나는 LED를 조명에 사용하는 방식에서 저항기를 LED와 함께 사용하는 것이 매우 일반적인 이유에 대해 오랫동안 궁금해했으며 결국 이 질문에 대한 대답 이 이유를 설명 하는 것처럼 보입니다 . (LED가 타지 않도록 LED를 통해 전류를 제어하는 ​​가장 쉬운 방법입니다.)

그러나 여전히 큰 문제가 아닙니까? 이러한 저항은 많은 전력을 낭비하지 않으며 실제로 다른 실용적인 솔루션이 있습니까?

UPD : 내가받은 모든 좋은 대답을 감안할 때이 질문에 대한 합리적인 업데이트는 일반적인 조명 응용 프로그램에서 저항에서 열로 손실되는 전력량을 보여주는 숫자를 제공하는 것입니까? (대부분의 대답은 전력 손실이 너무 작아서 중요하지 않다고 말합니다. 누군가가 실제 숫자를 얻을 수 있다면 그 대답을 굳히고 그 대답을 받아들이고 미래를 위해 계속 유지할 수 있다면 좋을 것이라고 생각합니다 관심있는 사람들.)

예, 전력을 낭비하지만 대부분의 경우 전력이 충분하지 않습니다.

효율성이 중요한 경우에는 더 복잡한 다른 방법을 사용하십시오. 예를 들어, KnurdLight 예제 프로젝트 의 회로도 를 살펴보십시오 . 이것은 배터리로 작동되며 거의 모든 전원이 LED로 들어갑니다. 이 경우 전압을 조절하는 일반 전원 공급 장치 대신 LED 전류를 직접 조절하는 부스트 컨버터를 사용했습니다. 전원 공급 장치가 처음부터 전류 소스이기 때문에 고정 전압 공급 장치를 적어도 부분적으로 전류 소스처럼 보이게하는 직렬 저항은 없습니다. R6은 LED 스트링과 직렬로 연결되어 있지만 30Ω에 불과하며 전류를 감지하여 부스트 컨버터가이를 조절할 수 있습니다.

왜 저항인가?

LED 전류를 설정하기 위해 저항기를 사용하는 이유는 LED가 다이오드이기 때문에 대부분의 다이오드와 마찬가지로 순방향 바이어스시 전압 강하처럼 보입니다. 전압원에 연결된 경우 전류를 제어하는 ​​것은 거의 없습니다. V / I 그래프의 기울기는 너무 가파르므로 다이오드 전압의 0.1V 변화는 전류의 10 배 변화를 의미 할 수 있습니다. 따라서 작동 가능한 전류 제한 메커니즘없이 전원에 직접 연결하면 LED가 손상 될 수 있습니다. 따라서 전류를 제어 할 수있을만큼 기울기를 얕게하기 위해 저항을 넣습니다.

일반적으로 데이터 시트의 밝기 측정을 기반으로 LED에서 원하는 전류량을 파악하거나 구입하여 추측하십시오. 일반적인 표시기 LED의 경우 정상의 경우 2mA로 시작하고 고효율 LED의 경우 0.5mA로 시작하며 일반적으로 전류를 더 줄여야합니다.

전류를 선택하면 전류, 전압 (VS), 전류 (VF)에서 LED의 순방향 전압을 가져 와서 일반적으로 표가 아닌 데이터 시트의 그래프에서 가져옵니다. 10 mA 이상을 특징으로하며 저항을 얻기 위해 다음 방정식에 연결하십시오.

R = (VS - VF) / I

유도 : 저항의 전압 강하가 VR = I * R(옴의 법칙)이고 루프의 전류가 일정하고 (키르 코프의 전류 법칙) 소스 전압이 VF + VR(키르 코프의 전압 법칙) 과 같다고 가정하면 :

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

고전력 LED

대규모 조명 애플리케이션과 같이 전력 낭비가 문제가되는 애플리케이션의 경우 저항을 사용하지 않고 전류 레귤레이터를 사용하여 LED의 전류를 설정하십시오.

이 전류 레귤레이터는 스위칭 전압 레귤레이터와 같이 작동합니다. 출력 전압을 나누고 기준과 비교하고 출력을 조정하는 대신 전류 감지 소자 (전류 감지 변압기 또는 저전압 저항)를 사용하여 참조와 비교됩니다. 따라서 스위칭 소자 손실 및 스위칭 주파수에 따라 많은 효율성을 얻을 수 있습니다. (높은 주파수는 더 빠르게 반응하고 더 작은 부품을 사용하지만 효율성은 떨어집니다.)

LED가 저항으로 구동되는 경우 공급 전압이 LED의 순방향 전압보다 높아야합니다. 공급 장치에서 끌어온 전류는 LED를 통한 전류와 같습니다. LED에 공급되는 전원의 백분율은 LED 순방향 전압과 공급 전압의 비율에 해당합니다.

LED의 순방향 전압 이하에서 공급 전압으로 작동하거나 LED를 통해 공급되는 것보다 적은 전류를 공급하는 LED를 구동하는 다른 방법이 있습니다. 이러한 기술은 예를 들어 2 볼트 LED를 통해 20mA를 공급하기 위해 5 볼트 전원에서 공급되는 전류의 절반으로 줄일 수 있지만 필요한 회로는 저항보다 훨씬 비싸다. 많은 상황에서 배터리를 사용하더라도 LED가 소비하는 전력은 전체 에너지 사용량의 작은 부분을 나타냅니다. 단 $ 0.05 상당의 추가 회로를 사용하여 LED 관련 전력 소비를 99 % 줄일 수 있다고하더라도 단순히 저항을 사용하고 차선의 효율을 수용하는 것과 비교할 때 비용을 절약 할 수는 없습니다.

계산을 원했습니다. 계산의 기본 형태는 다음과 같습니다.

전형적인 적색 LED는 순방향 전압 강하 1.8 V와 최대 연속 전류가 약 20 mA입니다.

이제 우리의 전압은 무엇입니까? 3V 소스를 사용하고 싶다고합시다.

따라서 3.0 V - 1.8 V = 1.2 V저항보다 전압 강하가 발생합니다. 저항을 통한 전류 20 mA는 우리의 전력이 1.2 V * 20 mA = 24 mW됩니다. LED의 전력 소비의 상당 부분이지만 실제로는 많은 전력이 아닙니다. LED 자체는1.8V * 20mA = 36 mW.

예, 전력을 낭비합니다. 다른 한편으로, 대량 생산에서 저항기는 1 페니의 비용이 든다 (우리의 국제 사람들에게는 0.01 달러). 비용 / 혜택 / 난이도 분석이 완료되면 간단한 저항이 실제로보기 시작합니다.

5V 또는 동등한 전압으로 LED를 구동하는 경우 낭비되는 전력은 종종 매우 작습니다 (수 밀리 와트).

물론, 용량이 제한된 배터리를 사용하는 시스템에서는 문제이지만 PWM을 사용하는 LED 드라이버와 같은 다른 방식 이 사용됩니다.

예, 아니요 전류가 저항을 통과하면 열이 발생하여 에너지를 낭비합니다. 그러나 저항을 빼내고 (따라서 더 높은 전압에서 LED를 구동 한 경우) 회로를 통해 더 많은 전류를 공급 하므로 실제로 저항을 사용하는 것보다 더 많은 전력을 소비하게됩니다.

일정한 전압에서 전류는 저항에 반비례합니다. 회로에 인라인 저항이 많을수록 더 적은 전류가 흐르므로 소비하는 전력이 줄어 듭니다. 따라서 저항 자체가 회로에서 열을 발생시키는 데 중요한 역할을하지만 실제로 존재한다는 것은 열이 덜 발생한다는 것을 의미합니다.

