Trong một thời gian dài, tôi đã tự hỏi tại sao trong các sơ đồ sử dụng đèn LED để chiếu sáng, việc đặt một điện trở đi cùng với đèn LED là rất phổ biến, và cuối cùng có vẻ như câu trả lời trong câu hỏi này giải thích tại sao. (Đây là cách dễ nhất để kiểm soát dòng điện thông qua đèn LED để ngăn LED phát sáng.)

Tuy nhiên, đây không phải là một vấn đề lớn? Đừng để những điện trở đó lãng phí rất nhiều năng lượng và thực sự không có giải pháp thực tế nào khác phải không?

CẬP NHẬT: Một bản cập nhật hợp lý cho câu hỏi đưa ra tất cả các câu trả lời hay mà tôi nhận được là có thể cung cấp một số con số để cho biết mức độ mất điện từ nhiệt điện trở trong một ứng dụng chiếu sáng thông thường? (Hầu hết các câu trả lời đều nói rằng tổn thất điện năng của tôi rất nhỏ đến mức không thành vấn đề. Tôi nghĩ sẽ tốt nếu có ai có được con số thực, để củng cố câu trả lời đó, sau đó tôi có thể chấp nhận câu trả lời đó và giữ nó trên đầu trong tương lai những người quan tâm.)

Vâng, nó lãng phí năng lượng, nhưng hầu hết thời gian nó không đủ sức mạnh để quan trọng.

Trong trường hợp vấn đề hiệu quả, bạn sử dụng các phương tiện phức tạp khác. Ví dụ, hãy xem sơ đồ cho dự án ví dụ KnurdLight của tôi . Đây là pin hoạt động và gần như toàn bộ năng lượng sẽ đi vào đèn LED. Trong trường hợp này, tôi đã sử dụng bộ chuyển đổi tăng áp điều chỉnh trực tiếp dòng LED thay vì nguồn điện thông thường điều chỉnh điện áp. Không có điện trở nối tiếp để làm cho nguồn cung cấp điện áp cố định trông giống như một phần của nguồn hiện tại vì nguồn cung cấp là nguồn hiện tại. R6 nằm trong chuỗi với chuỗi LED, nhưng chỉ 30 và là để cảm nhận dòng điện để bộ chuyển đổi tăng có thể điều chỉnh nó.

Tại sao điện trở?

Lý do chúng tôi sử dụng điện trở để đặt dòng LED là vì đèn LED là một diode và giống như hầu hết các điốt, nó trông giống như sự sụt giảm điện áp khi phân cực thuận. Có rất ít để kiểm soát dòng điện nếu được nối với nguồn điện áp; độ dốc của đồ thị V / I dốc đến mức thay đổi điện áp diode 0,1 V có thể có nghĩa là thay đổi dòng điện 10 lần. Do đó, một kết nối trực tiếp đến nguồn cung cấp mà không có cơ chế giới hạn dòng khả thi sẽ có khả năng phá hủy đèn LED. Vì vậy, chúng tôi đặt một điện trở trong đó để làm cho độ dốc đủ nông để kiểm soát dòng điện.

Thông thường, bạn tìm ra mức độ hiện tại bạn muốn trong đèn LED dựa trên một số phép đo độ sáng từ bảng dữ liệu hoặc mua một cái và đoán. Đối với đèn LED chỉ báo thông thường, tôi bắt đầu với 2 mA cho bình thường hoặc 0,5 mA cho đèn LED hiệu suất cao và thường phải giảm dòng điện hơn nữa.

Khi bạn chọn một dòng điện, bạn lấy đó, điện áp của nguồn (VS) và điện áp chuyển tiếp của đèn LED ở dòng điện của bạn (VF, hãy thử lấy điều này từ biểu đồ trong bảng dữ liệu thay vì bảng, thông thường được đặc trưng ở mức 10 mA trở lên) và cắm chúng vào phương trình sau để có được lực cản của bạn:

R = (VS - VF) / I

Đạo hàm: Cho rằng điện áp rơi trên điện trở là VR = I * R(Định luật Ohm), dòng điện trong vòng không đổi (Định luật hiện hành của Kirchoff) và điện áp nguồn bằng VF + VR(Định luật điện áp của Kirchoff):

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

Đèn LED công suất cao

Đối với các ứng dụng mà sự lãng phí điện là một vấn đề, chẳng hạn như trong các ứng dụng chiếu sáng quy mô lớn, bạn không sử dụng điện trở mà thay vào đó sử dụng bộ điều chỉnh dòng điện để đặt dòng điện của đèn LED.

