Hlavním parametrem, který ovlivňuje životnost LED, je elektrický proud, jehož hodnota je pro každý typ LED prvku přísně regulována. Jedním z běžných způsobů omezení maximálního proudu je použití omezovacího rezistoru. Odpor pro LED lze vypočítat bez složitých výpočtů na základě Ohmova zákona s využitím technických hodnot diody a napětí v obvodu.
Obsah
Vlastnosti připojení LED
Pracují na stejném principu jako usměrňovací diody, přesto mají prvky vyzařující světlo odlišné vlastnosti. Nejdůležitější z nich jsou:
- Extrémně záporná citlivost na přepólování. LED dioda v obvodu, který nemá správnou polaritu, téměř okamžitě selže.
- Úzký rozsah přípustného provozního proudu přes p-n přechod.
- Závislost přechodového odporu na teplotě, která je charakteristická pro většinu polovodičových prvků.
Poslední bod je třeba probrat podrobněji, protože je pro výpočet kalicího odporu zásadní. V dokumentaci vyzařovacích prvků je uveden přípustný rozsah jmenovitého proudu, při kterém si zachovávají svůj výkon a poskytují stanovené vyzařovací charakteristiky. Podcenění hodnoty není fatální, ale způsobí určité snížení jasu. Od určité mezní hodnoty se průtok proudu přechodem zastaví a nedochází k luminiscenci.
Překročení proudu zpočátku vede ke zvýšení svítivosti, ale doba života se drasticky sníží. Další zvýšení vede k selhání prvku. Výběr rezistoru pro LED je tedy zaměřen na omezení maximálního přípustného proudu za nejhorších podmínek.
Napětí na polovodičovém přechodu je omezeno fyzikálními procesy na přechodu a pohybuje se v úzkém rozmezí přibližně 1-2 V. 12voltové světelné diody, kterými jsou automobily často vybaveny, mohou obsahovat řetězec sériově zapojených prvků nebo omezovací obvod, který je součástí konstrukce.
Proč potřebujete pro LED diodu rezistor?
Použití omezovacího rezistoru pro zapnutí LED není nejefektivnější, ale nejjednodušší a nejlevnější řešení pro omezení proudu v přípustných mezích. Obvodová řešení, která dokáží stabilizovat proud v emitorovém obvodu s vysokou přesností, je poměrně obtížné replikovat a hotová řešení jsou velmi drahá.
Použití rezistorů umožňuje realizovat osvětlení a osvětlení ve vlastní režii. Klíčem k úspěchu je znalost používání měřicích přístrojů a minimální dovednost pájení. Dobře navržený omezovač, který zohledňuje možné tolerance a teplotní výkyvy, zajistí, že LED diody budou správně fungovat po celou dobu stanovené životnosti s minimálními náklady.
Paralelní a sériové zapojení LED diod
Za účelem kombinace parametrů výkonových obvodů a výkonu LED je rozšířeno sériové a paralelní zapojení několika prvků. Každý typ připojení má své výhody a nevýhody.
Paralelní připojení
Výhodou tohoto typu zapojení je použití pouze jednoho omezovače na obvod. Je třeba konstatovat, že tato výhoda je jediná, proto se paralelní zapojení téměř nevyskytuje, s výjimkou průmyslových výrobků nižší třídy. Nevýhody jsou následující:
- Rozptýlený výkon omezovacího prvku roste úměrně s počtem paralelně zapojených LED diod.
- Rozdílnost parametrů prvků vede k nerovnoměrnému rozložení proudu.
- Vyhoření jednoho z emitorů vede k lavinovitému selhání všech ostatních v důsledku zvýšeného úbytku napětí na paralelně zapojené skupině.
Zapojení, při kterém je proud procházející každým vyzařovacím prvkem omezen samostatným rezistorem, poněkud zvyšuje výkon. Přesněji řečeno se jedná o paralelní zapojení jednotlivých obvodů tvořených LED diodami s omezovacími odpory. Hlavní výhodou je vyšší spolehlivost, protože porucha jednoho nebo více prvků nemá vliv na provoz ostatních.
Nevýhodou je, že jas jednotlivých prvků se může značně lišit v důsledku rozdílů v LED diodách a technologické tolerance jmenovitého odporu. Takový obvod obsahuje velké množství rádiových prvků.
