Wie man den Widerstand für LEDs berechnet - Formeln mit Beispielen + Online-Rechner

LEDs verschiedener Farbnuancen haben unterschiedliche Betriebsgleichspannungen. Diese werden durch die Wahl des Strombegrenzungswiderstandes der LED bestimmt. Um die Leuchte auf Nennbetrieb zu bringen, muss der p-n-Übergang mit Betriebsstrom beaufschlagt werden. Dies geschieht durch Berechnung des Widerstands für die LED.

Tabelle der LED-Spannungen in Abhängigkeit von der Farbe

Die LED-Betriebsspannungen sind unterschiedlich. Sie hängen von den Materialien des p-n-Übergangs des Halbleiters ab und stehen in Zusammenhang mit der Wellenlänge der Lichtemission, d. h. dem Farbton der Lichtfarbe.

Eine Tabelle mit den Nennspannungen der verschiedenen Farben zur Berechnung des Dämpfungswiderstandes ist unten abgebildet.

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass 3 Volt können für alle Arten von Leuchtstofflampen verwendet werdenmit Ausnahme von Geräten mit weißer, teilweise violetter und vollständig ultravioletter Tönung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein Teil der Versorgungsspannung "verbraucht" werden muss, um den Strom durch den Quarz zu begrenzen.

Mit 5-, 9- oder 12-V-Stromversorgungen können einzelne Dioden oder Ketten von 3 und 5 bis 6 Dioden in Reihe gespeist werden.

Die Daisy Chains verringern die Zuverlässigkeit der Geräte, in denen sie verwendet werden, um etwa einen Faktor der Anzahl der LEDs. Die Parallelschaltung erhöht die Zuverlässigkeit im gleichen Verhältnis: 2 Ketten um den Faktor 2, 3 um den Faktor 3 usw.

Bei Lichtquellen mit einer Lebensdauer von 30-50 bis 130-150 Tausend Stunden ist der Rückgang der Zuverlässigkeit jedoch gerechtfertigt, da die Lebensdauer des Geräts davon abhängt. Selbst 30-50 Tausend Betriebsstunden bei 5 Stunden pro Tag - 4 Stunden am Abend und 1 Stunde am Morgen jeden Tag - das sind 16 bis 27 Betriebsjahre. In dieser Zeit werden die meisten Leuchten veraltet sein und verschrottet werden. Daher wird die Reihenschaltung von allen Herstellern von LED-Geräten häufig verwendet.

Online-Rechner für LED-Berechnungen

Die folgenden Daten werden für die automatische Berechnung benötigt:

• Quelle oder Versorgungsspannung, V;
• Nenngleichspannung des Geräts, V;
• Direkter Nennbetriebsstrom, mA;
• Anzahl der LEDs in einer Kette oder parallel geschaltet;
• LED-SchaltplanKreislauf(e).

Die Rohdaten können dem Datenblatt der Diode entnommen werden.

Nachdem Sie diese in die entsprechenden Fenster des Rechners eingegeben haben, drücken Sie auf "Berechnen" und Sie erhalten den Nennwert des Widerstands und seine Leistung.

Berechnung des Strombegrenzungswiderstandes

In der Praxis werden zwei Berechnungsarten angewandt: die grafische Berechnung auf der Grundlage der Volt-Ampere-Kennlinie einer Diode und die mathematische Berechnung auf der Grundlage ihrer Nenndaten.

Schematische Darstellung des Anschlusses des Senders an die Stromversorgung.

Abb:

• Е - Stromversorgungsquelle, die am Ausgang den Wert E hat;
• "+"/"-" - die Polarität des LED-Anschlusses: "+" - Anode, in den Diagrammen mit einem Dreieck dargestellt, "-" - Kathode, in den Diagrammen mit einem Querstrich dargestellt;
• R - Strombegrenzungswiderstand;
• U_geführt - direkt, auch Betriebsspannung;
• I - Betriebsstrom durch das Gerät;
• bezeichnen wir die Spannung über dem Widerstand als U_R.

Dann sieht die Schaltung für die Berechnung so aus:

Schematische Darstellung zur Berechnung des Widerstands.

Berechnen Sie den Strombegrenzungswiderstand. Die Spannung U in der Schaltung werden wie folgt verteilt:

U = U_R + U_geführt oder U_R + I × R_geführtin Volt,

wobei R_geführt- ist der innere Differenzialwiderstand des p-n-Übergangs.

Durch mathematische Umrechnung erhalten wir die Formel:

R = (U-U_geführt)/I, in Ohm.

Wert U_{U geführt} kann aus den Datenblattwerten ausgewählt werden.

Berechnen wir den Wert des Strombegrenzungswiderstands für das Cree LED-Modell Cree XM-L mit Bin T6.

Seine Spezifikationen: Typische Nennwerte U_LED = 2,9 V, max. U_LED = 3,5 V, Betriebsstrom I_LED=0,7 А.

Für die Berechnung verwenden wir U_LED = 2,9 В.

R = (U-U_geführt)/I = (5-2,9)/0,7 = 3 Ohm.

Der berechnete Wert ist 3 Ohm. Wählen Sie ein Element mit einer Genauigkeitstoleranz von ± 5 %. Diese Genauigkeit ist mehr als ausreichend, um den Arbeitspunkt auf 700 mA einzustellen.

Runden Sie den Widerstandswert auf. Dies reduziert den Strom, den Lichtstrom der Diode und erhöht die Zuverlässigkeit des Betriebs durch einen schonenderen thermischen Betrieb des Kristalls.

Berechnen Sie die erforderliche Verlustleistung für diesen Widerstand:

P = I² × R = 0,7² × 3 = 1,47 W

Aufgerundet auf den nächsthöheren Wert, 2 W, um sicherzugehen.

Reihen- und Parallelschaltungen LEDs sind weit verbreitet und veranschaulichen die Eigenschaften dieser Verbindungen. Wenn man dieselben Elemente in Reihe schaltet, wird die Quellenspannung gleichmäßig auf sie verteilt. Bei unterschiedlichen Innenwiderständen ist sie proportional zu den Widerständen. Bei Parallelschaltung ist die Spannung gleich, und der Strom ist umgekehrt proportional zu den Innenwiderständen der Elemente.

Mit LED's in Reihenschaltung

Bei einer Reihenschaltung ist die Anode der ersten Diode in der Kette mit dem "+" der Stromversorgung und die Kathode mit der Anode der zweiten Diode verbunden. Und so weiter bis zur letzten Diode in der Kette, deren Kathode mit dem "-" des Netzteils verbunden ist. Der Strom in einer Reihenschaltung ist in allen Elementen gleich. Das heißt, sie ist durch jedes Lichtgerät gleich groß. Der Innenwiderstand einer offenen, d.h. des lichtemittierenden Kristalls liegt im Bereich von einigen Dutzend oder Hunderten von Ohm. Wenn 15-20 mA bei einem Widerstand von 100 Ohm durch den Stromkreis fließen, liegt an jedem Element eine Spannung von 1,5-2 V an. Die Summe der Spannungen an allen Geräten muss kleiner sein als die Spannung der Stromversorgung. Die Differenz wird in der Regel mit einem speziellen Widerstand gedämpft, der zwei Funktionen hat:

• Begrenzt den Nennbetriebsstrom;
• Liefert die nominale Vorwärtsspannung an der LED.

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Anschließen einer LED an 12 Volt

 

Bei Parallelschaltung

Die Parallelschaltung kann auf zwei Arten erfolgen.

Der Schaltplan für die Parallelschaltung.

Das obere Bild zeigt, dass die Verbindung nicht erwünscht ist. Bei dieser Verbindung gewährleistet der gleiche Widerstand nur dann die Gleichheit der Ströme, wenn die Quarze perfekt sind und die Länge der Zuleitungen gleich ist. Aber die Streuung der Parameter von Halbleiterbauelementen während der Herstellung erlaubt es nicht, sie identisch zu machen. Und die Auswahl derselben erhöht den Preis dramatisch. Der Unterschied kann bis zu 50-70 % oder mehr betragen.. Wenn Sie das Design zusammensetzen, erhalten Sie einen Unterschied von mindestens 50-70 % in der Leuchtkraft. Außerdem verändert der Ausfall eines Heizkörpers die Funktionsweise aller Heizkörper: Wenn der Stromkreis unterbrochen ist, erlischt einer, die anderen leuchten um 33 % heller und werden heißer. Eine Überhitzung trägt zu ihrer Verschlechterung bei, d. h. zu einer Veränderung der Leuchtfarbe und einer Verringerung der Helligkeit.

Im Falle eines Kurzschlusses aufgrund von Überhitzung und Verbrennung des Quarzes kann der Strombegrenzungswiderstand ausfallen.

Die untere Variante ermöglicht die Einstellung des richtigen Arbeitspunkts für jede beliebige Diode, auch wenn sie unterschiedliche Leistungswerte hat.

Schaltung der Serien-Parallelschaltung von Geräten.

Drei LED-Elemente und ein Strombegrenzungswiderstand sind bei 4,5 V in Reihe geschaltet. Die so entstandenen Ketten werden parallel geschaltet. Jede Diode führt 20 mA und alle zusammen 60 mA. An jedem von ihnen liegen weniger als 1,5 V an, und am Strombegrenzer mindestens 0,2-0,5 V. Interessanterweise können bei Verwendung einer 4,5-V-Spannungsversorgung nur Infrarotdioden mit einer Gleichspannung von weniger als 1,5 V verwendet werden, oder man muss die Spannungsversorgung auf mindestens 5 V erhöhen.

Eine direkte Parallelschaltung von LED-Elementen (oberer Teil der Schaltung) wird nicht empfohlen, da die Parameter um 30-50% und mehr variieren. Verwenden Sie ein Schema mit Einzelwiderständen für jede Diode (unterer Teil) und schalten Sie Dioden-Widerstandspaare parallel.

Wenn eine einzelne LED

Widerstand für eine einzelne LED wird nur für Leistungen bis zu 50-100 mW verwendet. Bei höheren Leistungen sinkt der Wirkungsgrad des Leistungskreises merklich.

Wenn die Betriebsgleichspannung der Diode viel niedriger ist als die Versorgungsspannung, führt die Verwendung eines Begrenzungswiderstands zu hohen Verlusten. Strom von hoher Qualität und Stabilität, mit sorgfältig gefilterter Restwelligkeit, der von 3-5 Arten von Stromversorgungsschutz bereitgestellt wird, wird nicht in Licht umgewandelt, sondern einfach passiv als Wärme abgeleitet.

Für hohe Ausgangsleistungen werden die folgenden Treiber verwendet Fahrer - Strombegrenzer mit Nennstromstärken.

Die Verwendung eines Strombegrenzungswiderstandes zur Einstellung des Betriebs LED - ist eine einfache und zuverlässige Methode, um den optimalen Betrieb der LED zu gewährleisten.

Videobeispiele für eine einfache Widerstandsberechnung.

Für Diodenleistungen über hundert Milliwatt müssen Sie jedoch eigenständige oder eingebaute Stromstabilisierungsquellen oder Treiber verwenden.