Durante mucho tiempo me preguntaba por qué en los esquemas que usan LED para la iluminación es muy común colocar una resistencia para ir con el LED, y finalmente parece que la respuesta en esta pregunta explica por qué. (Es la forma más fácil de controlar la corriente a través del LED para evitar que se queme).

Pero aún así, ¿no es este un gran problema? ¿Esas resistencias no desperdician mucha energía y realmente no hay otra solución práctica?

UPD: ¿Una actualización razonable para la pregunta dada todas las buenas respuestas que he recibido es tal vez proporcionar algunos números para mostrar cuánta energía se pierde al calor de las resistencias en una aplicación de iluminación típica? (La mayoría de las respuestas dicen que la pérdida de potencia es tan pequeña que no importa. Creo que sería bueno si alguien pudiera obtener los números reales, para solidificar esa respuesta, entonces podría aceptar esa respuesta y mantenerla en la cima para el futuro personas interesadas.)

Sí, desperdicia energía, pero la mayoría de las veces no es suficiente energía para importar.

En los casos en que la eficiencia es importante, utiliza otros medios más complicados. Por ejemplo, eche un vistazo al esquema de mi proyecto de ejemplo KnurdLight . Esto funciona con baterías y casi toda la energía se destina a los LED. En este caso, utilicé un convertidor de refuerzo que regulaba directamente la corriente del LED en lugar de una fuente de alimentación normal que regula el voltaje. No hay una resistencia en serie para hacer que una fuente de voltaje fijo se vea al menos parcialmente como una fuente de corriente porque la fuente de alimentación es una fuente de corriente en primer lugar. R6 está en serie con la cadena de LED, pero tiene solo 30 Ω y es para detectar la corriente para que el convertidor de impulso pueda regularla.

¿Por qué resistencias?

La razón por la que usamos resistencias para establecer la corriente del LED es que un LED es un diodo, y como la mayoría de los diodos, solo parece una caída de voltaje cuando está polarizado hacia adelante. Hay muy poco para controlar la corriente si se conecta a una fuente de voltaje; La pendiente del gráfico V / I es tan pronunciada que un cambio de 0.1 V en el voltaje del diodo podría significar un cambio de 10X en la corriente. Por lo tanto, una conexión directa a un suministro sin un mecanismo de limitación de corriente viable probablemente destruirá el LED. Entonces colocamos una resistencia allí para que la pendiente sea lo suficientemente baja como para controlar la corriente.

Por lo general, calcula la cantidad de corriente que desea en el LED en función de alguna medición de brillo de la hoja de datos, o compra uno y adivina. Para los LED indicadores típicos, comienzo con 2 mA para LED normales o 0,5 mA para LED de alta eficiencia, y generalmente tengo que reducir aún más la corriente.

Una vez que elige una corriente, toma eso, el voltaje de su fuente (VS) y el voltaje directo de su LED en su corriente (VF), intente obtener esto del gráfico en la hoja de datos en lugar de la tabla, que generalmente se caracteriza a 10 mA o más), y conéctelos a la siguiente ecuación para obtener su resistencia:

R = (VS - VF) / I

Derivación: dado que la caída de voltaje a través de la resistencia es VR = I * R(Ley de Ohm), que la corriente en el bucle es constante (Ley de corriente de Kirchoff) y que el voltaje de la fuente es igual a VF + VR(Ley de voltaje de Kirchoff):

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

LED de alta potencia

Para aplicaciones donde el desperdicio de energía es un problema, como en aplicaciones de iluminación a gran escala, no se usa una resistencia, sino un regulador de corriente para configurar la corriente del LED.

Estos reguladores de corriente funcionan como reguladores de voltaje de conmutación, excepto que en lugar de dividir el voltaje de salida y compararlo con una referencia y ajustar la salida, usan un elemento sensor de corriente (transformador de detección de corriente o resistencia de bajo valor) para generar el voltaje que se compara con la referencia. Esto puede brindarle mucha eficiencia, dependiendo de la pérdida de elementos de conmutación y la frecuencia de conmutación. (Las frecuencias más altas reaccionan más rápido y usan componentes más pequeños pero son menos eficientes).

Cuando un LED se acciona con una resistencia, es necesario que el voltaje de suministro sea más alto que la caída directa del LED; La corriente extraída del suministro será igual a la corriente a través del LED. El porcentaje de energía de alimentación que va al LED corresponderá a la relación del voltaje directo del LED al voltaje de alimentación.

Hay otras formas de controlar los LED que funcionarán con voltajes de suministro por debajo de la caída directa del LED, o que extraerán menos corriente del suministro de lo que pasan a través del LED. Dichas técnicas pueden, por ejemplo, reducir a la mitad la corriente extraída de un suministro de 5 voltios para alimentar 20 mA a través de un LED de 2 voltios, pero la circuitería requerida seguramente será más costosa que una resistencia. En muchas situaciones, incluso cuando funciona con baterías, la energía consumida por un LED representará una pequeña fracción del uso total de energía; incluso si uno pudiera reducir el consumo de energía relacionado con LED en un 99% usando solo $ 0.05 en circuitos adicionales, los ahorros no valdrían el costo en comparación con simplemente usar una resistencia y aceptar la eficiencia subóptima.

Querías un cálculo. Aquí está la forma básica del cálculo.

