Гасящий резистор для светодиода: Расчет ограничивающего ток резистора для светодиода, формулы и калькулятор

Содержание

Расчет ограничивающего ток резистора для светодиода, формулы и калькулятор

Часто при изготовлении разнообразных устройств возникает необходимость использовать светодиоды и светодиодные индикаторы. Будем полагать что вы знаете что такое светодиод и какие они бывают.

Подключение светодиода к источнику питания выполняется, как правило, через ограничивающий ток резистор (гасящий резистор). Ниже описаны принципы и формулы для расчета гасящего резистора, а также небольшой калькулятор для быстрого подсчета.

Расчет гасящего резистора для светодиода

Рис. 1. Схема подключения светодиода к источнику питания через резистор.

Как видим из схемы, ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL).

Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.

Допустим что мы будем питать светодиод от батареи напряжением 5В, как правило такое питающее напряжение используется при питании микроконтроллерных схем и другой цифровой техники.

Вычислим значение напряжения на гасящем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно выяснить по справочнику для конкретного светодиода.

Примерные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и другие маломощные в подобном корпусе):

красный — 1,8…2В;
зеленый и желтый — 2…2,4В;

белые и синие — 3…3,5В.

Допустим что мы будем использовать синий светодиод, падение напряжения на нем — 3В.

Производим расчет напряжения на гасящем резисторе:

Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 3В = 2В.

Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.

Допустим что для нашего светодиода номинальный ток

для его достаточно яркого свечения составляет 20мА (0,02А). Получается что на резисторе будет гаситься напряжение 2В и проходить ток 20мА. Выполним расчет по формуле закона Ома:

R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.

В большинстве случаев подойдет маломощный резистор с мощностью 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если же ток и напряжение падения на резисторе будет очень отличаться то не помешает произвести расчет мощности резистора:

P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.

Таким образом, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт).

Произведем расчет для красного светодиода

(напряжение 2В, ток 15мА).

Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 2В = 3В.

R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.

P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

Простой калькулятор для расчета гасящего резистора

Теперь вы знаете как по формулам рассчитать гасящий резистор для питания светодиода. Для облегчения расчетов написан несложный онлайн-калькулятор:

Форму прислал Михаил Иванов.

Заключение

Использование гасящих резисторов оправдано для питания маломощных светодиодов, при питании мощных светодиодов нужно использовать специальные LED-драйверы и стабилизаторы.

Правильный расчет резистора для светодиода (онлайн калькулятор)

Светодиод является полупроводниковым прибором с нелинейной вольт-амперная характеристикой (ВАХ). Его стабильная работа, в первую очередь, зависит от величины, протекающего через него тока. Любая, даже незначительная, перегрузка приводит к деградации светодиодного чипа и снижению его рабочего ресурса.

Чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод на нужном уровне, электрическую цепь необходимо дополнить стабилизатором. Простейшим, ограничивающим ток элементом, является резистор.

Важно! Резистор ограничивает, но не стабилизирует ток.

Расчет резистора для светодиода не является сложной задачей и производится по простой школьной формуле. А вот с физическими процессами, протекающими в p-n-переходе светодиода, рекомендуется познакомиться ближе.

Теория

Математический расчет

Ниже представлена принципиальная электрическая схема в самом простом варианте.

В ней светодиод и резистор образуют последовательный контур, по которому протекает одинаковый ток (I). Питается схема от источника ЭДС напряжением (U). В рабочем режиме на элементах цепи происходит падение напряжения: на резисторе (U_R) и на светодиоде (U_LED). Используя второе правило Кирхгофа, получается следующее равенство: или его интерпретация

В приведенных формулах R – это сопротивление рассчитываемого резистора (Ом), R_LED – дифференциальное сопротивление светодиода (Ом), U – напряжения (В).

Значение R_LED меняется при изменении условий работы полупроводникового прибора. В данном случае переменными величинами являются ток и напряжение, от соотношения которых зависит величина сопротивления. Наглядным объяснением сказанного служит ВАХ светодиода.

На начальном участке характеристики (примерно до 2 вольт) происходит плавное нарастание тока, в результате чего R_LED имеет большое значение. Затем p-n-переход открывается, что сопровождается резким увеличением тока при незначительном росте прикладываемого напряжения.

Путём несложного преобразования первых двух формул можно определить сопротивление токоограничивающего резистора:

U_LED является паспортной величиной для каждого отдельного типа светодиодов.

Графический расчет

Имея на руках ВАХ исследуемого светодиода, можно рассчитать резистор графическим способом. Конечно, такой способ не имеет широкого практического применения. Ведь зная ток нагрузки, из графика можно легко вычислить величину прямого напряжения.

Для этого достаточно с оси ординат (I) провести прямую линию до пересечения с кривой, а затем опустить линию на ось абсцисс (U_LED). В итоге все данные для расчета сопротивления получены.

Тем не менее, вариант с использованием графика уникален и заслуживает определенного внимания.

Рассчитаем резистор для светодиода АЛ307 с номинальным током 20 мА, который необходимо подключить к источнику питания 5 В. Для этого из точки 20 мА проводим прямую линию до пересечения с кривой LED. Далее через точку 5 В и точку на графике проводим линию до пересечения с осью ординат и получаем максимальное значение тока (I

max), примерно равное 50 мА. Используя закон Ома, рассчитываем сопротивление:

Чтобы схема была безопасной и надёжной нужно исключить перегрев резистора. Для этого следует найти его мощность рассеивания по формуле:

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

Подключать светодиод через резистор можно, если вопрос эффективности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в роли индикатора для подсветки выключателя или указателя сетевого напряжения в электроприборах. В подобных устройствах яркость не важна, а мощность потребления не превышает 0,1 Вт. Подключая светодиод с потреблением более 1 Вт, нужно быть уверенным в том, что блок питания выдаёт стабилизированное напряжение.

Если входное напряжение схемы не стабилизировано, то все помехи и скачки будут передаваться в нагрузку, нарушая работу светодиода. Ярким примером служит автомобильная электрическая сеть, в которой напряжение на аккумуляторе только теоретически составляет 12 В. В самом простом случае делать светодиодную подсветку в машине следует через линейный стабилизатор из серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы, включать нужно по 3 светодиода последовательно. Также схема питания через резистор востребована в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер).

Особенно тогда, когда стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое остаётся лишь правильно подключить.

Примеры расчетов сопротивления и мощности резистора

Чтобы помочь новичкам сориентироваться, приведем пару практических примеров расчета сопротивления для светодиодов.

Cree XM–L T6

В первом случае проведем вычисление резистора, необходимого для подключения мощного светодиода Cree XM–L к источнику напряжения 5 В. Cree XM–L с бином T6 имеет такие параметры: типовое U_LED = 2,9 В и максимальное U_LED = 3,5 В при токе I_LED=0,7 А. В расчёты следует подставлять типовое значение U_LED, так как. оно чаще всего соответствует действительности. Рассчитанный номинал резистора присутствует в ряду Е24 и имеет допуск в 5%. Однако на практике часто приходится округлять полученные результаты к ближайшему значению из стандартного ряда. Получается, что с учетом округления и допуска в 5% реальное сопротивление изменяется и вслед за ним обратно пропорционально меняется ток.

Поэтому, чтобы не превысить рабочий ток нагрузки, необходимо расчётное сопротивление округлять в сторону увеличения.

Используя наиболее распространённые резисторы из ряда Е24, не всегда удаётся подобрать нужный номинал. Решить эту проблему можно двумя способами. Первый подразумевает последовательное включение добавочного токоограничительного сопротивления, который должен компенсировать недостающие Омы. Его подбор должен сопровождаться контрольными измерениями тока.

Второй способ обеспечивает более высокую точность, так как предполагает установку прецизионного резистора. Это такой элемент, сопротивление которого не зависит от температуры и прочих внешних факторов и имеет отклонение не более 1% (ряд Е96). В любом случае лучше оставить реальный ток немного меньше от номинала. Это не сильно повлияет на яркость, зато обеспечит кристаллу щадящий режим работы.

Мощность, рассеиваемая резистором, составит:

Рассчитанную мощность резистора для светодиода обязательно следует увеличить на 20–30%.

Вычислим КПД собранного светильника:

Пример с LED SMD 5050

По аналогии с первым примером разберемся, какой нужен резистор для SMD светодиода 5050. Здесь нужно учесть конструкционные особенности светодиода, который состоит из трёх независимых кристаллов.

Если LED SMD 5050 одноцветный, то прямое напряжение в открытом состоянии на каждом кристалле будет отличаться не более, чем на 0,1 В. Значит, светодиод можно запитать от одного резистора, объединив 3 анода в одну группу, а три катода – в другую. Подберем резистор для подключения белого SMD 5050 с параметрами: типовое U_LED=3,3 В при токе одного чипа I_LED=0,02 А.

Ближайшее стандартное значение – 30 Ом.

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

У RGB светодиода SMD 5050 различное прямое напряжение каждого кристалла. Поэтому управлять красным, зелёным и синим цветом, придётся тремя резисторами разного номинала.

Онлайн-калькулятор

Представленный ниже онлайн калькулятор для светодиодов – это удобное дополнение, которое произведет все расчеты самостоятельно. С его помощью не придётся ничего рисовать и вычислять вручную. Всё что нужно – это ввести два главных параметра светодиода, указать их количество и напряжение источника питания. Одним кликом мышки программа самостоятельно произведёт расчет сопротивления резистора, подберёт его номинал из стандартного ряда и укажет цветовую маркировку. Кроме этого, программа предложит уже готовую схему включения.

Дополняя вышесказанное стоит отметить, что если прямое напряжение светодиода значительно ниже напряжения питания, то схемы включения через резистор малоэффективны. Вся лишняя энергия впустую рассеивается резистором, существенно занижая КПД устройства.

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

Любой светодиод имеет маленькое сопротивление. Если его подключить прямо к блоку питания, он немедленно перегорит, так как сила тока будет слишком высока. Провода, которыми он подключается к внешним выводам сделаны из меди или золота и не могут выдержать скачка тока. Именно поэтому важно правильно произвести расчет резистора для светодиода.

От правильности произведенного расчета зависит сколько долго будет работать данный светодиод. Если резистор имеет недостаточное сопротивление, светодиод может перегореть, если же наоборот, сила тока будет меньше номинальной, лампочка будет иметь тусклый свет. Для того чтобы провести расчеты, существуют специальные формулы и сделать это не сложно. Кроме того, существуют специальные программы, которые автоматически произведут все необходимые расчеты на основании введенных данных.

В данной статье будут рассмотрены все аспекты и тонкости произведения подобных расчетов. Также в качестве бонуса в статье присутствует видеоролик на данную тему и научная статья, которою можно скачать.

