ток может измениться в несколько раз. Однако при работе со светодиодами обычно используется наиболее линейный участок (так называемая рабочая область) ВАХ, на котором ток не меняется так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода расположение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость.

Приведенные выше характеристики были получены для светодиодов прямого включения. То есть отрицательный полюс источника питания подключен к катоду, а положительный полюс — к аноду

Теория

Чтобы светодиоды не перегорели, важно правильно рассчитать ограничивающий резистор.

Математический расчёт

Вы можете произвести необходимые расчеты самостоятельно; при низких значениях калькулятор не нужен. Или с помощью специальной программы, которая сделает за вас математику.
При расчете сопротивления демпфирующего резистора нужно знать закон Ома.
R = U-ULED / ILED
U — напряжение сети;

ULED — оптимальное значение напряжения для работы диода
Светодиод — это сила тока, на которую рассчитан элемент
Чтобы избежать перегрева резистора во время работы, необходимо дополнительно рассчитать оптимальную мощность для этого напряжения.
P = (U-ULED) * ILED

В этой схеме к катоду светового элемента подключен резистор.

Особенности дешёвых LED

При выборе светодиода на рынке можно встретить совершенно разные цены. В чем разница между дорогими диодами и дешевыми диодами?
Светодиоды по разной цене отличаются не только внешними характеристиками, но и техническими характеристиками. У дешевых светодиодов параметры сильно отличаются друг от друга, у дорогих они постепенно уменьшаются при изменении силы тока или напряжения в сети. Кроме того, более дешевые аналоги могут длиться недолго, и свет будет слабее или тяжелее для глаз. На что нужно обратить внимание при покупке светодиодной лампы и как ее установить, читайте здесь.

Расчет для мощного светодиода

В этом разделе приведены инструкции по выбору ограничителя на основе расчетов. Все приведенные ниже числа являются теоретическими. Для получения точной информации о светодиодах обратитесь к технической документации, предоставленной производителем или поставщиком.

Как рассчитать сопротивление светодиода? В качестве примера воспользуемся расчетом сопротивления теоретического белого светодиода, который необходимо подключить к источнику тока 12 В (обозначим его буквой U). Сопротивление токоограничивающего резистора будет обозначено буквой R — наше желаемое значение. Белые и синие светодиоды обычно имеют напряжение питания 4 В, все остальные цвета — не более 2 В. Наш источник света будет иметь максимальную мощность Umax = 3,8 В и минимальную Umin = 3,1 В.

Ни в коем случае не используйте для расчета максимальное значение мощности, так как это в любом случае заставит светодиод работать на пределе, независимо от наличия ограничивающего резистора. Обязательно узнать ток самого светодиода, он измеряется в амперах и обозначается буквой I. Наше устройство будет иметь ток 50 мА или 0,05 А. На этом сбор данных светодиода завершен заменяется простой формулой вида:

R = (U — Umin) / I

Производим элементарный расчет, в ходе которого обнаруживаем, что:

R = (12 — 3,1) / 0,05 = 178 Ом.

Однако эта формула не дает нам окончательного значения, поскольку нет резисторов для каждого точно найденного числа. Чтобы найти нужный элемент, нужно воспользоваться специальной таблицей, которая поможет подобрать резистор с наиболее приблизительным значением сопротивления. Для этого вы можете взглянуть на изображения ниже. На них стрелкой будет показан способ определения резистора, который нужно спросить у продавцов или поискать самостоятельно.

Таблица выбора резистора с наиболее приблизительным значением сопротивления

Разобрав таблицу, видим, что нам очень повезло: для светодиода есть как раз такой резистор, который нам нужен.

Однако выбирать не стоит. Есть такое понятие, как наценка — лучше к этому значению прибавить 10-15% для амортизации, мало ли что может случиться в проводке. Выполняем действие:

R = 178 + (178 × 0,15) ≈ 205 Ом.

Выбираем нужный вариант, еще раз посмотрев на таблицу. Мы видим, что такой элемент существует. Его следует использовать для ограничения тока, подаваемого на светодиоды.

Расчет резистора светодиода (по формулам)

При расчете рассчитываются два значения:

• Сопротивление (номинал) резистора;
• рассеиваемая мощность p.

Источники напряжения, питающие светодиоды, имеют разное выходное напряжение. Чтобы выбрать резистор для светодиода, необходимо знать напряжение источника (Ust), падение рабочего напряжения на диоде и его номинальный ток. Формула расчета следующая:

R = (Усть — Ун) / В

Вычитая номинальное падение напряжения на светодиоде из напряжения источника, мы получаем падение напряжения на резисторе. Разделив полученное значение на ток, по закону Ома получим номинал токоограничивающего резистора. Подставляем напряжение, выраженное в вольтах, на ток в амперах, и получаем номинальное значение, выраженное в омах.

Электрическая мощность, рассеиваемая демпфирующим резистором, рассчитывается по следующей формуле:

P = (В) 2 ⋅ R

По полученному значению подбирается мощность балластного резистора. Для надежной работы устройства оно должно быть выше расчетного. Посмотрим на пример расчета.

Пример расчета резистора для светодиода 12 В

Рассчитаем сопротивление для светодиода, питаемого от источника постоянного напряжения 12В.

Допустим, у нас есть популярный сверхъяркий SMD 2835 (2,8 мм x 3,5 мм) с рабочим током 150 мА и падением напряжения 3,2 В. SMD 2835 имеет электрическую мощность 0,5 Вт. Подставляем исходные значения в формулу.

R = (12 — 3,2) / 0,15 ≈ 60

Получаем, что подойдет демпфирующий резистор сопротивлением 60 Ом. Ближайшее значение стандартной серии Е24 — 62 Ом. Итак, для выбранного нами светодиода можно применить балласт сопротивлением 62 Ом.

Теперь давайте посчитаем рассеиваемую мощность на резисторе.

P = (0,15) 2 62 ≈ 1,4

Выбранный нами резистор рассеивает почти полтора ватта электроэнергии. Итак, для наших целей вы можете использовать резистор с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 2Вт.

Осталось приобрести резистор подходящего номинала. Если у вас есть старые платы, из которых вы можете паять детали, вы можете выбрать резистор, исходя из цветового кода. Пожалуйста, воспользуйтесь формой ниже.

Расчёт резистора для светодиода

Расчет сопротивления светодиода — очень важный момент перед подключением светодиода к источнику питания. Ведь от этого зависит, как будет работать светодиод. Если сопротивление резистора слишком низкое, светодиод может выйти из строя (перегореть), а если сопротивление слишком велико, светодиод будет тускло светиться. Сопротивление светодиода рассчитывается по следующей формуле:

• R = (VS — VL) / I
• VS — напряжение питания (В).
• VL — напряжение питания светодиода (обычно 2 вольта и 4 вольта для синих и белых светодиодов).
• I — ток светодиода (например, 10 мА = 0,01 А или 20 мА = 0,02 А)

Убедитесь, что выбранный вами электрический ток меньше максимального значения, на которое рассчитан светодиод. Преобразуйте это значение из миллиампер в амперы. Следовательно, результатом расчета будет значение сопротивления резистора в Ом (Ом). Если расчетное значение сопротивления резистора не совпадает с нормативным значением резисторов, то следует выбрать наиболее близкое по величине значение.

Однако сначала вы можете выбрать более высокое сопротивление, например, для экономии электроэнергии. Но надо помнить, что излучение светодиода в этом случае будет менее ярким. Если напряжение питания = 9 В и у вас красный светодиод (VL = 2 В), требуемый ток составляет I = 20 мА = 0,02 А, R = (9 В — 2 В) / 0,02 А = 350 Ом. Выберите резистор на 390 Ом (ближайшее большее значение).

