Всем привет.
Светодиоды плотно вошли в нашу жизнь. Разнообразие их уже не знает границ. Но есть у них одно общее, это то, что светодиоды очень чувствительны к протекающему через них току.
Чтобы светодиод работал долго и не перегорал быстро, необходимо сделать довольно простые действия. Это всего лишь правильно подобрать токоограничительный резистор к нему.
Я записал видео на эту тему и написал статью. Видео будет в конце статьи.
В этой статье я расскажу какими простыми формулами можно воспользоваться для расчета такого сопротивления.
Возьмем для наглядности простейшую схему подключения светодиода, она выглядит следующим образом. Источник питания, сопротивление и светодиод. Все они включены последовательно. Куда ставить резистор совершенно не важно. Поскольку ток в цепи будет везде одинаковый.
Для расчетов нам необходимо знать напряжение источника питания, номинальный ток светодиода и падение напряжения на нем. А формула будет следующая:
R = (Uист – ΔUvd) / Ivd * k
где,
Uист – напряжение источника питания, В
ΔUvd – падение напряжения на светодиоде, В
Ivd – ток светодиода, А
k – коэффициент надежности. От 1 до 1,5.
В эту формулу также можно добавить, коэффициент надежности (k). Если через светодиод пропустить ток меньше, чем его номинальный, тогда такой светодиод проработает еще дольше. Обычно этот коэффициент можно брать от 1 до 1,5. Чем больше эта цифра тем менее ярче от номинала горит светодиод. Если например взять значение 1,25 глазу будет не заметна разница с 1. А ток при этом будет меньше на четверть.
Сопротивление резистора мы узнали. Однако у него есть еще один параметр. Это мощность рассеивания. Чем больше этот параметр, тем больший ток он сможет выдержать не перегреваясь. Давайте его посчитаем. Формула расчета будет такая:
P = (Uист - ΔUvd) * Ivd
где,
Uист – напряжение источника питания, В
ΔUvd – падение напряжения на светодиоде, В
Ivd – ток светодиода, А
Посчитаем несколько примеров.
Скажем имеется светодиод. Его номинальный ток 20мА. Падение напряжения на нем 2В. Источник питания возьмем на 12В.
Рассчитаем сопротивление.
R = (12 – 2) / 0,02 * 1 = 500 Ом.
Такого резистора нет, не считая прецизионных. Поэтому воспользуемся номинальным рядом сопротивлений и возьмем ближайший больший. Это будет 510 Ом.
А теперь посчитаем какая мощность на нем будет рассеиваться.
P = (12 – 2) * 0,02 = 0,2 Вт
Резисторы бывают разной мощности. Нам нужно взять такой, который сможет рассеивать на себе мощность большую, чем та, которую мы посчитали. Воспользуемся номинальным рядом мощности рассеивания резисторов. В нашем случае 0,125Вт будет маловато, поэтому возьму 0,25Вт.
Получается, что нам нужен резистор номиналом 510 Ом и мощностью 0,25Вт для подключения нашего светодиода к источнику питания 12В.
Посчитаем другой пример.
Возьмем Li-Ion аккумулятор с напряжением 4,2В и индикаторный светодиод на 2,2В и током 20мА.
Тогда расчеты будут следующие.
R = (4,2 – 2,2) / 0,02 * 1 = 100 Ом.
P = (4,2 – 2,2) * 0,02 * 1 = 0,04 Вт
Тут получилось, что резистор нужен на 100 Ом мощностью 0,125Вт.
А теперь подключим этот же светодиод к источнику питания на 24В.
R = (24 – 2,2) / 0,02 * 1 = 1090 Ом.
P = (24 – 2,2) * 0,02 * 1 = 0,436 Вт.
Мощность резистора возьмем 0,5Вт. А вот сопротивления такого из стандартного ряда нет. Поэтому я возьму на 1,1кОм. С ним ток в цепи будет немного меньше но глазу будет совсем незаметна разница.
А теперь давайте попробуем один пример на практике и проверим расчеты. Я возьму светодиод и подключу его к источнику питания 12В.
Для этого мне потребуется резистор, как мы считали ранее номиналом 510 Ом и мощностью 0,25Вт.
Проверять я все буду на макетной плате. Она удобна тем, что не надо ничего паять.
Узнать где у светодиода анод, а где катод можно несколькими способами:
- Можно мысленно перечеркнуть ножки светодиода и там, где линия пересечет одну из ножек и будет плюс.
- Также можно посмотреть на светодиод ближе. Большая контактная площадка внутри будет минусом. А маленькая соответственно плюс.
- Еще катод можно определить по срезу на корпусе светодиода.
- Ну и конечно же можно проверить мультиметром в режиме прозвонки диодов.
Соединяем все последовательно, согласно нашей схемы. И как мы видим все отлично работает. Падение напряжения на резисторе почти 10В, а на светодиоде 2В.
Для того, чтобы измерить ток, протекающий в цепи, нужно амперметр включить последовательно в цепь. Ток в цепи составляет 20мА. Как мы видим все расчеты полностью совпали с реальностью. Резистор не перегревается, а светодиод в таком режиме прослужит долго и не сгорит.
Также довольно часто бывает, что нужно подключить несколько светодиодов к одному источнику питания.
Схемы включения нескольких светодиодов бывают разные. Например:
- Можно подключить все светодиоды последовательно. Это самая экономичная схема. Ток в такой цепи протекает равный току 1 светодиода, а напряжение всех светодиодов суммируется. Если например на каждом светодиоде будет падать по 2,2В, а их всего 5. То согласно второму закону Кирхгофа на резисторе упадет всего 1В. Ток в цепи скажем будет 20мА. И получается, что на резисторе будет выделяться всего 0,02Вт. Минусы такой схемы в том, что если выйдет из строя 1 светодиод погаснут все остальные. А если он еще и замкнет тогда ток в цепи вырастет и могут выйти из строя все остальные светодиоды.
- Параллельно. Резистор тут можно поставить один общий. Ток в такой цепи через резистор, согласно первому закону Кирхгофа, будет равен сумме токов 4х светодиодов. Например: I = 0,02 * 4 = 0,08 мА. А падение напряжения на резисторе составит ΔUr = 12 - 2,2 = 9,8 В. Отсюда следует, что резистор будет работать в качестве обогревателя и на нем выделится в виде тепла 0,784Вт.
- Или последовательно-параллельно. Причем резистор в этом случае можно поставить отдельно для каждой ветки цепи или один общий.
Я разобрал все основные моменты по подключению светодиодов. В конце статьи я оставлю ссылку на калькулятор, который я сделал в excel. Он позволит быстро и точно посчитать все параметры автоматически, как я описывал выше. Также оставлю ссылки на все компоненты и инструменты из видео.
А в случае с подключением мощных светодиодов или светодиодных сборок нужно использовать специальные светодиодные драйверы. Об этом я расскажу уже совсем скоро. А чтобы не пропустить новые статьи и видео, подпишитесь на канал и ставьте лайк кому понравилось.
Ссылка на калькулятор резистора для светодиода.
Следующая статья: "Как подключить мощный светодиод?"
Компоненты и инструменты из видео:
* Резисторы разные 2600шт.(по 20шт каждого номинала)
* LM317