Расчет сопротивления светодиода.

Результат расчёта

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.

Таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета.

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.

Светодиоды.

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. 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.

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.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон Ома

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где V = напряжение через резистор (V = S – V L в данном случае), I = ток через резистор. Итак R = (V S – V L) / I. Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве какой-то гирлянды. Все светодиоды, которые соединены последовательно, долдны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность и обеспечить соответствующее напряжение.

Пример расчета: Красный, желтый и зеленый диоды – при последовательном соединении необходимо напряжение питания – не менее 8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным источником. V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются). Если напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A, Резистором R = (V S – V L) / I = (9 – 6) /0,015 = 200 Ом. Берём резистор 220 Ом (ближайшего стандартного значения, которое больше).

Избегайте подключения светодиодов в параллели!

Светодиод как нелинейный элемент

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов. Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему. Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер.

Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения на несколько десятых долей вольта, ток может измениться в несколько раз. Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (т.н. рабочую область) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.

Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду

Расчёт резистора для светодиода

Расчёт резистора для светодиода – очень важный момент перед подключением светодиода к источнику питания. Ведь от этого зависит то, как будет работать светодиод. Если резистор будет иметь слишком маленькое сопротивление, то светодиод может выйти из строя (перегореть), а если сопротивление будет слишком велико, то светодиод будет излучать свет слабо. Расчёт резистора для светодиода производится по следующей формуле:

R = (V_S – V_L) / I
V_S – напряжение источника питания (В).
V_L – напряжение питания светодиода (обычно 2 вольта и 4 вольта для голубых 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, на который рассчитан светодиод. Переведите эту величину из миллиампер в амперы. Таким образом результатом вычисления будет величина сопротивления резистора в омах (Ом). Если рассчитанная величина сопротивления резистора не совпадает со стандартным номиналом резисторов, необходимо выбрать ближайший больший номинал.

Впрочем, Вы можете изначально захотеть выбрать несколько большее сопротивление, для экономии электричества например. Но надо помнить, что излучение светодиода в этом случае будет менее ярким. Если напряжение источника питания = 9 Вольт и у Вас красный светодиод (VL = 2V), требуемый ток I = 20 мА = 0.02A, R = (9V – 2V) / 0.02A = 350 Ом. Необходимо выбрать резистор сопротивлением 390 Ом (ближайшее большее значение).

Расчёт резистора для светодиода.

Мигающие светодиоды

Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему. Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду. Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек. Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили даже на сотовые телефоны.

При последовательном соединении надо учитывать падение напряжения на каждом диоде, эту сумму сложить и из напряжения питания вычесть вышеозначенную сумму и уже для неё посчитать ток, еа который рассчитан один светодиод. При параллельном несколько сложнее, когда ставишь в параллель второй диод, резистор, необходимый для одного, делишь пополам, а когда три – тогда номинал резистора для двух диодов надо умножить на 0. 7, когда четыре диода – номинал для трёх умножаешь на 0.69, для пяти – номинал для четырёх умножаешь на 0.68 и т.д.

При последовательном соединении мощность резистора как для одного диода, независимо от количества, а при параллельном, при каждом добавлении диода, мощность надо пропорционально увеличивать. Только в параллельном и последовательном соединении должны быть диоды одного типа. Но я всегда ставлю на каждый диод свой резистор, потому как диоды имеют довольно большой разброс параметров. И, как показывает практика, обязательно находится слабое звено.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

Расчет гасящего резистора для светодиода

Первым делом разберемся как выполнить расчет сопротивления гасящего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор для питания светодиода от источника питания. Ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL). Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.

Допустим что мы будем питать светодиод от батареи напряжением 5В, как правило такое питающее напряжение используется при питании микроконтроллерных схем и другой цифровой техники. Вычислим значение напряжения на гасящем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно выяснить по справочнику для конкретного светодиода.

Примерные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и другие маломощные в подобном корпусе):

красный – 1,8…2В;
зеленый и желтый – 2…2,4В;
белые и синие – 3…3,5В.

Допустим что мы будем использовать синий светодиод, падение напряжения на нем – 3В. Производим расчет напряжения на гасящем резисторе – Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 3В = 2В. Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.

Допустим что для нашего светодиода номинальный ток для его достаточно яркого свечения составляет 20мА (0,02А). Получается что на резисторе будет гаситься напряжение 2В и проходить ток 20мА. Выполним расчет по формуле закона Ома:

R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.

P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.

Таким образом, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт). Произведем расчет для красного светодиода (напряжение 2В, ток 15мА).

Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 2В = 3В.
R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.
P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

При подключении светодиодов не нужно забывать что они имеют полярность. Для определения полярности светодиода можно использовать мультиметр в режиме прозвонки или же омметр. Использование гасящих резисторов оправдано для питания маломощных светодиодов, при питании мощных светодиодов нужно использовать специальные LED-драйверы и стабилизаторы.

Расчет гасящего резистора для светодиода.

Программы для расчета сопротивления

При большом количестве подключаемых led, особенно если они включены и последовательно, и параллельно, рассчитывать сопротивление каждого резистора вручную может быть проблематичным. Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления.

Он включает в себя небольшую базу данных самых распространенных светодиодов, поэтому необязательно вручную набирать значения падения напряжения и тока, достаточно указать напряжение питания и выбрать из списка нужный светоизлучающий диод. Программа рассчитает сопротивление и мощность резисторов, а также нарисует схему подключения или принципиальную схему.

В данной статье были рассмотрены основные вопросы расчета подключения светодиодов посредством резистора. По ссылке можно скачать статью “Как рассчитать резистор для подключения светодиодов”.

Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.led-obzor.ru

www.www.casemods.ru

www.katod-anod.ru

www.radiostorage.net

www.ledno.ru

РезисторыЧто такое делитель напряжения и как он используется на резисторах?

РезисторыКак отличается параллельное и последовательное соединение резисторов?

Простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт без драйвера (самое простое питание светодиода от сети напряжением 220В)

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

R = (U_вх — U_LED) / I

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U_вх — U_LED)² / R

где U_вх = 220 В,
U_LED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U_вх/I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В)²/11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Сопротивление резистора, кОм	Амплитудное значение тока через светодиод, мА	Средний ток светодиода, мА	Средний ток резистора, мА	Мощность резистора, Вт
43	7. 2	2.5	5	1.1
24	13	4.5	9	2
22	14	5	10	2.2
12	26	9	18	4
10	31	11	22	4.8
7.5	41	15	29	6.5
4.3	72	25	51	11.3
2.2	141	50	100	22

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0. 018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%). Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (К_п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

К_п = (Е_max — E_min) / (E_max + E_min) ⋅ 100%,

где Е_мах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е_мин — минимальное.

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Давайте попробуем приблизительно рассчитать емкость конденсатора на конкретном примере.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

К_п = (U_max — U_min) / (U_max + U_min) ⋅ 100%

Подставляем исходные данные и вычисляем U_min:

2.5% = (2В — U_min) / (2В + U_min) ⋅ 100% => U_min = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

t_зар = arccos(U_min/U_max) / 2πf = arccos(1. 9/2) / (2⋅3.1415⋅50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

t_разр = Т — t_зар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I_LED⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

R_c = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

К сожалению, электролитические конденсаторы, из-за своей большой паразитной индуктивности, плохо справляются с ВЧ-помехами, поэтому большая часть энергии импульса пойдет через p-n-переход светодиода.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.

Вот здесь можно посмотреть, как еще сильнее усовершенствовать данную схему, добавив в нее стабилизатор тока на одном транзисторе и стабилитроне. Это существенно понизит пульсации и продлит срок службы светодиодов.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U²_вх — U²_LED)) [Ф],

где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), U_вх — действующее значение напряжения сети (220В), U_LED — напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U²_вх — U²_LED) приблизительно равно U_вх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ I_LED / U_вх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под U_вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I_LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1. 5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

C1	15 nF	68 nF	100 nF	150 nF	330 nF	680 nF	1000 nF
I_LED	1 mA	4.5 mA	6.7 mA	10 mA	22 mA	45 mA	67 mA

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
X2 – самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
Y1 – работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
Y2 – довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать полноценные схемы, которые называются драйверами.

Расчет резистора для светодиодов: примеры, онлайн калькулятор

При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор. Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих драйверов. Однако, при всей ее простоте, для обеспечения оптимального режима работы необходимо провести расчет резистора для светодиода.

Светодиод как нелинейный элемент

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов:

Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему.

Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер. Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения на несколько десятых долей вольта, ток может измениться в несколько раз.

Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (т. н. рабочую область) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.

На рисунке показаны типовые значения рабочих точек для красных, зеленых, белых и голубых светодиодов при токе 20 мА. Здесь можно заметить, что led разных цветов при одинаковом токе имеют разное падение напряжения в рабочей области. Эту особенность следует учитывать при проектировании схем.

Полная же ВАХ выглядит следующим образом:

Здесь видно, что обратное включение бессмысленно, поскольку светодиод не будет излучать, а при превышении некоторого порога обратного напряжения выйдет из строя в результате пробоя. Излучение же происходит только при включении в прямом направлении, причем интенсивность свечения зависит от тока, проходящего через led. Если этот ток ничем не ограничивать, то led перейдет в область пробоя и перегорит. Если нужно установить рабочий светодиод или нет, то Вам будет полезна статья подробно раскрывающая все способы проверки led.

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:

Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:

где U пит — напряжение питания,

U пад- падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:

Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять

Из стандартного ряда сопротивлений Е24 подбираем наиболее близкое значение номинала – 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе, составит

Таким образом, потребуется гасящий резистор номиналом 510 Ом и мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Может сложиться впечатление, что при низких напряжениях питания можно подключать led без резистора. На этом видео наглядно показано, что произойдет со светоизлучающим диодом, включенного таким образом, при напряжении всего 5 В:

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

Никогда не подключайте светодиод без гасящего резистора даже при низком напряжении питания. Это ведет к его выгоранию и, в лучшем случае, к обрыву цепи, а в худшем – к короткому замыканию.

Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов

Подключить несколько led можно двумя способами: последовательно и параллельно. Схемы включения показаны ниже. Не забудьте почитать более подробно про способы подключения светодиодов.

При последовательном соединении используется один резистор, задающий одинаковый ток всей цепочке led. При этом следует учитывать, что источник питания должен обеспечивать напряжение, превышающее общее падение напряжения на диодах. То есть при соединении 4 светодиодов с падением 2.5 В потребуется источник напряжением более 10 В. Ток при этом для всех будет одинаковым. Сопротивление резистора в этом случае можно рассчитать по формуле:

где — напряжение питания,

— сумма падений напряжения на светодиодах,

— ток потребления.

Так, 4 зеленых светодиода Kingbright L-132XGD напряжением 2.5 В и током 10 мА при питании 12 В потребуют резистора сопротивлением

При этом он должен рассеивать мощность

При параллельном подключении каждому светоизлучающему диоду ток ограничивает свой резистор. В таком случае можно использовать низковольтный источник питания, но ток потребления всей цепи будет складываться из токов, потребляемых каждым светодиодом. Например, 4 желтых светодиода BL-L513UYD фирмы Betlux Electronics с потреблением 20 мА каждый, потребуют от источника ток не менее 80 мА при параллельном включении. Здесь сопротивление и мощность резисторов для каждой пары «резистор – led» рассчитываются так же, как при подключении одиночного светодиода.

Обратите внимание, что и при последовательном, и при параллельном соединении используются источники питания одинаковой мощности. Только в первом случае потребуется источник с большим напряжением, а во втором – с большим током.

Нельзя подключать параллельно несколько светодиодов к одному резистору, т.к. либо они все будут гореть очень тускло, либо один из них может открыться чуть раньше других, и через него пойдет очень большой ток, который выведет его из строя.

Программы для расчета сопротивления

Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления. Очень удобным в этом плане является онлайн калькулятор на сайте cxem.net:

https://cxem.net/calc/ledcalc.php

Например, с помощью этого калькулятора был рассчитан резистор для трех светодиодов CREE XLamp MX3 при напряжении питания 12 В:

Также программа обладает очень полезной функцией: она подскажет цветовую маркировку требуемого резистора.

Еще одна простая программа для расчета сопротивления разработана Сергеем Войтевичем. Скачать программу можно по этой ссылке.

Здесь уже вручную выбирается способ подключения светодиодов, напряжение и ток. Программа не требует установки, достаточно распаковать ее в любую директорию.

Заключение

Гасящий резистор – самый простой ограничитель тока для светодиодной цепи. От его подбора зависит ток, а значит, интенсивность свечения и долговечность led. Однако следует помнить, что при больших токах на резисторе будет выделяться значительная мощность, поэтому для питания мощных светодиодов лучше применять драйверы.

Расчет резистора для светодиода – формула и таблица подбора сопротивления

Уже невозможно представить современное освещение без использования светодиодов. Они используются буквально во всех возможных сферах – это связано с их сравнительно просто конструкцией, которая обеспечивает эргономичное соотношение стоимости, потребляемой энергии и производимого света. Единственная сложность, с которой может столкнуться обычный потребитель – грамотная установка светодиодов, которая позволит извлечь из их работы максимальную эффективность.

Одним из важнейших параметров, который нужно учитывать при запуске, является ограничение тока, подаваемого на тело светодиода. Расчет резистора для светодиода позволит добиться стабильной работы освещения и обеспечить долгий срок работы каждого отдельно взятого элемента.

Теоретическая часть

Светодиод – полупроводниковый элемент, который излучает свет при прохождении сквозь него тока с определенными параметрами. Долговечность подключенного устройства и стабильность его работы напрямую зависит от величины тока, которая на него подается. Именно стабильность, а не сила тока; вопреки распространенному мнению, даже незначительные превышения в этом параметре значительно увеличивают скорость паспортной деградации кристаллов, излучающих светодиодный свет.

Во избежание нежелательных перегрузок была предложена система ограничения подаваемого тока, которая называется «токоограничивающий резистор». Важно отметить, что он именно ограничивает ток, поступающий в устройство, но не стабилизирует его, поэтому при неправильно подобранном резисторе его наличие может оказаться бесполезным. Для правильного подбора сопротивления к конкретному источнику света необходимо узнать некоторые технические данные и провести расчет сопротивления резистора.

Светодиод и ограничитель для него

Зачем нужен резистор?

Токоограничительный светодиодный резистор нужен в тех случаях, когда на первом месте стоит именно стабильность и продолжительность работы источников света, а не мощность их излучения. Такие цели преследуются в различных бытовых приборах с мигающими индикаторами, указателями и кнопками включения, а также в автомобилях, где стабильность тока в системе оставляет желать лучшего. Также он незаменим во время тестирования новых моделей светодиодов в производственных лабораториях.

В случаях, когда важна яркость света, которую выдает кристалл, нужно использовать именно стабилизатор тока – драйвер. Чаще всего драйвер имеет точные параметры и продается в комплекте с конкретным LED-изделием – светильником, лентой, или же сразу встраивается в лампочку. Также драйвер используется, если мы выбираем очень мощные источники света с огромной яркостью.

Как подключить сопротивление к светодиоду

Расчет для мощного светодиода

В этом разделе будет представлена инструкция, как выбрать ограничитель на основании расчетов. Все нижеприведенные числа теоретические. Для получения точной информации о своих светодиодах изучите техническую документацию, предоставляемую производителем или поставщиком.

Как рассчитать резистор для светодиода? В качестве примера будет использован расчет сопротивления теоретического светодиода белого цвета, который необходимо подключить к источнику тока 12 В (обозначим его буквой U). Сопротивление токоограничивающего резистора будет обозначаться буквой R – наша искомая величина. Белые и голубые светодиоды обычно имеют напряжение питания 4 В, все остальные цвета – не более 2 В. Наш источник света будет иметь максимальную мощность U_max=3.8 В, и минимальную U_min=3.1 В.

Ни в коем случае не используйте для расчета значение максимальной мощности, т. к. это все равно заставит работать светодиод на пределе вне зависимости от наличия ограничительного резистора. Обязательно необходимо узнать ток самого LED, он измеряется в амперах и обозначается буквой I. Наше устройство будет иметь ток 50 мА, или же 0. 05 А. На этом сбор данных о LED заканчивается, их нужно подставить в простую формулу вида:

R = (U — U_min) / I

Проводим элементарное вычисление, в ходе которого выясняем, что:

R = (12 — 3.1) / 0.05 = 178 Ом.

Однако эта формула не дает нам конечного значения, т. к. не существует резисторов под каждое точно найденное число. Для поиска необходимого элемента нужно воспользоваться специальной таблицей, которая поможет подобрать резистор с максимально приближенным значением сопротивления. Для этого можно взглянуть на ниже представленные картинки. На них стрелочкой будет показан метод определения резистора, который нужно спросить у продавцов или поискать у себя.

Таблица подбора резистора с максимально приближенным значением сопротивления

Проанализировав таблицу, видим, что нам очень повезло – существует именно такой резистор для LED, который нам нужен.

Однако именно его выбирать не стоит. Существует такое понятие, как запас – лучше прибавьте к этому значению 10–15% для амортизации, мало ли что в электропроводке может произойти. Выполняем действие:

R = 178 + (178 × 0.15) ≈ 205 Ом.

Подберем необходимый вариант, снова просмотрев таблицу. Видим, что существует именно такой элемент. Его и следует использовать для ограничения подаваемого тока для светодиодов.

Расчет для светодиода с тремя кристаллами

Существуют светодиоды, где используется несколько кристаллов. В этом случае нужно рассчитать необходимое сопротивление с учетом того, что каждый кристалл имеет свой собственный ток. Если светодиод одноцветный, то в ранее указанной формуле значение I нужно умножить на количество включенных кристаллов (n). Все остальные значения оставим аналогичными. Получаем:

R = (U — U_min) / I × n

R = (12 — 3.1) / 0.05 × 3= 534 Ом.

Добавляем амортизацию 15% и получаем:

R = 534 + (534 × 0.15) ≈ 614 Ом.

Ближайшим расчетным значением в таблице является сопротивление резистора в 612 Ом – это наш выбор.

Если элемент использует несколько кристаллов с разными напряжениями, расчет гасящего резистора по формуле выполняется для каждого отдельно взятого кристалла. Для подключения светодиодов к сети каждый резистор должен подавать ток на тот кристалл, для которого он рассчитывался, то есть подключение будет разветвлено на три или более контакта. Количество резисторов должно равняться количеству светящихся элементов в самом светодиоде.

Ни в коем случае не подключайте RGB-светодиоды через один общий резистор – один кристаллик может сгореть, а второй даже не засветится, нужно подбирать каждый вариант отдельно.

Простая формула позволяет рассчитать реально необходимые значения и выполнить подбор реального сопротивления. Таким образом, получаем стабильно работающие источники света, которые имеют резистор гасящего сопротивления, рассчитанного с достаточным запасом амортизации для предохранения от перепадов в сети.

Нежелательно использовать значение сопротивления меньше рассчитанного, иначе смысл наличия ограничителя пропадает совершенно. Также не стоит использовать параллельное подключение самих элементов.

Подключение светодиода к 220 вольтам, схемы, примеры (видео, калькулятор)

При конструировании радиоаппаратуры часто встает вопрос о индикации питания. Век ламп накаливания для индикации уже давно прошел, современным и надежным радиоэлементом индикации на настоящий момент является светодиод. В данной статье будет предложена схема подключения светодиода к 220 вольтам, то есть рассмотрена возможность запитать светодиод от бытовой сети переменного тока — розетки, которая есть в любой благоустроенной квартире.
Если вам необходимо будет запитать несколько светодиодов одновременно, то об этом мы также упомянем в нашей статье. Фактически такие схемы применяются для светодиодных гирлянд или ламп, это немного другое. Фактически здесь необходимо реализовать так называемый драйвер для светодиодов. Итак, давайте не будем все валить в одну кучу. Попробуем разобраться по порядку.

Принцип понижения напряжения питания для светодиода

Для питания низковольтной нагрузки может быть выбрана два пути питания. Первый, это так скажем классический вариант, когда питание снижается за счет резистора. Второй, вариант, который часто используется для зарядных устройств, это гасящий конденсатор. В этом случае напряжение и ток идут словно импульсами, и эти самые импульсы и должны быть точно подобраны, дабы светодиод, нагрузка не сгорела. Здесь необходимо более детальный расчет чем с резистором. Третий вариант, это комбинированное питание, когда применяется и тот и другой способ понижения напряжения. Что же, теперь обо всех этих вариантах по порядку.

Схема подключения светодиода к напряжению 220 вольт (гасящий конденсатор)

Схема подключения светодиода к 220 вольтам на вид не сложная, принцип ее работы прост. Алгоритм следующий. При подаче напряжения начинает заряжаться конденсатор С1, при этом фактически с одной стороны он заряжается напрямую, а со второй через стабилитрон. Стабилитрон должен соответствовать напряжению свечения светодиода. Так в итоге полностью заряжается конденсатор. Далее приходит вторая полуволна, когда конденсатор начинает разряжаться. В этом случае напряжение также идет через стабилитрон, который теперь работает в своем штатном режиме и через светодиод. В итоге на светодиод в это время подается напряжение равное напряжению стабилизации стабилитрона. Здесь важно подобрать стабилитрон с тем же номиналом, что и светодиод.

Здесь все вроде как просто и теоретически реализуется нормально. Однако точные расчеты не столь просты. Ведь по сути надо рассчитать емкость конденсатора, который будет являться в данном случае гасящим. Делается это по формуле.

Прикинем: 3200*0,02/√(220*220-3*3)=0,29 мКФ. Вот какой должен быть конденсатор при напряжении для светодиода 3 вольта, а токе 0,02 А. Вы же можете подставить свои значения и рассчитать свой вариант.

Радиодетали для подключения светодиода к 220 вольтам

Мощность резистора может быть минимальной вполне подойдет 0.25 Вт (номинал на схеме в омах).
Конденсатор (емкость указана в микрофарадах) лучше подобрать с запасом, то есть с рабочим напряжением в 300 вольт.
Светодиод может быть любой, например с напряжением свечения от 2 вольт АЛ307 БМ или АЛ 307Б и до 5.5 воль — это КЛ101А или КЛ101Б.
Стабилитрон как мы уже упоминали должен соответствовать напряжению питания светодиода, так для 2 вольт это КС130Д1 или КС133А (напряжение стабилизации 3 и 3.3 вольта соответственно), а для 5.5 вольт КС156А или КС156Г

Такой способ имеет свои недостатки, так как при незначительном скачке напряжения или отклонении в работе конденсатора, можем получить напряжения куда более высокое нежели 3 вольта. Светодиод сгорит в один момент. Плюсом является экономичность схемы, так как она импульсная. Скажем так, не высокая надежность, но экономичность. Теперь о варианте комбинированном.

Схема подключения светодиода к напряжению 220 вольт (гасящий конденсатор + резистор)

Здесь все тоже самое, за исключением того, что в цепочку добавили резистор. В целом влияние резистора способно сделать всю схему более предсказуемое, более надежной. Здесь будет меньше импульсных токов с высоким напряжением. Это хорошо!

(…как и н на схеме выше использован гасящий конденсатор + резистор)

Все плюсы и минусы сродни варианту с гасящим конденсатором, но надежности здесь тоже нет. Даже более, того, использование диода, а не стабилитрона, скажется на защите светодиода при разрядке конденсатора. То есть весь ток потечет именно через светодиод, а не как в предыдущем случае через светодиод и стабилитрон. Вариант этот так себе. И вот последний случай, с применением резистора.

Схема подключения светодиода к напряжению 220 вольт (резистор)

Именно эти схемы мы вам рекомендуем к сборке. Здесь все по классическим принципам, закону Ома и формуле расчета мощности. Первое, рассчитаем сопротивление. При расчете сопротивления будет пренебрегать внутренним сопротивлением светодиода и падением напряжения на нем. В этом случае получим небольшой запас, так как фактическое падение напряжения на нем, позволит ему работать в режиме чуть более щадящем, нежели предписано характеристиками. Итак, скажем у нас ток светодиода 0,01 А и 3 вольта.

R=U/I=220/0,01=22000 Ом=22 кОм. В схеме же 15 кОм, то есть ток приняли 0,014666 А, что вполне допустимо. Вот так и рассчитываются резисторы для этих случаев. Единственное здесь все будет зависеть от того, сколько резисторов вы применяете. Если два как на первой схеме, то делим получившийся результат пополам.

Если один, то само собой все напряжение будет падать только на нем.

Ну, как и положено, скажем о плюсах и минусах. Плюс один и очень большой, схема очень надежная. Минус тоже один, то что все напряжение будет падать на 1-2 резисторе, а значит он будет рассеивать большую мощность. Давайте прикинем. P=U*I=220*0,02=4,4 Ватта. То есть аж 4 Ватта должен быть резистор, если ток будет 0,02 А. В этом случае стоит щепетильно подойти к выбору резистора, он должен быть не менее 3-4 Ватт. Ну и сами понимаете, что об экономичности в этом случае речи не идет, когда на резисторе рассеивается 4 Ватта, а светодиодом можно пренебречь. Фактически это почти как маленькая светодиодная лампа, а горит всего лишь 1 светодиод.

Подключение нескольких светодиодов к 220 вольтам

Когда вам необходимо подключить сразу несколько светодиодов, это несколько друга история. Фактически такие вариации схемы, еще вернее схемы стабилизатора для светодиодов называют драйвером. Видимо от слова drive (англ.) в движении. То есть вроде как схема запускающая в работу группу светодиодов. Не будем говорить о корректности применения данного слова и о новых словах, которые мы постоянно заимствуем из других языков. Скажем лишь, что это несколько иной вариант, а значит и разбирать его мы будем в другой нашей статье «Драйвер для светодиодов (светодиодной лампы)».

Видео о подключении светодиода к сети 220 вольт

А теперь тоже самое, но на видео, для тех кто видимо ленился читать;)

Итак, если хотите подключить светодиод надежно, но чуть с завышенными энергозатратами, то вам к сборке рекомендуется последних два варианта из статьи. Для всех ищущих приключений — первый вариант в самый раз!

Ну и напоследок калькулятор для тех, кто не в состоянии осилить подсчеты по формулам сам или лень;)

ФИЛЬТРЫ ВН

ГАРМОНИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР, РАЗРЯДНЫЕ И ДЕМПФИРУЮЩИЕ РЕЗИСТОРЫ

Спрос на более высокое качество электроэнергии и лучшую эффективность сети привел к все более широкому использованию статических компенсаторов VAR (SVC) и конденсаторных демпфирующих сетей с механической коммутацией (MSCDN) в высоковольтных трехфазных распределительных сетях по всему миру.

Многие из основных объектов ветроэнергетики расположены в удаленных местах, поэтому для эффективного перемещения энергии от этих объектов генерации в районы с высоким потреблением требуется использование хорошей конструкции передачи, включая использование фильтров гармоник, которые объединяют реактивный компонент (реакторы и конденсаторы) с резистором для обеспечения регулируемой реактивной мощности.

Фильтры гармоник

предназначены для пропускания сквозных токов с заданными частотами и отвода нежелательных гармонических токов в резистор, где они рассеиваются в виде тепла безопасным, контролируемым и надежным способом и, таким образом, удаляются из системы.

Катушки индуктивности и конденсаторы выбраны и согласованы для достижения этого в диапазоне рабочих частот, почти во всех случаях предпочтительно, чтобы резистор имел низкую индуктивность (относительно сопротивления), чтобы значение сопротивления оставалось постоянным и чтобы распределение напряжение через резистор линейно и может быть определено.

Разрядные резисторы

используются в качестве предохранительных устройств для снижения риска внезапных, неожиданных и опасных разрядов конденсаторов и катушек индуктивности, которые оказались изолированными от своих сетей.

В отличие от демпфирующих и фильтрующих резисторов, которые могут работать в течение продолжительных периодов времени, разрядные резисторы должны выдерживать высокие пиковые токи и поглощать большую энергию за очень короткие периоды времени, для этого они должны выдерживать механические и магнитные силы броска тока. тока, имейте достаточно материала активного резистора, чтобы поглощать энергию и иметь возможность быстро охлаждаться для потенциально повторяющихся операций.

Cressall предлагает ряд технологий, отвечающих уникальным требованиям этих приложений, в сочетании со знаниями, накопленными за 30 лет работы с некоторыми мировыми лидерами в области передачи электроэнергии и управления качеством электроэнергии.

Элементы резистора с расширенной сеткой с низкой индуктивностью используются для облегчения согласования с конденсаторами и катушками индуктивности.

Фильтрующие резисторы

также являются важным компонентом преобразовательных станций HVDC, где они действуют как часть фильтров гармоник, используемых для рассеивания нежелательных гармоник, создаваемых твердотельными преобразователями.

УСТАНОВКИ ФИЛЬТРА CRESSALL ПО ВСЕМУ МИРУ

Предварительно вставляемый резистор

Cressall готовится к работе с RIV (напряжение радиопомех) и проходит импульсное тестирование. Резистор прошел испытание RIV при 275 кВ и сквозное импульсное испытание при 475 кВ

Узлы резисторов мощностью 600 кВт с естественным охлаждением производятся в Великобритании на заводе Cressall. Эти резисторы, которые практически не требуют обслуживания, будут поставлены в рамках новой серии компенсационных проектов, устанавливаемых в Великобритании.Проект разработан для повышения эффективности и способности передачи электроэнергии в сети передачи.

Наши резисторы для фильтров гармоник созданы, чтобы выдерживать экстремальные погодные условия, от жары пустыни до самых суровых канадских зим.

ИСПОЛЬЗУЙТЕ КОНТАКТНУЮ ФОРМУ НИЖЕ ДЛЯ БЫСТРОГО ОТВЕТА НА ЗАПРОС ФИЛЬТРА

БУДЬТЕ НА СВЯЗИ С CRESSALL

Заявка на патент США для АКТИВНОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ ДЛЯ ДИММЕРНОГО ДРАЙВЕРА ДЛЯ ОСВЕТИТЕЛЯ Заявка на патент (Заявка № 20140203721 от 24 июля 2014 г.)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом направлено на блок освещения и привод для блока освещения.Более конкретно, различные способы и устройства, раскрытые в данном документе, относятся к устройству и способу для обеспечения демпфирования высоких уровней тока, генерируемых в драйвере для осветительного блока.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Устройства освещения на основе полупроводниковых источников света, таких как светодиоды (LED), представляют собой жизнеспособную альтернативу традиционным люминесцентным лампам, лампам HID и лампам накаливания. Функциональные преимущества и преимущества светодиодов включают высокое преобразование энергии и оптическую эффективность, долговечность, низкие эксплуатационные расходы и многие другие.Последние достижения в области светодиодных технологий позволили создать эффективные и надежные осветительные приборы полного спектра, которые позволяют создавать различные световые эффекты во многих приложениях. Некоторые осветительные устройства имеют один или несколько источников света, включая один или несколько светодиодов, способных воспроизводить разные цвета, например красный, зеленый и синий, а также процессор для независимого управления выходом светодиодов для создания различных цветов и световых эффектов с изменением цвета.

Во многих осветительных приборах используются диммеры.Обычные диммеры хорошо работают с лампами накаливания (ламповыми и галогенными). Однако проблемы возникают с другими типами электронных источников света, такими как компактные люминесцентные лампы (CR), галогенные лампы низкого напряжения, использующие электронные трансформаторы, и лампы твердотельного освещения (SSL), такие как светодиоды и OLED. Обычные диммеры обычно отсекают часть каждой формы волны входного сигнала сетевого напряжения и передают остальную форму волны источнику освещения. Диммер переменного тока (симистор) с передним фронтом или триодом — это широко используемый тип диммера, который отличается простой схемотехникой и низкой стоимостью.

