O parâmetro principal que afecta a vida útil do LED é a corrente eléctrica, cujo valor é rigorosamente regulado para cada tipo de elemento LED. Uma forma comum de limitar a corrente máxima é utilizar uma resistência limitadora. A resistência para o LED pode ser calculada sem cálculos complexos baseados na lei de Ohm, utilizando os valores técnicos do díodo e a tensão do circuito.
Conteúdos
Características da ligação LED
Operando segundo o mesmo princípio que os díodos rectificadores, os elementos emissores de luz têm, no entanto, características distintivas. As mais importantes de entre elas são
- Sensibilidade extremamente negativa para inverter tensões de polaridade. Um LED num circuito que não esteja na polaridade correcta falhará quase instantaneamente.
- Gama estreita de corrente de funcionamento admissível através da junção p-n.
- A dependência da resistência de junção da temperatura, que é uma característica da maioria dos elementos semicondutores.
O último ponto deve ser discutido com mais detalhe, pois é o principal para o cálculo da resistência de têmpera. A documentação dos elementos radiantes especifica a gama admissível de corrente nominal em que mantêm o seu desempenho e fornecem as características radiantes especificadas. A subestimação do valor não é fatal, mas resultará em alguma redução da luminosidade. A partir de um certo valor limite, o fluxo de corrente através da junção irá parar e não haverá luminescência.
Exceder a corrente leva inicialmente a um aumento da luminosidade, mas o tempo de vida é drasticamente reduzido. Um novo aumento leva ao fracasso do elemento. Assim, a selecção de uma resistência para um LED tem como objectivo limitar a corrente máxima permitida nas piores condições.
A tensão na junção dos semicondutores é limitada pelos processos físicos na junção e está numa gama estreita de cerca de 1-2V. Os díodos emissores de luz de 12 volts frequentemente instalados nos automóveis podem conter uma cadeia de elementos ligados em série ou um circuito limitador incluído no desenho.
Porque é que precisa de uma resistência para um LED?
Utilizar uma resistência limitadora para ligar o LED não é a mais eficaz, mas a solução mais fácil e mais barata para limitar a corrente dentro dos limites admissíveis. Soluções de circuito que podem estabilizar a corrente no circuito emissor com alta precisão são bastante difíceis de replicar e as soluções de prateleira são muito caras.
O uso de resistências torna possível fazer iluminação e iluminação interna. A chave é saber utilizar instrumentos de medição e capacidades de soldadura mínimas. Um limitador bem concebido, tendo em conta possíveis tolerâncias e flutuações de temperatura, assegurará que os LEDs funcionarão correctamente durante toda a sua vida útil declarada a um custo mínimo.
Ligação paralela e em série de LEDs
A fim de combinar os parâmetros dos circuitos de potência e o desempenho dos LEDs é generalizada série e ligação paralela de vários elementos. Cada tipo de ligação tem vantagens e desvantagens.
Ligação paralela
A vantagem deste tipo de ligação é a utilização de apenas um limitador por circuito. Deve ser declarado que esta vantagem é a única, portanto, a ligação paralela é quase inaudita, excepto para produtos industriais de baixa qualidade. As desvantagens são as seguintes:
- A dissipação de energia no elemento limitador aumenta em proporção ao número de LED ligados em paralelo.
- A variação dos parâmetros dos elementos leva a uma distribuição desigual da corrente.
- A queima de um dos emissores leva a uma falha em forma de avalanche de todos os outros, devido ao aumento da queda de tensão em todo o grupo ligado em paralelo.
Uma ligação em que a corrente através de cada elemento radiante é limitada por uma resistência separada aumenta um pouco o desempenho. Mais precisamente, é uma ligação paralela de circuitos individuais constituídos por LEDs com resistências limitadoras. A principal vantagem é uma maior fiabilidade, já que a falha de um ou mais elementos não tem qualquer efeito sobre o funcionamento dos outros.
A desvantagem é que o brilho dos elementos individuais pode variar muito devido às variações nos LEDs e à tolerância tecnológica da classificação da resistência. Tal circuito contém um grande número de elementos de rádio.
A ligação paralela com terminadores individuais é utilizada em circuitos de baixa tensão a partir da tensão mínima limitada pela queda de tensão ao longo da junção p-n.
