Мені довго було цікаво, чому в схемах, які використовують світлодіоди для освітлення, дуже часто ставити резистор, що йде разом зі світлодіодом, і нарешті, здається, відповідь у цьому питанні пояснює, чому. (Це найпростіший спосіб керувати струмом через світлодіод, щоб запобігти загорянню світлодіода.)

Але все-таки це не велика проблема? Хіба ці резистори не витрачають багато енергії, і чи не існує насправді іншого практичного рішення?

UPD: Доцільне оновлення запитання, що дає всі хороші відповіді, які я отримав, - це, можливо, надати деякі цифри, щоб показати, скільки енергії втрачається для тепла від резисторів у типовому освітленні? (Більшість відповідей говорить про те, що втрата електроенергії я настільки мала, що це не має значення. Я думаю, що було б добре, якби хтось міг отримати реальні цифри, щоб затвердити цю відповідь, тоді я міг би прийняти цю відповідь і тримати її на початку в майбутньому зацікавлені люди.)

Так, вона витрачає енергію, але більшість часу це недостатньо енергії для значення.

У випадках, коли ефективність має значення, ви використовуєте інші складніші засоби. Наприклад, погляньте на схему мого прикладу проекту KnurdLight . Це працює від акумулятора, і майже вся потужність надходить на світлодіоди. У цьому випадку я використовував підсилювальний перетворювач, який безпосередньо регулював світлодіодний струм замість нормального джерела живлення, який регулює напругу. Немає серійного резистора, який би міг частково живитись напругою, як би частково схожий на джерело струму, оскільки джерело живлення в першу чергу є джерелом струму. R6 є послідовно зі світлодіодною струною, але становить лише 30 Ом і призначений для чуття струму, щоб перетворювач посилення міг регулювати його.

Чому резистори?

Причина, по якій ми використовуємо резистори для встановлення світлодіодного струму, полягає в тому, що світлодіод - це діод, і, як і більшість діодів, він просто виглядає як падіння напруги при зміщенні вперед. Для контролю струму дуже мало, якщо підключити до джерела напруги; нахил графіка V / I настільки крутий, що зміна напруги діода в 0,1 В може означати зміну струму в 10 разів. Таким чином, пряме підключення до джерела живлення без справного механізму обмеження струму, ймовірно, знищить світлодіод. Тому ми ставимо туди резистор, щоб зробити нахил досить неглибоким, щоб контролювати струм.

Як правило, ви визначаєте, скільки струму потрібно в світлодіоді на основі певного вимірювання яскравості з аркуша даних, або купуєте його та здогадуєтесь. Для типових світлодіодних індикаторів я починаю з 2 мА для звичайних або 0,5 мА для високоефективних світлодіодів, і зазвичай доводиться додатково зменшувати струм.

Щойно ви вибираєте струм, ви приймаєте це, напруга вашого джерела (VS) і напруга вперед вашого світлодіода при вашому струмі (VF, спробуйте отримати це з графіка на аркуші даних, а не в таблиці, яка зазвичай характеризується 10 мА або більше), і підключіть їх до наступного рівняння, щоб отримати опір:

R = (VS - VF) / I

Виведення: Враховуючи, що падіння напруги на резисторі є VR = I * R(Закон Ома), що струм в циклі постійний (чинний закон Кірхофа), а напруга джерела дорівнює VF + VR(Закон напруги Кірхофа):

VS = VF + VR = VF + I * R; VS - VF = I * R; R = (VS - VF) / I

Світлодіоди високої потужності

Для застосувань, де втрата електроенергії є проблемою, наприклад, у великих масштабах освітлення, ви не використовуєте резистор, а замість цього використовуєте регулятор струму для встановлення струму світлодіода.

Ці регулятори струму працюють як комутаційні регулятори напруги, за винятком того, що замість розподілу вихідної напруги та порівняння з опорним та регулюванням виходу вони використовують елемент, що визначає струм (трансформатор струму чи низький резистор) для генерації напруги, порівнюється з посиланням. Це може отримати велику ефективність, залежно від перемикання втрат елементів та частоти комутації. (Більш високі частоти реагують швидше і використовують менші компоненти, але менш ефективні.)

Коли світлодіод приводиться в дію з резистором, напруга живлення повинно бути вищим за передні падіння світлодіода; струм, відведений від живлення, буде дорівнює струму через світлодіод. Відсоток потужності живлення, що надходить на світлодіод, буде відповідати відношенню напруги світлодіода вперед до напруги живлення.

Існують й інші способи керування світлодіодами, які працюватимуть із напругами живлення нижче переднього падіння світлодіода, або які будуть виводити менше живлення від живлення, ніж через світлодіод. Такі методи можуть, наприклад, знизити вдвічі струм, що надходить від 5-вольтового живлення для живлення 20mA через 2-вольтовий світлодіод, але необхідна схема буде, безумовно, дорожчою, ніж резистор. У багатьох ситуаціях, навіть коли працює від батарей, енергія, що споживається світлодіодом, буде представляти собою невелику частку загального споживання енергії; навіть якщо можна зменшити споживання електроенергії, пов'язане зі світлодіодами, на 99%, використовуючи додаткову схему лише 0,05 долара, економія не буде вартою порівняно з простою використанням резистора та прийняттям оптимальної ефективності.

Ви хотіли розрахунку. Ось основна форма розрахунку.