Поскольку светодиоды и другие источники света «следующего поколения» заменяют традиционные люминесцентные лампы, лампы HID и лампы накаливания в различных приложениях, существует желание обеспечить многие из тех же функций, что и традиционные источники света, в том числе, в частности, возможность диммирования.

Сигналы, выдаваемые некоторыми схемами диммирования, могут вызвать большой бросок тока или всплеск тока, который протекает через диммер и выпрямитель драйвера, который управляет светодиодами, что может вызвать повреждение.В частности, когда к одному диммеру подключено множество осветительных приборов и драйверов, общий пусковой ток может повредить диммер. В еще более серьезном случае настенный выключатель может сработать из-за сильного тока, когда к одному выключателю подключено множество осветительных приборов и драйверов. Одно из решений этой проблемы включает использование демпфирующего резистора для демпфирования тока в драйвере и тем самым предотвращения его превышения желаемого порога.

Тем не менее, мощность, потребляемая током, протекающим через демпфирующий резистор, теряется в мощности, которая не генерирует свет и, следовательно, снижает эффективность работы осветительного устройства, особенно в те времена, когда источник света не затемняется и когда происходит скачок тока. не происходит.Более того, эта проблема усугубляется, поскольку эти источники света «следующего поколения», такие как источники света СИД, работают с более высокими уровнями мощности и, следовательно, повышенными уровнями тока.

Таким образом, в данной области техники существует потребность в создании драйвера для источника освещения, который может гасить опасные высокие уровни тока при сохранении приемлемой энергоэффективности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее раскрытие направлено на драйвер для осветительного блока. Например, настоящее раскрытие описывает драйвер с регулируемой яркостью для осветительного блока, такого как светодиодный осветительный блок, который снабжен демпфирующим элементом для гашения тока в драйвере в течение периодов времени, когда ток превышает пороговое значение (например,g., в результате всплесков тока, генерируемых при операции уменьшения силы света), и который также включает обходной путь для обхода демпфирующего элемента в периоды времени, когда ток не превышает порогового значения.

Обычно в одном аспекте устройство содержит: по меньшей мере, один источник света; выпрямитель для приема выборочно модифицированного синусоидального сигнала, в котором выбираемая начальная или конечная часть каждого цикла синусоидального сигнала по существу удалена, и для вывода выпрямленного напряжения; преобразователь постоянного тока в постоянный для адаптации выходного напряжения выпрямителя для управления по меньшей мере одним источником света; и демпфирующий контур.Демпфирующая схема содержит: демпфирующий элемент для ослабления токового выхода выпрямителя в преобразователь постоянного тока в ответ на выборочно измененный синусоидальный сигнал, переключатель, расположенный параллельно демпфирующему элементу, детектор для определения токового выхода выпрямителя, и блок управления для управления выключением переключателя, когда обнаруженный ток превышает пороговое значение, и для управления включением переключателя и обхода демпфирующего элемента, когда обнаруженный ток меньше порогового значения.

В одном варианте осуществления детектор представляет собой резистор, включенный последовательно с токовым выходом выпрямителя.

В одном варианте осуществления блок управления содержит транзистор, смещение которого регулируется током через резистор, причем транзистор имеет выход, который реагирует на смещение, так что транзистор вызывает выключение переключателя, когда обнаруженный ток превышает пороговое значение. и для управления включением переключателя и обхода демпфирующего элемента, когда обнаруженный ток меньше порогового значения.

Как правило, в другом аспекте предусмотрена схема для устройства, сконфигурированного для преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока для управления по меньшей мере одним источником света. Схема включает в себя демпфирующий элемент, сконфигурированный для гашения тока в устройстве в течение периодов времени, когда ток превышает пороговое значение, и обходной путь для обхода демпфирующего элемента в течение периодов времени, когда ток не превышает порогового значения.

В одном варианте осуществления обходной путь содержит переключатель, расположенный параллельно демпфирующему элементу.

В одном варианте осуществления схема дополнительно включает в себя: детектор для определения тока; и схему управления для управления выключением переключателя, когда обнаруженный ток превышает пороговое значение, и для управления включением переключателя и обхода демпфирующего элемента, когда обнаруженный ток меньше порогового значения.

Согласно одной дополнительной особенности этого варианта осуществления, детектор включает в себя резистор.

В соответствии с другой необязательной особенностью этого варианта осуществления, схема управления содержит транзистор, смещение которого регулируется током через резистор, причем транзистор имеет выход, который реагирует на смещение, так что транзистор вызывает выключение переключателя, когда обнаруженный ток превышает пороговое значение, а также для управления включением переключателя и обхода демпфирующего элемента, когда обнаруженный ток меньше порогового значения.

Как правило, в еще одном аспекте предоставляется способ управления по меньшей мере одним источником света. Способ включает в себя: определение того, превышает ли ток в устройстве, сконфигурированном для преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока для возбуждения, по меньшей мере, одного источника света пороговое значение; когда ток превышает порог, гашение тока демпфирующим элементом; и когда ток не превышает порогового значения, обход демпфирующего элемента, чтобы демпфирующий элемент не гасил ток.

В одном варианте осуществления способ также включает: прием синусоидального сигнала; в ответ на напряжение питания переменного тока и пользовательский ввод, выборочное изменение синусоидального сигнала для существенного удаления, по меньшей мере, одной из передней или задней части каждого цикла синусоидального сигнала; и вывод выпрямленного напряжения в ответ на сигнал переменного тока в ответ на выборочно измененный синусоидальный сигнал.

Согласно одной дополнительной особенности этого варианта осуществления, способ также включает в себя демпфирование тока в течение части каждого цикла выборочно измененного синусоидального сигнала; и обход демпфирующего элемента в течение оставшейся части каждого цикла выборочно измененного синусоидального сигнала.

Согласно другому необязательному признаку этого варианта осуществления, способ также включает в себя обход демпфирующего элемента, содержащий включение переключателя параллельно через демпфирующий элемент.

Используемый здесь для целей настоящего раскрытия термин «светодиод» следует понимать как включающий любой электролюминесцентный диод или другой тип системы на основе инжекции носителей / перехода, которая способна генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин LED включает в себя, но не ограничивается ими, различные структуры на основе полупроводников, которые излучают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (OLED), электролюминесцентные полосы и т.п.В частности, термин LED относится к светоизлучающим диодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть сконфигурированы для генерации излучения в одном или нескольких из инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и различных частей видимого диапазона. спектр (обычно включая длины волн излучения от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Например, одна реализация светодиода, сконфигурированного для генерации, по существу, белого света (например, белого светодиода), может включать в себя ряд матриц, которые соответственно излучают разные спектры электролюминесценции, которые в комбинации смешиваются, образуя, по существу, белый свет.В другой реализации светодиод белого света может быть связан с люминофорным материалом, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в другой второй спектр. В одном примере этой реализации электролюминесценция с относительно короткой длиной волны и узким спектром полосы пропускания «накачивает» люминофорный материал, который, в свою очередь, излучает более длинноволновое излучение с несколько более широким спектром.

Также следует понимать, что термин светодиод не ограничивает физический и / или электрический тип корпуса светодиода.Например, как обсуждалось выше, светодиод может относиться к одному светоизлучающему устройству, имеющему несколько матриц, которые сконфигурированы для соответственно испускания различных спектров излучения (например, которые могут или не могут быть индивидуально управляемыми).

Термин «источник света» следует понимать как относящийся к любому одному или нескольким из множества источников излучения, включая, помимо прочего, источники на основе светодиодов (включая один или несколько светодиодов, как определено выше), источники накаливания ( например, лампы накаливания, галогенные лампы), люминесцентные источники, фосфоресцентные источники, источники разряда высокой интенсивности (например,g., пары натрия, пары ртути и металлогалогенные лампы), лазеры, другие типы электролюминесцентных источников, пиро-люминесцентные источники (например, пламя), свечные люминесцентные источники (например, газовые мантии, источники излучения угольной дуги), фото -люминесцентные источники (например, источники газового разряда), катодолюминесцентные источники с использованием электронного насыщения, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, кинолюминесцентные источники, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры .

Данный источник света может быть сконфигурирован для генерации электромагнитного излучения в пределах видимого спектра, вне видимого спектра или их комбинации. Следовательно, термины «свет» и «излучение» используются здесь взаимозаменяемо. Кроме того, источник света может включать в себя в качестве интегрального компонента один или несколько фильтров (например, цветных фильтров), линзы или другие оптические компоненты. Также следует понимать, что источники света могут быть сконфигурированы для множества приложений, включая, но не ограничиваясь этим, индикацию, отображение и / или освещение.«Источник освещения» — это источник света, который, в частности, сконфигурирован для генерации излучения, имеющего достаточную интенсивность, чтобы эффективно освещать внутреннее или внешнее пространство. В этом контексте «достаточная интенсивность» относится к достаточной мощности излучения в видимом спектре, генерируемой в пространстве или окружающей среде (единица «люмены» часто используется для представления общего светового потока от источника света во всех направлениях с точки зрения излучения мощность или «световой поток») для обеспечения окружающего освещения (т.е.е. свет, который может восприниматься косвенно и который может, например, отражаться от одной или более из множества промежуточных поверхностей, прежде чем будет воспринят полностью или частично).

Термин «осветительный блок» используется здесь для обозначения устройства, включающего в себя один или несколько источников света одного или разных типов. Данный осветительный блок может иметь любое из множества монтажных приспособлений для источника (ов) света, компоновки и формы кожуха / корпуса и / или конфигурации электрических и механических соединений.Кроме того, данный осветительный блок необязательно может быть связан (например, включать, соединяться и / или упаковываться вместе) с различными другими компонентами (например, схемой управления), относящимися к работе источника (источников) света. «Блок освещения на основе СИД» относится к блоку освещения, который включает в себя один или несколько источников света на основе СИД, как описано выше, отдельно или в комбинации с другими источниками света, не основанными на СИД.

Следует принимать во внимание, что все комбинации вышеупомянутых концепций и дополнительных концепций, обсуждаемых более подробно ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимно несовместимыми), рассматриваются как часть раскрытого здесь предмета изобретения.В частности, все комбинации заявленного предмета изобретения, появляющиеся в конце этого раскрытия, рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого в данном документе. Также следует принимать во внимание, что терминология, явно используемая здесь, которая также может появляться в любом раскрытии, включенном посредством ссылки, должна иметь значение, наиболее совместимое с конкретными концепциями, раскрытыми в данном документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах одинаковые ссылочные позиции обычно относятся к одним и тем же частям на разных видах.Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого акцент обычно делается на иллюстрации принципов изобретения.