Các bộ điều chỉnh dòng điện này hoạt động như chuyển đổi bộ điều chỉnh điện áp, ngoại trừ thay vì phân chia điện áp đầu ra và so sánh với tham chiếu và điều chỉnh đầu ra, chúng sử dụng một phần tử cảm biến dòng điện (biến áp cảm biến dòng điện hoặc điện trở giá trị thấp) để tạo ra điện áp được so sánh với tài liệu tham khảo. Điều này có thể mang lại cho bạn rất nhiều hiệu quả, tùy thuộc vào việc chuyển đổi mất phần tử và tần số chuyển đổi. (Tần số cao hơn phản ứng nhanh hơn và sử dụng các thành phần nhỏ hơn nhưng kém hiệu quả hơn.)

Khi đèn LED được điều khiển bằng điện trở, điện áp cung cấp phải cao hơn mức giảm về phía trước của đèn LED; dòng điện rút ra từ nguồn cung cấp sẽ bằng với dòng điện thông qua đèn LED. Tỷ lệ phần trăm của nguồn cung cấp cho đèn LED sẽ tương ứng với tỷ lệ của điện áp chuyển tiếp LED với điện áp cung cấp.

Có nhiều cách khác để điều khiển đèn LED sẽ hoạt động với điện áp cung cấp dưới mức giảm về phía trước của đèn LED, hoặc sẽ rút ít dòng điện từ nguồn cung cấp hơn so với đèn LED. Các kỹ thuật như vậy có thể giảm một nửa dòng điện được rút ra từ nguồn 5 volt để cung cấp 20mA qua đèn LED 2 volt, nhưng mạch điện yêu cầu sẽ gần như chắc chắn sẽ đắt hơn điện trở. Trong nhiều tình huống, ngay cả khi chạy từ pin, năng lượng tiêu thụ của đèn LED sẽ chiếm một phần rất nhỏ trong việc sử dụng năng lượng tổng thể; ngay cả khi người ta có thể giảm 99% mức tiêu thụ điện liên quan đến đèn LED chỉ bằng cách sử dụng thêm mạch điện trị giá 0,05 đô la, thì khoản tiết kiệm sẽ không đáng giá khi so sánh với việc sử dụng điện trở và chấp nhận hiệu quả tối ưu phụ.

Bạn muốn tính toán. Đây là hình thức cơ bản của tính toán.

Một đèn LED màu đỏ điển hình có sự sụt giảm điện áp về phía trước và dòng điện 1.8 Vliên tục tối đa xung quanh 20 mA.

Bây giờ điện áp của chúng ta là gì? Hãy nói rằng chúng tôi muốn sử dụng nguồn 3 V.

Vì vậy, chúng tôi sẽ có một điện áp giảm 3.0 V - 1.8 V = 1.2 Vtrên điện trở của chúng tôi. Dòng điện qua điện trở sẽ là 20 mA, vì vậy sức mạnh của chúng tôi là 1.2 V * 20 mA = 24 mW. Đó không thực sự là rất nhiều năng lượng, mặc dù nó là một phần đáng kể tiêu thụ năng lượng của đèn LED. Bản thân đèn LED sử dụng1.8V * 20mA = 36 mW.

Vâng, nó lãng phí năng lượng. Mặt khác, trong sản xuất khối lượng, một điện trở sẽ tiêu tốn một phần của một xu (0,01 đô la Mỹ cho người dân quốc tế của chúng tôi). Khi phân tích chi phí / lợi ích / khó khăn được thực hiện, một điện trở đơn giản bắt đầu trông thực sự tốt đẹp.

Năng lượng lãng phí thường rất nhỏ (hàng chục milliwatts) nếu bạn đang điều khiển đèn LED với điện áp 5 V hoặc điện áp nhỏ như nhau.

Chắc chắn, đó là một vấn đề trong các hệ thống mà bạn có pin dung lượng hạn chế, nhưng sau đó các sơ đồ khác (như trình điều khiển LED sử dụng PWM ) được sử dụng.

Có và không. Khi dòng điện đi qua điện trở, nó tạo ra nhiệt và do đó gây lãng phí năng lượng. Tuy nhiên, nếu bạn lấy điện trở ra (và do đó điều khiển đèn LED ở điện áp cao hơn), bạn sẽ lái dòng điện nhiều hơn qua mạch và do đó thực sự đốt cháy nhiều năng lượng hơn so với bộ phận thay thế.

Hãy nhớ rằng với điện áp không đổi, dòng điện tỷ lệ nghịch với điện trở. Bạn càng có nhiều điện trở trong mạch, bạn càng truyền ít dòng điện và do đó bạn tiêu thụ ít năng lượng hơn. Vì vậy, trong khi chính điện trở đóng một phần trong việc tạo ra nhiệt trong mạch, sự hiện diện của nó thực sự có nghĩa là sẽ tạo ra ít nhiệt hơn.

