Для определения нужного сопротивления токоограничивающего резистора для одного или нескольких светодиодов потребуются следующие данные:
Напряжение источника питания;
- прямое напряжение светодиода и ток, на который он рассчитан;
- количество и схема подключения светодиодов.
При отсутствии справочных данных, прямое напряжение светодиода можно достаточно точно определить по цвету его свечения, воспользовавшись таблицей:
Большинство этих современных полупроводниковых приборов рассчитаны на ток 20 mA, однако существуют диоды, рассчитанные и на большие токи (150 mA и более). Поэтому, для точного определения номинального тока потребуются технические данные марки диода.
При полном отсутствии данных о марке и технических характеристик светодиода рекомендуем принять за значения номинального тока 10 mA и величину прямого напряжения 1,5-2 В.
От выбора схемы подключения полупроводниковых приборов зависит необходимое количество гасящих резисторов. Так, при их последовательном соединении вполне достаточно одного: во всех точках значения протекающего тока одинаковые.
При параллельном соединении диодов использование одного общего гасящего резистора недопустимо. Ввиду того, что не бывает совершенно одинаковых по своим характеристикам светодиодов; имея определенный разброс по сопротивлениям и, соответственно потребляемым токам, элемент с меньшим сопротивлением будет потреблять больший ток, что может стать причиной преждевременного выхода его из строя.
Таким образом, если сгорит один из нескольких параллельно соединенных светодиодов, на остальные из-за сопротивления резистора, рассчитанного на определенное количество диодов пойдет повышенное напряжение, на которое они не рассчитаны, что, в свою очередь вызовет выход их из строя.
Поэтому, при параллельном соединении светодиодов для каждого элемента рекомендуется предусматривать отдельное сопротивление. В предложенном калькуляторе данная рекомендация учтена.
Расчет производится по формуле:
R=Uгасящее/Iсветодиода;
Uгасящее=Uпитания–Uсветодиода.
Важно! Обязательно соблюдайте правильную полярность подключения светодиодов. К плюсу источника питания подключается анод (более длинный вывод), к минусу - катод (на колбе диода с его стороны имеется характерный срез).
Расчет для светодиода выполняется довольно просто, быстро и не содержит ничего «военного», только закон Ома. Хотя во всемирной сети существует множество онлайн-калькуляторов, помогающие определить различные параметры, но, по моему личному мнению, лучше один раз разобраться самому и понять физику процесса, чем слепо пользоваться подобными калькуляторами.
Самый частый пример – это подключение светодиода к источнику питания с напряжением 5 В, например к USB порту компьютера. Второй пример – подключение к аккумуляторной батарее автомобиля, номинальное значение напряжения которой 12 В. Если к такому источнику питания напрямую подсоединить полупроводниковый прибор, то последний попросту выйдет из строя под действием протекающего тока, превышающего допустимое значение, ‑ произойдет тепловой пробой полупроводникового кристалла. Поэтому нужно ограничивать величину тока.
С целью лучшей наглядности возьмем два типа светодиодов с наиболее распространенными характеристиками:
напряжение:
U VD 1 = 2,2 В;
U VD 2 = 3,5 В;
ток:
I VD 1 = 0,01 А;
I VD 2 = 0,02 А.
Расчет резистора для светодиода
Определим сопротивление R 1,5 для VD 1 при Uип = 5 В.
Для расчета величины сопротивления, согласно закону Ома нужно знать ток и напряжение:
R=U/I.
Величина тока, протекающего в цепи и в том числе через VD нам известна из заданного условия I VD 1 = 0,01 А, поэтому следует определить падение напряжения на R 1,5 . Оно равно разности подведенного Uип = 5 В и падения напряжения на светодиоде U VD 1 = 2,2 В:
Теперь находим R 1,5
Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в сторону увеличения, поэтому принимаем R 1,5 = 300 Ом.
Таким же образом выполним расчет R для VD 2:
Произведем аналогичные вычисления при значении Uип = 12 В.
Принимаем R 1,12 = 1000 Ом = 1 кОм.
Принимаем R 2,12 = 430 Ом.
Для удобства выпишем полученные значения сопротивлений всех резисторов:
Следует заметить, что сопротивление, выбранное из стандартного ряда, превышает расчетное, поэтому ток в цепи будет насколько снижен. Однако этим снижением можно пренебречь в виде его малого значения.
Расчет мощности рассеивания
Определить сопротивление – это только полдела. Еще резистор характеризуется важным параметром, который называется мощность рассеивания P – это мощность, которую он способен выдержать длительное время, при этом, не перегреваясь выше определенной температуры. Она зависит ток в квадрате, так как последний протекая в цепи, вызывает нагрев ее элементов.
