Tidak menggunakan resistor serial ke LED sepanjang waktu menghabiskan banyak energi?

29

Saya bertanya-tanya untuk waktu yang lama mengapa dalam skema yang menggunakan LED untuk penerangan, sangat umum untuk meletakkan penghambat dengan LED, dan akhirnya sepertinya jawaban dalam pertanyaan ini menjelaskan mengapa. (Ini cara termudah untuk mengontrol arus melalui LED untuk mencegah LED menyala.)

Tapi tetap saja, bukankah ini masalah besar? Bukankah resistor-resistor itu menghabiskan banyak daya dan apakah tidak ada solusi praktis lain?

UPD: Pembaruan yang masuk akal untuk pertanyaan yang memberikan semua jawaban baik yang saya terima adalah mungkin memberikan beberapa angka untuk menunjukkan seberapa banyak daya yang hilang akibat panas dari resistor dalam aplikasi penerangan yang khas? (Sebagian besar jawaban mengatakan bahwa kehilangan daya sangat kecil sehingga tidak masalah. Saya pikir akan baik jika ada yang bisa mendapatkan bilangan real, untuk memperkuat jawaban itu, maka saya bisa menerima jawaban itu dan tetap di atas untuk masa depan orang yang tertarik.)

Cray
sumber
Inilah pertanyaan terkait electronics.stackexchange.com/q/23974/3552
sharptooth
Sebagai tanggapan terhadap pembaruan Anda: tidak mungkin untuk menentukan aplikasi pencahayaan khas (meskipun yang paling umum sampai sekarang adalah sebagai indikator); bukan lebih mudah untuk menunjuk aplikasi yang paling kritis, yang saya pikir sebagai penerangan daya dan operasi daya rendah rendah (yang kedua dapat dilewati dengan flashing)
clabacchio
Baiklah, tetapi tentu saja, menyediakan cara untuk menghitung daya yang hilang mengingat konfigurasi sistem tertentu dan mungkin menunjukkan contoh perhitungan untuk sistem tipikal cukup baik, hanya untuk memberikan perkiraan kasar, berapa banyak daya yang kita bicarakan .. .
Cray
1
Resistor: I ^ 2 * R --- Dc / Dc: Pin (1-efisiensi)
clabacchio

Jawaban:

26

Ya, itu membuang daya, tetapi sebagian besar waktu itu tidak cukup untuk masalah.

Dalam hal efisiensi, Anda menggunakan cara lain yang lebih rumit. Sebagai contoh, lihat skema untuk proyek contoh KnurdLight saya . Ini dioperasikan dengan baterai dan hampir semua daya masuk ke LED. Dalam hal ini saya menggunakan konverter boost yang secara langsung mengatur arus LED, bukan catu daya normal yang mengatur tegangan. Tidak ada resistor seri untuk membuat pasokan tegangan tetap terlihat setidaknya sebagian seperti sumber arus karena catu daya adalah sumber arus di tempat pertama. R6 seri dengan string LED, tetapi hanya 30 Ω dan untuk merasakan arus sehingga konverter penambah dapat mengaturnya.

Olin Lathrop
sumber
1
Tautan Anda menarik ... Google Chrome memperingatkan saya: "Situs di depan berisi program berbahaya - Penyerang di www.embedinc.com mungkin berusaha menipu Anda untuk memasang program yang merusak pengalaman menjelajah Anda (misalnya, dengan mengubah beranda atau menunjukkan iklan tambahan di situs yang Anda kunjungi). "
Blup1980
1
@ Blup: Ya, saya tahu. Google salah. Ini adalah false positive. Kami tidak pernah memasang apa pun di browser Anda, tidak pernah memunculkan apa pun, termasuk iklan, dan semua perangkat lunak kami hadir sebagai EXE yang diperluas sendiri yang harus Anda pilih secara eksplisit untuk dijalankan.
Olin Lathrop
Siapa pun yang memilih ini, apa yang menurut Anda salah?
Olin Lathrop
22

Mengapa resistor?

