Il parametro principale che influenza la vita del LED è la corrente elettrica, il cui valore è strettamente regolato per ogni tipo di elemento LED. Un modo comune per limitare la corrente massima è quello di utilizzare una resistenza limitatrice. La resistenza per il LED può essere calcolata senza complessi calcoli basati sulla legge di Ohm, utilizzando i valori tecnici del diodo e la tensione del circuito.
Contenuto
Caratteristiche della connessione LED
Funzionando sullo stesso principio dei diodi raddrizzatori, gli elementi emettitori di luce hanno tuttavia delle caratteristiche distintive. I più importanti sono:
- Sensibilità estremamente negativa alle tensioni di polarità inversa. Un LED in un circuito che non ha la polarità corretta si guasterà quasi istantaneamente.
- Gamma ristretta di corrente operativa ammissibile attraverso la giunzione p-n.
- La dipendenza della resistenza di giunzione dalla temperatura, che è una caratteristica della maggior parte degli elementi semiconduttori.
L'ultimo punto dovrebbe essere discusso più in dettaglio, poiché è il principale per il calcolo della resistenza di spegnimento. La documentazione degli elementi radianti specifica la gamma ammissibile di corrente nominale alla quale essi mantengono le loro prestazioni e forniscono le caratteristiche radianti specificate. La sottostima del valore non è fatale, ma comporterà una certa riduzione della luminosità. A partire da un certo valore limite, il flusso di corrente attraverso la giunzione si fermerà e non ci sarà luminescenza.
Il superamento della corrente porta inizialmente ad un aumento della luminosità, ma la durata di vita si riduce drasticamente. Un ulteriore aumento porta alla rottura dell'elemento. Così, la selezione di un resistore per un LED ha lo scopo di limitare la corrente massima ammissibile nelle condizioni peggiori.
La tensione alla giunzione del semiconduttore è limitata dai processi fisici alla giunzione ed è in una gamma stretta di circa 1-2V. I diodi emettitori di luce a 12 volt spesso montati sulle automobili possono contenere una catena di elementi collegati in serie o un circuito di limitazione incluso nel progetto.
Perché avete bisogno di una resistenza per un LED?
Usare una resistenza limitatrice per accendere il LED non è la soluzione più efficace, ma la più semplice ed economica per limitare la corrente entro i limiti consentiti. Le soluzioni circuitali che possono stabilizzare la corrente nel circuito di emettitore con alta precisione sono abbastanza difficili da replicare e le soluzioni off-the-shelf sono molto costose.
L'uso di resistenze permette di fare l'illuminazione e la luce in casa. La chiave è sapere come usare gli strumenti di misura e un minimo di abilità nella saldatura. Un limitatore ben progettato, tenendo conto delle possibili tolleranze e delle fluttuazioni di temperatura, garantirà che i LED funzionino correttamente per tutta la loro vita utile dichiarata a un costo minimo.
Collegamento in parallelo e in serie dei LED
Al fine di combinare i parametri dei circuiti di potenza e le prestazioni dei LED sono diffusi collegamento in serie e in parallelo di diversi elementi. Ogni tipo di connessione ha vantaggi e svantaggi.
Collegamento in parallelo
Il vantaggio di questo tipo di collegamento è l'uso di un solo limitatore per circuito. Bisogna dire che questo vantaggio è l'unico, quindi il collegamento in parallelo è quasi sconosciuto, tranne che per i prodotti industriali di bassa qualità. Gli svantaggi sono i seguenti:
- La dissipazione di potenza sull'elemento limitante aumenta in proporzione al numero di LED collegati in parallelo.
- La variazione dei parametri degli elementi porta a una distribuzione della corrente non uniforme.
- La bruciatura di uno degli emettitori porta ad un guasto a valanga di tutti gli altri a causa dell'aumento della caduta di tensione attraverso il gruppo collegato in parallelo.
Una connessione in cui la corrente attraverso ogni elemento radiante è limitata da una resistenza separata aumenta in qualche modo le prestazioni. Più precisamente, si tratta di una connessione in parallelo di circuiti individuali costituiti da LED con resistenze di limitazione. Il vantaggio principale è una maggiore affidabilità, poiché il guasto di uno o più elementi non ha alcun effetto sul funzionamento degli altri.
Lo svantaggio è che la luminosità dei singoli elementi può variare molto a causa delle variazioni dei LED e della tolleranza tecnologica della resistenza. Un tale circuito contiene un gran numero di elementi radio.
Il collegamento in parallelo con terminazioni individuali è utilizzato nei circuiti a bassa tensione a partire dalla tensione minima limitata dalla caduta di tensione attraverso la giunzione p-n.