РИС. 1A-B показаны сигналы, относящиеся к работе регулятора освещения передней кромки.

РИС. 2 показывает функциональную блок-схему одного варианта осуществления осветительного блока, имеющего драйвер.

РИС. 3 показывает блок-схему одного варианта осуществления схемы активного демпфирования для драйвера осветительного блока.

РИС. 4 показывает схематическую диаграмму одного варианта осуществления схемы демпфирования для драйвера осветительного блока.

РИС. 5 показывает схематическую диаграмму одного варианта осуществления осветительного блока.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Заявители признали и оценили, что было бы полезно предоставить драйвер для источника света, такого как светодиодный источник света, который может гасить большой ток, который может быть произведен схемой диммирования, при этом позволяя более высокое рабочий КПД, чем если бы на пути тока всегда присутствовал простой демпфирующий резистор. Ввиду вышеизложенного, различные варианты осуществления и реализации настоящего изобретения направлены на драйвер блока освещения, такого как блок освещения на основе светодиодов, который снабжен демпфирующим элементом для гашения тока в драйвере в течение периодов времени. когда ток превышает пороговое значение (например,g., в результате всплесков тока, генерируемых при операции уменьшения силы света), и который также включает обходной путь для обхода демпфирующего элемента в периоды времени, когда ток не превышает порогового значения.

РИС. Фиг.1A и 1B иллюстрируют работу регулятора яркости по передней кромке (также иногда называемого схемой регулирования яркости) для источника света. ИНЖИР. 1A показан синусоидальный сигнал (например, 60 Гц), который может быть обеспечен от стандартных линий электропередачи, подключенных к электросети. Чтобы уменьшить яркость источника света, питаемого от этих линий электропередач, между линиями электропередачи и источником света может быть установлен регулятор света на передней кромке.ИНЖИР. 1B показан выходной сигнал, обеспечиваемый диммером передней кромки света. В ответ на пользовательское управление (например, поворотную ручку или ползунковое управление) регулятор освещенности передней кромки выборочно изменяет синусоидальный сигнал, чтобы по существу удалить выбираемую ведущую часть или сегмент Δ каждого цикла или периода T синусоиды, так что напряжение практически равно нулю в течение сегмента Δ. Поскольку пользовательское управление настроено на приглушение света, сегмент Δ, на котором напряжение практически равно нулю, становится длиннее.И наоборот, когда пользовательское управление настраивается так, чтобы свет становился ярче, сегмент Δ, на котором напряжение практически равно нулю, становится короче. Например, когда уменьшение яркости не требуется, сегмент Δ может быть исключен. В дополнение к диммерам передней кромки света также известны диммеры задней кромки, которые выборочно модифицируют синусоидальный сигнал для существенного удаления выбираемой задней части или сегмента каждого цикла или периода синусоиды.

Между тем, твердотельные осветительные приборы (например.g., осветительные блоки на основе светодиодов) обычно включают в себя драйвер для подачи надлежащего напряжения и тока на источник (и) света.

Когда модифицированная синусоида на фиг. 1B, приложенный к такому драйверу, большой пусковой ток возникает в конце сегмента Δ, где напряжение быстро увеличивается от нуля (или почти до нуля) до «нормального» напряжения синусоидальной волны из-за конденсатора на выходе выпрямительная схема в драйвере. Чтобы предотвратить перегрузку по току, нарушающую работу драйвера, который должен использоваться в режиме регулирования яркости по переднему фронту, в драйвер может быть включена схема демпфирования.В одном примере во входной цепи можно последовательно подключить резистор (например, 200 Ом) для управления пиковым током, который прикладывается к драйверу в таком случае.

Однако, поскольку твердотельные (например, светодиодные) осветительные устройства работают на более высоких уровнях мощности, такой подход пассивного гашения тока приводит к нежелательным последствиям. Например, в осветительном блоке на основе светодиодов большой мощности, мощность которого превышает 20 Вт, среднеквадратичный (RMS) входной ток может составлять 0,2 ампера, и поэтому демпфирующий резистор, как описано выше, вызовет потерю мощности в размере (0.2 A) ² * 200 Ом = 8 Вт. 8 Вт потери мощности в 20-ваттном осветительном блоке — это нежелательно много.

Таким образом, существует потребность в решении, которое могло бы уменьшить эту потерю мощности, при этом обеспечивая защиту от больших пиковых токов, например, пусковых токов, которые могут возникнуть при работе с передним светорегулятором.

РИС. 2 показывает функциональную блок-схему одного варианта осуществления осветительного блока , 200, , имеющего драйвер , 230, . Осветительный блок , 200, получает питание переменного тока от источника переменного тока , 210, и включает в себя регулятор яркости , 220, и один или несколько источников света (например.г., светодиодные источники света) 240 . Драйвер 230 включает в себя выпрямитель (например, выпрямительный мост) 232 , схему сброса 234 , схему демпфирования (например, активную схему демпфирования) 236 и преобразователь постоянного / постоянного тока 238 . В некоторых вариантах осуществления, регулятор света , 220, может быть регулятором освещенности передней кромки или регулятором задней кромки света. В некоторых вариантах осуществления может отсутствовать регулятор яркости 220 .

Во время работы драйвер 230 преобразует сигнал переменного тока, полученный от источника переменного тока 210 (например.g., через регулятор яркости 220 ) на сигнал постоянного тока для возбуждения одного или нескольких источников света 240 .

Выгодно, как более подробно описано ниже, схема демпфирования , 236 обеспечивает функцию демпфирования, которая адаптирована для реакции на входной ток, так что время от времени, когда входной ток превышает установленный порог, функция демпфирования включается. для демпфирования большого входного тока, но когда входной ток меньше установленного порога, функция демпфирования отключается и потери мощности, вызванные демпфированием, уменьшаются или устраняются.

РИС. Фиг.3 показывает блок-схему одного варианта осуществления схемы , 300, демпфирования для возбудителя осветительного блока (например, вариант осуществления схемы амортизатора 236 привода 230 осветительного блока 200 ). Схема демпфирования , 300, включает в себя детектор (например, детектор тока) 310 , блок питания или источник 320 , блок управления 330 , переключатель 340 и демпфирующий элемент 350 .

Во время работы детектор 310 обнаруживает ток в драйвере (например, в драйвере 230 осветительного блока 200 ), который включает в себя схему демпфирования 300 . В ответ на обнаруженный ток блок управления 330 , который питается от источника питания или источника 320 , управляет переключателем 340 , чтобы он был открыт или закрыт. Когда входной ток невелик (т.е. меньше порога, установленного блоком управления 330 совместно с детектором 310 ), тогда детектор 310 заставляет блок управления 330 замкнуть переключатель 340 , который расположен параллельно с демпфирующим элементом 350 , тем самым обеспечивая обходной путь для входного тока для обхода демпфирующего элемента 350 .В результате демпфирующий элемент , 350, не вызывает больших потерь мощности в периоды, когда входной ток невелик — например, когда нет уменьшения яркости источника света и на драйвер подается нормальная синусоидальная волна. Однако иногда, когда входной ток превышает порог, установленный блоком управления 330 совместно с детектором 310 , например, в случае большого пускового тока, вызванного конденсатором в преобразователе постоянного / постоянного тока 238 из ИНЖИР.2 при работе в режиме затемнения света детектор 310 заставляет блок управления 330 размыкать переключатель 340 , в результате чего входной ток течет через демпфирующий элемент , 350, , чтобы гасить большой входной ток.

РИС. 4 показывает схематическую диаграмму одного варианта осуществления схемы , 400, демпфирования для возбудителя осветительного блока (например, вариант осуществления возбудителя 230 осветительного блока 200 ). Схема демпфирования , 400, включает детектор (например,g., датчик тока) 410 , блок питания или источник 420 , блок управления 430 , переключатель 440 и демпфирующий элемент 450 .

В демпфирующей цепи 400 , детектор 410 — резистор, блок управления 430 содержит транзистор Q2, переключатель 440 — металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) и демпфирующий элемент 450 — резистор. Источник питания 420 включает R3, R5, R6, R41, D9, C6 и Q1 и обеспечивает энергию, которую можно использовать для включения и выключения переключателя 440 .В демпфирующей схеме , 400, входной ток протекает через детектор , 410, , тем самым создавая напряжение на переходе база-эмиттер транзистора Q2 в схеме управления , 430, . То есть смещение транзистора Q2 управляется детектором тока через детектор (например, резистор) 410 . По мере увеличения входного тока при некотором значении на детекторе , 410, создается достаточное напряжение, чтобы включить транзистор Q2 и тем самым заставить блок управления 430 выключить переключатель 440 , так что весь входной ток будет просто проходить через демпфирующий элемент 450 .Таким образом, путем правильного выбора значения сопротивления в детекторе , 410, в сочетании со схемой управления , 430, , можно установить желаемый порог входного тока для включения и выключения переключателя , 440, .

Во время работы, когда нет большого пускового входного тока, Q2 остается выключенным, а переключатель 440 остается включенным, чтобы обойти демпфирующий элемент 450 . Однако, когда возникает большой пиковый входной ток, например, в случае большого пускового тока, вызванного конденсатором C2 (см. Фиг.5) в преобразователе постоянного тока 238 на фиг. 2 при работе в режиме затемнения, тогда напряжение на детекторе , 410, увеличивается, чтобы выключить Q2, который выключает переключатель 440 , так что входной ток должен проходить через демпфирующий элемент 450 , чтобы тем самым гасить вход. Текущий. В частности, когда нет операции затемнения света, большого входного тока обычно избегают, и демпфирующий элемент , 450, остается в обходе. Когда активизируется операция затемнения света, и выборочно изменяемый синусоидальный сигнал (см. Фиг.1B) применяется к драйверу, включающему в себя схему демпфирования , 400, , затем ток демпфируется демпфирующим элементом 450 в течение части каждого цикла или периода выборочно измененного синусоидального сигнала, когда ток резко увеличивается (например, около конца сегмента Δ), а демпфирующий элемент , 450, блокируется переключателем , 440, в течение оставшейся части каждого цикла или периода выборочно измененного синусоидального сигнала, когда ток не такой большой.

Это снижает потери мощности, вызванные схемой демпфирования , 400, , тем самым повышая эффективность блока управления и освещения, который включает в себя схему демпфирования , 400, , по сравнению с аналогичным устройством, в котором используется пассивная схема демпфирования только с резистором.

РИС. 5 показывает схематическую диаграмму одного варианта осуществления осветительного блока , 500, , например, варианта осуществления осветительного блока , 200, по фиг. 2. Осветительный блок 500 принимает мощность переменного тока от источника переменного тока 510 и включает в себя регулятор яркости 520 , драйвер, один или несколько источников света (например, источники света на основе светодиодов) 540 и Схема защиты от перегрева 550 . Драйвер для осветительного блока 500 включает выпрямитель (например.g., выпрямительный мост) 532 , цепь сброса 534 , демпфирующая цепь 536 и преобразователь постоянного / постоянного тока 538 . В некоторых вариантах осуществления может отсутствовать регулятор яркости 520 .

В осветительном блоке 500 драйвер такой же, как драйвер 400 на фиг. 4. Примечательно, что демпфирующий элемент , 450, (например, резистор) включен последовательно с токовым выходом выпрямителя 532 и может гасить большой пиковый или переходный ток в драйвере, чтобы предотвратить повреждение компонента.Работа осветительного блока , 500, аналогична работе осветительного блока , 200, , описанного выше, и поэтому его подробное описание будет опущено.

Хотя здесь были описаны и проиллюстрированы несколько вариантов осуществления изобретения, специалисты в данной области техники легко смогут представить себе множество других средств и / или структур для выполнения функции и / или получения результатов и / или одного или нескольких преимущества, описанные в данном документе, и считается, что каждый из таких вариантов и / или модификаций находится в пределах объема вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе.В более общем плане, специалисты в данной области техники легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные здесь, предназначены для примера, и что фактические параметры, размеры, материалы и / или конфигурации будут зависеть от конкретного приложения или приложений. для которых используются / используются идеи изобретения. Специалисты в данной области поймут или смогут установить, используя не более чем рутинное экспериментирование, многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе.Следовательно, следует понимать, что вышеупомянутые варианты осуществления представлены только в качестве примера и что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов варианты осуществления изобретения могут быть реализованы иначе, чем конкретно описано и заявлено. Изобретательские варианты осуществления настоящего раскрытия направлены на каждую отдельную особенность, систему, изделие, материал, набор и / или способ, описанные в данном документе. Кроме того, в изобретательский объем настоящего раскрытия.

Все определения, как они определены и используются в данном документе, следует понимать как контроль над определениями словаря, определениями в документах, включенных посредством ссылки, и / или обычными значениями определенных терминов. Неопределенные артикли «а» и «an», используемые здесь в описании и формуле изобретения, если явно не указано иное, следует понимать как означающие «по меньшей мере один». Также следует понимать, что, если явно не указано иное, в любых заявленных здесь способах, которые включают более одного шага или действия, порядок шагов или действий способа не обязательно ограничивается порядком, в котором шаги или акты метода декламируются.

Любые ссылочные номера или другие символы, появляющиеся в скобках в формуле изобретения, предоставлены просто для удобства и никоим образом не предназначены для ограничения формулы.

В формуле изобретения, а также в описании выше все переходные фразы, такие как «содержащий», «включая», «несущий», «имеющий», «содержащий», «вовлекающий», «удерживающий», «состоящий из , »И т.п. следует понимать как неограниченные, то есть означающие« включая », но не ограничиваясь ими. Только переходные фразы «состоящий из» и «состоящий по существу из» должны быть закрытыми или полузакрытыми переходными фразами соответственно.

Основы

: Подбор резисторов для светодиодов

Итак … вы просто хотите зажечь светодиод. Какой резистор использовать?

Может быть, вы знаете ответ, или, может быть, все уже считают, что вы должны знать, как добраться до ответа. В любом случае, это вопрос, который вызывает больше вопросов, прежде чем вы действительно сможете получить ответ: какой тип светодиода вы используете? Какой блок питания? Батарея? Плагин? Часть более крупной схемы? Ряд? Параллельно?

Предполагается, что играть со светодиодами — это весело, и выяснение ответов на эти вопросы на самом деле является частью удовольствия.Есть простая формула, которую вы используете для выяснения этого — закон Ома. Эта формула: В = I × R , где В, — напряжение, I — ток, а R — сопротивление. Но как узнать, какие числа использовать в этой формуле, чтобы получить правильное значение резистора?

Чтобы получить В в нашей формуле, нам нужно знать две вещи: напряжение нашего источника питания и напряжение наших светодиодов.

Начнем с конкретного примера.Предположим, что мы используем держатель батареек 2 × AA (например, этот из нашего магазина), который обеспечит нас питанием 3 В (с двумя последовательно соединенными элементами AA 1,5 В; мы складываем напряжения), и мы планирую подключить желтый светодиод (как один из этих).

Светодиоды

имеют характеристику, называемую «прямым напряжением», которая часто обозначается в технических данных как Vf. Это прямое напряжение представляет собой величину напряжения, «потерянного» в светодиоде при работе с определенным опорным током, обычно определяемым как около 20 миллиампер (мА), т.е.е., 0,020 ампер (А). Vf зависит в первую очередь от цвета светодиода, но на самом деле немного отличается от светодиода к светодиоду, иногда даже в пределах одного пакета светодиодов. Стандартные красные, оранжевые, желтые и желто-зеленые светодиоды имеют Vf около 1,8 В, в то время как чисто зеленые, синие, белые и УФ-светодиоды имеют Vf около 3,3 В. Таким образом, падение напряжения на нашем желтом светодиоде будет около 1,8 В.

В в нашей формуле находится путем вычитания прямого напряжения светодиода из напряжения источника питания.

3 В (источник питания) — 1.8 В (падение напряжения на светодиодах) = 1,2 В

В этом случае у нас осталось 1,2 В, которые мы подключим к нашей формуле V = I × R .

Следующее, что нам нужно знать, это I , ток, на котором мы хотим управлять светодиодом. Светодиоды имеют максимальный номинальный непрерывный ток (часто обозначается как If или Imax в таблицах данных). Часто это около 25 или 30 мА. На самом деле это означает, что типичное значение тока, к которому нужно стремиться со стандартным светодиодом, составляет от 20 мА до 25 мА, что немного ниже максимального тока.

Вдобавок: Всегда можно дать светодиоду меньше тока . Работа светодиода, близкая к номинальному максимальному току, дает вам максимальную яркость за счет рассеиваемой мощности (тепла) и срока службы батареи (если, конечно, у вас разряжаются батареи). Если вы хотите, чтобы ваши батареи прослужили в десять раз дольше, обычно вы можете просто выбрать ток, который составляет лишь одну десятую номинального максимального тока.

Итак, 25 мА — это «желаемый» ток — то, что мы надеемся получить, когда выбираем резистор, а также I , который мы подключим к нашей формуле V = I × R .

1,2 В = 25 мА × R

или перефразируя:

1,2 В / 25 мА = R

и когда мы решаем это, получаем:

1,2 В / 25 мА = 1,2 В / 0,025 А = 48 Ом

Где «48 Ом» — 48 Ом. (Единицы измерения таковы, что 1 В / 1 А = 1 Ом; один вольт, разделенный на один ампер, равен одному ому. Если вы имеете дело с током в мА, преобразуйте его в А, разделив на 1000.)

Наша версия формулы теперь выглядит так:

(напряжение источника питания — напряжение светодиода) / ток (в амперах) = требуемое значение резистора (в омах)

Получаем сопротивление резистора 48 Ом.И это хорошее значение пускового резистора для использования с желтым светодиодом и источником 3 В.

Давайте на мгновение посмотрим на номиналы резисторов. Резисторы обычно доступны в таких номиналах, как 10 Ом, 12 Ом, 15 Ом, 18 Ом, 22 Ом, 27 Ом, 33 Ом, 39 Ом, 47 Ом, 51 Ом, 56 Ом, 68 Ом, 75 Ом и 82 Ом. (и их кратные 510 Ом, 5,1 кОм, 51 кОм и т. д.), и (если вы не укажете более высокую точность при совершении покупок) имеют значение допуска около ± 5%.

Если вы занимаетесь большим количеством проектов в области электроники, у вас, скорее всего, будет валяться куча резисторов.Если вы только начинаете, возможно, вам захочется приобрести ассортимент, чтобы было что-нибудь под рукой. Резисторы также рассчитаны на работу с различной мощностью — резисторы, рассчитанные на большую мощность (больше ватт), могут безопасно рассеивать больше тепла, выделяемого внутри резистора. Резисторы на 1/4 ватта, вероятно, являются наиболее распространенными и обычно подходят для простых светодиодных схем, подобных тем, которые мы здесь рассматриваем. (Мы уже обсуждали рассеяние мощности ранее — обратите внимание на это, когда вы начнете выходить за рамки этих основ.)

Итак, значение резистора, которое мы вычислили выше, было 48 Ом, что не является одним из наших обычных значений. Но это нормально, потому что мы будем использовать резистор с допуском ± 5%, так что в любом случае это значение не обязательно будет точно таким же. На всякий случай мы обычно выбираем следующее более высокое значение, которое у нас есть; 51 Ом в этом примере.

Давайте подключим:
батарейный блок на 3 В, резистор 51 Ом и желтый светодиод.

Это небольшая симпатичная светодиодная схема, но как мы можем сделать это с помощью большего количества светодиодов? Можем ли мы просто добавить еще один резистор и еще один светодиод? Ну да, в точку.Каждому светодиоду потребуется 25 мА, поэтому нам нужно выяснить, какой ток могут отдавать наши батареи.

Помимо : Немного покопавшись, можно найти полезный технический справочник (pdf) по щелочным батареям от Energizer. Оказывается, чем сильнее вы их водите, тем быстрее вы их истощаете. Часть этого очевидна: если вы постоянно потребляете 1000 мА из батареи, вы ожидаете, что батарея прослужит 1/10 того времени, как если бы вы потребляли 100 мА. Но на самом деле есть второй эффект, заключающийся в том, что общая выходная энергия батареи (измеряемая в ватт-часах) уменьшается, когда вы приближаетесь к пределу того, какой ток может выдавать батарея.На практике, с щелочными батареями AA, если вы разрядите их при токе 1000 мА, они прослужат только около 1/20 того времени, как если бы вы разрядили их при 100 мА.

Для нашего одиночного светодиода 25 мА элементы AA прослужат чертовски долго. Если мы запустим четыре светодиода параллельно, потребляя 100 мА, мы все равно получим довольно приличное время автономной работы. Если ток превышает 500 мА, следует подумать о подключении к розетке. Итак, мы можем добавить несколько наших желтых светодиодов, каждый с собственным резистором 51 Ом, и успешно управлять ими с помощью держателя батареи 2xAA.

Хорошо, а как насчет батареи на 9 В? Давайте остановимся на желтых светодиодах. Если мы хотим отключить один светодиод от батареи 9 В, это означает, что мы должны потреблять колоссальные 7,2 В с нашим резистором, который должен составлять 288 Ом (или ближайшее удобное значение: 330 Ом, в моей мастерской). .