Alasan kami menggunakan resistor untuk mengatur arus LED adalah bahwa LED adalah dioda, dan seperti kebanyakan dioda, itu hanya terlihat seperti penurunan tegangan ketika bias maju. Ada sangat sedikit untuk mengontrol arus jika dihubungkan ke sumber tegangan; kemiringan grafik V / I sangat curam sehingga perubahan tegangan dioda 0,1 V bisa berarti perubahan arus 10X. Dengan demikian koneksi langsung ke pasokan tanpa mekanisme pembatas arus yang bisa diterapkan kemungkinan akan menghancurkan LED. Jadi kami menempatkan resistor di sana untuk membuat kemiringan yang cukup dangkal untuk mengontrol arus.

Biasanya, Anda mengetahui berapa banyak arus yang Anda inginkan dalam LED berdasarkan pada beberapa pengukuran kecerahan dari lembar data, atau beli satu dan tebak. Untuk LED indikator tipikal, saya mulai dengan 2 mA untuk normal atau 0,5 mA untuk LED efisiensi tinggi, dan biasanya harus mengurangi arus lebih jauh.

Setelah Anda memilih arus, Anda mengambil itu, tegangan sumber Anda (VS), dan tegangan maju LED Anda pada arus Anda (VF, cobalah untuk mendapatkan ini dari grafik di lembar data daripada tabel, yang biasanya dikarakterisasi pada 10 mA atau lebih), dan hubungkan ke persamaan berikut untuk mendapatkan resistensi Anda:

R = (VS - VF) / I

Penurunan: Mengingat bahwa penurunan tegangan pada resistor adalah VR = I * R(Hukum Ohm), bahwa arus dalam loop adalah konstan (Hukum Arus Kirchoff), dan bahwa tegangan sumber sama dengan VF + VR(Hukum Voltase Kirchoff):

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

LED Daya Tinggi

Untuk aplikasi di mana pemborosan daya merupakan masalah, seperti dalam aplikasi pencahayaan skala besar, Anda tidak menggunakan resistor tetapi sebaliknya menggunakan regulator arus untuk mengatur arus LED.

Regulator arus ini bekerja seperti pengatur tegangan, kecuali alih-alih membagi tegangan output dan membandingkan ke referensi dan menyesuaikan output, mereka menggunakan elemen sensor arus (transformator indra arus atau resistor bernilai rendah) untuk menghasilkan tegangan yang dibandingkan dengan referensi. Ini bisa memberi Anda banyak efisiensi, tergantung dengan mengganti elemen yang hilang dan frekuensi switching. (Frekuensi yang lebih tinggi bereaksi lebih cepat dan menggunakan komponen yang lebih kecil tetapi kurang efisien.)

Mike DeSimone
sumber
20

Ketika LED digerakkan dengan sebuah resistor, tegangan suplai harus lebih tinggi daripada drop maju LED; arus yang ditarik dari suplai akan sama dengan arus melalui LED. Persentase daya suplai yang masuk ke LED akan sesuai dengan rasio tegangan maju LED ke tegangan suplai.

Ada cara-cara lain untuk mengarahkan LED yang akan bekerja dengan tegangan suplai di bawah drop maju LED, atau yang akan menarik lebih sedikit arus dari suplai daripada yang dimasukkan melalui LED. Teknik-teknik seperti itu dapat mengurangi setengah dari arus yang diambil dari suplai 5-volt untuk memberi makan 20mA melalui LED 2-volt, tetapi sirkuit yang dibutuhkan hampir pasti akan lebih mahal daripada sebuah resistor. Dalam banyak situasi, bahkan ketika menjalankan dari baterai, daya yang dikonsumsi oleh LED akan mewakili sebagian kecil dari keseluruhan penggunaan energi; bahkan jika seseorang dapat mengurangi konsumsi daya terkait LED sebesar 99% hanya dengan menggunakan sirkuit tambahan senilai $ 0,05, penghematan tidak akan sebanding dengan biaya bila dibandingkan dengan hanya menggunakan resistor dan menerima efisiensi yang kurang optimal.

supercat
sumber
10

Anda menginginkan perhitungan. Berikut ini bentuk dasar perhitungannya.

LED merah khas memiliki penurunan tegangan maju 1.8 V, dan arus kontinu maksimum sekitar 20 mA.

Sekarang berapa voltase kita? Katakanlah kita ingin menggunakan sumber 3 V.

Jadi kita akan memiliki drop tegangan 3.0 V - 1.8 V = 1.2 Vlebih dari resistor kita. Arus yang melalui resistor akan 20 mA, jadi kekuatan kita 1.2 V * 20 mA = 24 mW. Itu tidak benar-benar banyak daya, meskipun itu adalah sebagian kecil dari konsumsi daya LED. LED itu sendiri menggunakan1.8V * 20mA = 36 mW.

Kevin Cathcart
sumber
1
Dengan kata lain, untuk setiap 3 watt daya yang berguna dikirim ke LED, Anda membuang-buang daya 2 watt sebagai panas.
rjmunro
3
Dalam skenario khusus itu, ya. Dalam skenario lain, Anda bisa menghabiskan energi jauh lebih sedikit. Jika voltase Anda cukup tinggi, Anda juga dapat memasang lebih dari satu LED secara seri, yang memungkinkan mereka berbagi resistor tunggal (tetapi mengharuskan keduanya dihidupkan atau dimatikan secara bersamaan). Jika demikian, persentase limbah Anda dapat turun secara substansial. Juga perlu diingat bahwa lumen per watt LED bahkan ketika termasuk kerugian resistor masih jauh lebih baik daripada kebanyakan alternatif. Pilihannya bukan resistor atau tanpa resistor, tetapi (LED + resistor) vs (tanpa LED) vs (sumber cahaya lainnya).
Kevin Cathcart
Contoh yang bagus, mengubah Anda.
Cray
Harap ingat bahwa saat ini dikutip pada lembar data biasanya bagian yang paling akan ditangani. Ini akan menghasilkan sejumlah besar cahaya, biasanya untuk keperluan penerangan (yaitu senter), tetapi sulit dilihat jika Anda menginginkan tampilan atau indikator. (Tampilan arus biasanya jauh, jauh lebih rendah. Dalam contoh ini, saya berani bertaruh bahwa 1-2 mA akan banyak.) Juga, seperti pada lembar data semikonduktor lainnya, arus maksimum mungkin hanya berlaku dengan heat sink tak terbatas (yaitu mandi air), dan dapat menghasilkan panas yang cukup untuk menghancurkan bagian tanpa heat sink.
Mike DeSimone
Untuk LED, arus kontinu maks biasanya tidak menganggap heatsink, karena plastik yang mengelilingi LED adalah konduktor panas yang buruk, membuat heatsink agak tidak efektif. Tetapi Anda benar bahwa dalam desain sirkuit Anda benar-benar harus menargetkan arus yang lebih rendah. Namun, saya sering melihat desain menjalankan LED 20mA pada 15mA atau lebih bahkan untuk keperluan indikator. Saya akan lebih baik secara umum untuk memilih arus yang menghasilkan kecerahan yang diinginkan.
Kevin Cathcart
8

Ya, itu membuang daya. Di sisi lain, dalam produksi volume resistor akan menelan biaya sepersekian sen (US $ 0,01 untuk orang-orang internasional kami). Ketika analisis biaya / manfaat / kesulitan dilakukan, sebuah resistor sederhana mulai terlihat sangat bagus.


sumber
2
Bagaimana dengan biaya kehilangan listrik?
Qwerty
4

Daya yang terbuang seringkali sangat kecil (puluhan miliwatt) jika Anda mengendarai LED dengan 5 V atau tegangan yang sama kecilnya.