Tôi làm bài kiểm tra toán học. Tôi sử dụng nguồn 12V và tôi kết nối 3 điốt Led với điện trở. Đó là một diode có Điện trở có 12 V, diode tiếp theo có Điện trở tôi cũng nối với 12 V và cuối cùng cũng có. Tại nguồn tôi có 60mA. Điện trở có điện áp giảm 9V và tiêu thụ điện năng tổng cộng là 540mW Bất kể P = V * II có được tổng nguồn 720mW trong nguồn.

Nhưng khi tôi kết nối các điốt trong chuỗi và tôi thêm tổng điện năng tiêu thụ chỉ là 240mW trong nguồn. Tôi sử dụng điốt 3V 20mA.

Nó tốt hơn là sử dụng nguồn điện áp càng thấp càng tốt, để có mức tiêu thụ điện chỉ ở nơi chúng ta muốn. Hoặc sử dụng chuỗi điốt led cho điện áp cao hơn. Đó là lý do tại sao chúng ta có trong máy tính rất nhiều đầu ra với điện áp khác nhau từ máy biến áp.

Hoặc một ý tưởng khác. Chúng tôi có nguồn 9V và tôi kết nối một diode 3V và tôi cần sử dụng Điện trở để giảm điện áp. Tổng công suất sẽ là 180mW Trong đó diode sẽ chỉ mất 60mW Nhưng khi tôi kết nối chuỗi 3diodes thì tôi vẫn còn 180mW Nhưng khi tôi kết nối 3 điốt nhưng mỗi cái được kết nối riêng với cùng nguồn này, thì tôi sẽ có công suất sử dụng là 540mW .

Có vẻ tốt hơn là sử dụng chuỗi thay vì kết nối từng người với nguồn.

Không có cách nào để tránh mất điện chỉ với một mạch DC hoạt động thụ động hoặc tuyến tính. Lý do là hiệu quả được xác định bởi hai điều:

1. Điện áp cung cấp
2. Dòng đèn LED

Không có vấn đề gì khi bạn đặt giữa đèn LED và nguồn cung cấp. Nó có thể là một điện trở, một số điốt, bộ điều chỉnh tuyến tính hoặc nguồn hiện tại dựa trên bóng bán dẫn. Nếu đèn LED cần 10 mA cho độ sáng mong muốn và bạn có nguồn cung cấp 5 V, bạn đang đốt cháy tổng cộng 50 mW. Giai đoạn.

Với điện áp cung cấp cố định và dòng LED cố định, lựa chọn duy nhất của bạn để tăng hiệu quả là đặt nhiều đèn LED nối tiếp. Nếu bạn có nguồn cung cấp 5 V và mức giảm điện áp của đèn LED là 2 V ở mức 10 mA, bạn có thể đặt hai bộ nối tiếp. Điều này đi kèm với một hạn chế - bạn sẽ không thể chuyển đổi đèn LED một cách độc lập.

Nếu bạn có quyền kiểm soát nguồn cung cấp năng lượng, có một vài điều khác bạn có thể làm. Nếu điện áp cung cấp của bạn được lấy từ nguồn AC, bạn có thể thêm một cuộn dây vào máy biến áp để tạo ra nguồn cung cấp LED điện áp thấp. Nếu bạn chỉ có nguồn cung cấp DC, bạn có thể sử dụng bộ chuyển đổi chuyển đổi để tạo ra điện áp thấp hơn. Tuy nhiên, cả hai điều này đều không thực tế. Nếu bạn đang hết nguồn AC (nguồn điện chính), có lẽ bạn không quan tâm đến hiệu quả của một vài đèn báo. Và bộ điều chỉnh chuyển mạch hiệu quả cao là đắt tiền và dễ gặp rắc rối.

Đèn LED thường chỉ tiêu thụ một phần nhỏ trong tổng dòng điện của một hệ thống. Rất hiếm khi gặp rắc rối hoặc chi phí để thêm một nguồn cung cấp điện riêng cho họ.

Đừng nghĩ về một điện trở như một bộ tản điện chuyển hướng điện (dòng điện). Một số năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt, có, nhưng không nhiều (nói chung). Sử dụng sự tương tự nước, chỉ cần nghĩ về điện trở như làm cho vòi qua đó dòng điện nhỏ hơn. Với cùng một lực ban đầu (điện áp), lượng điện có thể chạy (dòng điện) bị giảm. điều này làm giảm lực có sẵn ở đầu ra của ống (điều này được gọi là sụt áp).