LEDの抵抗値を計算します。 LEDの抵抗の計算

今日は新しい要素、つまり LED について勉強することから始めます。 LEDに関する基本的な情報は別記事にまとめています。

LED には基本的に 2 つの端子があります。長い端子 (アノード) はプラスの電源に接続され、短い端子 (カソード) はマイナスの電源に接続されます。 逆に接続したLEDは点灯しませんし、一定の電圧を超えるとLEDが切れてしまうこともあります。

LED を扱う場合、どこから始めればよいでしょうか? 特定の LED の技術パラメータを表示します。 店舗での購入時に必要な情報が得られる場合もあります。 何を知る必要があるのでしょうか? 探しているのは順電流と順電圧です。

LEDの場合、電流はLEDの耐用年数に直接影響するため、電流を正しく選択することが重要です。 したがって、LED は何かによって電力を供給される素子であると言えます。 com（緊張感ではありません！）。

5mm 単色 LED のデータシートを調べたところ、次のことが判明しました。

• 赤色LED: 20mA / 2.1V
• 緑色LED: 20mA / 2.2V
• 黄色LED: 20mA / 2.2V
• オレンジLED：25mA / 2.1V
• 青色LED：20mA/3.2V
• LED白色：25mA/3.4V

(LED パラメータはインスタンスや LED メーカーによって若干異なる場合があります)

前の演習と同様に、電源は 4 つのバッテリーのカセットであり、約 6 ボルトの電圧が得られます。 ここで疑問が生じます。次の図に従って接続された赤色 LED の電流を制限する抵抗器を選択する方法です。

当社のバッテリーは約 6 ボルトの電圧を供給します。 赤色LEDには約20mAの電流が必要です。 さらに、この LED の両端の電圧降下、つまり 2.1 ボルトを考慮する必要があります。

U R1 = U B1 – U D1

U R1 = 6V – 2.1V

データを式に代入するだけで十分です。

R1 = 3.9V / 20mA

R1 = 3.9V / 0.02A

この簡単な方法で、赤色 LED の抵抗器 R1 の抵抗値を計算しました。抵抗値は少なくとも 195 オームでなければなりません。 しかし、そのような宗派は見つからないでしょう。 この場合どうすればよいでしょうか? より大きな値の、ただし可能な限り近い抵抗値の抵抗器を選択する必要があります。

公称一連の抵抗器の中で最も近い抵抗器は抵抗値 200 オームの抵抗器であり、これがまさに回路で使用すべきものです。 なぜ？ もちろん、470 オーム、2.2 kオームなど、より高い抵抗の抵抗器を使用することを妨げるものはありません。しかし、これは LED の輝きにどのような影響を与えるでしょうか? 確認しよう！

もちろん写真では分かりませんが、LEDは200オームの抵抗で非常に明るく光ります。 しかし、抵抗器を、より高い抵抗値、たとえば 470 オームの別の抵抗器に交換するとどうなるでしょうか? LED はまだ点灯しています。 次に、抵抗を 2.2 kOhm、3.9 kOhm、4.7 kOhm と順番に増やしていきます。抵抗の抵抗が増加するにつれて、LED の光がどんどん弱くなり、最終的には完全に光らなくなることに注意してください。

この問題に関するもう 1 つの注意点は、計算値よりわずかに大きい抵抗器を使用する必要があることです (たとえば、200 オームではなく 210 オーム)。 なぜ？ おそらくお気づきかと思いますが、計算ではバッテリーの公称電圧を使用しましたが、実際には新しいバッテリーはより高い電圧を生成する可能性があるため、抵抗器の抵抗値が不十分である可能性があります。 LED の電流が必要以上に大きくなり、最終的に寿命に影響を及ぼします。

人生からのもう 1 つの例 (または、よくある質問から)。 2つの赤色LEDが直列に接続されている回路（自動車内）（順電流20mA、順電圧2.1V）の抵抗器はどのように選択すればよいですか？

上の例と同じ方法で抵抗 R1 の抵抗値を計算しますが、唯一の違いは、車両の車載ネットワークの電圧 (14V) からダイオード D1 とダイオード D1 とダイオード D1 の両方の電圧降下を差し引く必要があることです。 D2:

U R1 = U E1 – U D1 – U D2

U R1 = 14V – 2.1V – 2.1V

次に、データを式に代入してみましょう。

R1 = 9.8V / 20mA

R1 = 9.8V / 0.02A

2 つの赤色 LED が直列に接続されている抵抗 R1 の抵抗値は、少なくとも 490 オームでなければなりません。 シリーズの中で最も近いものは 510 オームの抵抗器です。 510 オームの抵抗器がない場合は、複数の抵抗器 (たとえば 5 100 オームの抵抗器) を直列に接続できることを覚えておいてください。

この回路でさらに 5 つの LED を直列に接続できますか? いいえ！ 接続された各 LED にはある程度の電圧降下があり、言い換えれば、それぞれがある程度の電圧を消費します。たとえば、各赤色 LED には 2.1 ボルトが必要です。 私たちのバッテリーがそのような電圧を提供できないことは簡単に計算できます。

14V< 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В+ 2,1В + 2,1В

14V< 14,7В

上の例は、電圧源が 14V である自動車に設置された回路に関するものです。

次の例では、次の図に示すように LED の並列接続を扱います。

今回はLED-D1が赤色（順電流20mA、順電圧約2.1V）、LED D2が白色（順電流25mA、順電圧3.4V）とします。

キルヒホッフの第一法則から次のことがわかります。

I = 20mA + 25mA

LED を電源に並列に接続する場合は、各 LED に独自の抵抗が必要であることに注意してください。 次に、各抵抗の電圧降下を計算してみましょう。

U R 1 = U B 1 – U D 1

U R1 = 6V – 2.1V

U R 2 = U B 1 – U D 2

U R2 = 6V – 3.4V

電流と電圧はわかっているので、抵抗を計算してみましょう。

R1 = U R 1 / I 1

R1 = 3.9V / 20mA

R1 = 3.9V / 0.02A

R2 = 2.6V / 25mA

R2 = 2.6V / 0.025A

抵抗器 R1 の抵抗値は少なくとも 195 オーム (公称直列で最も近い抵抗器は 200 オーム)、抵抗器 R2 の抵抗値は少なくとも 104 オーム (直列で最も近い抵抗器は 120 オーム) である必要があります。

LED を接続する最適な方法は、直列または並列のどちらですか? どちらのオプションにも長所と短所があるため、答えは簡単ではありません。

LED接続の種類
一連	平行
すべての LED に 1 つで十分です 抵抗器	各 LED には独自の抵抗が必要です
1 つの LED の損傷につながる LED チェーン全体をオフにする	1 つ以上の LED が破損した場合、残りの LED が点灯します。
低い電流値	回路内の電流は後続の LED ごとに増加します (電流 各ブランチが合計されます)
より高い電源電圧が必要 両端の電圧降下を考慮して それぞれのLED	回路内の電源電圧は次のようになります。 低い

レッスンの最後では、別の人気のあるタイプである高出力 LED について見ていきます。 彼らのおかげで、私たちは明るい光を得ることができます。 高出力 LED は、たとえば自動車で使用されるため、次の例では、高出力 LED を自動車に取り付ける問題を具体的に扱います。

自動車ネットワークの電圧は 14 ボルトです。 高出力 LED の順電流は 350 mA、電圧降下は 3.3 ボルトです。 上で行ったように、強力な LED の抵抗を計算してみましょう。

U R1 = U E1 – U D1

U R1 = 14V – 3.3V

R1 = U R1 / I
R1 = 10.7V / 350mA
R1 = 31オーム

この例では、少なくとも 31 オームの抵抗を選択する必要があります。 問題は、名前自体が示すように、高出力 LED には多くの電力があり、ここでは通常の抵抗では十分ではないことです。 適切な抵抗に加えて、抵抗器は適切な定格電力、つまり動作中に抵抗器を通して放出される許容電力を持たなければなりません。

抵抗器の主な仕事は電流に抵抗することであることに注意してください。 抵抗は常にある程度の熱を発生します。 電力が多すぎると抵抗器が損傷する可能性があります。
電力は次の式で計算されます。

LED素子は、室内照明、街路灯、懐中電灯、水族館の照明など人間の活動にますます使用されています。 自動車産業では、LED グループがパーキング ライト、ブレーキ ライト、方向指示器の照明に広く使用されています。

LEDの外観

異なる色の個別の要素がインストルメント パネルを照らし、ラジエター冷却液レベルの低下を示します。 新年のツリーの飾り付けから水族館の照明、ロケットや宇宙技術の装置に至るまで、その使用分野をすべて列挙することは不可能です。

これらは徐々に従来の白熱灯に取って代わりつつあります。 多数のオンライン ストアが LED ストリップやその他の照明製品をオンラインで販売しています。 修理や自作が必要な場合は、ドライバー回路を計算するための計算機も見つかります。 この急速な発展には多くの理由があります。

主な利点

• エネルギー消費が少ない。
• 高効率。
• 低電圧。
• 暖房はほとんどありません。
• 高度な電気および火災に対する安全性。
• 堅牢なボディ: 壊れやすいフィラメントやガラス球がないため、機械的および振動の影響に耐性があります。
• 慣性のない動作により高速動作が保証され、フィラメントの加熱に時間がかかりません。
• 強度、小型、耐久性。
• 少なくとも 5 年の連続耐用年数。
• スペクトル（色）の幅広い選択肢と、拡散または指向性照明を作成するための別個の要素を設計する機能。

重大な欠点がいくつかあります。

1. 高価。
2. 個々の素子の光束の強度は低い。
3. 必要な電源の電圧が高くなるほど、LED 素子の構造が早く破壊されます。 オーバーヒートの問題はラジエーターを取り付けることで解決されます。

パラメータと機能

LED には欠点よりも多くの利点がありますが、コストが高いため、人々は LED ベースの照明装置を急いで購入しません。 必要な知識を持つ人は、個々の要素を購入し、水族館用のランプを自分で組み立て、車のダッシュボード、ブレーキライト、寸法に接続します。 ただし、これを行うには、LED の動作原理、パラメータ、設計上の特徴をよく理解する必要があります。

オプション:

• 動作電流。
• 動作電圧;
• 光束の色。
• 散乱角:
• シェルの種類。

デザインの特徴はレンズの直径と形状であり、光束の方向と分散の程度を決定します。 グローの色のスペクトルの部分は、ダイオードの半導体結晶に添加された不純物によって決まります。 リン、インジウム、ガリウム、アルミニウムは、赤から黄色の範囲の照明を提供します。

窒素、ガリウム、インジウムの組成により、スペクトルは青と緑の範囲になります。青 (シアン) スペクトルの結晶に蛍光体を追加すると、白色光が得られます。 光束の方向の角度と分散は結晶の組成によって決まりますが、より大きな範囲は LED レンズの形状によって決まります。

水族館の生命世界を維持するには、藻類の光合成のプロセスが必要です。 これには正しいスペクトルと一定レベルの水族館照明が必要ですが、LED はこれに適しています。

パラメータと回路の計算

色、照明の流れの方向、電源の電圧を決定したら、LEDを購入できます。 ただし、必要な回路を組み立てるには、電源電圧の上昇を抑制する回路内の LED 抵抗を計算する必要があります。 動作電流と電圧は定格によってわかります。

LEDは極性のある半導体であることを考慮する必要があります。

極性を逆にすると点灯しなかったり、故障する場合があります。 LED 接続回路のクエンチング抵抗を計算する良い例は、自動車の照明装置です。 1 つの LED 素子は、特定の技術的パラメータのステータスを示すために使用され、オプションとして、低レベルのラジエター冷却液が使用されます。

LED接続図

R = ウアク。 – Uwork./私は働いています。
R = 12V – 3V/00.2A = 450 オーム = 0.45 kオーム。

Uac は電源の電圧で、この場合は 12V の車のバッテリーです。
Urab – LED の動作電圧。
I スレーブ – LED の動作電流。

特定の数の LED を直列接続した回路内のクエンチング抵抗の抵抗値を計算できます。 このオプションは、フロント パネルの計器を照明したり、車のブレーキ ライトとして使用できます。