P = I 2 R.
Визуально резистор более высокой Р отличается большими размерами.
(светоизлучающий диод) — излучает свет в тот момент, когда через него протекает электрический ток. Простейшая схема для питания светодиодов состоит из источника питания, светодиода и резистора, подключенного последовательно с ним.
Такой часто называют балластным или токоограничивающим резистором. Возникает вопрос: «А зачем светодиоду резистор?». Токоограничивающий резистор необходим для ограничения тока, протекающего через светодиод, с целью защиты его от сгорания. Если напряжение источника питания равно падению напряжения на светодиоде, то в таком резисторе нет необходимости.
Расчет резистора для светодиода
Сопротивление балластного резистора легко рассчитать, используя закон Ома и правила Кирхгофа. Чтобы рассчитать необходимое сопротивление резистора, нам необходимо из напряжения источника питания вычесть номинальное напряжение светодиода, а затем эту разницу разделить на рабочий ток светодиода:
- V — напряжение источника питания
- V LED — напряжение падения на светодиоде
- I – рабочий ток светодиода
Ниже представлена таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета:
Хотя эта простая схема широко используется в бытовой электронике, но все же она не очень эффективна, так как избыток энергии источника питания рассеивается на балластном резисторе в виде тепла. Поэтому, зачастую используются более сложные схемы () которые обладают большей эффективностью.
Давайте, на примере выполним расчет сопротивления резистора для светодиода.
Мы имеем:
- источник питания: 12 вольт
- напряжение светодиода: 2 вольта
- рабочий ток светодиода: 30 мА
Рассчитаем токоограничивающий резистор, используя формулу:
Получается, что наш резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если точное значение из подобрать не получается, то необходимо взять ближайшее большее сопротивление. В нашем случае это будет 360 Ом (ряд E24).
Последовательное соединение светодиодов
Часто несколько светодиодов подключают последовательно к одному источнику напряжения. При последовательном соединении одинаковых светодиодов их общий ток потребления равняется рабочему току одного светодиода, а общее напряжение равно сумме напряжений падения всех светодиодов в цепи.
Поэтому, в данном случае, нам достаточно использовать один резистор для всей последовательной цепочки светодиодов.
Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении.
В этом примере два светодиода соединены последовательно. Один красный светодиод с напряжением 2В и один ультрафиолетовый светодиод с напряжением 4,5В. Допустим, оба имеют номинальную силу тока 30 мА.
Из правила Кирхгофа следует, что сумма падений напряжения во всей цепи равна напряжению источника питания. Поэтому на резисторе напряжение должно быть равно напряжению источника питания минус сумма падения напряжений на светодиодах.
Используя закон Ома, вычисляем значение сопротивления ограничительного резистора:
Резистор должен иметь значение не менее 183,3 Ом.
Обратите внимание, что после вычитания падения напряжений у нас осталось еще 5,5 вольт. Это дает возможность подключить еще один светодиод (конечно же, предварительно пересчитав сопротивление резистора)
Параллельное соединение светодиодов
Так же можно подключить светодиоды и параллельно, но это создает больше проблем, чем при последовательном соединении.
Ограничивать ток параллельно соединенных светодиодов одним общим резистором не совсем хорошая идея, поскольку в этом случае все светодиоды должны иметь строго одинаковое рабочее напряжение. Если какой-либо светодиод будет иметь меньшее напряжение, то через него потечет больший ток, что в свою очередь может повредить его.
И даже если все светодиоды будут иметь одинаковую спецификацию, они могут иметь разную вольт-амперную характеристику из-за различий в процессе производства. Это так же приведет к тому, что через каждый светодиод будет течь разный ток. Чтобы свести к минимуму разницу в токе, светодиоды, подключенные в параллель, обычно имеют балластный резистор для каждого звена.
Онлайн калькулятор расчета резистора для светодиода
Этот онлайн калькулятор поможет вам найти нужный номинал резистора для светодиода, подключенного по следующей схеме:
примечание: разделителем десятых является точка, а не запятая
Формула расчета сопротивления резистора онлайн калькулятора
Сопротивление резистора = (U – U F )/ I F
- U – источник питания;
- U F – прямое напряжение светодиода;
- I F – ток светодиода (в миллиамперах).
Примечание: Слишком сложно найти резистор с сопротивлением, которое получилось при расчете. Как правило, резисторы выпускаются в стандартных значениях (номинальный ряд). Если вы не можете найти необходимый резистор, то выберите ближайшее бо́льшее значение сопротивления, которое вы рассчитали.
