O uso de resistores em série para LEDs desperdiça todo o tempo muita energia?

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Fiquei pensando por um longo tempo por que, em esquemas que usam LEDs para iluminação, é muito comum colocar um resistor junto com o LED e, finalmente, parece que a resposta nesta pergunta explica o porquê. (É a maneira mais fácil de controlar a corrente através do LED he impedir que o LED se queime.)

Mas ainda assim, isso não é um grande problema? Esses resistores não gastam muita energia e não há realmente outra solução prática?

UPD: Uma atualização razoável para a pergunta, dada todas as boas respostas que recebi, é talvez fornecer alguns números para mostrar quanta energia é perdida no calor dos resistores em uma aplicação de iluminação típica? (A maioria das respostas diz que a perda de energia é tão pequena que não importa. Eu acho que seria bom se alguém conseguisse os números reais para solidificar essa resposta, então eu poderia aceitar essa resposta e mantê-la no topo para o futuro pessoas interessadas.)

Cray
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Aqui está uma pergunta relacionada electronics.stackexchange.com/q/23974/3552
sharptooth
Como resposta à sua atualização: é impossível definir o aplicativo de iluminação típico (mesmo que o mais comum até agora seja como indicador); em vez disso é mais fácil apontar o maior número de aplicações críticas, que acho ser a iluminação de energia e operação de baixa potência baixa (o segundo pode ser contornado com a piscar)
clabacchio
Tudo bem, mas certamente, fornecer uma maneira de calcular a energia perdida, dada a configuração de um sistema específico e talvez mostrar um exemplo de cálculo para um sistema típico seja bom o suficiente, apenas para dar uma estimativa aproximada, de quanto poder estamos falando .. .
Cray
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Resistor: I ^ 2 * R --- Dc / Dc: Pin (1-eficiência)
clabacchio

Respostas:

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Sim, desperdiça energia, mas na maioria das vezes não é energia suficiente para importar.

Nos casos em que a eficiência é importante, você usa outros meios mais complicados. Por exemplo, dê uma olhada no esquema do meu projeto de exemplo KnurdLight . Isso funciona com bateria e quase toda a energia está sendo usada nos LEDs. Neste caso, usei um conversor de impulso que regulava diretamente a corrente do LED em vez de uma fonte de alimentação normal que regula a tensão. Não existe um resistor em série para fazer uma fonte de tensão fixa parecer pelo menos parcialmente uma fonte de corrente, porque a fonte de alimentação é uma fonte de corrente em primeiro lugar. O R6 está em série com a sequência de LEDs, mas tem apenas 30 Ω e serve para detectar a corrente, para que o conversor de impulso possa regulá-la.

Olin Lathrop
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Seus links são interessantes ... O Google Chrome me avisa: "O site a seguir contém programas perigosos - invasores no www.embedinc.com podem tentar induzi-lo a instalar programas que prejudicam sua experiência de navegação (por exemplo, alterando sua página inicial ou mostrando anúncios extras nos sites visitados) ".
precisa saber é o seguinte
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@ Blup: Sim, eu sei. Google está errado. Este é um falso positivo. Nunca instalamos nada no seu navegador, nunca exibimos nada, incluindo anúncios, e todo o nosso software é executado como EXEs auto-extraíveis que você deve escolher explicitamente para executar.
Olin Lathrop
Quem votou mal, o que exatamente você acha que está errado?
precisa saber é o seguinte
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Por que resistores?

A razão pela qual usamos resistores para definir a corrente do LED é que um LED é um diodo e, como a maioria dos diodos, apenas parece uma queda de tensão quando polarizado para a frente. Há muito pouco para controlar a corrente se conectado a uma fonte de tensão; a inclinação do gráfico V / I é tão acentuada que uma alteração de 0,1 V na tensão do diodo pode significar uma alteração de 10X na corrente. Portanto, uma conexão direta a uma fonte sem um mecanismo de limitação de corrente viável provavelmente destruirá o LED. Então, colocamos um resistor lá para tornar a inclinação rasa o suficiente para controlar a corrente.

