Como calcular a resistência para LEDs - fórmulas com exemplos + calculadora online
Os LEDs de diferentes tonalidades de cor têm tensões de funcionamento directas diferentes. Estes são determinados através da selecção da resistência limitadora actual do LED. A fim de levar o dispositivo luminoso ao funcionamento nominal, a junção p-n deve ser energizada com corrente de funcionamento. Isto é feito através do cálculo da resistência para o LED.
Tabela de tensões LED em função da cor
As tensões LED de funcionamento são diferentes. Dependem dos materiais da junção p-n do semicondutor e estão relacionados com o comprimento de onda da emissão de luz, ou seja, o matiz da cor da luz.
A seguir apresenta-se uma tabela das tensões nominais das diferentes cores para o cálculo da resistência de amortecimento.
| Cor da luminescência | Tensão directa, V |
|---|---|
| Tonalidades de branco | 3–3,7 |
| Vermelho | 1,6-2,03 |
| Laranja | 2,03-2,1 |
| Amarelo | 2,1-2,2 |
| Verde | 2,2-3,5 |
| Azul | 2,5-3,7 |
| Violeta | 2,8-4,04 |
| Infravermelho | Não mais de 1,9 |
| Ultravioleta | 3,1-4,4 |
Da tabela pode ser visto que 3 volts podem ser utilizados para alimentar emissores de todos os tipos de luminescênciaexcepto para dispositivos com uma tonalidade branca, parcialmente violeta e todos os ultravioletas. Isto deve-se ao facto de que uma parte da tensão de alimentação deve ser "gasta" para limitar a corrente através do cristal.
Com fontes de alimentação de 5, 9 ou 12 V, podem ser alimentados díodos simples ou correntes de 3 e 5 a 6 díodos em série.
As cadeias de margaridas reduzem a fiabilidade dos dispositivos em que são utilizadas por cerca de um factor do número de LEDs. A ligação paralela aumenta a fiabilidade na mesma proporção: 2 cadeias por um factor de 2, 3 por um factor de 3, etc.
No entanto, sem precedentes para fontes de luz, 30-50 a 130-150 mil horas justificam a queda na fiabilidade, uma vez que a vida útil do dispositivo depende disso. Mesmo 30-50 mil horas de funcionamento às 5 horas por dia - 4 horas à noite e 1 da manhã todos os dias - são 16 a 27 anos de funcionamento. Durante este tempo, a maioria das luminárias tornar-se-á obsoleta e será desmantelada. Portanto, a ligação em série é amplamente utilizada por todos os fabricantes de dispositivos LED.
Calculadora de cálculo LED online
Os seguintes dados serão necessários para o cálculo automático:
- tensão de fonte ou de alimentação, V;
- tensão nominal directa do dispositivo, V;
- Corrente de funcionamento nominal directa, mA;
- Número de LEDs numa cadeia ou ligados em paralelo;
- Diagrama de cablagem LEDcircuito(s).
Os dados em bruto podem ser retirados da folha de dados do díodo.
Depois de os introduzir nas janelas apropriadas da calculadora prima "Calculate" e obterá o valor nominal da resistência e a sua potência.
Cálculo da resistência limitadora de corrente
Na prática são utilizados dois tipos de cálculo - gráfico - de acordo com a característica volt-ampere de um díodo e matemático - de acordo com os seus dados de classificação.
Fig:
- Е - fonte de alimentação, que tem valor E na saída;
- "+"/"-" - a polaridade da ligação LED: "+" - anodo, mostrado com um triângulo nos diagramas, "-" - catodo, mostrado com um traço cruzado nos diagramas;
- R - resistência limitadora de corrente;
- Uconduzido - directa, também a tensão de funcionamento;
- I - corrente de funcionamento através do dispositivo;
- denota-se a voltagem através da resistência como UR.
Então, o circuito de cálculo parecerá o mesmo:
Calcular a resistência limitadora de corrente. A voltagem U no circuito será distribuído da seguinte forma:
U = UR + Uconduzido ou UR + I × Rconduzido, em volts,
onde Rconduzido- é a resistência diferencial interna da junção p-n.
Por conversão matemática, obtemos a fórmula:
R = (U-Uconduzido)/I, em Ohm.
Valor UU liderado podem ser seleccionados a partir dos valores das folhas de dados.
Vamos calcular o valor actual da resistência limitadora para Cree LED modelo Cree XM-L com caixote do lixo T6.
As suas especificações: Típico nominal ULED = 2,9 V, máximo. ULED = 3,5 V, corrente de funcionamento ILED=0,7 А.
Para os cálculos usamos ULED = 2,9 В.
R = (U-Uconduzido)/I = (5-2,9)/0,7 = 3 Ohm.
O valor calculado é de 3 Ohm. Seleccionar um elemento com uma tolerância de precisão de ± 5 %. Esta precisão é mais do que suficiente para definir o ponto de operação para 700 mA.
Arredondar para cima o valor da resistência. Isto irá reduzir a corrente, o fluxo luminoso do díodo e aumentar a fiabilidade da operação através de um modo térmico mais suave do cristal.
Calcular a dissipação de energia necessária para este resistor:
P = I² × R = 0,7² × 3 = 1,47 W
Arredondado para o valor superior mais próximo, 2 W, para ser seguro.
Esquemas de ligação em série e em paralelo Os LEDs são amplamente utilizados e ilustram as características destas ligações. A ligação dos mesmos elementos em série divide igualmente a tensão da fonte entre eles. Com diferentes resistências internas, é proporcional às resistências. Com ligação paralela, a tensão é a mesma e a corrente é inversamente proporcional às resistências internas dos elementos.
Com LED's de ligação em série
Numa ligação em série, o primeiro díodo da cadeia tem o seu ânodo ligado ao "+" da fonte de alimentação, e o seu cátodo ao ânodo do segundo díodo. E assim por diante até ao último díodo da cadeia, cujo cátodo está ligado ao "-" da fonte de alimentação. A corrente num circuito em série é a mesma em todos os seus elementos. Ou seja, é da mesma magnitude através de qualquer dispositivo de luz. A resistência interna de um aberto, ou seja do cristal emissor de luz está nas dezenas ou centenas de ohms. Se 15-20 mA estiver a fluir através do circuito a uma resistência de 100 ohms, haverá 1,5-2 V em cada elemento. A soma das tensões em todos os dispositivos deve ser inferior à da fonte de alimentação. A diferença é normalmente amortecida com uma resistência especial, que tem duas funções:
- Limita a corrente nominal de funcionamento;
- Fornece a tensão nominal de avanço no LED.
Em ligação paralela
A ligação paralela pode ser feita de duas maneiras.
A imagem superior mostra como a ligação não é desejável. Com esta ligação a mesma resistência só assegurará a igualdade das correntes quando os cristais forem perfeitos e o comprimento dos condutores de abastecimento for o mesmo. Mas a dispersão dos parâmetros dos dispositivos semicondutores durante o fabrico não permite torná-los idênticos. E a selecção dos mesmos aumenta o preço dramaticamente. A diferença pode chegar a 50-70% ou mais. Montando o desenho, obterá pelo menos 50-70% de diferença de luminescência. Além disso, a falha de um radiador alterará o funcionamento de todos os radiadores: se o circuito for interrompido, um sairá, os outros brilharão mais 33% e ficarão mais quentes. O sobreaquecimento contribuirá para a sua degradação - uma mudança na tonalidade de brilho e uma redução do brilho.
Em caso de curto-circuito devido ao sobreaquecimento e queima do cristal, a resistência limitadora de corrente pode falhar.
A variante inferior permite definir o ponto de funcionamento correcto de qualquer díodo, mesmo que tenham potências diferentes.
Três elementos LED e uma resistência limitadora de corrente estão ligados em série a 4,5 V. As cadeias resultantes são ligadas em paralelo. Cada díodo transporta 20 mA e todos juntos 60 mA. Em cada um deles recebe menos de 1,5V, e no limitador actual recebe pelo menos 0,2-0,5V. Curiosamente, se utilizar uma fonte de alimentação de 4,5V, apenas díodos infravermelhos com tensão directa inferior a 1,5V podem funcionar com ela, ou é necessário aumentar a fonte de alimentação para pelo menos 5V.
A ligação paralela directa de elementos LED (parte superior do circuito) não é recomendada devido à variação dos parâmetros em 30-50% ou mais. Utilizar um esquema com resistências individuais para cada díodo (parte inferior) e ligar em paralelo pares de resistências de díodos.
Quando um único LED
Resistor para um único LED só é utilizado para potências até 50-100 mW. Com valores de potência mais elevados, a eficiência do circuito de potência diminui visivelmente.
Se a tensão de funcionamento directo do díodo for muito inferior à tensão de alimentação, a utilização de uma resistência limitadora conduz a perdas elevadas. A electricidade de alta qualidade e estabilidade, com ondulação cuidadosamente filtrada, fornecida por 3-5 tipos de protecção da alimentação eléctrica não é convertida em luz, mas simplesmente dissipada passivamente como calor.
Para potências elevadas são utilizados os seguintes condutores condutores - Limitadores de corrente com classificações de corrente nominal.
Utilização de uma resistência limitadora de corrente para definir o funcionamento LED - é uma forma simples e fiável de assegurar um óptimo funcionamento com LED.
Exemplos em vídeo de um simples cálculo de resistência.
Mas com a potência dos díodos sobre centenas de milliwatts, é necessário utilizar fontes de corrente estabilizadoras ou condutores autónomos ou integrados.