Например, если у вас получилось сопротивление 313,4 Ом, то возьмите ближайшее стандартное значение, которое составляет 330 Ом. Если ближайшее значение является недостаточно близким, то вы можете получить необходимое сопротивление путем или соединения нескольких резисторов.
Для устойчивой работы светодиоду необходим источник постоянного напряжения и стабилизированный ток, который не будет превышать величины, допустимые спецификой конкретного светодиода. Если необходимо подключить светодиоды индикаторные, рабочий ток которых не превышает 50-100мА, можно ограничить ток посредством резисторов. Если речь идет о питании мощных светодиодов с рабочими токами от сотен миллиампер до единиц ампер, то не обойтись без специальных устройств – драйверов (подробнее об этих устройствах читайте в статье "Драйвера для светодиодов" , готовые модели драйверов можно увидеть .). Далее рассмотрим варианты, когда требуемый ток небольшой и обойтись резисторами все же можно.
Резисторы являются пассивными элементами – ток они просто ограничивают, но никак не стабилизируют. Сила тока будет меняться с изменением напряжения в соответствии с законом Ома. Ограничивается ток резистором банальным преобразованием «лишнего» электричества в тепло по формуле
P = I 2 R , где P - выделяемое тепло в ваттах, I - сила тока в цепи в амперах, R - сопротивление в омах.
Устройство при этом, естественно, греется. Способность резистора рассеивать тепло не безгранична и, при превышении допустимого тока, он сгорит. Допустимая рассеиваемая мощность определяется корпусом резистора. Это нужно учитывать при планировании подключения светодиодов и выбирать элементы с, как минимум, двойным запасом прочности.
Если необходимо подключить один светодиод, то сопротивление резистора можно рассчитать, в соответствии с законом Ома, по простой формуле:
R = (U - U L) / I , где R - требуемое сопротивление в омах, U - напряжение источника питания, U L - падение напряжения на светодиоде в вольтах, I - нужный ток светодиода в амперах.
Очень часто нужно подключить не один, а несколько светодиодов. В этом случае возможно их последовательное или параллельное подключение.
Падение напряжения на последовательно соединенных светодиодах суммируется, через каждый из них протекает одинаковый ток. Напряжение источника питание должно быть больше, чем суммарное падение напряжения.
Рассчитывается сопротивление резистора по такому же принципу, как и в случае одного светодиода, только учитывается падение напряжения не на одном светляке, а суммарно для всей цепочки.
Последовательное подключение удобно тем, что требует минимум дополнительных деталей, кроме того, от источника питания не требуется большой ток. Но при большом количестве светодиодов может потребоваться существенное напряжение. Кроме того, если один из последовательной цепочки сгорит, то цепь оборвется и светить перестанут все светодиоды. Также при таком варианте подключения важно использовать совершенно одинаковые светодиоды, иначе их разные параметры будут служить источником дисбаланса. В итоге они могут либо светить неравномерно, либо значительно быстрее выходить из строя.
Параллельное подключение равносильно одновременному подключению отдельных светодиодов, которым совсем «не обязательно знать» о наличии других светодиодов. При этом напряжение источника питания должно превышать падение напряжения на одном светодиоде. Сила тока каждого светодиода может регулироваться индивидуально, выбором сопротивления подсоединенного к нему резистора. Важно, чтобы источник питания «знал», сколько светодиодов к нему подключено, поскольку общая сила тока, которую потребуется от него предоставить, равна сумме токов, протекающих через все светодиоды. Если один из светодиодов выйдет из строя, со свечением остальных ничего не произойдет, поскольку работают они индивидуально. Учтите, что это не относится к параллельным светодиодам, которые питаются от токоограничивающего драйвера! Драйвер стабилизирует ток, выход из строя одной из веток приведет к общему снижению тока. Это снижение драйвер немедленно компенсирует, что приведет к повышению тока на оставшихся ветках. А они могут это и не пережить. По аналогичной причине следует избегать подключения нескольких параллельных светодиодов через один токоограничивающий резистор.
Сопротивление каждого резистора при параллельном подключении светодиодов рассчитывается, повторюсь, так же, как и при подключении одного светодиода.
Параллельное подключение светодиодов не требует высокого напряжения питания, но при его использовании необходимо обеспечить достаточную силу тока. Требуется большее количество деталей, но можно одновременно подключить светодиоды с разными параметрами. Также большее количество токоограничивающих резисторов, которые будут выделять тепло, даст более низкий общий КПД схемы по сравнению с последовательным подключением.
Светодиодное освещение и индикация, за счёт этого полупроводникового прибора считается одной из самых надёжных. При организации освещения светодиодные светильники производят качественный световой поток, при этом являются экологически чистыми источниками света не требующими утилизацию и не потребляющими много электроэнергии. Светодиод работает только от постоянного напряжения и пропускает ток только в одном направлении, как и обыкновенный диод.
