Резистор для светодиода: Как рассчитать ограничивающий резистор для светодиода? | Статьи

Расчет резистора для светодиодов: примеры, онлайн калькулятор

При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор.  Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих драйверов. Однако, при всей ее простоте, для обеспечения оптимального режима работы необходимо провести расчет резистора для светодиода.

Содержание

1. Светодиод как нелинейный элемент
2. Как подобрать резистор для одиночного светодиода
3. Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов
4. Программы для расчета сопротивления
5. Заключение

Светодиод как нелинейный элемент

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов:

Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему.

Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер. Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения на несколько десятых долей вольта, ток может измениться в несколько раз.

Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (т.н. рабочую область) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.

На рисунке показаны типовые значения рабочих точек для красных, зеленых, белых и голубых светодиодов при токе 20 мА. Здесь можно заметить, что led разных цветов при одинаковом токе имеют разное падение напряжения в рабочей области. Эту особенность следует учитывать при проектировании схем.

Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду, как показано на картинке справа:

Полная же ВАХ выглядит следующим образом:

Здесь видно, что обратное включение бессмысленно, поскольку светодиод не будет излучать, а при превышении некоторого порога обратного напряжения выйдет из строя в результате пробоя.  Излучение же происходит только при включении в прямом направлении, причем интенсивность свечения зависит от тока, проходящего через led. Если этот ток ничем не ограничивать, то led перейдет в область пробоя и перегорит. Если нужно установить рабочий светодиод или нет, то Вам будет полезна статья подробно раскрывающая все способы проверки led.

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:

Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:

где U пит  — напряжение питания,

U пад- падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:

Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять

Из стандартного ряда сопротивлений Е24 подбираем наиболее близкое значение номинала – 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе, составит

Таким образом, потребуется гасящий резистор номиналом 510 Ом и мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Может сложиться впечатление, что при низких напряжениях питания можно подключать led без резистора. На этом видео наглядно показано, что произойдет со светоизлучающим диодом, включенного таким образом, при напряжении всего 5 В:

Светодиод сначала будет работать, но через несколько минут просто перегорит. Это вызвано нелинейным характером его ВАХ, о чем говорилось в начале статьи.

Никогда не подключайте светодиод без гасящего резистора даже при низком напряжении питания. Это ведет к его выгоранию и, в лучшем случае, к обрыву цепи, а в худшем – к короткому замыканию.

Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов

Подключить несколько led можно двумя способами: последовательно и параллельно. Схемы включения показаны ниже. Не забудьте почитать более подробно про способы подключения светодиодов.

При последовательном соединении используется один резистор, задающий одинаковый ток всей цепочке led. При этом следует учитывать, что источник питания должен обеспечивать напряжение, превышающее общее падение напряжения на диодах. То есть при соединении 4 светодиодов с падением 2.5 В потребуется источник напряжением более 10 В. Ток при этом для всех будет одинаковым. Сопротивление резистора в этом случае можно рассчитать по формуле:

где  — напряжение питания,

— сумма падений напряжения на светодиодах,

— ток потребления.

Так, 4 зеленых светодиода Kingbright L-132XGD напряжением 2.5 В и током 10 мА при питании 12 В потребуют резистора сопротивлением

При этом он должен рассеивать мощность

При параллельном подключении каждому светоизлучающему диоду ток ограничивает свой резистор. В таком случае можно использовать низковольтный источник питания, но ток потребления всей цепи будет складываться из токов, потребляемых каждым светодиодом. Например, 4 желтых светодиода BL-L513UYD фирмы Betlux Electronics с потреблением 20 мА каждый, потребуют от источника ток не менее 80 мА при параллельном включении. Здесь сопротивление и мощность резисторов для каждой пары «резистор – led» рассчитываются так же, как при подключении одиночного светодиода.

Обратите внимание, что и при последовательном, и при параллельном соединении используются источники питания одинаковой мощности. Только в первом случае потребуется источник с большим напряжением, а во втором – с большим током.

Нельзя подключать параллельно несколько светодиодов к одному резистору, т.к. либо они все будут гореть очень тускло, либо один из них может открыться чуть раньше других, и через него пойдет очень большой ток, который выведет его из строя.

