Wanneer en waarom hebben LED's stroombegrenzende weerstanden nodig?

Mocht u aan een LED-gerelateerd circuit werken, dan heeft u wellicht advies of waarschuwingen gezien om altijd een stroombegrenzende weerstand te gebruiken.
Van de beginnende doe-het-zelver tot degenen die ontwerpen en bouwenLED-verlichtingprintplaten hebben we deze handleiding gemaakt om iedereen te helpen volledig te begrijpen wanneer, waarom en hoe de geschikte stroombegrenzende weerstand moet worden gekozen.

Het ontwerpen van een circuit rond passieve halfgeleidercomponenten zoals LED's vereist kennis van de I-V-curve (stroom versus spanning), net als bij elk ander dergelijk onderdeel.
Natuurlijk, eenLEDis feitelijk een diode met een niet-lineaire I-V-curve. Anders gezegd: de correlatie tussen ingangsspanning en ingangsstroom volgt geen lineair pad.
Beschouw bijvoorbeeld de voorwaartse stroom bij 2,7 V-ongeveer 20 mA. Het verhogen van de spanning naar 2,8 V met 0,1 V zorgt ervoor dat de voorwaartse stroom met ongeveer 30 mA tot 50 mA stijgt. De voorwaartse stroom stijgt met 35 mA naar 85 mA als we deze vervolgens met nog eens 0,1 V verhogen naar 2,9 V.
De snelheid waarmee de voorwaartse stroom stijgt, neemt ook toe naarmate de spanning stijgt. Kleine variaties in de voorwaartse spanning kunnen tot extreem grote voorwaartse stroomvariaties leiden.
LED-drivers met constante stroom zijn dus de beste manier om LED's aan te sturen, omdat ze op één stroomsterkte werken en hun uitgangsspanning aanpassen, waardoor de stabiliteit van de voorwaartse stroom wordt gegarandeerd. Bij een constante stroomingang is een stroombegrenzende weerstand niet nodig.
Wat moet u doen als u stroombronnen met constante spanning gebruikt?
Aan de andere kant zijn stroombronnen met constante stroom vaak duurder en minder aanpasbaar. Bijna alle LED-stripproducten en andere modules werken dus op een constante spanningsingang.
Voedingen met constante spanning zijn vast in hun uitgangsspanningsniveau en kunnen elke mate van uitgangsstroom genereren tussen 0 mA en hun nominale maximum, wat heel goed boven het nominale maximum voor de LED's en het LED-systeem kan liggen.
Zoals we echter eerder hebben opgemerkt, vereisen vermogensingangen met constante spanning meer aanpassingen om veilig te kunnen worden gebruikt met LED-systemen vanwege de niet-lineaire verbinding tussen voorwaartse stroom en voorwaartse spanning, en wel om de volgende redenen:
De doorlaatspanning van de LED komt niet altijd overeen met die van het voedingsspanningsniveau. Als u bijvoorbeeld een voeding met constante spanning van 3,0 V hebt, zal de voorwaartse stroom, afhankelijk van dezelfde LED-specificatie als hierboven, ook beperkt zijn tot 135 mA.
Als we dezelfde stroombron gebruiken, wat als we deLEDbij 20mA? De LED heeft slechts 2,7 V nodig, geen 3,0 V. Maar aangezien de meeste voedingseenheden geen variabele uitgangsspanning hebben, kan de voedingseenheid op zichzelf geen 2,7 V aan de LED produceren.

De oplossing is om een weerstand in serie te zetten met de LED en deze de spanning naar de LED met 0,3 V te laten "dalen".
Hoe kunnen we de waarde van de weerstand bepalen? Met behulp van de wet van Ohm, die V=IR zegt, vervangen we V door 0,3 V (de spanningsval) en I door 0,02 A (gewenste voorwaartse stroom). Het oplossen van R geeft ons 15 Ohm.
Soortgelijke berekeningen kunnen worden uitgevoerd ongeacht de betrokken spanningen-bijvoorbeeld:12V en 24V LED-strips.
Variaties in de doorlaatspanning van LED's zijn onvermijdelijk bij massaproductie en leiden tot verschillende spanningsblokken. Idealiter hebben LED's uit elke spanningsbak een andere weerstandswaardepaar, berekend om hetzelfde voorwaartse stroomverbruik te garanderen, onafhankelijk van de LED-spanningsbak. Anders zouden er grotere verschillen in de doorlaatstroom-en dus de helderheid- kunnen ontstaan.
Elk van de bovenstaande lijnen geeft een afzonderlijke spanningsbak aan. Er moeten verschillende weerstandsvereisten worden gebruikt om verschillende voorwaartse spanningen te verkrijgen die nodig zijn om dezelfde 60 mA voor alle LED-bins te bereiken.

Zoals we hebben waargenomen, vertonen de LED's een niet-lineaire correlatie tussen voorwaartse stroom en voorwaartse spanning. Bijgevolg kan een kleine spanningsstijging een grote stijging van de voorwaartse stroom veroorzaken, wat overstroom en apparaatstoringen kan veroorzaken.
In tegenstelling tot diodes hebben weerstanden een lineair verband tussen de voorwaartse spanning en de voorwaartse stroom (zoals aangegeven door de wet van Ohm).
Dus ongeacht het spanningsniveau zal een stijging van de voorwaartse spanning dezelfde, proportionele stijging van de voorwaartse stroom veroorzaken. Wanneer deze eigenschap van weerstanden wordt opgenomen in een LED-circuit, kan deze de gevolgen van een stijgende spanning helpen compenseren.

Een niet-stabiele stroombron met opmerkelijke ruis of rimpel is de eerste optie. Mocht de voeding met constante spanning een niet-stabiele gelijkstroom genereren, dan zullen voorwaartse spanning en intermitterende piek - en stroombegrenzende weerstanden helpen een gerelateerde voorwaartse stroompiek te beheersen.
Het tweede, meer consistente en wijdverspreide kenmerk is een kenmerk van LED-apparaten zelf.
Als we de voorwaartse stroom constant houden, daalt de voorwaartse spanning van een LED naarmate deze warmer wordt. LED-datasheets laten dit vaak zien in de volgende grafiek met temperatuur versus voorwaartse spanningsverandering:
Het ontwerpen van een circuit met constante stroom profiteert van deze kennis, omdat het ons informeert over het werkelijke bereik van voorwaartse spanningen dat we in een systeem kunnen waarnemen. Maar laten we hetzelfde idee herhalen vanuit het oogpunt van constante spanning:
Als we de voorwaartse spanning constant houden, stijgt de voorwaartse stroom van een LED naarmate deze warmer wordt.
Eerst en vooral bepaalt de totale vermogensdissipatie van een LED de warmteproductie. De realiteit dat de voorwaartse stroom toeneemt naarmate de temperatuur stijgt, is dus mogelijk rampzalig, aangezien de grotere voorwaartse stroom de temperatuur van een LED nog meer zal verhogen, waardoor de voorwaartse stroom nog meer zal toenemen in een positieve feedbacklus. In het beste geval wordt dit thermische runaway van een LED-systeem genoemd, wat rampzalige storingen en mogelijk brand en rook zal veroorzaken.
Door middel van zijn lineaire IV-curve helpt een stroombegrenzende weerstand de impact van stijgende spanningen te compenseren. Bovendien werken weerstanden met betrekking tot de temperatuur tegengesteld aan die vanLED's; naarmate de temperatuur stijgt, neemt ook de weerstand toe.
Sommige mensen noemen weerstanden die op deze manier worden gebruikt een ballastweerstand vanwege deze eenvoudige maar nuttige eigenschap.

Omdat ze inherent stroom-gestuurd zijn, reageren LED-apparaten niet goed op spanningsveranderingen.
Het bouwen van eenLED-systeemhet gebruik van stroombronnen met constante spanning betekent dat u bereid moet zijn stroombegrenzende weerstanden te gebruiken om een veilige en stabiele werking van LED-apparaten te garanderen.

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd werd opgericht in 2010. Het is een nationale high{2}}tech-onderneming die ontwerp, R&D, productie en verkoop van binnen- en buitenverlichtingsproducten integreert en ook OEM en ODM kan doen. Voor meer informatie over ons aanbod kunt u contact met ons opnemen viabwzm18@ledbenweilighting.com