Светодиоды чувствительны к току, протекающему через них. Это значит, что при превышении максимально допустимых параметров тока светодиод может выйти из строя, а при недостаточном уровне, наоборот – просто не загореться.
Поэтому включение в цепь электрического тока такого простого элемента, как светодиод, требует применения правильно рассчитанного балластного резистора.
О том, как это сделать и пойдет речь далее.
Немного теории
В основе всех последующих расчётов лежит закон Ома для участка цепи. Школьникам материал покажется до боли знакомым и простым, однако, многие взрослые уже давно забыли о его существовании или о его смысле.
Георг Ом выявил следующую закономерность:
Сила тока прямопропорциональна напряжению и обратнопропорциональна сопротивлению.
В виде формулы это записывается так
I = U/R
Из указанной, путем перестановки, легко получаются следующие.
U = I·R
и
R = U/I
Нам наиболее интересна последняя.
То есть, чтобы получить значение требуемого балластного сопротивления, необходимо знать напряжение на участке цепи и силу тока.
Исходные параметры и где их взять
Напряжение. В качестве источника такового в цепи может выступать блок питания, тогда для расчётов можно взять номинальные показатели БП. Они указываются в сопроводительной документации и на шильде.
Если светодиод или светодиодная лента питаются от аккумулятора / аккумуляторной батареи, то в качестве показателей можно использовать их номинал (в зависимости от схемы подключения, номинал напряжения может изменяться, например, при последовательном соединении аккумуляторов их напряжение складывается).
Если цепь имеет нестандартный блок питания или светодиод включается в участок цепи, где напряжение неизвестно, его необходимо измерить вольтметром.
Сила тока. Ввиду того, что основное назначение балластного сопротивления – ограничение тока, идущего через диод, то исходить следует не из имеющегося значения на участке цепи, а из показателя рабочего тока самого светодиода.
То есть, в расчётах будет использоваться показатель, прописанный производителем. Узнать его можно или по маркировке диода, или из сопроводительной документации / даташита радиоэлемента. В большинстве случаев это 0,01 А (или 10 мА), именно этот показатель мы и будет использовать ниже в примерах расчётов.
Напряжение питания светодиода. Имеется ввиду номинальный (рабочий) показатель, при котором светодиод излучает свет. Чаще всего это диапазон 1,5 - 2 В. В примерах для наглядности возьмем показатель 1,7 В.
Расчет при последовательном соединении светодиодов
Для наглядности можно использовать следующие схемы.
Рис. 1. Последовательное соединение
Здесь стоит отметить, что указанный тип подключения соответствует и светодиодным лентам, ведь внутри отдельные светодиоды соединяются так же, как и в примере выше – последовательно (рисунок ниже).
Рис. 2. Светодиодные ленты
В обозначенных случаях сопротивление рассчитывается следующим образом.
Rогр = (Uпит - Uсд) / Iсд
В указанной формуле:
Если диодов несколько, то для расчетов используется следующая формула.
Rогр = (Uпит - N·Uсд) / Iсд
Здесь дополнительно вводится коэффициент N, который обозначает количество одинаковых светодиодов, соединенных последовательно (если речь идет о ленте, то N- может быть заменено количеством погонных метров, а Uсд – номинальным напряжением питания одного метра).
Пример расчёта.
Пусть 5 светящихся элементов подключено к блоку питания 12 В, тогда при показателях диодов, обозначенных ранее (0,01 А и 1,7 В) сопротивление балласта будет считаться так:
R = (12 - 5·1,7)/0,01 = 3,5/0,01 = 350 (Ом).
Параллельное подключение
При подключении лент – такое подключение практически не используется, так как оно сложнее в расчетах и менее эффективное.
1.При такой схеме ток равномерно распределяется по параллельным веткам (делится по количеству веток).
2.Напряжение на параллельных участках сохраняется одинаковым.
3.Получается, что балластный резистор необходимо ставить перед каждой распараллеленной веткой.
То есть схема включения должна быть только такой.
Рис. 3. Параллельное подключение
Тогда каждая отдельная ветка считается, как и в случае с последовательным соединением.
Подбор сопротивления
Балластный резистор не всегда можно подобрать точно в том номинале, который у вас получился при расчётах.
Для точного подбора значения сопротивления следует помнить, что их значения складываются при последовательном соединении. То есть можно собрать блок сразу из нескольких резисторов.
Если вы хотите уменьшить силу тока, протекающего через один резистор (или, например, увеличить площадь рассеивания тепла), то следует соединить их параллельно. Тогда итоговое сопротивление блока будет считаться по следующей формуле.
Рассеивание мощности
Как и при любой другой работе, ток при прохождении через элемент, оказывающий ему сопротивление, нагревает его.
Чтобы резистор не сгорел от высокой температуры и правильно рассеивал получаемое тепло, необходимо правильно рассчитать его теплоотдачу.
Формула:
P = I2 · R
В качестве I в нашем случае выступает сила тока, до которой мы ее ограничиваем балластом, то есть 0,01 А.
То есть, для сопротивления в 350 Ом, получаемая мощность будет равна
350 · 0,01 · 0,01 = 0,035 Вт.
Лучше всего брать сопротивления с определенным запасом рассеиваемой мощности.
Автор: RadioRadar