Программы для расчета сопротивления

При большом количестве подключаемых led, особенно если они включены и последовательно, и параллельно, рассчитывать сопротивление каждого резистора вручную может быть проблематичным.

Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления. Очень удобным в этом плане является онлайн калькулятор на сайте cxem.net:

https://cxem.net/calc/ledcalc.php

Он включает в себя небольшую базу данных самых распространенных светодиодов, поэтому необязательно вручную набирать значения падения напряжения и тока, достаточно указать напряжение питания и выбрать из списка нужный светоизлучающий диод. Программа рассчитает сопротивление и мощность резисторов, а также нарисует схему подключения или принципиальную схему.

Например, с помощью этого калькулятора был рассчитан резистор для трех светодиодов CREE XLamp MX3 при напряжении питания 12 В:

Также программа обладает очень полезной функцией: она подскажет цветовую маркировку требуемого резистора.

Еще одна простая программа для расчета сопротивления разработана Сергеем Войтевичем. Скачать программу можно по этой ссылке.

Здесь уже вручную выбирается способ подключения светодиодов, напряжение и ток. Программа не требует установки, достаточно распаковать ее в любую директорию.

Заключение

Гасящий резистор – самый простой ограничитель тока для светодиодной цепи. От его подбора зависит ток, а значит, интенсивность свечения и долговечность led. Однако следует помнить, что при больших токах на резисторе будет выделяться значительная мощность, поэтому для питания мощных светодиодов лучше применять драйверы.

Калькулятор токоограничительного резистора для одноцветного светодиода

История развития светодиодов длится уже 100 лет… В начале XX века описывалось явление излучения света из материалов при воздействии электрических полей и эффект был назван «фотолюминесценция». Cовершенно случайно британский радиоинженер, капитан Генри Джозеф Раунд открыл прообраз современного светодиода. Раунд рассказал об этом интересном эффекте в 1907 г. в своей заметке, где описал только сам эффект желтого свечения от двухполярной структуры. В 1923 г. советский ученый Олег Владимирович Лосев, детально изучил детектор на основе карбида-кремния и смог сфотографировать свечение, испускаемое детектором, содержащим случайно созданный p-n переход.

Прогресс в исследованиях и производстве СИД последовал в 60-70х гг. прошлого века с развитием новых материалов для светодиодов красного, желтого, оранжевого и зеленого цветов свечения. В 1960 г. были созданы первые СИД(свето-излучающие диоды) и лазеры ближнего ИК-диапазона на основе GaAs. Параллельно с этим появились фотоприемники на основе полупроводников. Первый синеватозеленый СИД со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) создал Жак Панков (Яков Исаевич Панченков) с соавторами в 1971 г. Эти СИД изготовляли путем эпитаксиального осаждения нитрида галлия, обладающего электронной проводимостью, на сапфировую подложку, после наносили изолирующий слой из нитрида галлия с примесью цинка.

Современные светодиоды выпускаются в очень широком диапазоне цветов в том числе ИК и УФ диапазонов. Могут быть как одноцветными, так и многоцветными (когда в одном корпусе сосредоточено несколько кристаллов разных цветов), — например, RGB. Светодиоды характеризуются электрическими и световыми параметрами. Электрические характеристики: прямой ток, прямое падение напряжения, максимальное обратное напряжение, максимальная рассеиваемая мощность, вольт-амперная характеристика. Световые параметры: световой поток, сила света, угол рассеяния, цвет (или длина волны), цветовая температура, световая отдача.

Типы светодиодов

Технические характеристики

Прямой номинальный ток — рабочий ток, при котором светодиод будет нормально работать и p-n-переход не будет пробит и не перегреется.Величина номинального прямого тока зависит от размера кристалла, типа полупроводника, цвета свечения.

Прямое напряжение — падение напряжения на p-n-переходе светодиода при рабочем токе.По значению напряжения можно определить химический состав полупроводника.

Например:

• красные (галлия фосфид) — от 1,63 до 2,03 В
• оранжевые (галлия фосфид) — от 2,03 до 2,1 В;
• желтые (галлия фосфид) — от 2,1 до 2,18 В;
• зеленый (галлия фосфид) — от 1,9 до 4 В;
• синий (селенид цинка) — от 2,48 до 3,7 В;
• фиолетовый (индия-галлия нитрид) — от 2,76 до 4 В.