Диод излучающий свет является прибором с определённым, чётко регламентированным, протекающим током как максимальным, так и минимальным. Если превысить максимальный допускаемый прямой ток или подводящее к нему напряжение, то он обязательно выйдет из строя, простыми словами «сгорит». Данные о светодиоде можно найти:
- В справочнике или технической литературе;
- На страницах интернета;
- При покупке у продавца-консультанта.
Не зная рабочего напряжения и максимального прямого тока подобрать сопротивление резистора для ограничения тока достаточно проблематично. Разве что имея ли автотрансформатор, или переменный резистор. При этом можно спалить несколько таких полупроводниковых элементов. Этот способ скорее теоретический, чем практический, и применяется он может только в экстренных ситуациях. Резистор - это пассивный элемент, применяющийся в электрических цепях, он обладает определённым значением сопротивления. Выпускается переменный, с регулировочной ручкой, или постоянный резистор. Для резистора характерно понятие мощности, которое тоже стоит учитывать при его расчете в электрических цепях.
Итак, каждый светодиод имеет рабочее напряжение и прямой проходящий и засвечивающий его ток. Если U источника питания, допустим, 1,5 вольта, и по паспорту диод должен подключаться именно к такому напряжению, то ограничивающий резистор не требуется. Или же есть возможность подключить три светодиода с рабочим напряжением 0,5 вольта, последовательно источнику питания. При этом все эти полупроводниковые элементы должны быть одинакового типа и марки. Однако такая ситуация случается крайне редко, а зачастую величина питания значительно больше, чем рабочее напряжение одного светодиода.
Как произвести расчет сопротивления для светодиодов, которое не только ограничивает ток в цепи, но и создаёт падение напряжения. Токоограничивающий резистор для светодиода рассчитывается на основе всем известного закона Ома I=U/R. Отсюда можно выделить и значение сопротивления R=U/I. Где U - напряжение, I - величина постоянного тока.
Вот простейшая схема подключения одного светодиода.
Сила тока при последовательном соединении будет одинакова, а напряжение питания светодиода должно быть определённой величины, зачастую оно значительно ниже питающего всю цепь. Поэтому резистор должен погасить часть напряжения, чтобы приложенное к светодиоду уже было определённого значения, указанного в его паспорте как рабочее напряжение. То, есть I (ток) в цепи известна и будет равна I, потребляющему диодом, а U падения на сопротивлении будет равно разности U питания и U светодиода. Зная U на резисторе и I, который через него проходит, согласно тому же закону Ома можно найти его сопротивление. Для этого напряжение падения на резисторе разделить на протекающий по цепи ток.
После расчета резистора светодиода, он ещё должен соответствовать мощности, для этого U на нём нужно умножить на известный I всей цепи. Ток в любом участке цепи будет одинаковым и поэтому максимальная сила тока, проходящая через светодиод, не будет превышать проходящий через ограничивающий резистор. При этом рекомендуется подбирать резистор с немного большим номиналом, нежели с меньшим, это касается и сопротивления, и его мощности. Зная закон Ома можно также рассчитать сопротивление через R светодиода.
Если нет подходящего резистора с нужным сопротивлением его можно получить подключив несколько таких элементов последовательно или параллельно. При этом для последовательного соединения, всеобщее сопротивление всех резисторов будет равно сумме всех входящих в эту цепь.
А при параллельном рассчитывается по такой вот формуле
Нужно учесть, что всё это рассчитывается исходя из напряжения питания, так как при его увеличении увеличится и сила тока во всей цепи. Так что источник питания, должен выдавать не только качественно выпрямленное, но и стабилизированное напряжение.
Шунтирование светодиода резистором
О таком подключении светодиода и резистора стоит рассуждать при последовательном соединении двух и более излучающих свет элементов. Даже с одинаковой маркировкой и типом характеристики каждого светодиода могут немножко отличаться. Если через него протекает I, то он имеет своё внутреннее R. При этом в режиме когда вентиль (диод) проводит его, и не проводит, сопротивление внутреннее будет значительно отличаться. То есть при обратном включении вентиля именно в таком режиме сопротивление будет отличаться уже значительно. Соответственно и обратное напряжение тоже будет очень разниться, что может привести к перегоранию (пробою).
Для предотвращения таких ситуаций рекомендуется шунтировать светодиод маломощным резистором с большим R в несколько сотен Ом. Такое подключение обеспечит выравнивание обратного напряжения на соединенных в одну цепь полупроводниковых приборах выдающих световой поток.
Видео расчета светодиода