Normalmente, você descobre quanta corrente deseja no LED com base em algumas medições de brilho da folha de dados ou compra uma e adivinha. Para LEDs indicadores típicos, começo com 2 mA para LEDs normais ou 0,5 mA para LEDs de alta eficiência e geralmente preciso reduzir ainda mais a corrente.

Depois de escolher uma corrente, você obtém a tensão da sua fonte (VS) e a tensão direta do LED na sua corrente (VF), tente obter isso no gráfico da folha de dados e não na tabela, que normalmente é caracterizada como 10 mA ou mais) e conecte-os à seguinte equação para obter sua resistência:

R = (VS - VF) / I

Derivação: Dado que a queda de tensão no resistor é VR = I * R(Lei de Ohm), que a corrente no circuito é constante (Lei de Correntes de Kirchoff) e que a tensão da fonte é igual a VF + VR(Lei de Tensão de Kirchoff):

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

LEDs de alta potência

Para aplicações em que o desperdício de energia é um problema, como em aplicações de iluminação em larga escala, você não usa um resistor, mas usa um regulador de corrente para definir a corrente do LED.

Esses reguladores de corrente funcionam como comutadores de tensão, exceto que, em vez de dividir a tensão de saída e comparar com uma referência e ajustar a saída, eles usam um elemento sensor de corrente (transformador de detecção de corrente ou resistor de baixo valor) para gerar a tensão que é comparado com a referência. Isso pode lhe proporcionar muita eficiência, dependendo da perda do elemento de comutação e da frequência de comutação. (As frequências mais altas reagem mais rapidamente e usam componentes menores, mas são menos eficientes.)

Mike DeSimone
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Quando um LED é acionado com um resistor, é necessário que a tensão de alimentação seja maior que a queda direta do LED; a corrente consumida no fornecimento será igual à corrente através do LED. A porcentagem de energia fornecida ao LED corresponderá à razão entre a tensão direta do LED e a tensão de alimentação.

Existem outras maneiras de acionar os LEDs que funcionarão com tensões de alimentação abaixo da queda direta do LED ou que consumirão menos corrente do suprimento do que as que passam pelo LED. Tais técnicas podem, por exemplo, reduzir pela metade a corrente extraída de uma fonte de 5 volts para alimentar 20 mA através de um LED de 2 volts, mas o circuito necessário quase certamente será mais caro que um resistor. Em muitas situações, mesmo usando baterias, a energia consumida por um LED representará uma pequena fração do uso geral de energia; mesmo que se pudesse reduzir o consumo de energia relacionado ao LED em 99% usando apenas US $ 0,05 em circuitos extras, as economias não valeriam o custo quando comparadas com o simples uso de um resistor e a aceitação da eficiência abaixo do ideal.

supercat
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Você queria um cálculo. Aqui está a forma básica do cálculo.

Um LED vermelho típico tem uma queda de tensão direta de 1.8 V, e uma corrente contínua máxima de aproximadamente 20 mA.

Agora, qual é a nossa voltagem? Digamos que queremos usar uma fonte de 3 V.

Portanto, teremos uma queda de tensão 3.0 V - 1.8 V = 1.2 Vacima do nosso resistor. A corrente através do resistor será 20 mA, então nossa potência é 1.2 V * 20 mA = 24 mW. Isso não é realmente muita energia, embora seja uma fração significativa do consumo de energia do LED. O próprio LED usa1.8V * 20mA = 36 mW.