Расчет сопротивления светодиода.

Как подключить светодиод к 220в через резистор

Светодиоды пропускают через них ток в одном направлении. При переменном напряжении его направление меняется 2 раза за период, то есть в одном случае ток течет через диод, а в другом — нет. Поскольку ток протекает в половине случаев, для определения среднего значения тока, протекающего через диод, необходимо разделить U пополам.
Следовательно, U = 110В.
Допустим, у диода есть собственное сопротивление: 1,7 Ом.

Ток, проходящий через диод:
I = U / ULED
110 / 1,7 = 65 А.

Большой ток, проходящий через полупроводник, сожжет его, поэтому необходимо использовать дополнительное устройство с резистором, чтобы по принципу рассеяния уменьшалось количество тока, подаваемого на диод.

При большом токе использовать параллельное соединение нельзя, так как если одна из цепей перестанет работать, значение тока в остальных увеличится и устройство сгорит.

• Дополнительный светодиодный элемент может использоваться для блокировки обратного напряжения.

• При антипараллельном соединении диодов с резистором:

Чтобы прибор работал исправно, необходимо учитывать, что ток должен проходить через все диоды, а значит, нужно выбирать элементы с одинаковыми характеристиками.

После подключения пересчитайте емкость конденсатора, так как напряжение на светодиодах должно возрасти.

Какой резистор нужен для светодиода на 12 вольт

12-вольтная система входит в стандартную комплектацию автомобиля. В подключении светодиодного элемента к системе на 12 вольт нет ничего сложного. Важно правильно рассчитать сопротивление диода на токоограничивающем резисторе.
Перед тем как приступить к расчетам, необходимо узнать характеристики имеющихся светодиодов — падение напряжения и требуемый для них ток.
Сопротивление резистора рассчитывается по формуле:
R = U / I

• 1 светодиод
  ULED = 3,3 В
  ILLED = 0,02 А
  С таким внутренним сопротивлением диода он будет отлично работать в системе, напряжение которой ограничено до 3,3 вольт.
  Натяжение берем с запасом, так как бывают скачки до максимального значения 14,5.
  Максимально возможное напряжение отличается от допустимого для правильной работы светового элемента на 11,2 Вольт. Это означает, что перед включением диода необходимо на это значение уменьшить подводимый к нему ток.

Для начала нужно рассчитать необходимое сопротивление резистора:
R = U / I. R = 560 Ом.
Чтобы расчеты были более надежными, необходимо рассчитать мощность резистора:
P = U * I Мощность — 0,224 Вт.
При выборе резистора необходимо округлить значения и выбрать более мощный вариант.

• 2 и 3 светодиода
  Рассчитанное таким же образом напряжение светодиода будет умножено на количество световых элементов
• С 4 светодиодами
  При подключении к такой сети более трех светодиодов резистор не понадобится, так как напряжение не будет намного превышать допустимое значение, и светодиоды будут работать исправно.

вы можете установить резисторы как на положительный, так и на отрицательный полюс, независимо от того, когда он используется.

Примеры расчетов сопротивления и мощности резистора

Чтобы помочь новичкам сориентироваться, вот несколько практических примеров того, как рассчитать сопротивление для светодиодов.

Cree XM–L T6

В первом случае мы рассчитаем сопротивление, необходимое для подключения мощного светодиода Cree XM-L к источнику напряжения 5 В. Cree XM-L с бункером T6 имеет следующие параметры: типичное значение ULED = 2,9 В и максимальное значение ULED = 3,5 В при токе ILED = 0,7 А. Типичное значение ULED следует подставлять в расчетах, так как чаще всего оно соответствует действительности.
Расчетное значение резистора присутствует в серии E24 и имеет допуск 5%. Однако на практике часто бывает необходимо округлить полученные результаты до ближайшего значения стандартного ряда. Получается, что с учетом округления и допуска в 5% реальное сопротивление меняется, а впоследствии и ток изменяется обратно пропорционально. Следовательно, чтобы не превысить рабочий ток нагрузки, рассчитанное сопротивление необходимо округлить в большую сторону.