Максимальное обратное напряжение светодиода — это напряжение обратной полярности, при котором происходит пробой кристалла и светодиод выходит из строя.

Максимальная мощность рассеяния — мощность, которую корпус светодиода способен рассеивать в рабочем режиме.

Сила света количественно отражает интенсивность светового потока в определенном направлении и указывается в милликанделах.Чем меньше угол рассеяния — тем больше будет сила света светодиода.

Под световым потоком в один люмен понимают световой поток, испускаемый точечным изотропным источником с силой света, равной одной канделе, в телесный угол в один стерадиан.

Длина волны измеряется в нанометрах и характеризует цвет излучаемого светодиодом света. Зависит от химического состава полупроводникового кристалла, например:

Например:

• красные — от 610 нм до 760 нм;
• оранжевые — от 590 до 610 нм;
• желтые — от 570 до 590 нм;
• зеленый — от 500 до 570 нм;
• синий — от 450 до 500 нм;
• фиолетовый — от 400 до 450 нм.

Угол рассеяния светодиода измеряется в градусах.

Формула расчета токоограничительного резистора для светодиода

Для ограничения прямого тока через светодиод в цепь включают резистор. Требуемое значение находят из соотношения:

R = 

U_пит – U_F

 

I

где, U_F – прямое напряжение на светодиоде,

U_пит – питающее напряжение,

I – ток через светодиод

Для рассчета введите необходимые технические параметры или введите НОМЕНКЛАТУРНЫЙ НОМЕР светодиода с нашего сайта.

Светодиод с нужными параметрами можно подобрать в разделе «Светодиоды видимого спектра»

Номенклатурный
номер

Где взять номенклатурный номер

Внимание! 

Для перехода в другой калькулятор используйте ссылку:

Как определить «полярность» светодиода

Расчетное значение:

R  =   Ом

Поиск резистора на сайте:

Внимание! Производители объединяют резисторы в серии или ряды: E6, E12, E24…
Для подбора компонента будет использована серия E24.

Найти на сайте

Обнаружили ошибку или неточность в работе калькулятора? Сообщите нам об этом.

Соблюдайте технику безопасности во время работы с электронными компонентами!

Закон 90 000 Ом — Рассчитайте значение последовательного резистора для светодиода при питании 220 В переменного тока (среднеквадратичное значение)

Задавать вопрос

спросил 1 год, 2 месяца назад

Изменено 1 год, 2 месяца назад

Просмотрено 1к раз

\$\начало группы\$

Традиционный способ найти номинал резистора, который я могу найти в Интернете:

 (входное напряжение — прямое напряжение) / ток
 

В моем случае входное напряжение составляет 200 В переменного тока, прямое напряжение красного светодиода составляет 2 В, а ток составляет 0,02 А.

Это означает: (220 — 2) / 0,02 = 10900,0. Это означает, что я должен иметь возможность поставить резистор на 10900 Ом и подключить светодиод к 220 В переменного тока.

Вот что я сделал, я поместил свой светодиод в эту конфигурацию:

[модифицированная схема, удалены диоды, подключенные напротив]

Вместо того, чтобы использовать 10.9K, я использовал последовательно резисторы 10K и 1K.

Когда я подключаю его к сети 220 В переменного тока, он просто сгорает. Когда я ищу в Google правильное значение резистора, некоторые говорят, что используйте 47K, некоторые говорят, что используйте что-нибудь выше 100K, а некоторые говорят, что используйте 200K. На самом деле я использовал 47K на протяжении всей своей жизни, и он работает безупречно. Поэтому мне стало любопытно: почему он не подчиняется простой формуле использования резистора 10,9 кОм?

• резисторы
• закон Ома

\$\конечная группа\$

10

\$\начало группы\$

На резисторе будет около 220 В, а через него будет течь 20 мА.

Он будет рассеивать 4,4 Вт в виде тепла, что довольно много, и вам понадобится резистор, который сможет его выдержать, иначе он сгорит. Вот почему в этом случае действительно нецелесообразно использовать резисторы.

