Расчет ограничивающего ток резистора для светодиода, формулы и калькулятор

Часто при изготовлении разнообразных устройств возникает необходимость использовать светодиоды и светодиодные индикаторы. Будем полагать что вы знаете что такое светодиод и какие они бывают.

Подключение светодиода к источнику питания выполняется, как правило, через ограничивающий ток резистор (гасящий резистор). Ниже описаны принципы и формулы для расчета гасящего резистора, а также небольшой калькулятор для быстрого подсчета.

Расчет резистора для светодиода

Чтобы компенсировать сопротивление светодиода, нужно прежде всего подобрать резистор с более высоким сопротивлением. Такой расчет не составит труда для тех, кто знает, что такое закон Ома.

Математический расчет

Исходя из закона Ома, рассчитываем по такой формуле:

где Un – напряжение сети; Uvd – напряжение, на которое рассчитана работа светодиода; Ivd – ток.

Допустим, у нас светодиод с характеристиками:

2,1 -3, 4 вольт – рабочее напряжение (Uvd). Возьмем среднее значение 2, 8 вольт.

20 ампер – рабочий ток (Ivd)

220 вольт – напряжение сети (Un)

В таком случае мы получаем величину сопротивления R = 10, 86. Однако этих расчетов недостаточно. Резистор может перегреваться. Для предотвращения перегрева нужно учитывать при выборе его мощность, которая рассчитывается по следующей формуле:

Для наглядности рекомендуем посмотреть видео:

Графический расчет

Графический способ – менее популярный для расчета резистора на светодиод, но может быть даже более удобный. Зная напряжение и ток диода (их называют еще вольтамперными характеристиками – ВАХ), вы можете узнать сопротивление нужного резистора по графику, представленному ниже:

Статья в тему: Как почистить клапана от нагара не разбирая

Тут изображен расчет для диода с номинальным током 20мА и напряжением источника питания 5 вольт. Проводя пунктирную линию от 20 мА до пересечения с «кривой led» (синий цвет), чертим пересекающую линию от прямой Uled до прямой и получаем максимальное значение тока около 50 мА. Далее рассчитываем сопротивление по формуле:

Получаем значение 100 Ом для резистора. Находим для него мощность рассеивания (Силу тока берем из Imax):

Параллельное соединение

Довольно часто требуется подключить несколько диодов к одному источнику. Теоретически, для питания нескольких параллельно соединенных LED, можно применить один токоограничивающий резистор. При этом формулы будут иметь следующий вид:

P = (n ⋅ I_н) 2 ⋅ R

Где n – количество параллельно включенных ЛЕДов.

Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов

Даже в «китайских» изделиях производители для каждого светодиода устанавливают отдельный токоограничивающий резистор. Дело в том, что в случае общего балласта для нескольких LED многократно возрастает вероятность выхода из строя светоизлучающих диодов.

В случае обрыва одного из полупроводников, его ток перераспределится через оставшиеся LED. Рассеиваемая на них мощность увеличится и они начнут интенсивно нагреваться. Вследствие перегрева следующий диод выйдет из строя и дальше процесс примет лавинообразный характер.

Совет. Если по какой-то причине нужно обойтись одним гасящим сопротивлением, увеличьте его номинал на 20-25%. Это обеспечит большую надежность конструкции.

Онлайн калькулятор для расчета светодиодов

Для автоматического расчета понадобятся следующие данные:

напряжение источника или блока питания, В;
номинальное прямое напряжение устройства, В;
прямой номинальный рабочий ток, мА;
количество светодиодов в цепочке или включенных параллельно;
схема подключения светодиода(ов).

Статья в тему: Параметры дисков расшифровка параметров

Исходные данные можно взять из паспорта диода.

После введения их в соответствующие окна калькулятора нажмите на кнопку «Рассчитать» и получите номинальное значение резистора и его мощность.