Используя самые распространенные резисторы серии Е24, не всегда удается подобрать нужное значение. Есть два способа решить эту проблему. Первый подразумевает последовательное включение дополнительного токоограничивающего резистора, который должен компенсировать недостающие Ом. Его выбор должен сопровождаться контрольными измерениями тока.

Второй способ обеспечивает большую точность, так как предполагает установку прецизионного резистора. Это элемент, сопротивление которого не зависит от температуры и других внешних факторов и имеет отклонение не более 1% (серия Е96). В любом случае лучше оставить реальный ток немного ниже номинального. На яркости это не сильно повлияет, но обеспечит щадящий режим работы кристалла.

Мощность, рассеиваемая резистором, будет:

Расчетную мощность резистора для светодиода следует увеличить на 20-30%.

Подсчитаем КПД собранного прибора:

Пример с LED SMD 5050

По аналогии с первым примером выясним, какой резистор нужен для светодиода SMD 5050. Здесь необходимо учесть конструктивные особенности светодиода, который состоит из трех независимых кристаллов.

Если светодиод SMD 5050 одноцветный, прямое напряжение в разомкнутом состоянии на каждом кристалле будет отличаться не более чем на 0,1 В. Это означает, что светодиод можно запитать от одного резистора, объединив 3 анода в одну группу и три катода в одной группе другой. Подбираем резистор для подключения SMD 5050 белого цвета со следующими параметрами: типовой ULED = 3,3В при токе однокристального ILED = 0,02А.
Ближайшее стандартное значение — 30 Ом.

Принимаем к установке ограничительный резистор мощностью 0,25Вт и сопротивлением 30 Ом ± 5%.

Светодиод SMD 5050 RGB имеет разное прямое напряжение для каждого кристалла. Следовательно, вам придется проверять красный, зеленый и синий цвета с помощью трех резисторов разной мощности.

Мигающие светодиоды

Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать сами по себе, поскольку содержат интегральную схему. Светодиод мигает с низкой частотой, обычно 2–3 раза в секунду. Такие брелоки делают для автосигнализации, различных индикаторов или детских игрушек. Алфавитно-цифровые светодиодные индикаторы сейчас используются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше это были практически единственные и самые современные средства индикации, их даже устанавливали на сотовые телефоны.

При последовательном соединении необходимо учесть падение напряжения на каждом диоде, сложить эту сумму и вычесть указанную выше сумму из напряжения питания и рассчитать для него ток и то, по какому светодиоду рассчитывается. С параллельным немного сложнее, когда ставишь параллельно второй диод, необходимый резистор на единицу, делишь его пополам, а при трех — то номинал резистора для двух диодов надо умножать на 0,7, при четыре диода — значение умножить на три на 0,69, на пять — номинал на четыре умножить на 0,68 и так далее

При последовательном включении мощность резистора такая же, как и у диода, независимо от номера, а при параллельном включении с каждым добавлением диода мощность должна увеличиваться пропорционально. Только при параллельном и последовательном включении должны быть диоды одного типа. Но я всегда ставлю свой резистор на каждый диод, потому что диоды имеют довольно широкий диапазон параметров. И, как показывает практика, всегда есть слабое звено.

Когда подключать светодиод через резистор

Есть несколько случаев, когда такая схема подключения уместна. Во-первых, стоит использовать токоограничивающий резистор, если КПД схемы не является приоритетом. Примером может служить использование светодиода в качестве индикатора в устройствах. В этом случае важно само свечение, а не его яркость.