Paralelní zapojení s jednotlivými omezovači se používá v nízkonapěťových obvodech od minimálního úbytku napětí na p-n přechodu.
Sériové připojení
Sériové zapojení vyzařovacích prvků se stalo nejpoužívanějším, protože zřejmou výhodou sériového zapojení je absolutní rovnost proudu protékajícího každým prvkem. Protože proud procházející jediným zakončovacím rezistorem a diodou je stejný, bude ztrátový výkon minimální.
Významná nevýhoda - selhání byť jediného prvku způsobí nefunkčnost celého řetězce. Sériové zapojení vyžaduje vyšší napětí, jehož minimální hodnota se zvyšuje úměrně počtu zapojených prvků.
Smíšený režim
Použití velkého počtu zářičů je možné smíšeným zapojením, použitím několika paralelních řetězců a sériovým zapojením jednoho omezovacího rezistoru a několika LED.
Vyhoření jednoho z prvků způsobí, že nefunguje pouze jeden obvod, ve kterém je prvek instalován. Ostatní budou fungovat správně.
Vzorce pro výpočet odporu
Výpočet odporu rezistoru pro LED vychází z Ohmova zákona. Vstupní parametry pro výpočet odporu pro LED jsou:
- napětí obvodu;
- provozní proud LED diody;
- je úbytek napětí na vyzařovací diodě (napájecí napětí LED).
Hodnota odporu se určí z výrazu:
R = U/I,
kde U je úbytek napětí na rezistoru a I je stejnosměrný proud procházející LED diodou.
Úbytek napětí na LED se určí z výrazu:
U = Upit - Usv,
kde Upit je napětí obvodu a Uc je jmenovitý úbytek napětí na vyzařovací diodě.
Výpočet LED pro rezistor dává hodnotu odporu, která nebude ve standardním rozsahu hodnot. Vezměte rezistor s odporem nejbližším vypočtené hodnotě na větší straně. Tímto způsobem se zohledňuje možné zvýšení napětí. Je lepší vzít další hodnotu v řadě odporů. Tím se mírně sníží proud procházející diodou a sníží se jas svícení, ale potlačí se jakákoli změna napájecího napětí a odporu diody (např. v důsledku změny teploty).
Před volbou hodnoty odporu je třeba odhadnout možné snížení proudu a jasu v porovnání s nastavenou hodnotou podle vzorce:
(R - Rst)R-100%.
Pokud je výsledná hodnota menší než 5 %, měli byste vzít vyšší odpor, pokud je od 5 do 10 %, můžete se omezit na menší.
Neméně důležitým parametrem, který ovlivňuje spolehlivost provozu, je ztrátový výkon proudového omezovače. Proud protékající rezistorovou částí způsobuje její zahřívání. Pro stanovení odváděného výkonu se používá vzorec:
P = U-U/R
Použije se omezovací rezistor, jehož přípustný ztrátový výkon překročí vypočtenou hodnotu.
Příklad:
LED dioda má úbytek napětí 1,7 V a jmenovitý proud 20 mA. Musí být připojen k obvodu 12 V.
Úbytek napětí na omezovacím odporu je:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Odpor rezistoru:
R = 10,3/0,02 = 515 ohmů.
Nejbližší vyšší hodnota ve standardním rozsahu je 560 Ohm. Při této hodnotě je úbytek proudu od referenční hodnoty o něco menší než 10 %, takže vyšší hodnota není nutná.
Rozptýlený výkon ve wattech:
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Pro tento obvod lze tedy použít prvek s přípustným ztrátovým výkonem 0,25 W.
Zapojení LED pásků
LED pásky jsou k dispozici s různým napájecím napětím. Pásek má sériově zapojený obvod z diod. Počet diod a odpor zakončovacích rezistorů závisí na napájecím napětí pásku.
Nejběžnější typy LED pásků jsou určeny pro připojení k obvodu s napětím 12 V. I zde je možné použít pro provoz vyšší napětí. Pro správný výpočet odporů je nutné znát proud protékající jedním úsekem pásky.
Zvětšování délky pásky způsobuje úměrné zvětšování proudu, protože minimální úseky jsou technologicky spojeny paralelně. Pokud je například minimální délka úseku 50 cm, pak pás o délce 5 m složený z 10 takových úseků bude mít desetkrát větší spotřebu proudu.
Související články:
