Расчет балластного резистора для светодиода
Светодиоды чувствительны к току, протекающему через них. Это значит, что при превышении максимально допустимых параметров тока светодиод может выйти из строя, а при недостаточном уровне, наоборот – просто не загореться.
Поэтому включение в цепь электрического тока такого простого элемента, как светодиод, требует применения правильно рассчитанного балластного резистора.
О том, как это сделать и пойдет речь далее.
Немного теории
В основе всех последующих расчётов лежит закон Ома для участка цепи. Школьникам материал покажется до боли знакомым и простым, однако, многие взрослые уже давно забыли о его существовании или о его смысле.
Георг Ом выявил следующую закономерность:
Сила тока прямопропорциональна напряжению и обратнопропорциональна сопротивлению.
В виде формулы это записывается так
I = U/R
Из указанной, путем перестановки, легко получаются следующие.
U = I·R
и
R = U/I
Нам наиболее интересна последняя.
То есть, чтобы получить значение требуемого балластного сопротивления, необходимо знать напряжение на участке цепи и силу тока.
Исходные параметры и где их взять
Напряжение. В качестве источника такового в цепи может выступать блок питания, тогда для расчётов можно взять номинальные показатели БП. Они указываются в сопроводительной документации и на шильде.
Если светодиод или светодиодная лента питаются от аккумулятора / аккумуляторной батареи, то в качестве показателей можно использовать их номинал (в зависимости от схемы подключения, номинал напряжения может изменяться, например, при последовательном соединении аккумуляторов их напряжение складывается).
Если цепь имеет нестандартный блок питания или светодиод включается в участок цепи, где напряжение неизвестно, его необходимо измерить вольтметром.
Сила тока. Ввиду того, что основное назначение балластного сопротивления – ограничение тока, идущего через диод, то исходить следует не из имеющегося значения на участке цепи, а из показателя рабочего тока самого светодиода.
То есть, в расчётах будет использоваться показатель, прописанный производителем. Узнать его можно или по маркировке диода, или из сопроводительной документации / даташита радиоэлемента. В большинстве случаев это 0,01 А (или 10 мА), именно этот показатель мы и будет использовать ниже в примерах расчётов.
Напряжение питания светодиода. Имеется ввиду номинальный (рабочий) показатель, при котором светодиод излучает свет. Чаще всего это диапазон 1,5 — 2 В. В примерах для наглядности возьмем показатель 1,7 В.
Расчет при последовательном соединении светодиодов
Для наглядности можно использовать следующие схемы.
Рис. 1. Последовательное соединение
Здесь стоит отметить, что указанный тип подключения соответствует и светодиодным лентам, ведь внутри отдельные светодиоды соединяются так же, как и в примере выше – последовательно (рисунок ниже).
Рис. 2. Светодиодные ленты
В обозначенных случаях сопротивление рассчитывается следующим образом.
Rогр = (Uпит — Uсд) / Iсд
В указанной формуле:
- Uпит – это напряжение, прикладываемое непосредственно к участку цепи со светодиодом (при отсутствии других элементов, это может быть напряжение блока питания);
- Uсд – это рабочее (номинальное) напряжение, необходимое для работы одного светодиода (из техдокументации радиоэлемента);
- Iсд – рабочая (номинальная) сила тока, светодиода (из техдокументации).
Если диодов несколько, то для расчетов используется следующая формула.
Rогр = (Uпит — N·Uсд) / Iсд
Здесь дополнительно вводится коэффициент N, который обозначает количество одинаковых светодиодов, соединенных последовательно (если речь идет о ленте, то N- может быть заменено количеством погонных метров, а Uсд – номинальным напряжением питания одного метра).
Пример расчёта.
Пусть 5 светящихся элементов подключено к блоку питания 12 В, тогда при показателях диодов, обозначенных ранее (0,01 А и 1,7 В) сопротивление балласта будет считаться так:
R = (12 — 5·1,7)/0,01 = 3,5/0,01 = 350 (Ом).
Параллельное подключение
При подключении лент – такое подключение практически не используется, так как оно сложнее в расчетах и менее эффективное.
1.При такой схеме ток равномерно распределяется по параллельным веткам (делится по количеству веток).
2.Напряжение на параллельных участках сохраняется одинаковым.
3.Получается, что балластный резистор необходимо ставить перед каждой распараллеленной веткой.
То есть схема включения должна быть только такой.
Рис. 3. Параллельное подключение
Тогда каждая отдельная ветка считается, как и в случае с последовательным соединением.
Подбор сопротивления
Балластный резистор не всегда можно подобрать точно в том номинале, который у вас получился при расчётах.
Для точного подбора значения сопротивления следует помнить, что их значения складываются при последовательном соединении. То есть можно собрать блок сразу из нескольких резисторов.
