Как рассчитать токоограничивающий резистор?

Применение токоограничивающего резистора для светодиода

Для декоративного оформления, обеспечения хорошей видимости в затемненном коридоре и решения других практических задач используются светодиоды. Они намного экономичнее классических ламп накаливания. Высокая прочность предотвращает загрязнение окружающей среды вредными химическими соединениями, что не исключено после повреждения колбы газоразрядного источника света.

Учитывая одностороннюю разводку полупроводникового перехода, понятно, что светодиод должен быть подключен к аккумулятору, другому источнику постоянного тока. Напряжение стандартной бытовой сети выпрямляется, снижается до номинального уровня. Резистор ограничивает ток.

Особенности работы и расчеты

Несмотря на существенные преимущества, внимательные пользователи рекомендуют учитывать и существенные недостатки светодиодных устройств:

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

Особое значение имеет собственное малое сопротивление в рабочем режиме. Относительно небольшое изменение основных параметров источника питания может привести к повреждению полупроводникового перехода. По этой причине в схему добавлен токоограничивающий резистор.

Дополнительный пассивный элемент увеличивает энергопотребление. По этой причине рекомендуется использовать такие решения в сочетании с маломощными светодиодами, либо создавать устройства с малой скважностью.

Математический расчет

В простейшей схеме токоограничивающий резистор (R) и светодиод подключены последовательно к источнику постоянного тока (I) с определенным напряжением (Ui) на выходных зажимах. Рассчитать электрическое сопротивление можно по известной формуле закона Ома (I = U/R).

Пригодится и второй постулат Кирхгофа. В данном примере он определяет следующее равенство: Ui = Ur + Uc, где Ur(Uc) — напряжение на резисторе (светодиоде) соответственно. Простым преобразованием этих выражений можно получить основные зависимости:

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

Здесь Rc обозначает дифференциальное сопротивление полупроводникового прибора, которое нелинейно зависит от напряжения и тока. На противоположной части ВАХ можно выделить блокирующий участок. Значительное увеличение Rc в этой области препятствует движению электронов (Irev = 0). Но при последующем увеличении напряжения на определенном уровне (Uобр-м) происходит пробой p-n перехода.

Поскольку драйвер обеспечивает постоянный ток, особое внимание следует уделить правильному «прямому» подключению. Особенности ВАК:

• на первом участке, вплоть до Un, постепенно уменьшается сопротивление и соответственно увеличивается ток;
• от Un до Um — рабочая зона (излучение в светлой зоне);
• далее — резкое снижение сопротивления провоцирует экспоненциальный рост силы тока с последующим выходом изделия из строя.

Расчет светодиодов осуществляется исходя из значения рабочего напряжения Uc. Производители указывают этот параметр в сопроводительной документации. Для расчета электрического сопротивления подходящего токоограничивающего резистора используют формулу: R = (Ui — Uc)/I.

Графический расчет

Если вы берете CVC, вы можете использовать графическую технику. Первая графическая и цифровая информация берется из паспорта, либо на официальном сайте производителя. Алгоритм действий (пример):

• по первым данным номинальный ток светодиода (In) 25 мА;
• из соответствующей точки (1) на оси вертикальной ординаты проводят штриховую линию до точки пересечения с кривой ВАХ (2);
• отметьте напряжение источника тока (Ui = 5,5 В) по оси абсцисс (3);
• провести линию через точки (2) и (3);
• пересечение с осью Y покажет значение максимально допустимого тока (Im = 60 мА).

Кроме того, по классической формуле нетрудно рассчитать, какое сопротивление необходимо для светодиода в данном случае: R = Ui / Im = 5,5/0,06 ≈ 91,7. В серийном ряду надо выбирать ближайший номинал с небольшим запасом — 100 Ом. Это решение несколько снизит эффективность. Зато в щадящем режиме функциональные компоненты будут меньше нагреваться. Соответственно уменьшатся нагрузки на полупроводниковое соединение. Ожидайте увеличения срока службы источника света.

Чтобы правильно подобрать резистор, нужно знать мощность (P). Значения по умолчанию (Вт): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Расчеты можно произвести по всем известным параметрам по формулам: P = Im2 * R = Ur2 / R. Если взять исходные данные соответствующего примера: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0,36 Вт. При выборе модели необходимо подобрать резистор сопротивлением 100 Ом с мощностью рассеивания 0,5 Вт.

Допуски на точность электрического сопротивления резисторов составляют от 0,001 до 30 % от номинального значения. В маркировке по международным стандартам соответствующие классы указываются латинскими буквами (D — 0,5 %; G — 2 %; J — 5%).