9 В (питание) — 1,8 В (желтый светодиод) = 7,2 В

7,2 В / 25 мА = 288 Ом (округлить до 330 Ом)

Использование резистора для падения напряжения любого размера рассеивает эту энергию в виде тепла.Это означает, что мы просто тратим эту энергию на тепло, вместо того, чтобы получать больше света от нашей светодиодной схемы. Итак, можем ли мы использовать несколько светодиодов, соединенных вместе? Да! Давайте соединим четыре светодиода 1,8 В последовательно, в сумме получим 7,2 В. Когда мы вычтем это из напряжения питания 9 В, у нас останется 1,8 В, для чего потребуется только резистор 72 Ом (или ближайшее значение. : 75 Ом).

9 В — (1,8 В × 4) = 9 В — 7,2 В = 1,8 В

1,8 В / 25 мА = 72 Ом (затем округляем до 75 Ом)

Наша обобщенная версия формулы с несколькими последовательно включенными светодиодами:

[Напряжение источника питания — (напряжение светодиода × количество светодиодов)] / ток = номинал резистора

Мы даже можем подключить пару цепочек из четырех светодиодов плюс резистор параллельно, чтобы получить больше светового потока, но чем больше мы добавляем, тем больше мы сокращаем срок службы батареи.

Но можем ли мы сделать пять последовательно с батареей 9 В? Ну, возможно. Значение 1,8 В, которое мы использовали, является всего лишь «типичным практическим правилом». Если вы уверены, что прямое напряжение равно 1,8 В, он будет работать. Но что, если это не совсем так? Если прямое напряжение ниже, вы можете перегрузить их при более высоком токе, что может сократить срок их службы (или полностью убить). Если прямое напряжение выше, светодиоды могут быть тусклыми или даже не гореть. В некоторых случаях вы можете последовательно подключить светодиоды без резистора, как в нашей схеме светодиодного обеденного стола, но в большинстве случаев предпочтительнее и безопаснее использовать резистор.

Давайте сделаем еще один пример, на этот раз с белым светодиодом (вы можете найти его здесь) и батарейным блоком 3xAA (например, этот). Напряжение источника питания составляет 4,5 В, а напряжение светодиода — 3,3 В. Мы по-прежнему стремимся к току 25 мА.

4,5 В — 3,3 В = 1,2 В

1,2 В / 25 мА = 48 Ом (округлить до 51 Ом)

Итак, вот примеры, которые мы рассмотрели, и еще несколько примеров с некоторыми другими распространенными типами источников питания:

Напряжение источника питания	Цвет светодиода	Светодиод Vf	светодиода в серии	Желаемый ток	Резистор (расчетный)	Резистор (округлый)
3 В	Красный, желтый или желто-зеленый	1.8	1	25 мА	48 Ом	51 Ом
4,5 В	Красный, желтый или желто-зеленый	1,8	2	25 мА	36 Ом	39 Ом
4,5 В	синий, зеленый, белый или УФ	3,3	1	25 мА	48 Ом	51 Ом
5 В	синий, зеленый, белый или УФ	3,3	1	25 мА	68 Ом	68 Ом
5 В	Красный, желтый или желто-зеленый	1.8	1	25 мА	128 Ом	150 Ом
5 В	Красный, желтый или желто-зеленый	1,8	2	25 мА	56 Ом	56 Ом
9 В	Красный, желтый или желто-зеленый	1,8	4	25 мА	72 Ом	75 Ом
9 В	синий, зеленый, белый или УФ	3,3	2	25 мА	96 Ом	100 Ом

Все эти значения основаны на тех же предположениях о прямом напряжении и желаемом токе, которые мы использовали в первых примерах.Вы можете проработать их и проверить математику или просто использовать ее как удобную таблицу, если считаете, что наши предположения разумны. 😉

Так вот, в какой-то момент кто-то мог сказать вам: «Просто воспользуйтесь онлайн-калькулятором светодиодных резисторов». И действительно, такие вещи есть — даже у нас есть одна (ну, версия для печати из бумаги) — так зачем вообще работать над всем этим? Во-первых, гораздо лучше понять, что и почему этот калькулятор делает то, что он делает. Но также почти невозможно использовать эти калькуляторы, если вы не знаете, какие переменные вам нужно будет ввести.Надеюсь, теперь вы сможете вычислить значения, которые вам понадобятся (напряжение источника питания, напряжение светодиода и ток) для использования светодиодного калькулятора. Но что более важно (1) он вам на самом деле не нужен: вы можете сделать это самостоятельно и (2) если вы его используете, вы можете подвергнуть сомнению основные предположения, которые он может сделать от вашего имени.

Надеюсь, вы также увидели, что есть гораздо больше, чем просто один способ зажечь светодиод. И мы даже не дошли до таких вещей, как объединение светодиодов разного номинала в цепи! Теперь, можете ли вы вернуться к наклеиванию светодиодов на батареи CR2032, чтобы сделать светодиодные броски? Да, определенно можно.Но вы можете вернуться и прочитать о том, когда вам следует добавить резистор даже в эту маленькую схему!

Наконец, отметим, что в этой статье мы говорили о вашем основном сквозном маломощном (хотя, возможно, очень ярком) светодиодах. Специализированные типы, такие как светодиоды высокой мощности, могут иметь несколько другие характеристики и требования.

Обновление : исправлен список общих значений резисторов, чтобы включить более общие значения.

Как рассчитать номинал резистора для светодиодного освещения

Определить номинал резистора для освещения светодиодов просто и понятно, но мы должны принимать во внимание цвет светодиода, а также номинальную мощность требуемого резистора и количество светодиодов в цепи.Мы надеемся, что чтение «Как рассчитать номинал резистора для светодиодного освещения» даст вам то, что вам нужно для вашего проекта.

Светодиоды

становятся все более популярными для различных световых проектов и нужд. Это связано с превосходной энергоэффективностью и увеличенным сроком службы светодиодов по сравнению с лампами накаливания. Кроме того, по мере совершенствования технологии и увеличения производства стоимость продолжает снижаться.

Выполните следующие действия, чтобы рассчитать номинал резистора для светодиодного освещения от 12 В постоянного тока:

Определите напряжение и ток, необходимые для вашего светодиода.
Мы будем использовать следующую формулу для определения номинала резистора: резистор = (напряжение батареи — напряжение светодиода) / желаемый ток светодиода.
Для типичного белого светодиода, который требует 10 мА при питании от 12 В, значения следующие: (12–3,4) /. 010 = 860 Ом.
Чтобы использовать несколько светодиодов параллельно, просуммируйте текущие значения. Из приведенного выше примера, если мы используем 5 белых светодиодов, потребляемый ток составляет 10 мА x 5 = 50 мА. Итак (12-3,4) /. 050 = 172 Ом.

Объясните идею расчета номинала резистора для светодиодного освещения

Светодиодный куб RGB 8x8x8 по GPL3 +

LED — это аббревиатура от Light Emitting Diode.Это означает, что светодиод имеет определенную полярность, которую необходимо применять, чтобы он излучал свет. Несоблюдение этого требования полярности может вызвать катастрофическое повреждение светодиода. Это связано с тем, что светодиод имеет относительно низкое допустимое значение напряжения обратной полярности (обычно около 5 вольт). Поскольку светодиод по сути является диодом, он имеет максимальное значение тока, которое нельзя превышать в течение любого периода времени.

Применение светодиодов

Имея это в виду, мы рассмотрим требования к ограничивающему резистору, который должен использоваться в цепи светодиода.Поскольку светодиоды доступны в различных цветах, требуемое значение сопротивления будет варьироваться в зависимости от цвета светодиода. Это связано с тем, что цвет светодиода определяется материалами, из которых он изготовлен, и эти различные материалы имеют разные характеристики напряжения. Значение прямого напряжения — это напряжение, необходимое для включения светодиода. Обычные красный, зеленый, оранжевый и желтый светодиоды имеют прямое напряжение приблизительно 2,0 В; но белый и синий светодиоды имеют значение прямого напряжения 3.4 вольта. Из-за этого изменения значение сопротивления резистора будет варьироваться в зависимости от цвета светодиода.

Процедура состоит в том, чтобы выбрать номинал резистора, который будет обеспечивать правильное количество тока, протекающего через светодиод, на основе этого значения прямого напряжения и значения источника питания, запитывающего схему.

Так как автомобильные приложения — одно из самых популярных применений светодиодов, я рассмотрю пример проекта светодиодного освещения, в котором в качестве источника питания используется 12 вольт.Требуемая формула — это закон Ома, который гласит, что сопротивление равно напряжению, деленному на ток. Здесь важно отметить, что значение напряжения, используемое в расчетах. Разница между напряжением источника питания (аккумулятора) и значением прямого напряжения светодиода. Это потому, что мы хотим, чтобы резистор «понижал» напряжение от источника питания до значения прямого напряжения светодиода.

Формула

Резистор = (напряжение батареи — напряжение светодиода) / желаемый ток светодиода.

Итак, предположим, что источник питания 12 В и белый светодиод с желаемым током 10 мА; Формула принимает вид Резистор = (12–3,4) /. 010, что составляет 860 Ом. Поскольку это нестандартное значение, я бы использовал резистор на 820 Ом. Нам также необходимо определить номинальную мощность (ватт) необходимого резистора. Это вычисляется путем умножения значения напряжения, падающего на резистор, на значение тока, протекающего в нем. Для нашего примера, приведенного выше, (12–3,4) X 0,010 = 0,086, поэтому мы можем безопасно использовать в этом приложении резистор ¼ Вт, поскольку мы должны использовать следующий по величине стандартный номинал мощности.

Если требуется более одного светодиода, несколько светодиодов (одного цвета) могут быть подключены параллельно. Это сохранит то же требование напряжения, но значение тока будет увеличиваться прямо пропорционально количеству светодиодов. Номинальная мощность резистора также может увеличиться. В качестве примера мы возьмем тот же белый светодиод, но мы подключим 5 светодиодов параллельно. Следовательно, требуемое значение тока будет 10 мА, умноженным на 5 (0,010 X 5 = 0,050). Используя это в нашей формуле; (12-3.4) /. 050 = 172 Ом. Используйте стандартное значение 180 Ом. Номинальная мощность теперь будет выше (12–3,4) X 0,050 = 0,43, поэтому в этом случае нам нужно использовать резистор не менее ½ Вт.

Заключение

Эти два примера будут повторяться для красных светодиодов. Для одного красного светодиода: (12–2,0) /. 010 = 1000 Ом, что составляет 1 кОм, а номинальная мощность составляет (12–2,0) X (0,010) = 0,100, поэтому Вт достаточно. Для 5 красных светодиодов, включенных параллельно: (12-2.

Разное