Cómo calcular la resistencia de los LEDs - fórmulas con ejemplos + calculadora online
Los LED de diferentes tonos de color tienen diferentes tensiones de funcionamiento directo. Estos se determinan por la elección de la resistencia limitadora de corriente del LED. Para que el dispositivo luminoso alcance el nivel de funcionamiento nominal, la unión p-n debe ser energizada con corriente de funcionamiento. Esto se hace calculando la resistencia para el LED.
Tabla de tensiones de los LED en función del color
Los voltajes de los LEDs de funcionamiento son diferentes. Dependen de los materiales de la unión p-n del semiconductor y están relacionados con la longitud de onda de la emisión de luz, es decir, con el tono del color del resplandor.
A continuación se muestra una tabla con las tensiones nominales de los diferentes colores para calcular la resistencia de amortiguación.
| Color de la luminiscencia | Tensión directa, V |
|---|---|
| Tonos de blanco | 3–3,7 |
| Rojo | 1,6-2,03 |
| Naranja | 2,03-2,1 |
| Amarillo | 2,1-2,2 |
| Verde | 2,2-3,5 |
| Azul | 2,5-3,7 |
| Violeta | 2,8-4,04 |
| Infrarrojos | No más de 1,9 |
| Ultravioleta | 3,1-4,4 |
De la tabla se desprende que 3 voltios pueden ser utilizados para alimentar emisores de todo tipo de luminiscenciaexcepto los dispositivos con un tinte blanco, parcialmente violeta y todo ultravioleta. Esto se debe a que una parte de la tensión de alimentación debe "gastarse" para limitar la corriente a través del cristal.
Con fuentes de alimentación de 5, 9 o 12 V, se pueden alimentar diodos individuales o cadenas de 3 y 5 a 6 diodos en serie.
Las cadenas de margaritas reducen la fiabilidad de los dispositivos en los que se utilizan en un factor aproximado al número de LEDs. La conexión en paralelo aumenta la fiabilidad en la misma proporción: 2 cadenas por un factor de 2, 3 por un factor de 3, etc.
Sin embargo, la falta de precedentes de las fuentes de luz, de 30-50 a 130-150 mil horas, justifica el descenso de la fiabilidad, ya que de ello depende la vida del aparato. Incluso 30-50 mil horas de funcionamiento a 5 horas al día - 4 horas por la tarde y 1 por la mañana todos los días - eso es de 16 a 27 años de funcionamiento. Durante este tiempo, la mayoría de las luminarias quedarán obsoletas y serán desechadas. Por lo tanto, la conexión en serie es ampliamente utilizada por todos los fabricantes de dispositivos LED.
Calculadora de cálculo de LED en línea
Los siguientes datos serán necesarios para el cálculo automático:
- fuente o tensión de alimentación, V;
- tensión directa nominal del dispositivo, V;
- Corriente nominal de funcionamiento directo, mA;
- Número de LEDs en cadena o conectados en paralelo;
- Diagrama de cableado de los LEDscircuito(s).
Los datos brutos pueden extraerse de la hoja de datos del diodo.
Tras introducirlos en las ventanas correspondientes de la calculadora, pulse "Calcular" y obtendrá el valor nominal de la resistencia y su potencia.
Cálculo de la resistencia limitadora de corriente
En la práctica, se utilizan dos tipos de cálculo: gráfico, según la característica voltio-amperio de un diodo, y matemático, según sus datos nominales.
Fig:
- Е - fuente de alimentación, que tiene un valor E en la salida;
- "+"/"-" - la polaridad de la conexión de los LEDs: "+" - ánodo, mostrado con un triángulo en los diagramas, "-" - cátodo, mostrado con una cruz en los diagramas;
- R - resistencia limitadora de corriente;
- Uled - directa, también la tensión de funcionamiento;
- I - corriente de funcionamiento a través del dispositivo;
- denotamos la tensión a través de la resistencia como UR.
Entonces el circuito para el cálculo tendrá el aspecto siguiente:
Calcula la resistencia limitadora de corriente. La tensión U en el circuito se distribuirá de la siguiente manera:
U = UR + Uled o UR + I × Rleden voltios,
donde Rled- es la resistencia diferencial interna de la unión p-n.
Por conversión matemática obtenemos la fórmula:
R = (U-Uled)/I, en Ohm.
Valor UU conducido puede seleccionarse a partir de los valores de la hoja de datos.
Calculemos el valor de la resistencia limitadora de corriente para el modelo de LED Cree XM-L con bin T6.
Sus especificaciones: Típico nominal ULED = 2,9 V, máx. ULED = 3,5 V, corriente de funcionamiento ILED=0,7 А.
Para el cálculo utilizamos ULED = 2,9 В.
R = (U-Uled)/I = (5-2,9)/0,7 = 3 Ohm.
El valor calculado es de 3 Ohm. Seleccione un elemento con una tolerancia de precisión de ± 5 %. Esta precisión es más que suficiente para fijar el punto de funcionamiento en 700 mA.
Redondea el valor de la resistencia. Esto reducirá la corriente, el flujo luminoso del diodo y aumentará la fiabilidad del funcionamiento por un modo térmico más suave del cristal.
Calcula la potencia disipada necesaria para esta resistencia:
P = I² × R = 0,7² × 3 = 1,47 W
Para estar seguro, redondea al valor más alto de 2 W.
Esquemas de conexión en serie y en paralelo Los LEDs son muy utilizados e ilustran las características de estas conexiones. Conectando los mismos elementos en serie se divide la tensión de la fuente a partes iguales entre ellos. Con diferentes resistencias internas, es proporcional a las resistencias. Con la conexión en paralelo, la tensión es la misma y la corriente es inversamente proporcional a las resistencias internas de los elementos.
Con LEDs en conexión en serie
En una conexión en serie, el primer diodo de la cadena tiene su ánodo conectado al "+" de la fuente de alimentación, y su cátodo al ánodo del segundo diodo. Y así sucesivamente hasta el último diodo de la cadena, cuyo cátodo está conectado al "-" de la fuente de alimentación. La corriente en un circuito en serie es la misma en todos sus elementos. Es decir, es de la misma magnitud a través de cualquier dispositivo de luz. La resistencia interna de un abierto, es decir del cristal emisor de luz es de decenas o cientos de ohmios. Si por el circuito fluyen 15-20 mA con una resistencia de 100 ohmios, habrá 1,5-2 V en cada elemento. La suma de las tensiones en todos los dispositivos debe ser inferior a la de la fuente de alimentación. La diferencia se suele amortiguar con una resistencia especial, que tiene dos funciones:
- Limita la corriente nominal de funcionamiento;
- Proporciona la tensión nominal de avance en el LED.
En la conexión en paralelo
La conexión en paralelo puede hacerse de dos maneras.
La imagen superior muestra cómo la conexión no es deseable. Con esta conexión, la misma resistencia sólo garantizará la igualdad de corrientes cuando los cristales sean perfectos y la longitud de los conductores de alimentación sea la misma. Pero la dispersión de los parámetros de los dispositivos semiconductores durante la fabricación no permite que sean idénticos. Y la selección de los mismos aumenta el precio de forma espectacular. La diferencia puede ser de hasta un 50-70% o más. Ensamblando el diseño, obtendrá al menos un 50-70% de diferencia en la luminiscencia. Además, el fallo de un radiador cambiará el funcionamiento de todos los radiadores: si se rompe el circuito, uno se apagará, los otros brillarán más en un 33% y se calentarán más. El sobrecalentamiento contribuirá a su degradación: un cambio en el tono del brillo y una reducción de la luminosidad.
En caso de cortocircuito por sobrecalentamiento y quemado del cristal, la resistencia limitadora de corriente puede fallar.
La variante inferior permite ajustar el punto de funcionamiento correcto de cualquier diodo, aunque tengan diferentes potencias.
Tres elementos LED y una resistencia limitadora de corriente están conectados en serie a 4,5 V. Las cadenas resultantes se conectan en paralelo. Cada diodo transporta 20 mA y todos juntos 60 mA. En cada uno de ellos obtienes menos de 1,5V, y en el limitador de corriente obtienes al menos 0,2-0,5V. Curiosamente, si utilizas una fuente de alimentación de 4,5V, sólo pueden funcionar con ella los diodos infrarrojos con una tensión directa inferior a 1,5V, o necesitas aumentar la fuente de alimentación a 5V como mínimo.
No se recomienda la conexión directa en paralelo de los elementos LED (parte superior del circuito) debido a la variación de los parámetros en un 30-50% y más. Utiliza un esquema con resistencias individuales para cada diodo (parte inferior) y conecta ya pares de diodos-resistencias en paralelo.
Cuando un solo LED
Resistencia para un solo LED sólo se utiliza para potencias de hasta 50-100 mW. A mayores valores de potencia, la eficiencia del circuito de potencia disminuye notablemente.
Si la tensión de funcionamiento directo del diodo es muy inferior a la de la fuente de alimentación, el uso de una resistencia limitadora conlleva grandes pérdidas. La electricidad de alta calidad y estabilidad, con una ondulación cuidadosamente filtrada, proporcionada por 3-5 tipos de protección de la fuente de alimentación no se convierte en luz, sino que simplemente se disipa pasivamente en forma de calor.
Para las salidas de alta potencia se utilizan los siguientes controladores conductores - Limitadores de corriente con valores nominales.
El uso de una resistencia limitadora de corriente para ajustar el funcionamiento LED - es una forma sencilla y fiable de garantizar el funcionamiento óptimo de los LED.
Ejemplos en vídeo de un simple cálculo de resistencia.
Pero con una potencia de diodos superior a los cientos de milivatios es necesario utilizar fuentes o controladores de estabilización de corriente independientes o incorporados.