Расчёт резистора для светодиода

Расчёт резистора для светодиода – очень важный момент перед подключением светодиода к источнику питания. Ведь от этого зависит то, как будет работать светодиод. Если резистор будет иметь слишком маленькое сопротивление, то светодиод может выйти из строя (перегореть), а если сопротивление будет слишком велико, то светодиод будет излучать свет слабо. Расчёт резистора для светодиода производится по следующей формуле:

R = (V_S – V_L) / I
V_S – напряжение источника питания (В).
V_L – напряжение питания светодиода (обычно 2 вольта и 4 вольта для голубых и белых светодиодов).
I – ток светодиода (например 10 мА = 0.01 А или 20 мА = 0.02 А)

Впрочем, Вы можете изначально захотеть выбрать несколько большее сопротивление, для экономии электричества например. Но надо помнить, что излучение светодиода в этом случае будет менее ярким. Если напряжение источника питания = 9 Вольт и у Вас красный светодиод (VL = 2V), требуемый ток I = 20 мА = 0.02A, R = (9V – 2V) / 0.02A = 350 Ом. Необходимо выбрать резистор сопротивлением 390 Ом (ближайшее большее значение).

Основные выводы

Приведенные выше формулы на пpaктике необходимо корректировать. Даже в одной партии у светодиодов различные показатели. Чтобы получить точные результаты, в формулы желательно вставлять цифры, полученные при тестировании лед-лампочек.

Статья в тему: Как подключить вентилятор радиатора

Необходимо так же учесть температуру среды. Это значит, что для использования в помещениях расчеты проводятся не так, как для использования вне помещений. Если в схему включаются пpeдoxpaнители, учитывается так же их сопротивление. Ведь у любого электроприбора оно есть.

Основные параметры

Отличие характеристик кристаллов для дешевых ЛЕД

Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми. Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно. Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.

Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от 10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В.

Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа и зависит от назначения:

цвета синий, красный, зелёный, желтый;
трёхцветный RGB;
четырёхцветный RGBW;
двухцветный, теплый и холодный белый.

Математический расчет.

Для подбора сопротивления придется вспомнить школьный курс физики.

Статья в тему: Патрубки горячие а радиатор холодный

На рисунке представлена простая последовательная электрическая схема соединения резистора и диода. На схеме применены следующие обозначения:

U – входное напряжение блока питания;
R – резистор с падением напряжения U_R;
LED – светодиод с падением напряжения U_LED (паспортное значение) и дифференциальным сопротивлением R_LED;

Поскольку элементы соединены последовательно, то сила тока I в них одинакова.

По второму закону Кирхгофа:

Одновременно используем закон Ома:

Подставим формулу (2) в формулу (1) и получим:

Путем простых математических преобразований из формул (1) и (3) найдем искомое сопротивление резистора R:

Для более точного подбора можно рассчитать мощность рассеивания резистора Р.

Примем напряжение блока питания U = 10 В.

Характеристики диода: U_LED = 2В, I = 40 мА = 0,04A.

Подставим нужные цифры в формулу (4), получим: R = (10 — 2) / 0,04 = 200 (Ом).

Мощность рассеивания (5): составит Р = (10 – 2) * 0,04 = 0,32 (Вт).

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

Подключать светодиод через резистор можно, если вопрос эффективности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в роли индикатора для подсветки выключателя или указателя сетевого напряжения в электроприборах. В подобных устройствах яркость не важна, а мощность потребления не превышает 0,1 Вт. Подключая светодиод с потреблением более 1 Вт, нужно быть уверенным в том, что блок питания выдаёт стабилизированное напряжение.

Если входное напряжение схемы не стабилизировано, то все помехи и скачки будут передаваться в нагрузку, нарушая работу светодиода. Ярким примером служит автомобильная электрическая сеть, в которой напряжение на аккумуляторе только теоретически составляет 12 В. В самом простом случае делать светодиодную подсветку в машине следует через линейный стабилизатор из серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы, включать нужно по 3 светодиода последовательно. Также схема питания через резистор востребована в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер). Особенно тогда, когда стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое остаётся лишь правильно подключить.

Статья в тему: Греется переднее колесо ваз 2114

Основные выводы

Приведенные выше формулы на практике необходимо корректировать. Даже в одной партии у светодиодов различные показатели. Чтобы получить точные результаты, в формулы желательно вставлять цифры, полученные при тестировании лед-лампочек.

Необходимо так же учесть температуру среды. Это значит, что для использования в помещениях расчеты проводятся не так, как для использования вне помещений. Если в схему включаются предохранители, учитывается так же их сопротивление. Ведь у любого электроприбора оно есть.