Collegamento in serie
Il collegamento in serie degli elementi radianti è diventato il più usato perché l'ovvio vantaggio di un circuito in serie è l'assoluta uguaglianza della corrente che scorre attraverso ogni elemento. Poiché la corrente attraverso la singola resistenza di terminazione e attraverso il diodo è la stessa, la dissipazione di potenza sarà minima.
Uno svantaggio significativo - il fallimento anche di un solo elemento renderà l'intera catena inutilizzabile. Il collegamento in serie richiede una tensione maggiore, il cui valore minimo aumenta in proporzione al numero di elementi collegati.
Modo misto
L'uso di un gran numero di emettitori è possibile facendo un collegamento misto, usando diverse catene parallele, e collegando una resistenza di limitazione e diversi LED in serie.
La bruciatura di uno degli elementi comporterà il mancato funzionamento di un solo circuito in cui l'elemento è installato. Gli altri funzioneranno correttamente.
Formule di calcolo della resistenza
Il calcolo della resistenza delle resistenze per i LED si basa sulla legge di Ohm. I parametri di input per calcolare il resistore per un LED sono:
- tensione del circuito;
- la corrente di funzionamento del LED;
- è la caduta di tensione attraverso il diodo emettitore (tensione di alimentazione del LED).
Il valore della resistenza è determinato dall'espressione:
R = U/I,
dove U è la caduta di tensione attraverso il resistore e I è la corrente continua attraverso il LED.
La caduta di tensione del LED è determinata dall'espressione:
U = Upit - Usv,
dove Upit è la tensione del circuito e Uc è la caduta di tensione nominale attraverso il diodo emettitore.
Il calcolo del LED per un resistore dà un valore di resistenza che non sarà nella gamma di valori standard. Prendete il resistore con la resistenza più vicina al valore calcolato sul lato più grande. In questo modo si tiene conto di un possibile aumento di tensione. È meglio prendere il valore successivo nella serie delle resistenze. Questo ridurrà leggermente la corrente attraverso il diodo e ridurrà la luminosità del bagliore, ma annullerà qualsiasi cambiamento nella tensione di alimentazione e la resistenza del diodo (ad esempio a causa del cambiamento di temperatura).
Prima di scegliere il valore della resistenza, si deve stimare la possibile riduzione della corrente e della luminosità rispetto al valore impostato utilizzando la formula:
(R - Rst)R-100%.
Se il valore risultante è inferiore al 5%, si dovrebbe prendere una resistenza più alta, se dal 5 al 10%, ci si può limitare a una più piccola.
Un parametro altrettanto importante che influisce sull'affidabilità del funzionamento è la dissipazione di potenza dell'elemento limitatore di corrente. La corrente che scorre attraverso una sezione di resistenza la farà riscaldare. Si usa la formula per determinare la potenza da dissipare:
P = U-U/R
Si utilizza una resistenza di limitazione la cui dissipazione di potenza ammissibile supererà il valore calcolato.
Esempio:
Un LED ha una caduta di tensione di 1,7 V e una corrente nominale di 20 mA. Deve essere collegato a un circuito di 12 V.
La caduta di tensione attraverso la resistenza di limitazione è:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Resistenza della resistenza:
R = 10,3/0,02 = 515 ohm.
Il valore più alto più vicino nella gamma standard è 560 Ohm. A questo valore la caduta di corrente dal riferimento è un po' meno del 10%, quindi un valore più alto non è necessario.
Dissipazione di potenza in watt:
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Un elemento con una dissipazione di potenza ammissibile di 0,25 W può quindi essere utilizzato per questo circuito.
Cablaggio di strisce LED
Le strisce LED sono disponibili in diverse tensioni di alimentazione. La striscia ha un circuito di diodi in serie. Il numero di diodi e la resistenza delle resistenze di terminazione dipendono dalla tensione di alimentazione della striscia.
I tipi più comuni di strisce LED sono progettati per essere collegati a un circuito con una tensione di 12 V. Anche qui è possibile utilizzare una tensione più alta per il funzionamento. Per calcolare correttamente le resistenze, è necessario conoscere la corrente che attraversa una singola sezione di nastro.
L'aumento della lunghezza del nastro provoca un aumento proporzionale della corrente perché le sezioni minime sono tecnologicamente collegate in parallelo. Per esempio, se la lunghezza minima di una sezione è di 50cm, allora una striscia di 5m di 10 sezioni di questo tipo avrà un consumo di corrente 10 volte maggiore.
Articoli correlati:
