Hlavným parametrom, ktorý ovplyvňuje životnosť LED diódy, je elektrický prúd, ktorého hodnota je pre každý typ LED prvku prísne regulovaná. Jedným z bežných spôsobov obmedzenia maximálneho prúdu je použitie obmedzovacieho rezistora. Odpor pre LED možno vypočítať bez zložitých výpočtov na základe Ohmovho zákona pomocou technických hodnôt diódy a napätia v obvode.
Obsah
Vlastnosti pripojenia LED
Pracujú na rovnakom princípe ako usmerňovacie diódy, avšak prvky vyžarujúce svetlo majú odlišné vlastnosti. Najdôležitejšie z nich sú:
- Extrémne negatívna citlivosť na napätie s opačnou polaritou. LED dióda v obvode, ktorý nemá správnu polaritu, takmer okamžite zlyhá.
- Úzky rozsah prípustného prevádzkového prúdu cez p-n prechod.
- Závislosť prechodového odporu od teploty, ktorá je charakteristická pre väčšinu polovodičových prvkov.
Posledný bod by sa mal rozobrať podrobnejšie, pretože je hlavný pre výpočet kaliaceho odporu. V dokumentácii vyžarujúcich prvkov sa uvádza prípustný rozsah menovitého prúdu, pri ktorom si zachovávajú svoju výkonnosť a poskytujú stanovené vyžarovacie charakteristiky. Podhodnotenie hodnoty nie je fatálne, ale spôsobí určité zníženie jasu. Od určitej hraničnej hodnoty sa tok prúdu cez prechod zastaví a nedochádza k luminiscencii.
Prekročenie prúdu spočiatku vedie k zvýšeniu svietivosti, ale životnosť sa drasticky zníži. Ďalšie zvýšenie vedie k zlyhaniu prvku. Výber rezistora pre LED je teda zameraný na obmedzenie maximálneho povoleného prúdu v najhorších podmienkach.
Napätie na polovodičovom prechode je obmedzené fyzikálnymi procesmi na prechode a pohybuje sa v úzkom rozsahu približne 1 - 2 V. 12 V svetelné diódy, ktorými sú vozidlá často vybavené, môžu obsahovať reťaz sériovo zapojených prvkov alebo obmedzovací obvod, ktorý je súčasťou konštrukcie.
Načo potrebujete rezistor pre LED?
Použitie obmedzovacieho rezistora na zapnutie LED nie je najefektívnejšie, ale najjednoduchšie a najlacnejšie riešenie na obmedzenie prúdu v prípustných medziach. Obvodové riešenia, ktoré dokážu stabilizovať prúd v emitorovom obvode s vysokou presnosťou, je pomerne ťažké reprodukovať a hotové riešenia sú veľmi drahé.
Použitie rezistorov umožňuje realizovať osvetlenie a ilumináciu vo vlastnej réžii. Kľúčom k úspechu je znalosť používania meracích prístrojov a minimálna zručnosť pri spájkovaní. Dobre navrhnutý obmedzovač, ktorý zohľadňuje možné tolerancie a teplotné výkyvy, zabezpečí, že LED diódy budú správne fungovať počas celej stanovenej životnosti pri minimálnych nákladoch.
Paralelné a sériové zapojenie LED diód
Na kombináciu parametrov výkonových obvodov a výkonu LED je rozšírené sériové a paralelné zapojenie viacerých prvkov. Každý typ pripojenia má svoje výhody a nevýhody.
Paralelné pripojenie
Výhodou tohto typu zapojenia je použitie iba jedného obmedzovača na jeden obvod. Je potrebné uviesť, že táto výhoda je jediná, preto sa paralelné pripojenie takmer nevyskytuje, s výnimkou priemyselných výrobkov nízkej kvality. Nevýhody sú tieto:
- Rozptýlený výkon obmedzovacieho prvku sa zvyšuje úmerne s počtom paralelne zapojených LED diód.
- Rozdielnosť parametrov prvkov vedie k nerovnomernému rozloženiu prúdu.
- Vypálenie jedného z emitorov vedie k lavínovitému zlyhaniu všetkých ostatných v dôsledku zvýšeného úbytku napätia na paralelnej skupine.
Zapojenie, pri ktorom je prúd prechádzajúci každým vyžarujúcim prvkom obmedzený samostatným odporom, trochu zvyšuje výkon. Presnejšie ide o paralelné zapojenie jednotlivých obvodov pozostávajúcich z LED diód s obmedzovacími rezistormi. Hlavnou výhodou je vyššia spoľahlivosť, pretože porucha jedného alebo viacerých prvkov nemá vplyv na činnosť ostatných.
Nevýhodou je, že jas jednotlivých prvkov sa môže výrazne líšiť v dôsledku rozdielov v LED diódach a technologickej tolerancie menovitého odporu. Takýto obvod obsahuje veľký počet rádiových prvkov.