Ligação em série
A ligação em série de elementos radiantes tornou-se a mais utilizada porque a vantagem óbvia de um circuito em série é a igualdade absoluta da corrente que flui através de cada elemento. Uma vez que a corrente através da resistência de terminação única e através do díodo é a mesma, a dissipação de energia será mínima.
Uma desvantagem significativa - a falha de mesmo um elemento tornará toda a cadeia inoperante. A ligação em série requer uma tensão mais elevada, cujo valor mínimo aumenta na proporção do número de elementos ligados.
Modo misto
A utilização de um grande número de emissores é possível fazendo uma ligação mista, utilizando várias cadeias paralelas, e ligando uma resistência limitadora e vários LEDs em série.
A queima de um dos elementos resultará em apenas um circuito em que o elemento não está instalado e não funciona. Os outros funcionarão correctamente.
Fórmulas de cálculo de resistências
O cálculo da resistência dos LEDs é baseado na lei de Ohm. Os parâmetros de entrada para o cálculo da resistência de um LED são:
- tensão do circuito;
- a corrente de funcionamento do LED;
- é a queda de tensão através do díodo emissor (tensão de alimentação do LED).
O valor da resistência é determinado a partir da expressão:
R = U/I,
onde U é a queda de tensão através da resistência e I é a corrente contínua através do LED.
A queda de tensão do LED é determinada a partir da expressão:
U = Upit - Usv,
onde Upit é a tensão do circuito e Uc é a queda de tensão nominal através do díodo emissor.
O cálculo do LED para uma resistência dá um valor de resistência que não estará na gama padrão de valores. Pegar na resistência com a resistência mais próxima do valor calculado no lado maior. Desta forma, um possível aumento de tensão é tido em conta. É melhor tomar o próximo valor na série de resistência. Isto irá reduzir ligeiramente a corrente através do díodo e reduzir o brilho do brilho, mas irá negar qualquer alteração na tensão de alimentação e na resistência do díodo (por exemplo, devido à mudança de temperatura).
Antes de seleccionar o valor de resistência, a possível redução da corrente e brilho em comparação com o valor definido deve ser estimada usando a fórmula:
(R - Rst)R-100%.
Se o valor resultante for inferior a 5%, deve tomar uma resistência mais alta, se de 5 a 10%, pode limitar-se a uma resistência menor.
Um parâmetro igualmente importante que afecta a fiabilidade do funcionamento é a dissipação de energia do elemento limitador de corrente. A corrente que flui através de uma secção de resistência provocará o seu aquecimento. É utilizada a fórmula para determinar a potência a ser dissipada:
P = U-U/R
É utilizada uma resistência limitadora cuja dissipação de potência permissível excederá o valor calculado.
Exemplo:
Um LED tem uma queda de tensão de 1,7 V e uma corrente nominal de 20 mA. Deve ser ligado a um circuito de 12 V.
A queda de tensão através da resistência limitadora é:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Resistência da resistência:
R = 10.3/0.02 = 515 ohms.
O valor mais alto mais próximo na gama padrão é 560 Ohm. Com este valor, a queda actual da referência é um pouco inferior a 10%, pelo que não é necessário um valor mais elevado.
Dissipação de energia em watts:
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Um elemento com uma dissipação de potência admissível de 0,25 W pode, portanto, ser utilizado para este circuito.
Cablagem de tiras de LED
As tiras de LED estão disponíveis em diferentes tensões de alimentação. A faixa tem um circuito de díodos em série. O número de díodos e a resistência das resistências terminais dependem da tensão de alimentação da tira.
Os tipos mais comuns de tiras de LED são concebidos para ligação a um circuito com uma tensão de 12 V. A utilização de uma tensão mais alta para o funcionamento também é possível aqui. A fim de calcular correctamente as resistências, é necessário conhecer a corrente que flui através de uma única secção de fita.
O aumento do comprimento da fita provoca um aumento proporcional da corrente porque as secções mínimas estão tecnologicamente ligadas em paralelo. Por exemplo, se o comprimento mínimo de uma secção for de 50cm, então uma tira de 5m de 10 dessas secções terá um consumo de corrente 10 vezes maior.
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