Le principal paramètre qui influe sur la durée de vie de la LED est le courant électrique, dont la valeur est strictement réglementée pour chaque type d'élément LED. Une façon courante de limiter le courant maximal est d'utiliser une résistance de limitation. La résistance de la LED peut être calculée sans calculs complexes basés sur la loi d'Ohm, en utilisant les valeurs techniques de la diode et la tension du circuit.
Contenu
Caractéristiques de la connexion LED
Fonctionnant sur le même principe que les diodes de redressement, les éléments émetteurs de lumière présentent néanmoins des caractéristiques distinctives. Les plus importants d'entre eux sont :
- Sensibilité extrêmement négative aux tensions de polarité inverse. Une DEL dans un circuit qui n'est pas dans la bonne polarité tombera en panne presque instantanément.
- Plage étroite du courant de fonctionnement admissible à travers la jonction p-n.
- La dépendance de la résistance de jonction par rapport à la température, qui est une caractéristique de la plupart des éléments semi-conducteurs.
Le dernier point doit être discuté plus en détail, car il est le principal pour le calcul de la résistance d'extinction. La documentation des éléments rayonnants spécifie la plage admissible du courant nominal à laquelle ils conservent leurs performances et fournissent les caractéristiques de rayonnement spécifiées. Une sous-estimation de la valeur n'est pas fatale, mais entraînera une certaine réduction de la luminosité. À partir d'une certaine valeur limite, le flux de courant à travers la jonction s'arrête et il n'y a plus de luminescence.
Le dépassement du courant entraîne initialement une augmentation de la luminosité, mais la durée de vie est considérablement réduite. Une augmentation supplémentaire conduit à la rupture de l'élément. Ainsi, la sélection d'une résistance pour une LED vise à limiter le courant maximal admissible dans les conditions les plus défavorables.
La tension à la jonction du semi-conducteur est limitée par les processus physiques à la jonction et se situe dans une plage étroite d'environ 1 à 2 V. Les diodes électroluminescentes de 12 volts qui équipent souvent les voitures peuvent contenir une chaîne d'éléments connectés en série ou un circuit de limitation inclus dans la conception.
Pourquoi avez-vous besoin d'une résistance pour une LED ?
L'utilisation d'une résistance de limitation pour allumer la LED n'est pas la solution la plus efficace, mais la plus simple et la moins chère pour limiter le courant dans les limites autorisées. Les solutions de circuit permettant de stabiliser le courant dans le circuit émetteur avec une grande précision sont assez difficiles à reproduire et les solutions disponibles sur le marché sont très coûteuses.
L'utilisation de résistances permet de faire de l'éclairage et de l'illumination en interne. La clé est de savoir utiliser des instruments de mesure et d'avoir des compétences minimales en soudure. Un limiteur bien conçu, tenant compte des tolérances et des fluctuations de température possibles, garantira le bon fonctionnement des LED pendant toute leur durée de vie prévue, à un coût minimal.
Connexion en parallèle et en série des LED
Afin de combiner les paramètres des circuits de puissance et les performances des LED, la connexion en série et en parallèle de plusieurs éléments est très répandue. Chaque type de connexion présente des avantages et des inconvénients.
Connexion parallèle
L'avantage de ce type de connexion est l'utilisation d'un seul limiteur par circuit. Il convient de préciser que cet avantage est le seul, c'est pourquoi la connexion en parallèle est quasiment inconnue, sauf pour les produits industriels de qualité inférieure. Les inconvénients sont les suivants :
- La puissance dissipée sur l'élément limiteur augmente proportionnellement au nombre de LED connectées en parallèle.
- La variation des paramètres des éléments conduit à une distribution inégale du courant.
- La combustion de l'un des émetteurs entraîne une défaillance en avalanche de tous les autres en raison de l'augmentation de la chute de tension dans le groupe connecté en parallèle.
Une connexion où le courant traversant chaque élément rayonnant est limité par une résistance séparée augmente quelque peu les performances. Plus précisément, il s'agit d'une connexion en parallèle de circuits individuels composés de DEL avec des résistances de limitation. Le principal avantage est une plus grande fiabilité, car la défaillance d'un ou de plusieurs éléments n'a aucune incidence sur le fonctionnement des autres.
L'inconvénient est que la luminosité des différents éléments peut varier fortement en raison des variations des LED et de la tolérance technologique de la résistance. Un tel circuit contient un grand nombre d'éléments radio.
La mise en parallèle avec des limiteurs individuels est utilisée dans les circuits basse tension à partir d'une chute de tension minimale aux bornes de la jonction p-n.