수학적 시험을합니다. 12V 소스를 사용하고 3 개의 Led 다이오드를 저항기와 연결합니다. 저항이있는 하나의 다이오드에는 12V가 있고, 저항 I가있는 다음 다이오드는 12V에도 연결되며 마지막 다이오드도 있습니다. 소스에는 60mA가 있습니다. 저항은 9V의 전압 강하를 가지고 있으며 전력 소비는 총 540mW입니다. P = V * II에 관계없이 소스에서 총 720mW를 얻습니다.

그러나 스트링에 다이오드를 연결하고 저항을 추가하면 총 전력 소비는 소스에서 240mW에 불과합니다. 나는 다이오드 3V 20mA를 사용합니다.

원하는 곳에서만 전력을 소비하도록 가능한 한 낮은 전압 소스를 사용하는 것이 좋습니다. 또는 더 높은 전압을 위해 일련의 LED 다이오드를 사용하십시오. 그래서 우리는 컴퓨터에서 변압기와 다른 전압을 가진 많은 출력을 가지고 있습니다.

또는 다른 아이디어. 우리는 9V 소스를 가지고 있으며 하나의 다이오드 3V를 연결하고 전압을 줄이려면 저항을 사용해야합니다. 총 전력은 180mW입니다. 다이오드는 60mW 만 사용합니다.하지만 스트링 3 다이오드에 연결하면 여전히 180mW입니다. 그러나 3 개의 다이오드를 연결하지만 각각 동일한 소스에 연결된 각 다이오드는 540mW의 사용 전력을 갖습니다. .

각 문자열을 소스에 연결하는 대신 문자열을 사용하는 것이 좋습니다.

수동 또는 선형 능동 DC 회로만으로는 전력 손실을 피할 수있는 방법이 없습니다. 그 이유는 효율성이 두 가지로 결정되기 때문입니다.

1. 공급 전압
2. LED 전류

LED와 공급 장치 사이에 넣는 것은 중요하지 않습니다. 저항, 일부 다이오드, 선형 레귤레이터 또는 트랜지스터 기반 전류 소스 일 수 있습니다. 원하는 밝기로 LED에 10mA가 필요하고 5V 공급 장치가 있으면 총 50mW를 태우는 것입니다. 기간.

고정 공급 전압과 고정 LED 전류를 사용하면 효율을 높이기위한 유일한 옵션은 여러 개의 LED를 직렬로 연결하는 것입니다. 5V 공급 장치가 있고 LED의 전압 강하가 10mA에서 2V 인 경우 2 개를 직렬로 연결할 수 있습니다. 여기에는 제한 사항이 있으므로 LED를 독립적으로 전환 할 수 없습니다.

전원 공급 장치를 제어 할 수있는 경우 몇 가지 다른 작업을 수행 할 수 있습니다. 공급 전압이 AC 소스에서 파생 된 경우 변압기에 권선을 추가하여 저전압 LED 공급을 생성 할 수 있습니다. DC 전원 만있는 경우 스위칭 컨버터를 사용하여 더 낮은 전압을 생성 할 수 있습니다. 그러나 이것들 중 어느 것도 실용적이지 않습니다. AC (주) 전원이 부족한 경우 몇 개의 표시등의 효율성에 대해 걱정하지 않아도됩니다. 고효율 스위칭 레귤레이터는 비싸고 문제가 발생하기 쉽다.

LED는 일반적으로 시스템 총 전류의 작은 부분 만 소비합니다. 별도의 전원 공급 장치를 추가하는 것이 번거 롭거나 비용이 들지 않습니다.

저항을 전기 (전류)를 전환시키는 파워 싱크로 생각하지 마십시오. 열의 형태로 일부 전력이 손실되지만 그렇습니다 (일반적으로). 물 비유를 사용하여 저항이 전류가 흐르는 호스를 만드는 것으로 생각하십시오. 동일한 초기 힘 (전압)이 주어지면 흐를 수있는 전기량 (전류)이 줄어 듭니다. 이렇게하면 호스의 출력 끝에서 가해지는 힘이 줄어 듭니다 (전압 강하라고 함).