Tentu, ini merupakan masalah dalam sistem di mana Anda memiliki baterai berkapasitas terbatas, tetapi kemudian skema lain (seperti driver LED menggunakan PWM ) digunakan.

Renan
sumber
2
Tidak ada yang namanya "arus terbuang". Arus yang melalui resistor adalah arus yang sama yang membuat LED menyala, jadi tidak sia-sia sama sekali. Yang Anda maksud adalah "tenaga / energi yang terbuang".
stevenvh
@steventh memang. Akan mengedit posting saya.
Renan
4

Iya dan tidak. Ketika arus melewati resistor, ia menghasilkan panas dan karenanya menghabiskan energi. Namun, jika Anda mengeluarkan resistor (dan karena itu mendorong LED pada tegangan yang lebih tinggi) Anda akan mengemudi lebih banyak arus melalui rangkaian dan dengan demikian benar-benar membakar lebih banyak daya daripada dengan resister di tempat.

Ingatlah bahwa dengan tegangan konstan, arus berbanding terbalik dengan resistansi. Semakin banyak perlawanan yang Anda jalani ke sirkuit, semakin sedikit arus yang Anda lewati, dan karenanya semakin sedikit daya yang Anda konsumsi. Jadi sementara resistor itu sendiri berperan dalam menghasilkan panas dalam rangkaian, keberadaannya di sana sebenarnya berarti lebih sedikit panas yang akan dihasilkan secara keseluruhan.

tylerl
sumber
1
Yah seperti yang saya mengerti sekarang, masalah tanpa resistor adalah bahwa tidak ada cara murah yang baik untuk mengontrol tegangan dan tanpa itu LED hanya akan terbakar. Resistor tidak digunakan di sirkuit tersebut untuk membatasi arus untuk menghemat daya, tetapi untuk menjaga agar sirkuit tidak terbakar.
Cray
@Ray: Ini bukan drop tegangan yang membunuh LED, itu panas dari aliran saat ini. Mengatasi penurunan tegangan yang tepat membuat matematika lebih sederhana, tetapi bukan merupakan faktor kritis dalam fisika semua itu. Resistansi internal LED berkurang ketika tegangan melintas, jadi mencoba menghitung matematika tanpa resistor tradisional di sirkuit sulit (dan ya, tentu saja LED memiliki resistansi internal; ini bukan superkonduktor).
tylerl
1

Saya membuat tes matematika. Saya menggunakan sumber 12V dan saya menghubungkan 3 dioda Led dengan resistor. Itu satu dioda dengan Resistor memiliki 12V, dioda berikutnya dengan Resistor I menghubungkan juga ke 12V, dan yang terakhir juga. Pada sumber saya memiliki 60mA. Resistor memiliki drop tegangan 9V dan konsumsi daya dalam total 540mW Terlepas dari P = V * II dapatkan sesuatu 720mW total dalam sumber.

Tetapi ketika saya menghubungkan dioda dalam string dan saya menambahkan Resistor total konsumsi daya hanya 240mW sumber. Saya menggunakan dioda 3V 20mA.

Itu Sims yang lebih baik adalah menggunakan sumber tegangan serendah mungkin, untuk memiliki konsumsi daya hanya di tempat yang kita inginkan. Atau gunakan string dioda led untuk tegangan yang lebih tinggi. Itu sebabnya kami punya di komputer begitu banyak output dengan tegangan yang berbeda dari transformator.

Atau ide lain. Kami memiliki sumber 9V, dan saya menghubungkan satu dioda 3V dan saya perlu menggunakan Resistor untuk menurunkan tegangan. Total daya akan menjadi 180mW Dimana dioda hanya akan mengambil 60mW Tapi ketika saya menghubungkan string 3diodes maka saya masih 180mW Tapi ketika saya menghubungkan 3 dioda tetapi masing-masing terpisah terhubung ke sumber yang sama, maka saya akan memiliki 540mW daya yang digunakan .