Расчет резистора для светодиода. Онлайн калькулятор

Светодиод (Light Emitting Diode) – излучает свет в тот момент, когда через него проходит электрический ток. Простейшая схема для управления светодиодом состоит из источника питания, светодиода и последовательно с ним резистора.

Такой резистор часто называют балластным или токоограничивающим резистором. Возникает вопрос: «Зачем светодиоду нужен резистор?». Токоограничивающий резистор необходим для ограничения тока, протекающего через светодиод, чтобы защитить его от перегорания. Если напряжение источника питания равно падению напряжения на светодиоде, такой резистор не нужен.

Читайте также: Рабочее освещение, калькулятор онлайн, конвертер

Расчет резистора для светодиода

Сопротивление балластного резистора легко рассчитать, используя закон Ома и правила Кирхгофа. Для расчета необходимого сопротивления резистора нам нужно вычесть номинальное напряжение светодиода из напряжения источника питания, а затем разделить эту разницу на рабочий ток светодиода:

где:

• V — напряжение питания
• VLED — Падение напряжения светодиода
• I — рабочий ток светодиода

Ниже представлена ​​таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от цвета:

Хотя эта простая схема широко используется в бытовой электронике, она все еще не очень эффективна, так как избыточная мощность от источника питания рассеивается в виде тепла на балластном резисторе. Поэтому часто используются более сложные схемы (драйверы для светодиодов), которые более эффективны.

Давайте используем пример для расчета сопротивления резистора для светодиода.

У нас есть:

• источник питания: 12 вольт
• напряжение светодиода: 2 вольта
• рабочий ток светодиода: 30 мА

Рассчитайте токоограничивающий резистор по формуле:

Получается, что наш резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если нет возможности подобрать точное значение из номинального ряда резисторов, необходимо взять ближайший больший резистор. В нашем случае это будет 360 Ом (ряд Е24).

Последовательное соединение светодиодов

Часто к одному источнику напряжения подключают последовательно несколько светодиодов. При последовательном соединении одинаковых светодиодов их суммарный потребляемый ток равен рабочему току одного светодиода, а общее напряжение равно сумме падающих напряжений всех светодиодов в цепи.

Поэтому в данном случае нам достаточно использовать резистор на всю последовательную цепочку светодиодов.

Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении

В этом примере два светодиода соединены последовательно. Красный светодиод на 2 В и УФ-светодиод на 4,5 В. Допустим, оба имеют номинальный ток 30 мА.

Из правила Кирхгофа следует, что сумма падений напряжения во всей цепи равна напряжению источника тока. Поэтому напряжение на резисторе должно быть равно напряжению блока питания за вычетом суммы падения напряжения на светодиодах.

По закону Ома вычисляем величину сопротивления порогового резистора:

Сопротивление должно иметь значение не менее 183,3 Ом.

Обратите внимание, что после вычитания падения напряжения у нас осталось 5,5 вольт. Это дает возможность подключить еще один светодиод (конечно после преобразования сопротивления в резистор)

Параллельное соединение светодиодов

Также можно подключить светодиоды параллельно, но это создает больше проблем, чем при последовательном соединении.

ограничение тока светодиодов, включенных параллельно общим резистором, не лучшая идея, так как в этом случае все светодиоды должны иметь точно 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 одинаковую спецификацию, они могут иметь разные вольт-амперные характеристики из-за различий в производственном процессе. Это также приведет к различному току, протекающему через каждый светодиод. Чтобы свести к минимуму разницу в токе, светодиоды, соединенные параллельно, обычно имеют балластный резистор для каждой цепочки.

Онлайн калькулятор расчета резистора для светодиода

Этот онлайн-калькулятор поможет вам найти правильное значение сопротивления для светодиода, подключенного следующим образом:

примечание: десятый разделитель — точка, а не запятая

Формула расчета сопротивления резистора онлайн калькулятора

Сопротивление резистора = (U — UF) / IF

• У — блок питания;
• UF — прямое напряжение светодиода;
• IF — ток светодиода (в миллиамперах).

Примечание: Слишком сложно найти резистор с сопротивлением, полученным при расчете. Как правило, резисторы выпускаются стандартных номиналов (номиналов). Если вы не можете найти требуемое сопротивление, выберите ближайшее более высокое значение сопротивления, которое вы рассчитали.

Например, если у вас получилось сопротивление 313,4 Ом, то берите ближайшее стандартное значение, равное 330 Ом. Если ближайшее значение недостаточно близко, можно получить требуемое сопротивление, соединив несколько резисторов последовательно или параллельно.