LEDの直列接続とクエンチング抵抗の図

抵抗の計算も同様です。

R = Uak – Urab*n / Iwork。

R = 12V – 3V * 3/ 0.02A = 150 オーム = 0.15 kオーム。

n – LED の数 3 個

LED が 6 個ある場合を検討する価値があります。 信号灯ではより大きな数値が使用されますが、抵抗の計算と回路の構築方法は同じです。

R = ウアク – ウラブ*ン / イラブ
R = 12V – 18 V/002A – ダイオードの動作電圧が電源の電圧を超えています。この場合、ダイオードを 3 つのダイオードからなる 2 つのグループに分割し、並列回路に接続する必要があります。 グループごとに個別に計算します。

直列接続の回路内の 3 つの LED を使用した前述の計算では、各グループの並列接続では抵抗値が 0.15 kΩ である必要があることがわかります。

わずかな加熱にもかかわらず、LED ランプはヒートシンクなしでは動作しません。 たとえば、水族館を照らす場合は、上部に蓋が取り付けられ、その上に点光源または LED ストリップが取り付けられます。 過熱を避けるために、アルミニウムプロファイルが使用されます。 ラジエーターの製造には、熱を放散する特殊なプラスチックが使用され始めています。 専門家は、強力なランプからの放熱を改善するための措置を講じることを禁止しているわけではありませんが、自分で作ることはお勧めしません。 放熱器には熱伝導率の高い銅を使うと良いでしょう。

多くのサイトで、回路を選択し、ダイオードのパラメータを入力し、1 つの LED またはグループの抵抗をオンラインで計算できる計算機を見つけることができます。

専門店では、ソフトウェアが入ったディスクを購入し、自宅のコンピューターにドライバーをインストールできます。 ドライバーを含むプログラムはオンラインで無料で簡単にダウンロードでき、Web サイトで電子的に支払う場合は購入できます。

考慮すべき機能:

• 1 つの抵抗を介して LED を並列回路に接続することはお勧めできません。 1 つのダイオードが故障すると、他のダイオードに過大な電圧がかかり、すべてのダイオードが故障します。 このような回路に遭遇した場合は、オンライン計算機を使用して計算し、LED に個別の抵抗を追加して回路を作り直すことができます。

並列接続図

• 計算により抵抗値が標準値と一致しない場合があるため、わずかに大きな抵抗が選択されます。 ここでオンライン計算機を使用すると便利です。
• 懐中電灯やクリスマスツリーの花輪などの家庭用回路では、LEDと電源の動作電圧が一致する場合、抵抗が使用されない場合があります。 この場合、個々の LED は異なる明るさで輝きます。これはパラメータの広がりによって引き起こされます。 このような場合には、コンバータを使用して電圧を高めることをお勧めします。

以下は最も単純な LED ランプ駆動回路の 1 つです。

MR-16 ランプドライバーの図と写真

この回路は、変圧器の代わりにコンデンサ C1 と抵抗 R1 を使用して組み立てられます。 ダイオードブリッジに電圧が供給されます。 電流制限はコンデンサ C1 によって確保されます。コンデンサ C1 は抵抗を生成しますが、熱は放散せず、電源回路に直列に接続すると電圧を低下させます。

整流された電圧は電解コンデンサC2を用いて平滑化されます。 抵抗 R1 は、電源がオフになったときにコンデンサ C1 を放電するように設計されています。 R1 と R2 は回路の動作には関与しません。 抵抗 R2 は、ランプ電源回路に破損が生じた場合にコンデンサ C2 を破損から保護するように設計されています。

写真はドライバーを両側から見たものです。 赤い円柱はコンデンサ C1、黒い円柱は C2 のイメージです。

抵抗器。 ビデオ

このビデオでは、抵抗とは何か、またどのように機能するのかという質問に答えます。 シンプルなプレゼンテーションなので、初心者でも内容を学ぶことができます。

上記のすべてを考慮して、LEDの抵抗器を正しく独立して計算し、専門店で農場で本当に役立つものを購入することができます。

LED の抵抗の計算は、電源にアクセスする前に実行する必要がある非常に重要な操作です。 ダイオード自体と回路全体の両方の性能はこれに依存します。 抵抗は LED と直列に接続する必要があります。 この要素は、ダイオードを流れる電流を制限するように設計されています。 抵抗器の公称抵抗値が必要な値よりも低い場合、LED は故障 (焼損) し、このインジケータの値が必要な値よりも高い場合、半導体素子からの光が暗すぎます。

LED の抵抗は、次の式 R = (US - UL)/I を使用して計算する必要があります。ここで、

• 米国 - 電源電圧。
• UL - ダイオード供給電圧 (通常は 2 ボルトと 4 ボルト);
• I - ダイオード電流。

選択する電流値が半導体素子の最大電流値以下となるように注意してください。 計算を進める前に、この値をアンペアに変換する必要があります。 通常、パスポートデータにはミリアンペア単位で示されます。 したがって、計算の結果、オーム単位の公称値が得られます。 結果の値が標準抵抗と一致しない場合は、最も近い値を選択する必要があります。 または、定格抵抗が低い複数の要素を直列に接続して、合計抵抗が計算された抵抗と一致するようにすることもできます。

たとえば、LED の抵抗は次のように計算されます。 出力電圧が 12 ボルトで LED (UL = 4 V) が 1 つある電源があるとします。 必要な電流は20mAです。 これをアンペアに変換すると、0.02 A が得られます。R = (12 - 4)/0.02 = 400 オームの計算を開始できます。

次に、複数の半導体素子を直列に接続する場合、どのような計算が必要になるかを見てみましょう。 これは、消費電力を削減し、多数の要素を同時に接続できるように作業する場合に特に当てはまります。 ただし、直列に接続されているすべての LED は同じタイプである必要があり、電源が十分に強力である必要があることに注意してください。 これは、直列接続された LED の抵抗を計算する方法です。 回路内に 3 つの要素 (それぞれの電圧は 4 ボルト) と 15 ボルトの電源があると仮定します。 電圧ULを決定します。 これを行うには、各ダイオードの読み取り値を合計する必要があります (4 + 4 + 4 = 12 ボルト)。 LED 電流の定格値は 0.02 A なので、R = (15-12)/0.02 = 150 オームと計算されます。

LED は、控えめに言っても悪いアイデアであることを覚えておくことが非常に重要です。 問題は、これらの要素にはさまざまなパラメータがあり、それぞれに異なる電圧が必要であるということです。 これは、LED の計算が無駄な作業であるという事実につながります。 このつながりによって、それぞれの要素がそれぞれの輝きを放ちます。 この状況は、各ダイオードに個別に制限抵抗を使用することによってのみ保存できます。

結論として、LED ランプを含むすべての LED アセンブリはこの原則を使用して計算されていることを付け加えておきます。 このような構造を自分で組み立てたい場合は、これらの計算が役に立ちます。

単一の LED

LED (発光ダイオード) は、2 つ以上のリード線を備えた光学範囲の半導体放射線源です。 通常、単色 LED には 2 つの端子があり、2 色 LED には 2 つまたは 3 つの端子があり、3 色 LED には 4 つの端子があります。 LEDは、その端子に一定の順方向電圧が印加されると発光します。

LED を電源に接続するには、電流制限抵抗を直列に接続した単純な回路を使用できます。 LED の両端の電圧降下は比較的広い範囲の動作電流にわたって一定であるため、抵抗が必要になります。

LEDの色、半導体材料、波長、電圧降下
色	半導体材料	波長	電圧降下
赤外線	ガリウムヒ素 (GaAs)	850～940nm
赤		620～700nm	1.6～2.0V
オレンジ	ガリウムヒ素リン化物(GaAsP)	590～610nm	2.0～2.1V
黄色	ガリウムヒ素リン化物(GaAsP)	580～590nm	2.1～2.2V
緑	アルミニウムガリウムリン（AlGaP）	500～570nm	1.9～3.5V
青	窒化インジウムガリウム（InGaN）	440～505nm	2.48～3.6V
白	蛍光体または 3 色 RGB ダイオード	広範囲	2.8～4.0V

回路内の LED と抵抗の動作は異なります。 オームの法則によれば、抵抗器の電圧降下と抵抗器を流れる電流の間には線形関係があります。

抵抗器の両端の電圧が増加すると、電流も比例して増加します (ここでは、抵抗器の値が一定のままであると仮定します)。 LEDはそのように動作しません。 それらの動作は、従来のダイオードの動作に対応します。 さまざまな色の LED の電流電圧特性を図に示します。 これらは、LED を流れる電流が LED の両端の電圧降下に直接比例しないことを示しています。 順方向電圧に対する電流の指数関数的な依存性があることがわかります。 これは、電圧がわずかに変化すると、電流が大きく変化する可能性があることを意味します。

LED の順方向電圧が小さい場合、その抵抗は非常に高くなり、LED は点灯しません。 技術仕様で指定されたしきい値レベルを超えると、LED が発光し始め、抵抗が急速に低下します。 印加電圧が推奨順電圧 (さまざまな色の LED で 1.5 ～ 4 V の範囲) を超えると、LED を流れる電流が急激に増加し、故障につながる可能性があります。 この電流を制限するには、LED に直列に抵抗を接続し、LED の特性で指定された動作電流を超えないように電流を制限します。

計算式

制限抵抗を流れる電流 R s は、供給電圧からオームの法則の式を使用して計算できます。 V s は LED の順方向電圧降下を差し引きます。 V f:

ここ V s 電源電圧 (ボルト単位) (たとえば、USB バスからの 5 V)、 V f LED両端の順方向電圧降下と 私 LED を流れる順電流 (アンペア単位)。 価値観 V fと 私 f は LED の技術仕様に記載されています。 代表的な値 V fは上の表に示されています。 標準的なインジケータ LED 電流は 20 mA です。

抵抗器の抵抗値を計算した後、抵抗値の範囲から最も近い大きい標準値が選択されます。 たとえば、計算の結果、抵抗が必要であることが判明した場合、 R s = 145 オーム、私たち (および計算機) は抵抗器を選択します R s = 150オーム。

電流制限抵抗は一定の電力を消費します。この電力は次の式で計算されます。

抵抗器の信頼性の高い動作のために、その電力は計算により 2 倍の大きさに選択されます。 たとえば、式が 0.06 W を示している場合、0.125 W の抵抗を選択します。

次に、回路の動作効率 (効率) を計算してみましょう。これは、電源によって供給される電力の何パーセントが LED によって消費されるかを示します。 LED は次の電力を消費します。

その場合、総消費量は次のようになります。

制限抵抗を使用した LED スイッチング回路の効率:

電源を選択するには、回路に供給する電流を計算する必要があります。 これは次の式に従って行われます。

LEDアレイ

電流制限抵抗を使用して単一の LED を点灯できます。 ただし、LED アレイに電力を供給するには特殊な電源が必要です。LED アレイは、照明、テレビやコンピュータ モニターのバックライト、広告やその他の用途で使用されることが増えています。 私たちは皆、安定した電源電圧を提供する電源に慣れています。 ただし、LED に電力を供給するには、電圧ではなく電流が安定する電源が必要です。 ただし、そのような電源であっても、制限抵抗は依然として設置されています。

LED アレイを作成する必要がある場合は、複数の直列 LED 回路を並列に接続して使用します。 直列の LED チェーンには、個々の LED の電圧降下の合計を超える電圧の電源が必要です。 電圧がこの量より高い場合は、回路内に電流制限抵抗を 1 つ含める必要があります。 すべての LED には同じ電流が流れ、(ある程度は) 同じ明るさになります。

ただし、チェーン内の LED の 1 つが故障して壊れた場合 (これが最も頻繁に起こることです)、LED チェーン全体が消灯します。 一部の回路や設計では、このような故障を防ぐために、特別なシャントが導入されています。たとえば、ツェナー ダイオードが各ダイオードと並列に配置されています。 ダイオードが焼き切れると、ツェナー ダイオードの電圧が十分に高くなり、電流が流れ始め、正常な LED の動作が保証されます。 このアプローチは低電力 LED には適していますが、屋外照明を目的とした回路にはより複雑なソリューションが必要です。 もちろん、これはデバイスのコストとサイズの増加につながります。 現在（2018 年）、予定耐用年数 10 年の LED 街路灯は 1 年も持たないことが観察されています。 有名メーカーを含む家庭用LEDランプにも同様のことが当てはまります。