Terlihat lebih baik menggunakan string daripada menghubungkan masing-masing ke sumber.

Krzysztof
sumber
0

Tidak ada cara untuk menghindari kehilangan daya hanya dengan sirkuit DC aktif pasif atau linier. Alasannya adalah bahwa efisiensi ditentukan oleh dua hal:

  1. Tegangan suplai
  2. Arus LED

Tidak masalah apa yang Anda masukkan di antara LED dan suplai. Itu bisa berupa resistor, beberapa dioda, regulator linier, atau sumber arus berbasis transistor. Jika LED membutuhkan 10 mA untuk kecerahan yang diinginkan, dan Anda memiliki pasokan 5 V, Anda membakar total 50 mW. Periode.

Dengan tegangan pasokan tetap dan arus LED tetap, satu-satunya pilihan Anda untuk meningkatkan efisiensi adalah dengan memasukkan beberapa LED secara seri. Jika Anda memiliki pasokan 5 V, dan penurunan tegangan LED Anda adalah 2 V pada 10 mA, Anda dapat memasukkan dua seri. Ini dilengkapi dengan batasan - Anda tidak akan dapat mengganti LED secara mandiri.

Jika Anda memiliki kendali atas catu daya, ada beberapa hal lain yang dapat Anda lakukan. Jika tegangan suplai Anda berasal dari sumber AC, Anda dapat menambahkan belitan ke transformator untuk membuat suplai LED bertegangan rendah. Jika Anda hanya memiliki pasokan DC, Anda dapat menggunakan konverter switching untuk menghasilkan tegangan yang lebih rendah. Namun, keduanya tidak terlalu praktis. Jika Anda kehabisan daya AC, Anda mungkin tidak khawatir dengan efisiensi beberapa lampu indikator. Dan regulator switching efisiensi tinggi mahal dan rawan masalah.

LED biasanya hanya mengkonsumsi sebagian kecil dari total arus sistem. Ini jarang sepadan dengan masalah atau biaya untuk menambahkan catu daya terpisah hanya untuk mereka.

Adam Haun
sumber
"Jika LED membutuhkan 10 mA untuk kecerahan yang diinginkan, dan Anda memiliki pasokan 5 V, Anda membakar total 50 mW. Periode." Cukup yakin Anda menjawab pertanyaan lain. Tentu saja jelas bahwa jika cahaya akan dipancarkan sama sekali, itu akan mengambil daya dari sumber listrik. Pertanyaannya adalah tentang daya yang terbuang pada panas di resistor yang sangat umum digunakan. Juga dalam kasus di mana LED digunakan untuk penerangan, mereka dapat mengkonsumsi bukan sebagian kecil, tetapi sebagian besar dari total arus sistem.
Cray
@Cray: Jika LED memiliki 10mA melewatinya dan suplai 5V, maka jika seseorang menggunakan sirkuit linier, total disipasi daya akan 50mW. Berapa banyak daya yang dihamburkan dalam resistor versus LED akan tergantung pada penurunan tegangan LED, tetapi daya total akan ditentukan oleh tegangan suplai dan arus LED.
supercat
0

Jangan menganggap resistor sebagai power sink yang mengalihkan listrik (arus). Sebagian tenaga hilang dalam bentuk panas, ya, tapi tidak banyak (secara umum). Dengan menggunakan analogi air, pikirkan saja resistor yang membuat selang yang mengalirkan arus lebih kecil. Mengingat gaya awal yang sama (tegangan), jumlah listrik yang dapat mengalir (saat ini) berkurang. ini mengurangi gaya yang tersedia di ujung keluaran selang (ini dikenal sebagai penurunan tegangan).

Tony Schwartz
sumber