Во-вторых, использование резистора оправдано в тех случаях, когда необходимо выяснить полярность и работоспособность светодиодного элемента. Один из способов — подключить устройство к электросети. В этом качестве часто используются батарейки или батарейки сотового телефона. Напряжение на них может достигать 12 В. Это очень высокое значение, и прямое подключение светодиода приведет к повреждению. Для ограничения напряжения в цепь ставится резистор.

В-третьих, резистор используется в исследовательских целях, чтобы изучить, как работают новые образцы светодиодов.

В остальных случаях можно использовать драйвер, устройство, стабилизирующее ток.

Основные параметры

Разница в характеристиках кристалла для экономичного ДВС

Кроме того, при расчете светодиодов необходимо учитывать разброс параметров, у дешевых они будут максимальными, у дорогих — более равными. Чтобы проверить этот параметр, их необходимо включить таким же образом, то есть по порядку. Уменьшая ток или напряжение, уменьшите яркость до слегка ярких пятен. Визуально вы сможете оценить, одни засияют ярче, другие потускнеют. Чем равномернее горят, тем меньше разброс. Калькулятор резисторов для светодиода предполагает, что характеристики светодиодных микросхем идеальны, то есть разница равна нулю.

Падение напряжения для обычных маломощных моделей мощностью до 10 Вт может составлять от 2 В до 12 В. По мере увеличения мощности количество кристаллов в диоде COB увеличивается, каждый из которых имеет падение. Кристаллы соединены в цепочки последовательно, поэтому они объединяются в параллельные цепочки. При мощности от 10 Вт до 100 Вт снижение увеличивается с 12 В до 36 В.

Этот параметр обязательно указывается в технических характеристиках светодиодного чипа и зависит от назначения:

• цвета синий, красный, зеленый, желтый;
• rGB триколор;
• четырехцветный rGBW;
• двухцветный, теплый и холодный белый.

Определения и формулы для расчета

Одиночный светодиод

Светоизлучающий диод — это полупроводниковый источник излучения в оптическом поле с двумя или более проводниками. Монохромные светодиоды обычно имеют два контакта, двухцветные светодиоды — два или три контакта, а трехцветные светодиоды — четыре контакта. Светодиод излучает свет, когда на его вывод подается постоянное напряжение.

Обычный инфракрасный светодиод и его обозначение на принципиальных схемах (на российских схемах светодиоды изображены без разрыва жилы). На отрицательном электроде (катоде) установлен квадратный светодиодный кристалл. Кристалл соединен с положительным электродом (анодом) тонким проводником.

Для подключения светодиода к источнику питания можно использовать простую схему с последовательно соединенным токоограничивающим резистором. Резистор необходим, потому что падение напряжения на светодиодах является постоянным в относительно большом диапазоне рабочих токов.

Цвета светодиодов, полупроводниковый материал, длина волны и падение напряженияЦвет Полупроводниковый материал Длина волны Падение напряжения

Инфракрасный	Арсенид галлия (GaAs)	850-940 нм	<1,6 В
Красный	Фосфид арсенида галлия (GaAsP)	620-700 нм	1,6-2,0 В
Апельсин	Фосфид арсенида галлия (GaAsP)	590-610 нм	2,0-2,1 В
Желтый	Фосфид арсенида галлия (GaAsP)	580-590 нм	2,1-2,2 В
Зеленый	Фосфид алюминия-галлия (AlGaP)	500-570 нм	1,9-3,5 В
Синий	Нитрид индия-галлия (InGaN)	440-505 нм	2,48-3,6 В
Белый	Диоды с люминофором или триколором RGB	Широкий диапазон	2,8-4,0 В

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

Вольт-амперные характеристики типовых светодиодов различных цветов

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

Если прямое напряжение на светодиоде низкое, его сопротивление очень высокое и светодиод не горит. При превышении порогового уровня, указанного в технических характеристиках, светодиод начинает светиться и его сопротивление быстро уменьшается. Если приложенное напряжение превышает рекомендуемое прямое напряжение, которое может находиться в диапазоне 1,5-4 В для светодиодов разного цвета, ток через светодиод резко возрастает, что может привести к его выходу из строя. Для ограничения этого тока последовательно со светодиодом подключается резистор, который ограничивает ток, чтобы он не превышал рабочий ток, указанный в характеристиках светодиода.

Формулы для расчетов

Прямоугольный светодиод с плоским верхом используется, например, для индикаторов уровня

Ток через ограничительный резистор Rs можно рассчитать по формуле закона Ома, в которой прямое падение напряжения на светодиоде Vf вычитается из напряжения питания Vs:

Здесь Vs — напряжение питания в вольтах (например, 5 В от шины USB), Vf — прямое падение напряжения на светодиоде, а I — прямой ток на светодиоде в амперах. Значения Vf и If указаны в технических характеристиках светодиода. Типичные значения Vf показаны в таблице выше. Типичный ток сигнальных светодиодов составляет 20 мА.

После расчета сопротивления резистора из ряда значений сопротивления выбирается ближайшее ближайшее стандартное значение. Например, если расчет показывает, что нам нужен резистор Rs = 145 Ом, мы (и калькулятор) выберем резистор Rs = 150 Ом.

Токоограничивающий резистор рассеивает определенную мощность, которая рассчитывается по формуле

Оранжевые светодиоды обычно используются в маршрутизаторах для индикации скорости передачи 10/100 Мбит / с. Зеленые светодиоды горят при 1000 Мбит / с

Для надежной работы резистора его мощность выбирается вдвое больше расчетной. Например, если формула окажется 0,06 Вт, мы выберем резистор 0,125 Вт.

Теперь давайте посчитаем КПД нашей схемы (ее КПД), который покажет, какой процент мощности, подаваемой блоком питания, потребляется светодиодом. Мощность, рассеиваемая светодиодом:

Таким образом, общее потребление будет равно

КПД схемы переключения светодиода с ограничивающим резистором:

Чтобы выбрать источник питания, необходимо рассчитать ток, который он должен подавать в цепь. Делается это по формуле:

Светодиодная лента с LED типом 5050; числа 50 и 50 обозначают длину и ширину микросхемы в миллиметрах; На ленте уже установлены токоограничивающие резисторы 150 Ом последовательно со светодиодами

Расчет мощности рассеивания

Условные обозначения резисторов на схемах

В любом из вариантов при выборе электрического сопротивления цепи необходимо выставить чуть меньший ток, чтобы продлить срок службы светодиода. Чтобы избежать теплового повреждения, продукт используется в рекомендуемом температурном диапазоне. Для Epistar 1W HP — от -40 ° С до + 80 ° С. При необходимости воспользуйтесь установкой на специализированный радиатор типа «звезда». Это добавление увеличивает эффективную площадь рассеивания тепла.

Для точного подбора оценивается рассеиваемая мощность резистора: P = I2 * R = (0,35) 2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 ≈0,93 Вт. Запас по этому параметру составляет не менее 20-25%. Номинальной мощности в 1 Вт недостаточно, поэтому в стандартной строке выбран следующий рейтинг: 2 Вт.

Работоспособность собранной схемы подтверждается соотношением Uc / Ui = 2,35 / 5 = 0,47 (47%). Итог показывает, что в этом случае тратится больше половины электроэнергии. На самом деле индикатор еще хуже, так как не вся потребляемая мощность расходуется светодиодом на излучение в видимой части спектра. Значительную часть составляют электромагнитные волны ИК-диапазона.

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

Для ограничения тока светодиода можно использовать резистор, подключенный следующим образом:

Теперь определимся, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления воспользуемся формулой:

где U пит — напряжение питания,

U pad — падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

В этом случае мощность, рассеиваемая резистором, будет пропорциональна квадрату тока:

Например, красный светодиод Cree C503B-RAS имеет типичное падение напряжения 2,1 В при 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет

Из стандартного ряда резисторов Е24 выбираем наиболее близкий по номиналу — 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая через резистор, будет

Следовательно, требуется демпфирующий резистор 510 Ом с мощностью рассеяния 0,25 Вт.

