Как рассчитать сопротивление резистора для светодиода: формула, онлайн калькулятор

Расчет резистора для светодиода

Чтобы компенсировать сопротивление светодиода, необходимо сначала выбрать резистор с более высоким сопротивлением. Такой расчет не составит труда для знающих закон Ома.

Математический расчет

Схема

Исходя из закона Ома, рассчитаем по следующей формуле:

Формула

где Un — напряжение сети; Uvd — напряжение, на которое рассчитан светодиод; IVd — ток.

Допустим, у нас есть светодиод с характеристиками:

2,1 -3,4 вольта — рабочее напряжение (Uvd). Берем в среднем 2,8 вольта.

20 ампер — рабочий ток (Ivd)

220 вольт — сетевое напряжение (Un)

Формула

В этом случае получаем значение сопротивления R = 10,86. Однако этих расчетов недостаточно. Резистор может перегреться. Во избежание перегрева его необходимо учитывать при выборе его мощности, которая рассчитывается по следующей формуле:

Формула

Обратите внимание, резистор подключается к положительному контакту диода.

Для наглядности рекомендуем посмотреть видео:

Графический расчет

Графический метод менее популярен для расчета светодиодного резистора, но может быть еще удобнее. Зная напряжение и ток диода (их еще называют вольт-амперными характеристиками — VAC), можно узнать сопротивление необходимого резистора по приведенному ниже графику:

Программа

Вот расчет для диода с номинальным током 20 мА и напряжением питания 5 вольт. Рисуя пунктирную линию 20 мА на пересечении с «кривой светодиода» (синий), мы проводим линию пересечения от прямой Uled к прямой и получаем максимальное значение тока примерно 50 мА. Далее рассчитываем сопротивление по формуле:

Формула

Получаем номинал резистора 100 Ом. Находим для него мощность рассеивания (ток берем из Imax):

Формула

Расчет резистора светодиода (по формулам)

При расчете рассчитываются два значения:

  • Сопротивление (номинал) резистора;
  • рассеиваемая мощность p.

Источники напряжения, питающие светодиоды, имеют разное выходное напряжение. Чтобы выбрать резистор для светодиода, необходимо знать напряжение источника (Ust), падение рабочего напряжения на диоде и его номинальный ток. Формула расчета следующая:

R = (Усть — Ун) / В

Вычитая номинальное падение напряжения на светодиоде из напряжения источника, мы получаем падение напряжения на резисторе. Разделив полученное значение на ток, по закону Ома получим номинал токоограничивающего резистора. Подставляем напряжение, выраженное в вольтах, на ток в амперах, и получаем номинальное значение, выраженное в омах.

Электрическая мощность, рассеиваемая демпфирующим резистором, рассчитывается по следующей формуле:

P = (В) 2 ⋅ R

По полученному значению подбирается мощность балластного резистора. Для надежной работы устройства оно должно быть выше расчетного. Посмотрим на пример расчета.

Пример расчета резистора для светодиода 12 В

Рассчитаем сопротивление светодиода, питаемого от источника постоянного напряжения 12 В.

Допустим, у нас есть популярный сверхъяркий SMD 2835 (2,8 мм x 3,5 мм) с рабочим током 150 мА и падением напряжения 3,2 В. SMD 2835 имеет электрическую мощность 0,5 Вт. Подставляем исходные значения в формулу.

R = (12 — 3,2) / 0,15 ≈ 60

Получаем, что подойдет демпфирующий резистор сопротивлением 60 Ом. Ближайшее значение стандартной серии Е24 — 62 Ом. Итак, для выбранного нами светодиода можно применить балласт сопротивлением 62 Ом.

Теперь давайте посчитаем рассеиваемую мощность на резисторе.

P = (0,15) 2 62 ≈ 1,4

На выбранном нами резисторе будет рассеиваться почти полтора ватта электроэнергии. Это означает, что для наших целей можно использовать резистор с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 2 Вт.

Осталось приобрести резистор подходящего номинала. Если у вас есть старые платы, из которых можно паять детали, вы можете выбрать резистор по цветовому коду. Пожалуйста, воспользуйтесь формой ниже.

Расчет величины резистора-токоограничителя

На практике используются два типа расчета — график по ВАХ — вольт-амперной характеристики конкретного диода и математический — по его паспортным данным.

Как рассчитать сопротивление для светодиода - формулы с примерами + онлайн калькулятор
Принципиальная схема подключения излучателя к источнику питания.

На картинке:

  • E — источник питания, имеющий выходное значение E;
  • «+» / «-» — полярность подключения светодиода: «+» — анод, на схемах показан треугольником, «-» — катод, на схемах — поперечная черта;
  • R — токоограничивающий резистор;
  • Улед — прямое, оно же рабочее напряжение;
  • I — рабочий ток через устройство;
  • напряжение на резисторе обозначается как UR.

Тогда схема для расчета примет вид:

схема для расчета сопротивления
Схема для расчета сопротивления.

Рассчитываем сопротивление для ограничения тока. Напряжение U в цепи будет распределено следующим образом:

U = UR + Uled или UR + I × Rled, в вольтах,

где Rled — внутреннее дифференциальное сопротивление pn перехода.

Для математических преобразований получаем формулу:

R = (U-Uled) / I, в Ом.

Значение Uled можно выбрать из значений паспорта.

Рассчитаем номинал токоограничивающего резистора для светодиодов производства Cree, модель Cree XM — L, с бункером T6.

Его техническое описание: Типичный рейтинг ULED = 2,9 В, Максимальный ULED = 3,5 В, рабочий ток ILED = 0,7 А.

Для расчета используем ULED = 2,9 В.

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

Расчетное значение 3 Ом. Подбираем элемент с допуском точности ± 5%. Этой точности более чем достаточно, чтобы установить рабочую точку на уровне 700 мА.

Значение сопротивления необходимо округлить в большую сторону. Это снизит ток, световой поток диода и повысит надежность работы при более тонком тепловом режиме кристалла.

Рассчитаем рассеиваемую мощность, необходимую для этого резистора:

P = I² × R = 0,7² × 3 = 1,47 Вт

Для надежности округлим до ближайшего большего значения — 2 Вт.

Последовательные и параллельные схемы светодиодов широко используются и показывают характеристики этих типов подключения. Последовательное соединение одинаковых элементов поровну делит напряжение источника между ними. С разными внутренними сопротивлениями — пропорционально сопротивлениям. При параллельном подключении напряжение одинаково, а ток обратно пропорционален внутренним сопротивлениям элементов.

При последовательном соединении LED

При последовательном включении первый диод в цепи подключается от анода к «+» источника питания, а от катода — к аноду второго диода. И так до последнего звена цепи, катод которого подключен к «-» источника. Ток в последовательной цепи одинаков во всех ее элементах. Те, которые проходят через любой осветительный прибор, имеют одинаковую величину. Внутреннее сопротивление разомкнутого, то есть излучающего свет кристалла, составляет десятки и сотни Ом. Если 15-20 мА пересекают цепь с сопротивлением 100 Ом, каждый элемент будет иметь 1,5-2 В. Сумма напряжений на всех устройствах должна быть меньше, чем у источника питания. Разницу обычно гасят специальным резистором, который выполняет две функции:

  • ограничивает номинальный рабочий ток;
  • обеспечивает номинальное прямое напряжение через светодиод.

При параллельном соединении

Параллельное подключение можно осуществить двумя способами.

параллельная цепь
Схема параллельного подключения.

На изображении выше показано, насколько нежелательно его включение. При таком подключении резистор обеспечит равенство токов только при идеальных кристаллах и одинаковой длине силовых проводов. Но разброс параметров полупроводниковых приборов при производстве не позволяет им быть одинаковыми. И выбор такой же — значительно увеличивает цену. Разница может достигать 50-70% и более. Собрав конструкцию, вы получите разницу яркости не менее 50-70%. Кроме того, выход из строя одного эмиттера изменит работу всех: при разрыве цепи один погаснет, остальные будут светить на 33% ярче и больше нагреваться. Перегрев поспособствует их деградации — изменению оттенка свечения и снижению яркости.

В случае короткого замыкания из-за перегрева и подгорания кристалла токоограничивающий резистор может выйти из строя.

Нижний вариант позволяет установить желаемую рабочую точку любого диода, даже с разной номинальной мощностью.

Посмотрите на исходное изображение

Схема последовательно-параллельного подключения устройства
Схема последовательно-параллельного подключения устройств.

Три светодиодных элемента и токоограничивающий резистор включены последовательно на напряжение 4,5 В. Полученные цепочки соединены параллельно. 20 мА проходит через каждый диод и 60 мА проходит через все вместе. На каждом из них вы получите меньше 1,5 В, а на ограничителе тока — не менее 0,2-0,5 В. Интересно, что если вы используете блок питания на 4,5 В, то с ним могут работать только инфракрасные диоды с постоянным напряжением ниже 1,5В, либо нужно увеличить блок питания минимум до 5В.

Основные параметры

Разница в характеристиках кристалла для экономичного ДВС
Разница в характеристиках кристалла для экономичного ДВС

Кроме того, при расчете светодиодов необходимо учитывать разброс параметров, у дешевых они будут максимальными, у дорогих — примерно такими же. Чтобы протестировать этот параметр, нужно включать их на равной основе, то есть последовательно. Уменьшая ток или напряжение, уменьшите яркость до слегка ярких пятен. Визуально вы сможете оценить, одни засияют ярче, другие потускнеют. Чем равномернее горят, тем меньше разброс. Калькулятор резисторов для светодиода предполагает, что характеристики светодиодных микросхем идеальны, то есть разница равна нулю.

Падение напряжения для обычных маломощных моделей мощностью до 10 Вт может составлять от 2 В до 12 В. По мере увеличения мощности количество кристаллов в диоде COB увеличивается, каждый из которых имеет падение. Кристаллы соединены в цепочки последовательно, поэтому они объединяются в параллельные цепочки. При мощности от 10 Вт до 100 Вт снижение увеличивается с 12 В до 36 В.

Этот параметр обязательно указывается в технических характеристиках светодиодного чипа и зависит от назначения:

  • цвета синий, красный, зеленый, желтый;
  • rGB триколор;
  • четырехцветный rGBW;
  • двухцветный, теплый и холодный белый.

Ограничение тока протекающего через светодиод

Итак, нам нужно ограничить ток светодиода. У нас есть два варианта:

  • использовать источник питания со стабильным током (не более 30 мА по ТУ на светодиоды)
  • ограничить ток иначе.

В этой статье мы рассмотрим второй способ, то есть последовательно подключим резистор к светодиоду. Часть напряжения питания будет падать на этот резистор, который мы обозначим как VR:

В соответствии с упомянутым выше вторым законом Кирхгофа распределение напряжений будет определяться по формуле:

VCC = VR + VF

В нашем случае мы знаем типичное значение напряжения нашего светодиода, которое составляет 2 вольта, а также напряжение питания 5 вольт:

Таким образом, мы можем рассчитать необходимое падение напряжения на резисторе R, чтобы на диоде было только необходимое 2 вольта:

VR = VCC — VF

VR = 5 В — 2 В = 3 В

то есть мы стремимся получить в нашей цепи следующие напряжения:

Теперь воспользуемся первым законом Кирхгофа:

сумма значений токов, поступающих в узел, равна сумме значений токов, текущих из этого узла

Наш узел — это место, где соединены резистор и светодиод, что означает, что через резистор будет протекать тот же ток, что и через светодиод. Поскольку мы предположили, что через светодиод может протекать ток IF = 20 мА, тогда:

Рассчитываем сопротивление резистора по закону Ома:

расчет-резистора-для-светодиода-онлайн-калькулятор-9

это в нашем случае:

расчет-резистора-для-светодиода-онлайн-калькулятор-10

и, наконец, мы можем вывести общую формулу:

расчет-резистора-для-светодиода-онлайн-калькулятор-11

расчет-резистора-для-светодиода-онлайн-калькулятор-12

После расчета сопротивления выбирается резистор из номинального диапазона. В нашем случае это резистор точно такой же расчетный, то есть 150 Ом, который имеется в штатных линиях E24, E12 и E6.

Но что делать, если сопротивление резистора не соответствует ни одному значению номинального диапазона? В этом случае следует выбрать одно из двух наиболее близких к расчетному сопротивлению, учитывая следующее:

Если сопротивление меньше расчетного, это увеличит значение тока, протекающего через светодиод.

Если сопротивление больше расчетного, это уменьшит световой поток, излучаемый светодиодом.

Подбор резисторов по цветовой маркировке онлайн

Сопротивление:

На заметку! В приведенном выше примере резистор ограничения тока рассеивает почти в три раза больше энергии, чем светодиод. Это означает, что с учетом светоотдачи светодиода эффективность нашей конструкции составляет менее 25%.

Для уменьшения потерь энергии лучше всего использовать источник с более низким напряжением. Например, для источника питания можно использовать преобразователь постоянного / переменного тока 12/5 В. Даже с учетом КПД преобразователя потери будут значительно ниже.

Онлайн-калькулятор расчета сопротивления

Задача усложняется, если вы хотите подключить не один, а несколько диодов.

Чтобы облегчить самостоятельные расчеты, мы подготовили онлайн-калькулятор для расчета сопротивлений резисторов. Если вы подключите несколько светодиодов, вам придется выбирать между параллельным и последовательным подключением между ними. И эти схемы требуют дополнительных расчетов по питанию. Вы можете легко найти их в Интернете, но мы рекомендуем вам воспользоваться нашим калькулятором.

Тип соединения: Один светодиод
Последовательное соединение
Параллельное соединение
Напряжение питания: Вольт
Прямое напряжение светодиода: Вольт
Светодиодный ток: Миллиампер
Количество светодиодов: пК.
Полученные результаты:
Точное значение сопротивления: Ом
Стандартное значение сопротивления: Ом
Минимальная мощность резистора: Ватт
Общее потребление энергии: Ватт

Вам нужно будет знать:

  1. Напряжение питания.
  2. Характеристика напряжения диода.
  3. Токовая характеристика диода.
  4. Количество диодов.

Также нужно выбрать параллельную или последовательную схему подключения. Мы рекомендуем вам ознакомиться с разницей между ссылками в главах, которые мы подготовили ниже.

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор

Никакие диоды, в том числе светодиоды, нельзя включить без ограничения проходящего тока. Резисторы в этом случае просто необходимы. Даже небольшие изменения напряжения вызывают очень большое изменение тока и, следовательно, перегрев диода.

Если вы планируете подключить несколько диодов, рекомендуем выбирать модели одной фирмы. Идентичные образцы лучше всего работают вместе.

Примеры расчетов сопротивления и мощности резистора

Чтобы помочь новичкам сориентироваться, вот несколько практических примеров того, как рассчитать сопротивление для светодиодов.

Cree XM–L T6

cree-xm-l
В первом случае мы рассчитаем сопротивление, необходимое для подключения мощного светодиода Cree XM-L к источнику напряжения 5 В. Cree XM-L с бункером T6 имеет следующие параметры: типичный ULED = 2,9 В и максимальный ULED = 3,5 В при токе ILED = 0,7 А. Типичное значение ULED следует подставлять в расчетах, так как чаще всего оно соответствует действительности. пример на Cree XM - L
пример на Cree XM - L
Расчетное значение резистора присутствует в серии E24 и имеет допуск 5%. Однако на практике часто бывает необходимо округлить полученные результаты до ближайшего значения стандартного ряда. Получается, что с учетом округления и допуска в 5% реальное сопротивление меняется, а впоследствии и ток изменяется обратно пропорционально. Следовательно, чтобы не превысить рабочий ток нагрузки, рассчитанное сопротивление необходимо округлить в большую сторону.

Используя самые распространенные резисторы серии Е24, не всегда удается подобрать нужное значение. Есть два способа решить эту проблему. Первый подразумевает последовательное включение дополнительного токоограничивающего резистора, который должен компенсировать недостающие Ом. Его выбор должен сопровождаться контрольными измерениями тока.

Второй способ обеспечивает большую точность, так как предполагает установку прецизионного резистора. Это элемент, сопротивление которого не зависит от температуры и других внешних факторов и имеет отклонение не более 1% (серия Е96). В любом случае лучше оставить реальный ток немного ниже номинального. На яркости это не сильно повлияет, но обеспечит щадящий режим работы кристалла.

Мощность, рассеиваемая резистором, будет: мощность резистора
мощность резистора

Расчетную мощность резистора для светодиода следует увеличить на 20-30%.

Подсчитаем КПД собранного прибора: расчет эффективности
расчет эффективности

Пример с LED SMD 5050

smd-5050
По аналогии с первым примером выясним, какой резистор нужен для светодиода SMD 5050. Здесь необходимо учесть конструктивные особенности светодиода, который состоит из трех независимых кристаллов.

Если светодиод SMD 5050 одноцветный, прямое напряжение в открытом состоянии на каждом кристалле будет отличаться не более чем на 0,1 В. Это означает, что светодиод можно запитать от одного резистора, объединив 3 анода в одну группу и три катода в одной другой. Подбираем резистор для подключения SMD 5050 белого цвета со следующими параметрами: типовой ULED = 3,3 В при токе однокристального ILED = 0,02 А. пример с smd 5050
пример с smd 5050
Ближайшее стандартное значение — 30 Ом.
Расчет мощности и КПД

Принимаем к установке ограничительный резистор мощностью 0,25Вт и сопротивлением 30 Ом ± 5%.

Светодиод SMD 5050 RGB имеет разное прямое напряжение для каждого кристалла. Следовательно, вам придется проверять красный, зеленый и синий цвета с помощью трех резисторов разной мощности.

Параллельное соединение

Схема

Для тех, кто уже сталкивался на практике со схемами подключения светодиодного освещения, вопрос выбора между параллельным и последовательным подключением обычно не стоит. Чаще всего выбирают схему последовательного подключения. Параллельное подключение светодиодов имеет важный недостаток: оно дороже и сложнее, потому что для каждого диода нужен отдельный резистор. Но у такой схемы есть и большое преимущество: при перегорании одной линии перестанет светиться только один диод, остальные продолжат работать.

Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов

Объяснение довольно простое: если один светодиод перегорает, больше тока может течь к другому (другим), и он начнет перегреваться. Поэтому при параллельной схеме подключения каждому диоду нужен отдельный резистор.

Не честно:

Схема

Верно:

Схема

Последовательное соединение светодиодов

Схема

популярна именно эта связь. Такой частый выбор поясняется на простом примере. Представьте, что на каждый светодиод в елочной гирлянде подбирается резистор. А в венке этих лампочек больше сотни! Параллельное подключение в этом случае невыгодно и требует времени.

Только в самодельных венках можно найти параллельное соединение. В заводских моделях он всегда выдержан.

Онлайн калькулятор для расчета светодиодов

Для автоматического расчета требуются следующие данные:

  • напряжение источника или блока питания, В;
  • номинальное прямое напряжение устройства, В;
  • номинальный прямой рабочий ток, мА;
  • количество светодиодов в цепи или параллельно;
  • схема подключения светодиодов).

Исходные данные можно взять из паспорта диода.

После их ввода в соответствующие окна калькулятора нажмите кнопку «Рассчитать» и получите номинал резистора и его мощность.

Тип соединения Один светодиод
Последовательное соединение
Параллельное соединение
Напряжение питания Вольт
Светодиод постоянного напряжения Вольт
Светодиодный ток Миллиампер
Количество светодиодов пК.
Точное значение резистора Ом
Стандартное значение сопротивления Ом
Минимальная мощность сопротивления Ватт
Общее потребление энергии Ватт
Источники

  • https://LampaSveta.com/masterskaya/raschet-soprotivleniya-rezistora-dlya-svetodiodov
  • https://SvetodiodInfo.ru/texnicheskie-momenty/raschet-rezistora-dlya-svetodioda.html
  • https://Svetilov.ru/svetovye-pribory/svetodiody/kak-podobrat-rezistor
  • http://led-obzor.ru/raschet-rezistora-dlya-svetodioda-kalkulyator
  • https://fornk.ru/2647-raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator/
  • https://ledjournal.info/spravochnik/raschet-rezistora-dlya-svetodioda.html

Оцените статью
Блог про электронику