Un LED rojo típico tiene una caída de tensión directa 1.8 Vy una corriente continua máxima de alrededor 20 mA.

Ahora cual es nuestro voltaje? Digamos que queremos usar una fuente de 3 V.

Entonces tendremos una caída de voltaje de 3.0 V - 1.8 V = 1.2 Vsobre nuestra resistencia. La corriente a través de la resistencia será 20 mA, por lo que nuestro poder es 1.2 V * 20 mA = 24 mW. Eso no es realmente mucha energía, aunque es una fracción significativa del consumo de energía del LED. El LED en sí usa1.8V * 20mA = 36 mW.

Sí, desperdicia energía. Por otro lado, en la producción en volumen, una resistencia costará una fracción de un centavo (US $ 0,01 para nuestra gente internacional). Cuando se realiza el análisis de costo / beneficio / dificultad, una resistencia simple comienza a verse realmente bien.

La energía desperdiciada es a menudo muy pequeña (decenas de milivatios) si maneja el LED con 5 V o un voltaje igualmente pequeño.

Claro, es un problema en sistemas donde tiene baterías de capacidad limitada, pero luego se usan otros esquemas (como controladores LED que usan PWM ).

Si y no. Cuando la corriente pasa a través de la resistencia, genera calor y, por lo tanto, desperdicia energía. Sin embargo, si retira la resistencia (y, por lo tanto, conduce el LED a un voltaje más alto), conduciría más corriente a través del circuito y, por lo tanto, consumiría más energía que con la resistencia en su lugar.

Recuerde que con voltaje constante, la corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Cuanta más resistencia ingrese al circuito, menos corriente pasará y, por lo tanto, menos energía consumirá. Entonces, si bien la resistencia en sí misma juega un papel en la generación de calor en el circuito, su presencia allí significa que se generará menos calor en general.

Hago examen matemático. Utilizo una fuente de 12V y conecto 3 diodos Led con resistencias. Ese diodo con resistencia tiene 12V, el siguiente diodo con resistencia conecto también a 12V, y el último también. En la fuente tengo 60mA. La resistencia tiene una caída de voltaje de 9V y el consumo de energía fue de un total de 540mW Independientemente de P = V * II, obtenga algo de 720mW en total en la fuente.

Pero cuando conecto diodos en cadena y agrego el consumo de energía total de Resistor fue de solo 240mW en la fuente. Yo uso diodos 3V 20mA.

Sims que mejor es usar la fuente de voltaje lo más bajo posible, para tener un consumo de energía solo allí donde queramos. O use una cadena de diodos led para mayor voltaje. Es por eso que tenemos en la computadora tantas salidas con diferentes voltajes del transformador.

U otra idea. Tenemos una fuente de 9V, conecto un diodo de 3V y necesito usar Resistor para reducir el voltaje. La potencia total será de 180 mW, donde el diodo tomará solo 60 mW, pero cuando conecte los 3diodos de cadena, todavía tengo 180 mW, pero cuando conecte 3 diodos, pero cada uno está conectado por separado a esta misma fuente, tendré 540 mW de potencia utilizada .

Parece que es mejor usar una cadena en lugar de conectar cada uno a la fuente.

No hay forma de evitar la pérdida de potencia con solo un circuito de CC activo pasivo o lineal. La razón es que la eficiencia está determinada por dos cosas:

1. La tensión de alimentación
2. La corriente LED

No importa lo que coloque entre el LED y el suministro. Podría ser una resistencia, algunos diodos, un regulador lineal o una fuente de corriente basada en transistores. Si el LED necesita 10 mA para el brillo deseado, y tiene un suministro de 5 V, está quemando 50 mW en total. Período.

Con un voltaje de suministro fijo y una corriente de LED fija, su única opción para aumentar la eficiencia es colocar varios LED en serie. Si tiene un suministro de 5 V y la caída de voltaje de sus LED es de 2 V a 10 mA, puede poner dos en serie. Esto viene con una limitación: no podrá cambiar los LED de forma independiente.

Si tiene control sobre la fuente de alimentación, hay otras cosas que puede hacer. Si sus voltajes de suministro se derivan de una fuente de CA, puede agregar un devanado al transformador para crear un suministro de LED de bajo voltaje. Si solo tiene un suministro de CC, puede usar un convertidor de conmutación para generar un voltaje más bajo. Sin embargo, ninguno de estos es terriblemente práctico. Si se está quedando sin alimentación de CA (red eléctrica), probablemente no le preocupe la eficiencia de algunas luces indicadoras. Y los reguladores de conmutación de alta eficiencia son caros y propensos a problemas.

Los LED generalmente consumen solo una pequeña fracción de la corriente total de un sistema. Raramente vale la pena el gasto o el gasto agregar una fuente de alimentación separada solo para ellos.

No piense en una resistencia como un sumidero de energía que desvía la electricidad (corriente). Se pierde algo de energía en forma de calor, sí, pero no mucho (en general). Usando la analogía del agua, piense en la resistencia como si fuera la manguera a través de la cual la corriente fluye más pequeña. Dada la misma fuerza inicial (voltaje), se reduce la cantidad de electricidad que puede fluir (corriente). Esto reduce la fuerza disponible en el extremo de salida de la manguera (esto se conoce como caída de voltaje).