Je me demandais depuis longtemps pourquoi dans les schémas qui utilisent des LED pour l'éclairage, il est très courant de mettre une résistance pour aller avec la LED, et finalement il semble que la réponse à cette question explique pourquoi. (C'est le moyen le plus simple de contrôler le courant à travers la LED pour empêcher la LED de brûler.)

Mais encore, n'est-ce pas un gros problème? Ces résistances ne gaspillent-elles pas beaucoup d'énergie et n'y a-t-il pas vraiment d'autre solution pratique?

UPD: Une mise à jour raisonnable de la question, compte tenu de toutes les bonnes réponses que j'ai reçues, consiste peut-être à fournir des chiffres pour montrer à quel point la puissance de la chaleur des résistances est perdue dans une application d'éclairage typique? (La plupart des réponses disent que la perte de puissance est si petite qu'elle n'a pas d'importance. Je pense que ce serait bien si quelqu'un pouvait obtenir les vrais chiffres, pour solidifier cette réponse, alors je pourrais accepter cette réponse et la garder au top pour l'avenir personnes intéressées.)

Oui, cela gaspille de l'énergie, mais la plupart du temps, ce n'est pas assez d'énergie pour avoir de l'importance.

Dans les cas où l'efficacité est importante, vous utilisez d'autres moyens plus compliqués. Par exemple, jetez un œil au schéma de mon exemple de projet KnurdLight . Ceci est alimenté par batterie et à peu près toute la puissance va dans les LED. Dans ce cas, j'ai utilisé un convertisseur boost qui régulait directement le courant LED au lieu d'une alimentation normale qui régule la tension. Il n'y a pas de résistance série pour faire en sorte qu'une alimentation en tension fixe ressemble au moins partiellement à une source de courant car l'alimentation est une source de courant en premier lieu. R6 est en série avec la chaîne de LED, mais ne fait que 30 Ω et sert à détecter le courant afin que le convertisseur élévateur puisse le réguler.

Pourquoi des résistances?

La raison pour laquelle nous utilisons des résistances pour régler le courant des LED est qu'une LED est une diode, et comme la plupart des diodes, elle ressemble à une chute de tension lorsqu'elle est polarisée en direct. Il y a très peu pour contrôler le courant s'il est connecté à une source de tension; la pente du graphique V / I est si abrupte qu'un changement de 0,1 V de la tension de diode pourrait signifier un changement de courant de 10X. Ainsi, une connexion directe à une alimentation sans mécanisme de limitation de courant réalisable détruira probablement la LED. Nous avons donc mis une résistance là-dedans pour rendre la pente suffisamment peu profonde pour contrôler le courant.

En règle générale, vous déterminez la quantité de courant que vous voulez dans la LED en fonction de certaines mesures de luminosité de la fiche technique, ou achetez-en une et devinez. Pour les LED d'indication typiques, je commence par 2 mA pour la normale ou 0,5 mA pour les LED à haute efficacité, et je dois généralement réduire davantage le courant.

Une fois que vous avez choisi un courant, vous prenez cela, la tension de votre source (VS) et la tension directe de votre LED à votre courant (VF), essayez d'obtenir cela à partir du graphique dans la fiche technique plutôt que dans le tableau, qui généralement est caractérisé à 10 mA ou plus), et branchez-les dans l'équation suivante pour obtenir votre résistance:

R = (VS - VF) / I

Dérivation: étant donné que la chute de tension aux bornes de la résistance est VR = I * R(loi d'Ohm), que le courant dans la boucle est constant (loi actuelle de Kirchoff) et que la tension source est égale à VF + VR(loi de tension de Kirchoff):

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

LED haute puissance

Pour les applications où le gaspillage d'énergie est un problème, comme dans les applications d'éclairage à grande échelle, vous n'utilisez pas de résistance mais utilisez plutôt un régulateur de courant pour régler le courant de la LED.

Ces régulateurs de courant fonctionnent comme des régulateurs de tension de commutation, sauf qu'au lieu de diviser la tension de sortie et de comparer à une référence et d'ajuster la sortie, ils utilisent un élément de détection de courant (transformateur de détection de courant ou résistance de faible valeur) pour générer la tension qui est comparé à la référence. Cela peut vous procurer beaucoup d'efficacité, en fonction de la perte d'élément de commutation et de la fréquence de commutation. (Les fréquences plus élevées réagissent plus rapidement et utilisent des composants plus petits mais sont moins efficaces.)

Lorsqu'une LED est entraînée par une résistance, il est nécessaire que la tension d'alimentation soit supérieure à la chute directe de la LED; le courant prélevé sur l'alimentation sera égal au courant traversant la LED. Le pourcentage de la puissance d'alimentation qui va à la LED correspondra au rapport de la tension directe de la LED à la tension d'alimentation.

Il existe d'autres façons de piloter les LED qui fonctionneront avec des tensions d'alimentation inférieures à la chute vers l'avant de la LED, ou qui tireront moins de courant de l'alimentation qu'elles n'en font passer par la LED. De telles techniques peuvent par exemple réduire de moitié le courant tiré d'une alimentation de 5 volts pour alimenter 20 mA à travers une LED de 2 volts, mais les circuits requis seront presque certainement plus chers qu'une résistance. Dans de nombreuses situations, même lors de l'utilisation de batteries, la puissance consommée par une LED représentera une infime fraction de la consommation énergétique globale; même si l'on pouvait réduire la consommation d'énergie liée aux LED de 99% en utilisant seulement 0,05 $ de circuits supplémentaires, les économies ne valaient pas le coût par rapport à la simple utilisation d'une résistance et à l'acceptation de l'efficacité sous-optimale.

Vous vouliez un calcul. Voici la forme de base du calcul.

Une LED rouge typique a une chute de tension directe de 1.8 Vet un courant continu maximum d'environ 20 mA.

Maintenant, quelle est notre tension? Disons que nous voulons utiliser une source 3 V.

Nous aurons donc une chute de tension de 3.0 V - 1.8 V = 1.2 Vplus de notre résistance. Le courant à travers la résistance sera 20 mA, donc notre puissance est 1.2 V * 20 mA = 24 mW. Ce n'est pas vraiment beaucoup d'énergie, bien que ce soit une fraction importante de la consommation d'énergie de la LED. La LED elle-même utilise1.8V * 20mA = 36 mW.

Oui, cela gaspille de l'énergie. D'autre part, dans la production en volume, une résistance coûtera une fraction d'un sou (0,01 $ US pour notre population internationale). Lorsque l'analyse coûts / avantages / difficultés est effectuée, une simple résistance commence à avoir l'air vraiment sympa.

La puissance gaspillée est souvent très faible (des dizaines de milliwatts) si vous pilotez la LED avec 5 V ou une tension tout aussi faible.

Bien sûr, c'est un problème dans les systèmes où vous avez des batteries de capacité limitée, mais d'autres schémas (comme les pilotes LED utilisant PWM ) sont utilisés.

Oui et non. Lorsque le courant traverse la résistance, il génère de la chaleur et gaspille donc de l'énergie. Cependant, si vous retiriez la résistance (et donc que vous conduisiez la LED à une tension plus élevée), vous conduiriez plus de courant à travers le circuit et donc brûleriez plus d' énergie qu'avec la résistance en place.

N'oubliez pas qu'avec une tension constante, le courant est inversement proportionnel à la résistance. Plus vous insérez de résistance dans le circuit, moins vous passez de courant et donc moins d'énergie que vous consommez. Ainsi, alors que la résistance elle-même joue un rôle dans la génération de chaleur dans le circuit, sa présence signifie en fait que moins de chaleur sera globalement générée.

Je fais un test mathématique. J'utilise une source 12V et je connecte 3 diodes LED avec des résistances. Cette diode avec résistance a 12V, la diode suivante avec résistance I se connecte également à 12V, et la dernière aussi. A la source, j'ai 60mA. La résistance a une chute de tension de 9 V et la consommation d'énergie était au total de 540 mW.

Mais lorsque je branche des diodes en chaîne et que j'ajoute une résistance totale, la consommation d'énergie de la résistance n'était que de 240 mW. J'utilise des diodes 3V 20mA.

Il est préférable d'utiliser une source de tension aussi basse que possible, pour ne consommer de l'énergie que là où nous le voulons. Ou utilisez une chaîne de diodes LED pour une tension plus élevée. C'est pourquoi nous avons dans l'ordinateur autant de sorties avec des tensions différentes du transformateur.

Ou une autre idée. Nous avons une source 9V, et je branche une diode 3V et j'ai besoin d'utiliser une résistance pour abaisser la tension. La puissance totale sera de 180mW Où la diode ne prendra que 60mW Mais quand je me connecte en 3diodes de chaîne alors j'ai encore 180mW Mais quand je branche 3 diodes mais chacune est connectée séparément à cette même source, alors j'aurai 540mW de puissance utilisée .

Il semble que mieux utilise une chaîne plutôt que de connecter chacun à la source.

Il n'y a aucun moyen d'éviter la perte de puissance avec seulement un circuit DC actif passif ou linéaire. La raison en est que l'efficacité est déterminée par deux choses:

1. La tension d'alimentation
2. Le courant LED

Peu importe ce que vous mettez entre la LED et l'alimentation. Il peut s'agir d'une résistance, de certaines diodes, d'un régulateur linéaire ou d'une source de courant à transistor. Si la LED a besoin de 10 mA pour la luminosité souhaitée et que vous disposez d'une alimentation 5 V, vous brûlez 50 mW au total. Période.

Avec une tension d'alimentation fixe et un courant LED fixe, votre seule option pour augmenter l'efficacité est de mettre plusieurs LED en série. Si vous disposez d'une alimentation 5 V et que la chute de tension de vos LED est de 2 V à 10 mA, vous pouvez en mettre deux en série. Cela vient avec une limitation - vous ne pourrez pas commuter les LED indépendamment.

Si vous contrôlez l'alimentation électrique, vous pouvez faire plusieurs autres choses. Si vos tensions d'alimentation sont dérivées d'une source CA, vous pouvez ajouter un enroulement au transformateur pour créer une alimentation LED basse tension. Si vous n'avez qu'une alimentation CC, vous pouvez utiliser un convertisseur à découpage pour générer une tension inférieure. Cependant, ni l'un ni l'autre n'est terriblement pratique. Si vous manquez de courant alternatif (secteur), vous n'êtes probablement pas préoccupé par l'efficacité de quelques voyants. Et les régulateurs à découpage à haut rendement sont chers et sujets à problèmes.

Les LED ne consomment généralement qu'une petite fraction du courant total d'un système. Il vaut rarement la peine ou les dépenses d'ajouter une alimentation séparée juste pour eux.

Ne pensez pas à une résistance comme un dissipateur de courant qui détourne l'électricité (courant). Une partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur, oui, mais pas beaucoup (en général). En utilisant l'analogie avec l'eau, pensez simplement à la résistance comme rendant le tuyau à travers lequel le courant circule plus petit. Compte tenu de la même force initiale (tension), la quantité d'électricité qui peut circuler (courant) est réduite. cela réduit la force disponible à l'extrémité de sortie du tuyau (c'est ce qu'on appelle la chute de tension).