เมื่อใดและเพราะเหตุใด LED จึงต้องใช้ตัวต้านทานจำกัดกระแสไฟ?

หากคุณทำงานกับวงจรที่เกี่ยวข้องกับ LED- คุณอาจเคยเห็นคำแนะนำหรือการแจ้งเตือนให้ใช้ตัวต้านทานจำกัดกระแสเสมอ
จากมือใหม่หัด DIY ไปจนถึงผู้ออกแบบและก่อสร้างไฟ LEDเราได้สร้างคู่มือนี้ขึ้นมาเพื่อช่วยให้ทุกคนเข้าใจได้อย่างถ่องแท้ว่าเมื่อใด ทำไม และวิธีการเลือกตัวต้านทานจำกัดกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสม

การออกแบบวงจรรอบๆ ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์แบบพาสซีฟ เช่น LED ต้องใช้ความรู้เกี่ยวกับเส้นโค้ง I-V (กระแสเทียบกับแรงดันไฟฟ้า) เช่นเดียวกับส่วนประกอบอื่นๆ
แน่นอนอันนำโดยพื้นฐานแล้วคือไดโอดที่มีเส้นโค้ง I- V ไม่เป็นเชิงเส้น กล่าวอีกนัยหนึ่งความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันอินพุตและกระแสอินพุตไม่เป็นไปตามเส้นทางเชิงเส้น
ตัวอย่างเช่น พิจารณากระแสไปข้างหน้าที่ 2.7 V- ประมาณ 20 mA การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็น 2.8 V คูณ 0.1 V ทำให้กระแสไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นประมาณ 30 mA ถึง 50 mA กระแสไปข้างหน้าเพิ่มขึ้น 35 mA ถึง 85 mA ถ้าเราเพิ่มเป็น 2.9 V อีก 0.1 V
อัตราการเพิ่มขึ้นของกระแสไปข้างหน้าก็เพิ่มขึ้นเช่นกันเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ความแปรผันเล็กน้อยของแรงดันไปข้างหน้าสามารถนำไปสู่ความแปรผันของกระแสไปข้างหน้าที่มีขนาดใหญ่มาก
ดังนั้นไดรเวอร์ LED กระแสคงที่จึงเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการขับเคลื่อน LED เนื่องจากไดรเวอร์ทำงานที่กระแสเดียวและเปลี่ยนแรงดันเอาต์พุตให้ตรงกัน ดังนั้นจึงรับประกันความเสถียรของกระแสไปข้างหน้า ไม่จำเป็นต้องมีตัวต้านทานจำกัดกระแสภายใต้อินพุตกระแสคงที่
หากคุณใช้แหล่งพลังงานไฟฟ้าแรงดันคงที่ คุณควรทำอย่างไร?
ในทางกลับกัน แหล่งพลังงานกระแสคงที่มักจะมีราคาสูงกว่าและปรับตัวได้น้อยกว่า ผลิตภัณฑ์แถบ LED เกือบทั้งหมดและโมดูลอื่นๆ จึงทำงานโดยใช้อินพุตแรงดันไฟฟ้าคงที่
แหล่งจ่ายไฟแรงดันคงที่คงที่ในระดับแรงดันเอาต์พุต สามารถสร้างกระแสเอาต์พุตในระดับใดก็ได้ระหว่าง 0 mA และพิกัดสูงสุด ซึ่งอาจสูงกว่าพิกัดสูงสุดสำหรับ LED และระบบ LED
อย่างไรก็ตาม ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ อินพุตกำลังไฟฟ้าแรงดันคงที่จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนเพิ่มเติมเพื่อให้สามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยกับระบบ LED เนื่องจากการเชื่อมต่อแบบไม่เชิงเส้นระหว่างกระแสไปข้างหน้าและแรงดันไปข้างหน้า ด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้:
แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED ไม่สอดคล้องกับระดับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟเสมอไป ตัวอย่างเช่น ขึ้นอยู่กับข้อมูลจำเพาะ LED เดียวกันกับข้างต้น หากคุณมีแหล่งจ่ายไฟแรงดันคงที่ 3.0 V กระแสไฟตรงจะถูกจำกัดไว้ที่ 135 mA
โดยใช้แหล่งพลังงานเดียวกัน แล้วถ้าเราต้องการดำเนินการจะเป็นอย่างไรนำที่ 20 mA? LED ต้องการเพียง 2.7 V ไม่ใช่ 3.0 V แต่เนื่องจากหน่วยจ่ายไฟส่วนใหญ่ไม่มีตัวเลือกเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าแบบแปรผัน หน่วยจ่ายไฟโดยตัวมันเองไม่สามารถผลิต 2.7 V ที่ LED ได้

วิธีแก้ไขคือการต่อตัวต้านทานอนุกรมกับ LED และปล่อยให้แรงดันไฟฟ้า "ลดลง" ไปที่ LED 0.3 V
เราจะหาค่าของตัวต้านทานได้อย่างไร? เมื่อใช้กฎของโอห์ม ซึ่งบอกว่า V=IR เราจะแทนที่ V ด้วย 0.3V (แรงดันไฟฟ้าตก) และ I ด้วย 0.02A (กระแสไปข้างหน้าที่ต้องการ) การแก้หา R จะได้ 15 โอห์ม
การคำนวณที่คล้ายกันสามารถทำได้โดยไม่คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง-เช่นแถบ LED 12V และ 24V.
ความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการตั้งค่าการผลิตจำนวนมาก และนำไปสู่ถังแรงดันไฟฟ้าหลายถัง ตามหลักการแล้ว LED จากถังแรงดันไฟฟ้าทุกถังจะมีการจับคู่ค่าตัวต้านทานที่แตกต่างกันซึ่งคำนวณเพื่อรับประกันการดึงกระแสไปข้างหน้าเหมือนกัน โดยไม่ขึ้นอยู่กับถังแรงดันไฟฟ้า LED มิฉะนั้น ความแตกต่างที่มากขึ้นในการดึงกระแสไปข้างหน้า-และความสว่าง-ก็อาจเกิดขึ้นได้
ทุกบรรทัดข้างต้นแสดงถึงถังแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ต้องใช้ข้อกำหนดของตัวต้านทานที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าต่างๆ ที่จำเป็นเพื่อให้ได้กระแส 60 mA เท่ากันสำหรับถัง LED ทั้งหมด

ตามที่เราสังเกต LED แสดงความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นระหว่างกระแสไปข้างหน้าและแรงดันไปข้างหน้า ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยอาจทำให้กระแสไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งอาจทำให้เกิดกระแสเกินและอุปกรณ์ขัดข้องได้
ตัวต้านทานต่างจากไดโอดตรงที่ตัวต้านทานมีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงระหว่างแรงดันไปข้างหน้าและกระแสไปข้างหน้า (ตามที่ระบุโดยกฎของโอห์ม)
ดังนั้นโดยไม่คำนึงถึงระดับแรงดันไฟฟ้า การเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าจะทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของกระแสไปข้างหน้าเช่นเดียวกัน เมื่อรวมเข้ากับวงจร LED คุณลักษณะของตัวต้านทานนี้สามารถช่วยชดเชยผลที่ตามมาจากแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นได้

แหล่งพลังงานที่ไม่-เสถียรและมีสัญญาณรบกวนหรือระลอกคลื่นที่โดดเด่นคือตัวเลือกแรก หากแหล่งจ่ายไฟแรงดันคงที่สร้างกระแส DC ที่ไม่เสถียร แรงดันไปข้างหน้าและสไปค์ไม่ต่อเนื่อง - และตัวต้านทานจำกัดกระแสจะช่วยควบคุมสไปค์กระแสไปข้างหน้าที่เกี่ยวข้อง
ประการที่สองความสอดคล้องและแพร่หลายมากขึ้นคือคุณสมบัติของอุปกรณ์ LED เอง
หากเรารักษากระแสไปข้างหน้าให้คงที่ แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED จะลดลงเมื่ออุ่นขึ้น เอกสารข้อมูลทางเทคนิคของ LED มักแสดงสิ่งนี้ในอุณหภูมิต่อไปนี้เทียบกับแผนภูมิการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า:
การออกแบบวงจรกระแสคงที่จะได้รับประโยชน์จากความรู้นี้ เนื่องจากจะแจ้งให้เราทราบถึงช่วงที่แท้จริงของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าที่เราสามารถสังเกตได้ในระบบ แต่ขอย้ำแนวคิดเดียวกันจากมุมมองแรงดันไฟฟ้าคงที่:
หากเรารักษาแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าให้คงที่ กระแสไฟไปข้างหน้าของ LED จะเพิ่มขึ้นเมื่อได้รับความร้อน
ประการแรกและสำคัญที่สุด การกระจายพลังงานทั้งหมดของ LED จะเป็นตัวกำหนดการผลิตความร้อน ดังนั้น ความจริงที่ว่ากระแสไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอาจเป็นหายนะได้ เนื่องจากกระแสไปข้างหน้าที่มากขึ้นจะทำให้อุณหภูมิของ LED สูงขึ้น ดังนั้นกระแสไปข้างหน้าจึงเพิ่มขึ้นในวงจรป้อนกลับเชิงบวก อย่างดีที่สุด สิ่งนี้เรียกว่าการหนีความร้อนของระบบ LED ซึ่งจะทำให้เกิดความล้มเหลวร้ายแรง และอาจเกิดเพลิงไหม้และควันได้
ด้วยเส้นโค้ง IV เชิงเส้น ตัวต้านทานจำกัดกระแสจะช่วยชดเชยผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ เมื่อสัมพันธ์กับอุณหภูมิแล้ว ตัวต้านทานจะทำหน้าที่ตรงกันข้ามกับอุณหภูมิไฟ LED- เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
บางคนเรียกตัวต้านทานที่ใช้ในลักษณะนี้ว่าตัวต้านทานแบบบัลลาสต์เนื่องจากคุณลักษณะที่ตรงไปตรงมาแต่มีประโยชน์นี้

เนื่องจากได้รับการควบคุมในปัจจุบัน- อุปกรณ์ LED จึงตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าได้ไม่ดีนัก
อาคารอันระบบแอลอีดีการใช้แหล่งพลังงานแรงดันไฟฟ้าคงที่หมายความว่าคุณต้องพร้อมที่จะใช้ตัวต้านทานจำกัดกระแสเพื่อรับประกันการทำงานของอุปกรณ์ LED อย่างปลอดภัยและมีเสถียรภาพ

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd ก่อตั้งขึ้นในปี 2010 เป็นองค์กรเทคโนโลยีชั้นสูง-ระดับประเทศที่รวมการออกแบบ การวิจัยและพัฒนา การผลิต และการขายผลิตภัณฑ์แสงสว่างในร่มและกลางแจ้ง และยังสามารถทำ OEM,ODM สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อเสนอของเรา โปรดติดต่อเราที่bwzm18@ledbenweilighting.com