Другая вещь, которая может вызвать возгорание, заключается в том, что обычно светодиоды рассчитаны на работу с напряжением около 5 В в обратном направлении, а вы подключаете его к 220 В переменного тока, и в этом случае на светодиоде будут пики 310 В в обратном направлении.

Обратите внимание, что сетевое напряжение может быть опасным и смертельным, если у вас нет опыта работы с цепями сетевого напряжения.

\$\конечная группа\$

5

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Нужен ли мне резистор в этом дизайне серии светодиодов?

спросил 1 год, 11 месяцев назад

Изменено 1 год, 11 месяцев назад

Просмотрено 3к раз

\$\начало группы\$

Я разрабатываю алюминиевую печатную плату, содержащую ряд светодиодов мощностью 1 Вт.

Серия светодиодов будет получать питание 24 В постоянного тока, а N-MOSFET будут размещены между землей и каждой серией светодиодов. Ворота будут подключены к контактам PWM Arduino.

Вот пример схемы:

Количество светодиодов в серии определяется путем деления постоянного напряжения 24 В на прямое напряжение каждого светодиода. Например, белый светодиод имеет диапазон прямого напряжения 2,8–3,4 В и прямой ток 350 мА. Разделив 24 В на прямое напряжение, я могу последовательно подключить 8 белых светодиодов. Теперь вопрос: нужен ли резистор, добавленный в серию, или количества светодиодов достаточно, чтобы ограничить ток в диапазоне 350 мА?

• светодиод
• резисторы

\$\конечная группа\$

12

\$\начало группы\$

Прямое напряжение светодиодов может несколько различаться — достаточно, чтобы было трудно установить точный ток, просто подключив их последовательно к фиксированному напряжению. Общее Vf для цепочки может варьироваться на несколько вольт. Вы можете очень легко взорвать нить, просто привязав ее к источнику питания, как вы показали.

Итак, да, у вас должен быть гасящий резистор.

Еще лучше рассмотрите драйвер постоянного тока. Это не только защитит светодиоды от перегрузки по току, но и обеспечит постоянную яркость, несмотря на изменения Vf.

Имеются импульсные драйверы постоянного тока, которые могут делать это эффективно и по низкой цене, а также поддерживают ШИМ-диммирование.

\$\конечная группа\$

12

\$\начало группы\$

достаточно ли количества светодиодов, чтобы ограничить ток до диапазона 350 мА?

Абсолютно нет.

мне все еще нужен резистор, добавленный в серию?

Да, или что-то вроде резистора. МОП-транзистор, который у вас есть, будет работать нормально, если у него есть обратная связь для эффективной работы в качестве источника постоянного тока, которого у вас сейчас нет. Примеров много (в том числе и на этом сайте).

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Если вам нужна надежная цепочка светодиодов, то вам не нужна цепочка светодиодов без резистора. В этом случае вы не хотите соответствовать 24 В только по падению напряжения на светодиодах. Было бы намного лучше использовать 6 светодиодов и, скажем, резистор на 18 Ом для ограничения тока. Светодиоды очень зависят от температуры, и вы не хотите, чтобы тепловой разгон привел к перегоранию светодиодов. Теперь вы не указали номер детали и не указали техническое описание, поэтому нет определенного способа сказать, как будет работать ваша схема.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Также важно, что прямое падение напряжения светодиода снижается по мере увеличения температуры перехода, что может привести к тепловому разгону. Простейшим подходом может быть установка резистора около 5 Ом между истоком полевого транзистора и землей; когда ток светодиода достигает 350 мА, напряжение затвор-исток упадет с 5 В (я предполагаю, что вы используете 5 В Arduino) до примерно 3 В или около того. В зависимости от вашего полевого транзистора (проверьте спецификацию), он начнет отключаться и ограничивать ток. Если это уместно, вы можете использовать делитель между Arduino и затвором, чтобы вы могли запустить полевой транзистор, близкий к его пороговому напряжению, и использовать меньший токоизмерительный резистор.

\$\конечная группа\$

12

\$\начало группы\$

Сделав это сам с одной из многих готовых светодиодных печатных плат, которые вы можете получить на aliexpress, я предлагаю вам приобрести несколько резисторов мощностью 1 Вт 0,5 Ом, временно соединить их последовательно, чтобы обеспечить безопасный ток, а затем удалить их, пока вы немного ниже номинальной мощности светодиодов. Если они рассчитаны на 350 мА, то где-то в диапазоне 300-325 мА звучит хорошо.

Затем оставьте тестовую сборку включенной с амперметром в цепи примерно на час, чтобы проверить ее поведение при нагреве и убедиться, что вы все еще находитесь в пределах номинального диапазона.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Ответ сложнее, чем кажется, потому что функция ШИМ Arduino будет мешать обратной связи источника питания. Если вы используете драйвер постоянного тока, блок питания попытается компенсировать относительное падение тока за счет увеличения напряжения. Если вы используете драйвер постоянного напряжения, он не будет реагировать достаточно быстро, чтобы поддерживать стабильное напряжение на уровне 24 В между двумя циклами ШИМ.

Если бы время включения было стабильным, я бы сказал, что безопасно соединить эти 8 светодиодов последовательно без резистора, потому что при 24 В это уже находится в нижнем диапазоне их номинального напряжения. Но он не всегда будет давать одинаковое количество света, поскольку ток может быть меньше 350 мА. Безопасно не значит оптимально.

С частотой ШИМ все становится сложнее, потому что у вас очень частые падения и скачки напряжения. Я предлагаю вам изучить схемы, используемые для создания модулей ШИМ. Просто мосфета недостаточно.

Предложение в комментариях использовать существующий источник питания со встроенным входом ШИМ является идеальным решением, поскольку он использует источник питания в качестве модуля ШИМ. Это не только гарантия, но и экономия энергии.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Теоретически можно настроить Vgs так, чтобы ток был правильным. Для логического выхода нужен последовательный резистор. Выход PWM с RC-фильтром нижних частот может установить правильное значение Vgs, имея правильный рабочий цикл (и достаточно высокую частоту по сравнению с полосой пропускания фильтра). Но это было бы похоже на танец на канате. Феты — это личности, правый Вгс не достаточно точно читается из даташитов. Вполне вероятно, что светодиоды получат слишком большой ток. Итак, используйте последовательный резистор и пусть Vgs будет выше, чем на самом деле необходимо для определенного тока светодиода.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Все ваши светодиоды в данной цепочке могут нуждаться в 3,4 В, поэтому теоретически максимум, на который вы можете рассчитывать в цепочке, составляет 7 диодов.

Но все они могут быть на пределе 2,8 В. Допустим, 100 мВ на полевом транзисторе во включенном состоянии, это означает, что вам придется отбросить оставшиеся 24 — (7 x 2,8) — 0,1 = 4,3 В на резисторе (4,3 В / 0,35 А = 12 Ом) или что-то еще. Это рассеет 4,3 В x 0,35 А = 1,5 Вт. Рабочий цикл выхода ШИМ снизит среднеквадратичное значение, но, возможно, ненамного при полном возбуждении.

Если уровни яркости имеют значение (и зачем использовать ШИМ, если они не имеют значения), то у простого гасящего резистора есть еще одна проблема. В то время как цепочка из 2,8-вольтовых диодов будет в порядке, цепочка из 3,4-вольтовых примеров будет иметь максимальное значение 100 мВ на резисторе 12 Ом, что дает только (100 мВ / 12 Ом) = 8,3 мА или около того.

Таким образом, цепочка из шести диодов — это максимум, на который можно надеяться.

Что еще более важно, если вы хотите согласовать цепи диодов по яркости, т. е. по току, вам понадобится последовательный токоизмерительный резистор, падение напряжения на котором подается обратно для ограничения уровня включения. В этом случае изменение напряжения в открытом состоянии между диодными цепями будет не более 6 x (3,4–2,8) = 3,6 В, поэтому даже при оптимальной настройке полевого транзистора, возможно, придется рассеивать 3,6 В x 0,35 А = 1,3 Вт. Его максимальный рабочий цикл может снизить это, но ненамного, в то время как любое отклонение от оптимальных значений компонентов увеличит его.