Connexion en série
La connexion en série des éléments rayonnants est devenue la plus utilisée car l'avantage évident d'un circuit en série est l'égalité absolue du courant traversant chaque élément. Puisque le courant à travers la résistance de terminaison unique et à travers la diode est le même, la dissipation de puissance sera minimale.
Un inconvénient de taille : la défaillance d'un seul élément rend l'ensemble de la chaîne inopérante. Le montage en série nécessite une tension plus élevée, dont la valeur minimale augmente proportionnellement au nombre d'éléments connectés.
Mode mixte
L'utilisation d'un grand nombre d'émetteurs est possible en réalisant une connexion mixte, en utilisant plusieurs chaînes parallèles et en connectant une résistance de limitation et plusieurs LED en série.
Le grillage de l'un des éléments aura pour conséquence que seul le circuit dans lequel l'élément est installé ne fonctionnera pas. Les autres fonctionneront correctement.
Formules de calcul des résistances
Le calcul de la résistance des LED est basé sur la loi d'Ohm. Les paramètres d'entrée pour le calcul de la résistance d'une LED sont les suivants :
- tension du circuit ;
- le courant de fonctionnement de la LED ;
- est la chute de tension aux bornes de la diode émettrice (tension d'alimentation de la LED).
La valeur de la résistance est déterminée à partir de l'expression :
R = U/I,
où U est la chute de tension aux bornes de la résistance et I est le courant continu qui traverse la DEL.
La chute de tension de la LED est déterminée à partir de l'expression :
U = Upit - Usv,
où Upit est la tension du circuit et Uc est la chute de tension nominale aux bornes de la diode émettrice.
Le calcul de la DEL pour une résistance donne une valeur de résistance qui ne sera pas dans la gamme de valeurs standard. Prenez la résistance dont la valeur la plus proche de la valeur calculée est la plus grande. De cette façon, une éventuelle augmentation de la tension est prise en compte. Il est préférable de prendre la valeur suivante dans la série de résistances. Cela réduira légèrement le courant traversant la diode et réduira la luminosité de la lueur, mais annulera toute modification de la tension d'alimentation et de la résistance de la diode (par exemple, en raison d'un changement de température).
Avant de choisir la valeur de la résistance, il convient d'estimer l'éventuelle réduction du courant et de la luminosité par rapport à la valeur de consigne à l'aide de la formule :
(R - Rst)R-100%.
Si la valeur résultante est inférieure à 5%, vous devez prendre une résistance plus élevée, si de 5 à 10%, vous pouvez vous limiter à une plus petite.
Un paramètre tout aussi important qui affecte la fiabilité du fonctionnement est la puissance dissipée de l'élément limiteur de courant. Le courant qui circule dans une section de résistance la fait chauffer. La formule permettant de déterminer la puissance à dissiper est utilisée :
P = U-U/R
Une résistance de limitation dont la dissipation de puissance autorisée dépassera la valeur calculée est utilisée.
Exemple :
Une DEL a une chute de tension de 1,7 V et un courant nominal de 20 mA. Elle doit être connectée à un circuit de 12 V.
La chute de tension à travers la résistance de limitation est :
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Résistance de la résistance :
R = 10,3/0,02 = 515 ohms.
La valeur supérieure la plus proche dans la gamme standard est 560 Ohm. A cette valeur, la chute de courant par rapport à la référence est d'un peu moins de 10%, une valeur plus élevée n'est donc pas nécessaire.
Puissance dissipée en watts :
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Un élément dont la puissance dissipée admissible est de 0,25 W peut donc être utilisé pour ce circuit.
Câblage des bandes LED
Les bandes LED sont disponibles dans différentes tensions d'alimentation. La bande a un circuit de diodes en série. Le nombre de diodes et la résistance des résistances de terminaison dépendent de la tension d'alimentation de la bande.
Les types de bandes de LED les plus courants sont conçus pour être raccordés à un circuit d'une tension de 12V. L'utilisation d'une tension plus élevée pour le fonctionnement est également possible ici. Pour calculer correctement les résistances, il est nécessaire de connaître le courant qui circule dans une seule section de ruban.
L'augmentation de la longueur de la bande entraîne une augmentation proportionnelle du courant car les sections minimales sont technologiquement connectées en parallèle. Par exemple, si la longueur minimale d'une section est de 50 cm, une bande de 5 m composée de 10 sections de ce type aura une consommation de courant 10 fois supérieure.
Articles connexes :