必要な電流制限抵抗の抵抗値を計算する場合 R s では、各 LED のすべての電圧降下が合計されます。 たとえば、直列に接続された 5 つの LED のそれぞれの電圧降下が 2 V の場合、5 つすべての合計電圧降下は 2 × 5 = 10 V になります。

複数の同一の LED を並列接続できます。 並列接続された LED には順方向電圧があります V f は同じでなければなりません。そうでないと、同じ電流が流れず、明るさが異なります。 LED が並列接続されている場合は、それぞれの LED に直列に電流制限抵抗を配置することを強くお勧めします。 並列接続では、1 つの LED が故障しても、アレイ全体の故障にはつながりません。正常に動作します。 並列接続におけるもう 1 つの課題は、低電圧で大電流を供給する効率的な電源を選択することです。 このような電源は、同じ電力源よりも高電圧、低電流の電源よりもはるかに高価になります。

電流制限抵抗の計算

次のように定義されている場合

もし 直列回路内の LED の数 ストリング内の N 個の LED(入力フィールドの N s で示されます) を入力し、 直列接続された LED チェーン内の LED の最大数 ストリング内の最大 N LEDとして定義される

低電力 LED を接続する場合、最もよく使用されるのはクエンチング抵抗です。 これは最も簡単な接続方式であり、高価なものを使用せずに必要な明るさを得ることができます。 ただし、その単純さにもかかわらず、最適な動作を保証するには、LED の抵抗を計算する必要があります。

非線形素子としてのLED

さまざまな色の LED の電流 - 電圧特性 (ボルト - アンペア特性) のファミリーを考えてみましょう。

この特性は、発光ダイオードに流れる電流の、それに印加される電圧への依存性を示しています。

図からわかるように、特性は非線形です。 これは、電圧が数十分の 1 ボルトの小さな変化でも、電流は数倍変化する可能性があることを意味します。

ただし、LED を使用する場合は、通常、電流がそれほど急激に変化しない、電流-電圧特性の最も直線的なセクション (いわゆる動作領域) を使用します。 ほとんどの場合、メーカーはLEDの特性で動作点の位置、つまり宣言された明るさが達成される電圧と電流の値を示します。

この図は、20 mA における赤、緑、白、青 LED の一般的な動作点の値を示しています。 ここで、同じ電流を流した異なる色の LED では、作業領域での電圧降下が異なることがわかります。 回路を設計する際には、この特徴を考慮する必要があります。

上記の特性は発光ダイオードを順方向に接続した場合に得られます。 つまり、右の図に示すように、電源の負極はカソードに接続され、正極はアノードに接続されます。

完全な電流-電圧特性は次のようになります。

ここでは、LED が発光せず、特定の逆電圧しきい値を超えると故障の結果故障するため、逆スイッチングは無意味であることがわかります。 発光は順方向に点灯した場合にのみ発生し、発光の強さはLEDに流れる電流に依存します。 この電流が何にも制限されていない場合、LED は降伏領域に入り、燃え尽きてしまいます。 動作する LED を取り付ける必要があるかどうかに関係なく、すべての方法を詳しく説明した記事が役に立ちます。

単一の LED の抵抗を選択する方法

発光ダイオードの電流を制限するには、次のように接続された抵抗を使用できます。

次に、どの抵抗が必要かを決定します。 抵抗を計算するには、次の式が使用されます。

ここで、U Supply は電源電圧です。

U パッド - LED 両端の電圧降下、

I は必要な LED 電流です。

この場合、抵抗によって消費される電力は電流の二乗に比例します。

たとえば、Cree C503B-RAS 赤色 LED の場合、標準的な電圧降下は 20 mA で 2.1 V です。 電源電圧が 12 V の場合、抵抗器の抵抗値は次のようになります。

