O principal parâmetro que afeta a durabilidade do LED é a corrente elétrica, cujo valor é estritamente padronizado para cada tipo de elemento LED. Uma maneira comum de limitar a corrente máxima é usar um resistor limitador. O resistor para o LED pode ser calculado sem o uso de cálculos complexos baseados na lei de Ohm, usando os valores técnicos dos parâmetros do diodo e da tensão no circuito de comutação.
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Características de ligar o LED
Trabalhando com o mesmo princípio dos diodos retificadores, os elementos emissores de luz, no entanto, possuem características distintas. Os mais importantes são:
- Sensibilidade extremamente negativa para tensão de polaridade reversa. Um LED conectado ao circuito com a polaridade errada falha quase instantaneamente.
- Faixa estreita de corrente de operação permitida através da junção p-n.
- Dependência da resistência de transição da temperatura, que é típica para a maioria dos elementos semicondutores.
O último ponto deve ser discutido com mais detalhes, pois é o principal para o cálculo do resistor de têmpera. A documentação dos elementos radiantes indica a faixa admissível da corrente nominal, na qual eles permanecem operacionais e fornecem as características de radiação especificadas. Subestimar o valor não é fatal, mas leva a alguma diminuição no brilho. A partir de um determinado valor limite, a passagem de corrente pela transição é interrompida e o brilho estará ausente.
Exceder a corrente primeiro leva a um aumento no brilho do brilho, mas a vida útil é drasticamente reduzida. Um aumento adicional leva à falha do elemento. Assim, a seleção do resistor de LED visa limitar a corrente máxima permitida nas piores condições.
A tensão em uma junção semicondutora é limitada pelos processos físicos nela e está em uma faixa estreita de cerca de 1-2 V. Diodos emissores de luz de 12 volts, geralmente instalados em carros, podem conter uma cadeia de elementos conectados em série ou um limitador circuito incluído no projeto.
Por que você precisa de um resistor para o LED
Usar resistores limitadores ao ligar os LEDs é, embora não seja o mais eficaz, mas a solução mais fácil e barata para limitar a corrente dentro de limites aceitáveis. As soluções de circuito que permitem estabilizar a corrente no circuito do emissor com alta precisão são bastante difíceis de repetir, e as prontas têm um alto custo.
O uso de resistores permite realizar iluminação e retroiluminação por conta própria. O principal neste caso é a capacidade de usar instrumentos de medição e habilidades mínimas de soldagem. Um limitador bem projetado, levando em consideração possíveis tolerâncias e flutuações de temperatura, é capaz de garantir o funcionamento normal dos LEDs durante toda a vida útil declarada a um custo mínimo.
Conexão paralela e serial de LEDs
Para combinar os parâmetros dos circuitos de potência e as características dos LEDs, a conexão serial e paralela de vários elementos é generalizada. Cada tipo de conexão tem vantagens e desvantagens.
Conexão paralela
A vantagem de tal conexão é o uso de apenas um limitador para todo o circuito. Deve-se notar que esta vantagem é a única, portanto, uma conexão paralela praticamente nunca é encontrada, com exceção de produtos industriais de baixa qualidade. As desvantagens são:
- A dissipação de potência no elemento limitador aumenta proporcionalmente ao número de LEDs conectados em paralelo.
- A dispersão dos parâmetros dos elementos leva a uma distribuição desigual das correntes.
- A queima de um dos emissores leva a uma falha semelhante a uma avalanche de todos os outros devido a um aumento na queda de tensão no grupo conectado em paralelo.
A conexão aumenta um pouco as propriedades operacionais, onde a corrente através de cada elemento radiante é limitada por um resistor separado. Mais precisamente, é uma conexão paralela de circuitos individuais que consistem em LEDs com resistores limitadores.A principal vantagem é a maior confiabilidade, pois a falha de um ou mais elementos não afeta de forma alguma o funcionamento dos demais.
A desvantagem é o fato de que, devido à propagação dos parâmetros do LED e à tolerância tecnológica para o valor da resistência, o brilho do brilho dos elementos individuais pode variar muito. Tal esquema contém um grande número de elementos de rádio.
A conexão paralela com limitadores individuais encontra uso em circuitos de baixa tensão, começando com um mínimo, limitado pela queda de tensão na junção p-n.
Ligação em série
A conexão em série de elementos radiantes tornou-se a mais difundida, pois a vantagem inquestionável de um circuito em série é a igualdade absoluta da corrente que passa por cada elemento. Como a corrente através do resistor limitador único e através do diodo é a mesma, a dissipação de energia será mínima.
Uma desvantagem significativa é que a falha de pelo menos um dos elementos levará à inoperabilidade de toda a cadeia. Para uma conexão em série, é necessária uma tensão aumentada, cujo valor mínimo aumenta proporcionalmente ao número de elementos incluídos.
inclusão mista
O uso de um grande número de emissores é possível ao realizar uma conexão mista, quando são usadas várias cadeias conectadas em paralelo e uma conexão em série de um resistor limitador e vários LEDs.
A queima de um dos elementos levará à inoperacionalidade de apenas um circuito no qual este elemento está instalado.O resto funcionará corretamente.
Fórmulas de cálculo do resistor
O cálculo da resistência do resistor para LEDs é baseado na lei de Ohm. Os parâmetros iniciais de como calcular o resistor para o LED são:
- tensão do circuito;
- corrente de operação do LED;
- queda de tensão no diodo 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 no resistor e I é a corrente direta através do LED.
A queda de tensão do LED é determinada a partir da expressão:
U \u003d Upit - Usv,
onde Upit é a tensão do circuito e Usv é a queda de tensão da placa de identificação através do diodo radiante.
O cálculo de um LED para um resistor fornece um valor de resistência que não estará na faixa padrão de valores. Você precisa pegar um resistor com uma resistência mais próxima do valor calculado no lado maior. Isso leva em consideração o possível aumento de tensão. É melhor tomar o valor próximo na série de resistências. Isso reduzirá um pouco a corrente através do diodo e reduzirá o brilho do brilho, mas, ao mesmo tempo, qualquer alteração na magnitude da tensão de alimentação e da resistência do diodo (por exemplo, quando a temperatura mudar) é nivelada.
Antes de escolher um valor de resistência, você deve avaliar a possível diminuição de corrente e brilho em relação ao especificado pela fórmula:
(R - Rst)R•100%
Se o valor obtido for inferior a 5%, você precisará obter uma resistência maior, se de 5 a 10%, poderá limitar-se a uma menor.
Um parâmetro igualmente importante que afeta a confiabilidade da operação é a dissipação de potência do elemento limitador de corrente. A corrente que passa por uma seção com resistência faz com que ela aqueça.Para determinar a potência que será dissipada, use a fórmula:
P = U•U/R
Use um resistor limitador cuja dissipação de potência exceda o valor calculado.
Exemplo:
Existe um LED com uma queda de tensão de 1,7 V com uma corrente nominal de 20 mA. Deve ser ligado a um circuito de 12 V.
A queda de tensão no resistor limitador é:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Resistência do resistor:
R \u003d 10,3 / 0,02 \u003d 515 ohms.
O valor mais alto mais próximo na faixa padrão é 560 ohms. Com este valor, a diminuição da corrente em relação ao valor ajustado é um pouco menor que 10%, portanto não há necessidade de tomar um valor maior.
Potência dissipada em watts:
P = 10,3•10,3/560 = 0,19 W
Assim, para este circuito, você pode usar um elemento com uma potência de dissipação permitida de 0,25 W.
Conectando a faixa de LED
As tiras de LED estão disponíveis para diferentes tensões de alimentação. Na fita há um circuito de diodos conectados em série. O número de diodos e a resistência dos resistores limitadores dependem da tensão de alimentação da fita.
Os tipos mais comuns de tiras de LED são projetados para serem conectados a um circuito de 12 V. Também é possível usar um valor de tensão mais alto para operação aqui. Para o cálculo correto dos resistores, é necessário conhecer a corrente que flui através de uma única seção da fita.
Um aumento no comprimento da fita causa um aumento proporcional na corrente, uma vez que as seções mínimas são tecnologicamente conectadas em paralelo. Por exemplo, se o comprimento mínimo de um segmento for de 50 cm, uma fita de 5 m de 10 desses segmentos terá um aumento de 10 vezes no consumo atual.
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