Kevin Cathcart
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Em outras palavras, para cada 3 watts de energia útil fornecidos ao LED, você está gastando 2 watts de energia como calor.
Rjmunro 28/03
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Nesse cenário em particular, sim. Em outros cenários, você poderia gastar muito menos energia. Se sua tensão for alta o suficiente, você também pode colocar mais de um LED em série, o que permite que eles compartilhem um único resistor (mas exige que ambos estejam ligados ou desligados ao mesmo tempo). Nesse caso, sua porcentagem de resíduos pode cair substancialmente. Lembre-se também de que o lúmen por watt de LEDs, mesmo ao incluir a perda do resistor, ainda é muito melhor do que a maioria das alternativas. A opção não é resistor ou nenhum resistor, mas (LED + resistor) vs (sem LED) vs (outra fonte de luz).
precisa
Bom exemplo, votou em você.
Cray
Lembre-se de que a corrente citada na folha de dados geralmente é a que mais a parte manipulará. Isso gerará uma grande quantidade de luz, geralmente para fins de iluminação (por exemplo, lanterna), mas difícil de olhar se você quiser um monitor ou indicador. (As correntes de exibição são geralmente muito, muito menores. Neste exemplo, eu apostaria que 1-2 mA seriam suficientes.) Além disso, como em outras folhas de dados de semicondutores, a corrente máxima pode ser válida apenas com um dissipador de calor infinito (por exemplo, banho de água) e pode gerar calor suficiente para destruir a peça sem um dissipador de calor.
Mike DeSimone
Para os LEDs, a corrente contínua máxima normalmente não assume um dissipador de calor, pois o plástico que envolve o LED é um mau condutor de calor, tornando o dissipador de calor bastante ineficaz. Mas você está certo de que, no projeto de circuitos, você realmente deve atingir uma corrente mais baixa. No entanto, muitas vezes vejo projetos executando LEDs de 20mA a 15mA ou mais, mesmo para fins de indicador. Em geral, seria melhor escolher a corrente, resultando no brilho desejado.
21412 Kevin Kathcart
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Sim, desperdiça energia. Por outro lado, na produção em volume, um resistor custa uma fração de um centavo (US $ 0,01 para o nosso pessoal internacional). Quando a análise de custo / benefício / dificuldade é feita, um resistor simples começa a parecer realmente bom.


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E o custo da perda de eletricidade?
Qwerty
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A energia desperdiçada geralmente é muito pequena (dezenas de miliwatts) se você estiver dirigindo o LED com 5 V ou uma voltagem igualmente pequena.

Claro, é um problema nos sistemas em que você possui baterias de capacidade limitada, mas outros esquemas (como drivers de LED usando PWM ) são usados.

Renan
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Não existe algo como "corrente desperdiçada". A corrente através do resistor é a mesma corrente que acende o LED, portanto não é desperdiçado. O que você quer dizer é "desperdício de energia / energia".
28512 stevenvh
@ décimo primeiro, de fato. Editará minha postagem.
Renan
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Sim e não. Quando a corrente passa pelo resistor, gera calor e, portanto, desperdiça energia. No entanto, se você retirasse o resistor (e, portanto, dirigisse o LED a uma voltagem mais alta), estaria dirigindo mais corrente pelo circuito e, assim, queimando mais energia do que com o resistor no lugar.

Lembre-se de que, com tensão constante, a corrente é inversamente proporcional à resistência. Quanto mais resistência você alinha no circuito, menos corrente você passa e, portanto, menos energia você consome. Assim, enquanto o próprio resistor desempenha um papel na geração de calor no circuito, sua presença ali significa realmente que menos calor será gerado no geral.

tylerl
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Bem, como eu entendo agora, o problema sem resistores é que não há uma maneira barata de controlar a tensão e que sem ela os LEDs simplesmente queimarão. Os resistores não são usados ​​nesses circuitos para limitar a corrente, a fim de economizar energia, mas para impedir a queima do circuito.
Cray
@ Cray: Não é a queda de tensão que mata os LEDs, é o calor do fluxo atual. A resolução da queda de tensão apropriada torna a matemática mais simples, mas não é o fator crítico na física de tudo. A resistência interna de um LED diminui à medida que a tensão através dele aumenta, então é difícil tentar calcular as contas sem um resistor tradicional no circuito (e sim, é claro que um LED tem resistência interna; não é um supercondutor).
tylerl
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Eu faço teste matemático. Eu uso fonte de 12V e conecto 3 diodos Led com resistores. Esse diodo com Resistor tem 12V, o próximo diodo com Resistor I liga também a 12V e o último também. Na fonte eu tenho 60mA. O resistor tem queda de tensão de 9V e o consumo de energia foi de 540mW total. Independentemente de P = V * II, obtém algo de 720mW total na fonte.