Если вы хотите уменьшить силу тока, протекающего через один резистор (или, например, увеличить площадь рассеивания тепла), то следует соединить их параллельно. Тогда итоговое сопротивление блока будет считаться по следующей формуле.
Рассеивание мощности
Как и при любой другой работе, ток при прохождении через элемент, оказывающий ему сопротивление, нагревает его.
Чтобы резистор не сгорел от высокой температуры и правильно рассеивал получаемое тепло, необходимо правильно рассчитать его теплоотдачу.
Формула:
P = I2 · R
В качестве I в нашем случае выступает сила тока, до которой мы ее ограничиваем балластом, то есть 0,01 А.
То есть, для сопротивления в 350 Ом, получаемая мощность будет равна
350 · 0,01 · 0,01 = 0,035 Вт.
Лучше всего брать сопротивления с определенным запасом рассеиваемой мощности.
Автор: RadioRadar
Настройки балластного реостата
Главное в качественном процессе сварки – стабильные показатели работы электрической дуги, вернее – ее вольтамперных характеристик. С этим требованием отлично справляются современные инверторы.
Маркировка балластного реостата.
Делаются это за счет преобразования тока в два этапа и переключения самого инвертора. Все остальные сварочные аппараты такими характеристиками похвастаться не могут. Поэтому рядом с ними должен обязательно присутствовать балластный реостат.
Он предназначен для ступенчатого контроля работы дуги и компенсации составляющей тока во время подпитки от трансформатора. Нихромовая проволока в схеме параллельного соединения – основной составляющий элемент. Важно, что каждая секция реостата подключается к сети автономно, с помощью рубильника.
У такого реостата всего две рабочие функции:
- Регулирование силы тока дискретным образом.
- Компенсация постоянной составляющей тока, формирующейся в течение подпитки сварочного элемента с помощью трансформатора.
Производительность и общая эффективность балластного реостата напрямую зависят от количества витков или секций спирали. Ведь каждая из них является элементом цепи, которая разрывается с помощью рубильника.
Цепь последовательная, а соединение секций – параллельное. Такая комбинация дает отличный результат: периодическое подключение к работе каждого из элементов, чтобы регулировать напряжение в сварочном аппарате.
Подключение реостата к сварочной цепи должны быть последовательным к источнику питания.
Кнопки управления всегда выводятся на внешнюю стенку защитного металлического корпуса. В самых продвинутых реостатных моделях имеются внутренние вентиляторы, охлаждающие элементы устройства во время работы с током высоких значений.
Если вентиляторов нет, нужно обязательно следить за последовательным включением нескольких реостатов.
Популярнее всех на рынке линейка балластных реостатов под аббревиатурой РБ: их всего пять опций для разных значений тока – его диапазона — минимального и максимального значений.
Предлагаем легкую прогулку по самым востребованным моделям, чтобы ознакомиться с их техническими характеристиками подробнее:
РБ-302
Балластник РБ-302.
Отличный аппарат в роли компаньона к сварочным агрегатам для регулирования силы тока в процессах полуавтоматической или ручной сварки. Работает параллельно со сварочными выпрямителями и генераторами.
Эта версия предназначена для диапазона электропитания в пределах 27 – 30 В с предельным максимумом до 70 А и минимумом при падении в 30 А.
Реостат снабжен системой воздушного охлаждения. У него неплохой показатель ПВ – продолжительность включения в 60%. Это означает, что длительность сварки не должна превышать 10-ти минут. В противном случае ПВ необходимо снизить.
В этом аппарате регулировка сварочного тока представлена шестью ступенями, которые циклически включаются и выключаются.
Структурные элементы выполнены из самых современных материалов: изоляция, к примеру, сделана из керамических профилированных пластинок, а плато сформировано их специальных жаропрочных проволок фехралевой природы.
РБ-302У2
Эта модель является разновидностью материнского реостата для работы в условиях повышенной влажности или жесткого ультрафиолетового излучения. В итоге с ним можно работать на открытом воздухе в неблагоприятных для обычной аппаратуры условиях.
РБ-306
Эта модель посерьезнее: он не перегревается и намного точнее в регулировании сварочного электропитания, чем РБ-302. Реостат снабжен усовершенствованной системой охлаждения: в корпусе больше отверстий жалюзи, поэтому обдув резисторов интенсивный и эффективный.
Электрическая схема баластника.
Все элементы сопротивления расположены в виде модульной системы. Такой расклад делает диагностику и замену элементов намного легче и точнее. Диапазон значений силы тока значительно шире, а регулировать показатели можно с намного большей точностью.
ББР
Это специальные Блоки Балластных Реостатов. Они собираются из элементов РБ-306 для резки металлов электродуговым методом. Это отличное решение для контроля сварочного тока от выпрямителя в аппаратах – автоматах.