Типовий червоний світлодіод має падіння напруги вперед 1.8 Vі максимальний безперервний струм навколо 20 mA.

Тепер яка наша напруга? Скажімо, ми хочемо використовувати джерело 3 В.

Таким чином, у нас буде падіння напруги 3.0 V - 1.8 V = 1.2 Vнад нашим резистором. Струм через резистор буде 20 mA, таким є наша потужність 1.2 V * 20 mA = 24 mW. Це насправді не багато енергії, хоча це значна частка споживання енергії світлодіода. Сам світлодіод використовує1.8V * 20mA = 36 mW.

Так, вона витрачає енергію. З іншого боку, в обсязі виробництва резистор коштуватиме частку копійки (0,01 дол. США для наших міжнародних людей). Коли аналіз витрат / вигод / труднощів робиться, простий резистор починає виглядати дуже добре.

Витрачана потужність часто дуже мала (десятки міліват), якщо ви керуєте світлодіодом з напругою 5 В або однаково малою напругою.

Звичайно, це проблема в системах, де у вас батареї обмеженої ємності, але тоді використовуються інші схеми (наприклад, світлодіодні драйвери, що використовують ШІМ ).

Так і ні. Коли струм проходить через резистор, він виробляє тепло і тому витрачає енергію. Однак, якщо ви вийняли резистор (і, отже, вимкнули світлодіод при більш високій напрузі), ви б провели більше струму по ланцюгу і, таким чином, фактично спалювали більше енергії, ніж на резисторі на місці.

Пам’ятайте, що при постійній напрузі струм обернено пропорційний опору. Чим більше опір ви вбудовуєте в ланцюг, тим менше струм ви проходите, а значить, і менше енергії ви споживаєте. Отже, хоча сам резистор відіграє певну роль у виробленні тепла в ланцюзі, його присутність насправді означає, що загалом буде вироблятися менше тепла.

Я роблю математичний тест. Я використовую джерело 12 В і підключаю 3 світлодіодні діоди з резисторами. У одного діода з резистором 12В, наступного діода з резистором я підключаю також до 12В, і останній також. У джерела у мене 60mA. Резистор має падіння напруги 9 В і споживання електроенергії було загалом 540 мВт Незалежно від P = V * II отримати щось 720 мВт у загальному джерелі.

Але коли я підключаю діоди в рядку і додаю резистор, загальне споживання електроенергії було лише 240мВт у джерелі. Я використовую діоди 3V 20mA.

Сімс, що краще - використовувати джерело напруги якомога нижче, щоб споживати електроенергію лише там, де ми хочемо. Або використовуйте рядок світлодіодних діодів для підвищення напруги. Ось чому у нас в комп'ютері стільки виходів з різною напругою від трансформатора.

Або інша ідея. У нас є джерело 9В, і я підключаю один діод 3В, і мені потрібно використовувати резистор, щоб скинути напругу. Повна потужність складе 180 мВт. Якщо діод займе лише 60 мВт, але коли я підключуюсь до рядка 3diodes, тоді у мене ще 180mW Але коли я підключу 3 діоди, але кожен окремо підключений до цього ж джерела, тоді у мене буде 540mW використовуваної потужності .

Здається, що краще використовувати рядок, а не підключати кожен до джерела.

Не можна уникнути втрати живлення лише пасивним або лінійним активним ланцюгом постійного струму. Причина полягає в тому, що ефективність визначається двома речами:

1. Напруга живлення
2. Світлодіодний струм

Не має значення, що ви ставите між світлодіодом та джерелом живлення. Це може бути резистор, деякі діоди, лінійний регулятор або джерело струму на основі транзистора. Якщо світлодіоду потрібно 10 мА для потрібної яскравості, а у вас 5 В джерело живлення, ви спалюєте 50 мВт. Період.

За допомогою фіксованої напруги живлення та фіксованого світлодіодного струму ваш єдиний варіант для підвищення ефективності - це поставити кілька світлодіодів послідовно. Якщо у вас напруга 5 В, а падіння напруги ваших світлодіодів становить 2 В на 10 мА, ви можете поставити два послідовно. Це пов'язано з обмеженням - ви не зможете самостійно перемикати світлодіоди.

Якщо у вас є контроль над джерелом живлення, ви можете зробити ще кілька речей. Якщо напруги живлення отримані від джерела змінного струму, ви можете додати обмотку до трансформатора, щоб створити світлодіодне джерело низької напруги. Якщо у вас є тільки джерело постійного струму, ви можете використовувати перемикаючий перетворювач для генерації нижчої напруги. Однак жодне з них не є надзвичайно практичним. Якщо у вас закінчується живлення змінного струму, ви, мабуть, не переймаєтесь ефективністю кількох індикаторних ламп. А високоефективні регулятори комутації дорогі та схильні до проблем.

Світлодіоди, як правило, споживають лише невелику частку від загального струму системи. Рідко варто неприємностей або витрат, щоб додати окремий блок живлення тільки для них.

Не думайте про резистор як про мийку, яка відводить електроенергію (струм). Частина енергії втрачається у вигляді тепла, так, але не сильно (загалом). Використовуючи аналогію з водою, просто подумайте про резистор як про шланг, через який струм менший. Враховуючи ту саму початкову силу (напруга), кількість електроенергії, яка може протікати (струм), зменшується. це зменшує силу, наявну на вихідному кінці шланга (це відомо як падіння напруги).