Mas quando eu conecto diodos na string e adiciono ao Resistor, o consumo total de energia era de apenas 240mW na fonte. Eu uso diodos 3V 20mA.

Sims, o que é melhor é usar a fonte de tensão o mais baixa possível, para ter consumo de energia apenas lá onde queremos. Ou use uma série de diodos de led para maior voltagem. É por isso que temos no computador tantas saídas com tensões diferentes do transformador.

Ou outra ideia. Temos fonte de 9V, e eu conecto um diodo de 3V e preciso usar o Resistor para reduzir a tensão. A potência total será de 180mW Onde o diodo levará apenas 60mW Mas quando eu conecto os diodos da cadeia de caracteres 3d, ainda tenho 180mW .

Parece que é melhor usar string em vez de conectar cada uma à fonte.

Krzysztof
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Não há como evitar a perda de energia apenas com um circuito CC ativo passivo ou linear. O motivo é que a eficiência é determinada por duas coisas:

  1. A tensão de alimentação
  2. A corrente de LED

Não importa o que você coloca entre o LED e o suprimento. Pode ser um resistor, alguns diodos, um regulador linear ou uma fonte de corrente baseada em transistor. Se o LED precisar de 10 mA para o brilho desejado e você tiver uma fonte de 5 V, estará queimando 50 mW no total. Período.

Com uma tensão de alimentação fixa e uma corrente fixa de LED, sua única opção para aumentar a eficiência é colocar vários LEDs em série. Se você possui uma fonte de 5 V e a queda de tensão dos LEDs é de 2 V a 10 mA, você pode colocar duas em série. Isso vem com uma limitação - você não poderá alternar os LEDs independentemente.

Se você tem controle sobre a fonte de alimentação, há outras coisas que você pode fazer. Se as tensões de sua fonte forem derivadas de uma fonte CA, você poderá adicionar um enrolamento ao transformador para criar uma fonte de LED de baixa tensão. Se você tiver apenas uma fonte CC, poderá usar um conversor de comutação para gerar uma tensão mais baixa. No entanto, nenhum deles é terrivelmente prático. Se você estiver ficando sem energia CA, provavelmente não estará preocupado com a eficiência de algumas luzes indicadoras. E os reguladores de comutação de alta eficiência são caros e propensos a problemas.

Os LEDs normalmente consomem apenas uma pequena fração da corrente total de um sistema. Raramente vale a pena o esforço ou a despesa de adicionar uma fonte de alimentação separada apenas para eles.

Adam Haun
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"Se o LED precisar de 10 mA para o brilho desejado e você tiver uma fonte de 5 V, estará queimando 50 mW no total. Período.". Certamente você está respondendo a outra pergunta. É claro que é óbvio que, se a luz for emitida, ela precisará de energia da fonte de energia. A questão é sobre a energia desperdiçada no calor nos resistores que são muito usados. Também nos casos em que os LEDs são usados ​​para iluminação, eles podem consumir não uma fração pequena, mas a maior parte da corrente total do sistema.
Cray
@ Cray: Se o LED tiver 10mA passando e a fonte for 5V, se um estiver usando um circuito linear, a dissipação total de energia será de 50mW. A quantidade de energia dissipada no resistor versus o LED dependerá da queda de tensão do LED, mas a energia total será definida pela tensão de alimentação e pela corrente do LED.
Supercat 23/07
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Não pense em um resistor como um dissipador de energia que desvia eletricidade (corrente). Alguma energia é perdida na forma de calor, sim, mas não muito (em geral). Usando a analogia da água, pense no resistor como fazendo a mangueira pela qual a corrente flui menor. Dada a mesma força inicial (tensão), a quantidade de eletricidade que pode fluir (corrente) é reduzida. isso reduz a força disponível na extremidade de saída da mangueira (conhecida como queda de tensão).

Tony Schwartz
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