Paralelné zapojenie s jednotlivými terminátormi sa používa v nízkonapäťových obvodoch začínajúcich pri minimálnom napätí obmedzenom úbytkom napätia na p-n prechode.
Sériové pripojenie
Sériové zapojenie vyžarujúcich prvkov sa stalo najpoužívanejším, pretože zjavnou výhodou sériového zapojenia je absolútna rovnosť prúdu pretekajúceho každým prvkom. Keďže prúd cez jediný zakončovací odpor a cez diódu je rovnaký, stratový výkon bude minimálny.
Významná nevýhoda - porucha čo i len jedného prvku spôsobí nefunkčnosť celého reťazca. Sériové zapojenie vyžaduje vyššie napätie, ktorého minimálna hodnota sa zvyšuje úmerne s počtom zapojených prvkov.
Zmiešaný režim
Použitie veľkého počtu žiaričov je možné zmiešaným zapojením, použitím niekoľkých paralelných reťazcov a sériovým zapojením jedného obmedzovacieho rezistora a niekoľkých LED.
Vyhorenie jedného z prvkov spôsobí, že nefunguje iba jeden obvod, v ktorom je prvok nainštalovaný. Ostatné budú fungovať správne.
Vzorce na výpočet odporu
Výpočet odporu LED diód je založený na Ohmovom zákone. Vstupné parametre pre výpočet odporu pre LED sú:
- napätie obvodu;
- prevádzkový prúd LED;
- je úbytok napätia na vysielacej dióde (napájacie napätie LED).
Hodnota odporu sa určí z výrazu:
R = U/I,
kde U je úbytok napätia na rezistore a I je jednosmerný prúd prechádzajúci LED diódou.
Úbytok napätia na LED sa určí z výrazu:
U = Upit - Usv,
kde Upit je napätie obvodu a Uc je menovitý úbytok napätia na vysielacej dióde.
Výpočet LED pre rezistor poskytuje hodnotu odporu, ktorá nebude v štandardnom rozsahu hodnôt. Vezmite rezistor s odporom najbližším k vypočítanej hodnote na väčšej strane. Týmto spôsobom sa zohľadňuje možné zvýšenie napätia. Je lepšie vziať ďalšiu hodnotu v rade odporov. Tým sa mierne zníži prúd cez diódu a zníži sa jas svietenia, ale neguje sa akákoľvek zmena napájacieho napätia a odporu diódy (napr. v dôsledku zmeny teploty).
Pred výberom hodnoty odporu je potrebné odhadnúť možné zníženie prúdu a jasu v porovnaní s nastavenou hodnotou podľa vzorca:
(R - Rst)R-100%.
Ak je výsledná hodnota menšia ako 5 %, mali by ste použiť vyšší odpor, ak je od 5 do 10 %, môžete sa obmedziť na menší.
Nemenej dôležitým parametrom, ktorý ovplyvňuje spoľahlivosť prevádzky, je stratový výkon prúdového obmedzovača. Prúd, ktorý preteká rezistorovou časťou, spôsobuje jej zahrievanie. Na určenie rozptýleného výkonu sa používa vzorec:
P = U-U/R
Použije sa obmedzovací rezistor, ktorého prípustný stratový výkon prekročí vypočítanú hodnotu.
Príklad:
LED má úbytok napätia 1,7 V a menovitý prúd 20 mA. Musí byť pripojený k 12 V obvodu.
Úbytok napätia na obmedzovacom odpore je:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Odpor rezistora:
R = 10,3/0,02 = 515 ohmov.
Najbližšia vyššia hodnota v štandardnom rozsahu je 560 Ohm. Pri tejto hodnote je pokles prúdu oproti referenčnej hodnote o niečo menší ako 10 %, takže nie je potrebné brať vyššiu hodnotu.
Rozptýlený výkon vo wattoch:
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Pre tento obvod sa preto môže použiť prvok s prípustným stratovým výkonom 0,25 W.
Zapojenie LED pásikov
LED pásky sú k dispozícii s rôznymi napájacími napätiami. Pásik má sériovo zapojený obvod diód. Počet diód a odpor zakončovacích rezistorov závisí od napájacieho napätia pásu.
Najbežnejšie typy LED pásikov sú určené na pripojenie k obvodu s napätím 12 V. Aj tu je možné použiť vyššie napätie na prevádzku. Na správny výpočet rezistorov je potrebné poznať prúd, ktorý preteká jedným úsekom pásky.
Zväčšovanie dĺžky pásky spôsobuje úmerný nárast prúdu, pretože minimálne úseky sú technologicky zapojené paralelne. Ak je napríklad minimálna dĺžka úseku 50 cm, potom pás s dĺžkou 5 m pozostávajúci z 10 takýchto úsekov bude mať 10-krát väčšiu spotrebu prúdu.
Súvisiace články:
