Der Hauptparameter, der die Lebensdauer der LED beeinflusst, ist der elektrische Strom, dessen Wert für jeden Typ von LED-Element streng standardisiert ist. Eine gängige Methode zur Begrenzung des Maximalstroms ist die Verwendung eines Begrenzungswiderstands. Der Widerstand für die LED kann ohne komplexe Berechnungen nach dem Ohmschen Gesetz unter Verwendung der technischen Werte der Diodenparameter und der Spannung im Schaltkreis berechnet werden.
Inhalt
Funktionen zum Einschalten der LED
Leuchtelemente arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie Gleichrichterdioden, haben jedoch Besonderheiten. Die wichtigsten sind:
- Extrem negative Empfindlichkeit gegenüber umgekehrter Polaritätsspannung. Eine LED, die mit der falschen Polarität an den Stromkreis angeschlossen ist, fällt fast sofort aus.
- Enger Bereich des zulässigen Betriebsstroms durch den p-n-Übergang.
- Abhängigkeit des Übergangswiderstandes von der Temperatur, die für die meisten Halbleiterbauelemente typisch ist.
Auf den letzten Punkt sollte näher eingegangen werden, da er der wichtigste für die Berechnung des Löschwiderstandes ist. Die Dokumentation der Strahlungselemente gibt den zulässigen Bereich des Nennstroms an, in dem sie funktionsfähig bleiben und die angegebenen Strahlungseigenschaften aufweisen. Das Unterschätzen des Werts ist nicht fatal, führt jedoch zu einer gewissen Verringerung der Helligkeit. Ab einem bestimmten Grenzwert stoppt der Stromfluss durch den Übergang und das Glühen fehlt.
Das Überschreiten des Stroms führt zunächst zu einer Erhöhung der Helligkeit des Glühens, die Lebensdauer wird jedoch stark reduziert. Eine weitere Erhöhung führt zum Versagen des Elements. Daher zielt die Auswahl des LED-Widerstands darauf ab, den maximal zulässigen Strom unter Worst-Case-Bedingungen zu begrenzen.
Die Spannung an einem Halbleiterübergang wird durch die darauf befindlichen physikalischen Prozesse begrenzt und liegt in einem engen Bereich von etwa 1-2 V. 12-Volt-Leuchtdioden, die häufig in Autos verbaut sind, können eine Kette von in Reihe geschalteten Elementen oder eine Begrenzung enthalten Schaltung im Design enthalten.
Warum brauchst du einen Widerstand für die LED?
Die Verwendung von Begrenzungswiderständen beim Einschalten von LEDs ist zwar nicht die effektivste, aber die einfachste und billigste Lösung, um den Strom innerhalb akzeptabler Grenzen zu begrenzen. Schaltungslösungen, mit denen Sie den Strom im Emitterkreis mit hoher Genauigkeit stabilisieren können, sind ziemlich schwer zu wiederholen, und vorgefertigte sind mit hohen Kosten verbunden.
Durch die Verwendung von Widerständen können Sie die Beleuchtung und Hintergrundbeleuchtung selbst durchführen. Die Hauptsache in diesem Fall ist die Fähigkeit, Messgeräte und minimale Lötkenntnisse zu verwenden. Ein gut ausgelegter Begrenzer, der mögliche Toleranzen und Temperaturschwankungen berücksichtigt, kann die normale Funktion der LEDs während der gesamten deklarierten Lebensdauer mit minimalen Kosten sicherstellen.
Parallel- und Reihenschaltung von LEDs
Um die Parameter der Stromkreise und die Eigenschaften der LEDs zu kombinieren, ist die Serien- und Parallelschaltung mehrerer Elemente weit verbreitet. Jede Verbindungsart hat sowohl Vor- als auch Nachteile.
Parallele Verbindung
Der Vorteil einer solchen Verbindung ist die Verwendung nur eines Begrenzers für die gesamte Schaltung. Es ist anzumerken, dass dieser Vorteil der einzige ist, daher wird eine Parallelschaltung praktisch nie gefunden, mit Ausnahme von minderwertigen Industrieprodukten. Die Nachteile sind:
- Die Verlustleistung am Begrenzungselement steigt proportional zur Anzahl der parallel geschalteten LEDs.
- Die Streuung der Parameter der Elemente führt zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung.
- Das Durchbrennen eines der Emitter führt zu einem lawinenartigen Ausfall aller anderen, da der Spannungsabfall an der parallel geschalteten Gruppe ansteigt.
Die Verbindung erhöht etwas die Betriebseigenschaften, wobei der Strom durch jedes Strahlungselement durch einen separaten Widerstand begrenzt wird. Genauer gesagt handelt es sich um eine Parallelschaltung einzelner Schaltungen bestehend aus LEDs mit Begrenzungswiderständen.Der Hauptvorteil ist eine höhere Zuverlässigkeit, da der Ausfall eines oder mehrerer Elemente den Betrieb der anderen in keiner Weise beeinträchtigt.
Nachteilig ist, dass aufgrund der Streuung der LED-Parameter und der technologischen Toleranz beim Widerstandswert die Helligkeit des Glimmens einzelner Elemente stark variieren kann. Ein solches Schema enthält eine große Anzahl von Funkelementen.
Die Parallelschaltung mit einzelnen Begrenzern findet Anwendung in Niederspannungsschaltungen, beginnend mit einem Minimum, begrenzt durch den Spannungsabfall am p-n-Übergang.
Serienverbindung
Die Reihenschaltung von Strahlungselementen ist am weitesten verbreitet, da der unbestrittene Vorteil einer Reihenschaltung die absolute Gleichheit des durch jedes Element fließenden Stroms ist. Da der Strom durch den einzelnen Begrenzungswiderstand und durch die Diode gleich ist, ist die Verlustleistung minimal.
Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, dass der Ausfall mindestens eines der Elemente zur Funktionsunfähigkeit der gesamten Kette führt. Für eine Reihenschaltung ist eine erhöhte Spannung erforderlich, deren Mindestwert proportional zur Anzahl der enthaltenen Elemente zunimmt.
gemischte Inklusion
Die Verwendung einer großen Anzahl von Emittern ist bei einer Mischschaltung, bei Verwendung mehrerer parallel geschalteter Ketten und einer Reihenschaltung aus einem Begrenzungswiderstand und mehreren LEDs möglich.
Das Durchbrennen eines der Elemente führt zur Funktionsunfähigkeit nur eines Stromkreises, in dem dieses Element installiert ist.Der Rest wird ordnungsgemäß funktionieren.
Berechnungsformeln für Widerstände
Die Berechnung des Widerstandswiderstands für LEDs basiert auf dem Ohmschen Gesetz. Die Anfangsparameter für die Berechnung des Widerstands für die LED sind:
- Schaltungsspannung;
- Betriebsstrom der LED;
- Spannungsabfall über der Leuchtdiode (LED-Versorgungsspannung).
Der Widerstandswert wird bestimmt aus dem Ausdruck:
R = U/I
wobei U der Spannungsabfall am Widerstand und I der Durchlassstrom durch die LED ist.
Der Spannungsabfall der LED wird bestimmt aus dem Ausdruck:
U \u003d Upit - Usv,
Dabei ist Upit die Schaltungsspannung und Usv der Spannungsabfall auf dem Typenschild über der Strahlungsdiode.
Die Berechnung einer LED für einen Widerstand ergibt einen Widerstandswert, der nicht im Standardwertebereich liegt. Sie müssen einen Widerstand mit einem Widerstand nehmen, der dem berechneten Wert auf der größeren Seite am nächsten kommt. Dabei wird die mögliche Spannungserhöhung berücksichtigt. Es ist besser, den nächsten Wert in der Widerstandsreihe zu nehmen. Dadurch wird der Strom durch die Diode etwas verringert und die Helligkeit des Glühens verringert, aber gleichzeitig wird jede Änderung der Größe der Versorgungsspannung und des Diodenwiderstands (z. B. bei Temperaturänderungen) ausgeglichen.
Bevor Sie einen Widerstandswert auswählen, sollten Sie die mögliche Abnahme von Strom und Helligkeit im Vergleich zu der durch die Formel angegebenen abschätzen:
(R — Rst)R•100%
Wenn der erhaltene Wert weniger als 5% beträgt, müssen Sie einen größeren Widerstand nehmen, wenn er von 5 bis 10% reicht, können Sie sich auf einen kleineren beschränken.
Ein ebenso wichtiger Parameter, der die Betriebssicherheit beeinflusst, ist die Verlustleistung des Strombegrenzungselements. Der Strom, der durch einen Abschnitt mit Widerstand fließt, bewirkt, dass er sich erwärmt.Um die Verlustleistung zu bestimmen, verwenden Sie die Formel:
P = U•U/R
Verwenden Sie einen Begrenzungswiderstand, dessen Verlustleistung den berechneten Wert übersteigt.
Beispiel:
Es gibt eine LED mit einem Spannungsabfall von 1,7 V bei einem Nennstrom von 20 mA. Es muss an einen 12-V-Stromkreis angeschlossen werden.
Der Spannungsabfall am Begrenzungswiderstand beträgt:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Widerstandswiderstand:
R \u003d 10,3 / 0,02 \u003d 515 Ohm.
Der nächste höhere Wert im Standardbereich ist 560 Ohm. Bei diesem Wert beträgt die Stromabnahme im Vergleich zum eingestellten Wert etwas weniger als 10 %, sodass kein größerer Wert verwendet werden muss.
Verlustleistung in Watt:
P = 10,3·10,3/560 = 0,19 W
Daher können Sie für diese Schaltung ein Element mit einer zulässigen Verlustleistung von 0,25 W verwenden.
Anschließen des LED-Streifens
LED-Streifen sind für verschiedene Versorgungsspannungen erhältlich. Auf dem Band befindet sich eine Schaltung aus in Reihe geschalteten Dioden. Die Anzahl der Dioden und der Widerstandswert der Begrenzungswiderstände hängen von der Versorgungsspannung des Bandes ab.
Die gängigsten Typen von LED-Streifen sind für den Anschluss an einen 12-V-Stromkreis ausgelegt, hier ist auch der Betrieb mit einem höheren Spannungswert möglich. Für die korrekte Berechnung von Widerständen ist es notwendig, den Strom zu kennen, der durch einen einzelnen Abschnitt des Bandes fließt.
Eine Erhöhung der Bandlänge bewirkt eine proportionale Stromerhöhung, da die Mindestabschnitte technologisch parallel geschaltet sind. Wenn beispielsweise die Mindestlänge eines Segments 50 cm beträgt, dann hat ein 5-m-Band von 10 solcher Segmente eine 10-fache Erhöhung des Stromverbrauchs.
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