E24 抵抗の標準範囲から、最も近い公称値である 510 オームを選択します。 この場合、抵抗器によって消費される電力は次のようになります。

したがって、公称値が 510 オーム、消費電力が 0.25 W のクエンチング抵抗が必要になります。

供給電圧が低い場合、抵抗を使わずに LED を接続できるように思えるかもしれません。 このビデオは、この方法でわずか 5 V の電圧で点灯した発光ダイオードに何が起こるかを明確に示しています。

LED は最初は動作しますが、数分後に切れてしまいます。 これは、記事の冒頭で説明したように、電流-電圧特性の非線形性によって引き起こされます。

電源電圧が低い場合でも、クエンチング抵抗なしで LED を接続しないでください。 これにより、焼損が発生し、良くても開回路、最悪の場合は短絡が発生します。

複数のLEDを接続する場合の抵抗の計算

直列接続では、1 つの抵抗が使用され、LED チェーン全体に同じ電流が設定されます。 電源はダイオード間の合計電圧降下よりも大きな電圧を供給する必要があることを考慮する必要があります。 つまり、2.5Vの降下で4つのLEDを接続する場合、10V以上の電圧の電源が必要となり、電流はすべて同じになります。 この場合の抵抗の抵抗値は、次の式を使用して計算できます。

供給電圧はどこにありますか、

- LED 間の電圧降下の合計、

- 消費電流。

したがって、12 V 電源で電圧 2.5 V、電流 10 mA の 4 つの緑色の Kingbright L-132XGD LED には抵抗が必要になります。

同時に電力を消費する必要があります

並列接続すると、各発光ダイオードは独自の抵抗によって制限されます。 この場合、低圧電源を使用できますが、回路全体の消費電流は各LEDの消費電流の合計となります。 たとえば、Betlux Electronics の 4 つの黄色の BL-L513UYD LED はそれぞれ 20 mA の消費量で、並列接続した場合、ソースから少なくとも 80 mA の電流が必要になります。 ここで、各「抵抗器主導」ペアの抵抗器の抵抗と電力は、単一の LED を接続する場合と同じ方法で計算されます。

直列接続と並列接続の両方で同じ電源が使用されることに注意してください。 最初の場合のみ高電圧の電源が必要になり、2番目の場合は大電流が必要になります。

1 つの抵抗に複数の LED を並列接続することはできません。 それらはすべて非常に薄暗く燃焼するか、そのうちの 1 つが他のものより少し早く開き、非常に大きな電流がそこを流れて機能しなくなります。

抵抗を計算するプログラム

多数の LED が接続されている場合、特に LED が直列と並列の両方に接続されている場合、各抵抗の抵抗値を手動で計算するのは問題が生じる可能性があります。

この場合の最も簡単な方法は、抵抗を計算するための多くのプログラムの 1 つを使用することです。 この点に関しては、Web サイト cxem.net のオンライン計算ツールが非常に便利です。

これには、最も一般的な LED の小さなデータベースが含まれているため、電圧と電流降下値を手動で入力する必要はなく、供給電圧を入力してリストから目的の発光ダイオードを選択するだけです。 プログラムは抵抗器の抵抗値と電力を計算し、接続図や回路図も描きます。

たとえば、この計算ツールは、12 V の電源電圧で 3 つの XLamp MX3 の抵抗を計算するために使用されました。

このプログラムには非常に便利な機能もあります。必要な抵抗の色分けを教えてくれます。

抵抗を計算するための別の単純なプログラムは、インターネット上で広く普及しており、ポータル ledz.org の Sergei Voitevich によって開発されました。

ここでは、LED の接続方法、電圧、電流を手動で選択します。 プログラムをインストールする必要はなく、任意のディレクトリに解凍するだけです。

結論

クエンチング抵抗は、LED 回路の最も単純な電流制限器です。 LED の電流、したがって発光の強度と耐久性は、その選択によって決まります。 ただし、大電流ではかなりの電力が抵抗器で放出されるため、高出力 LED に電力を供給するにはドライバを使用することをお勧めします。