Может показаться, что при малых напряжениях питания возможно подключение светодиода без резистора. В этом видео наглядно показано, что происходит с включенным вот так светодиодом с напряжением всего 5В:

Светодиод сначала будет работать, но через несколько минут просто перегорит. Это связано с нелинейным характером его ВАХ, о котором говорилось в начале статьи.

Никогда не подключайте светодиод без демпфирующего резистора даже при низком напряжении питания. Это приводит к его истощению и в лучшем случае к обрыву цепи и в худшем — к короткому замыканию.

Расчет гасящего резистора для светодиода

В первую очередь узнаем, как рассчитать сопротивление демпфирующего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор для питания светодиода от источника питания. Ток (I) через резистор и светодиод течет от него одинаково. Напряжение на резисторе равно разнице между напряжением источника питания и напряжением на светодиоде (VS-VL). Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором напряжение будет течь по цепи, а напряжение VL будет на светодиоде.

Допустим, мы питаем светодиод от батареи 5В, как правило, это напряжение питания используется при питании схем микроконтроллера и другого цифрового оборудования. Рассчитываем напряжение на демпфирующем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно найти в справочнике на конкретный светодиод.

Будет интересно➡ Что такое делитель напряжения и как он используется на резисторах?

Примерные значения падения напряжения для светодиодов (AL307 и другие с малой мощностью в аналогичном корпусе):

• красный — 1,8… 2В;
• зеленый и желтый — 2… 2,4 В;
• бело-синий — 3… 3,5 В.

Допустим, мы используем синий светодиод, падение напряжения на нем составляет 3 В. Рассчитываем напряжение на демпфирующем резисторе — Ugres = Usup — Ulight = 5V — 3V = 2V. Чтобы рассчитать сопротивление демпфирующего резистора, нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно найти в справочнике. Большинство маломощных светодиодов (например, AL307) имеют номинальный ток в диапазоне 10-25 мА.

Допустим, у нашего светодиода номинальный ток для его достаточно яркого свечения составляет 20 мА (0,02 А). Получается, что на резисторе выйдет напряжение 2В и пройдет ток 20 мА. Расчет производим по формуле закона Ома:

R = U / I = 2 В / 0,02 А = 100 Ом.

В большинстве случаев подойдет маломощный резистор мощностью 0,125-0,25 Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если ток и падение напряжения на резисторе сильно различаются, не помешает рассчитать мощность резистора:

P = U * I = 2 В * 0,02 А = 0,04 Вт.

Следовательно, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маленького резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт). Сделаем расчет для красного светодиода (напряжение 2 В, ток 15 мА).

• Угрез = Usup — Ulight = 5V — 2V = 3V.
• R = U / I = 3 В / 0,015 А = 200 Ом.
• P = U * I = 3 В * 0,015 А = 0,045 Вт

Подключая светодиоды, не забывайте, что они имеют полярность. Для определения полярности светодиода можно использовать мультиметр в режиме прозвонки или омметр. Применение демпфирующих резисторов оправдано для питания светодиодов малой мощности; при поставке мощных светодиодов следует использовать специальные драйверы и стабилизаторы светодиодов.

Расчет демпфирующего сопротивления светодиода.

Подбор резисторов по цветовой маркировке онлайн

Сопротивление:

На заметку! В приведенном выше примере резистор ограничения тока рассеивает почти в три раза больше энергии, чем светодиод. Это означает, что с учетом световой отдачи светодиода эффективность нашей конструкции составляет менее 25%.

Для уменьшения потерь энергии лучше всего использовать источник с более низким напряжением. Например, для источника питания можно использовать преобразователь постоянного / переменного тока 12/5 В. Даже с учетом КПД преобразователя потери будут значительно ниже.