|
|
Minimale led serieweerstand berekenenUit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom
InleidingEr bestaan LEDs met draadjes er aan gemonteerd, welke in een print gestoken worden, en er bestaan SMD-LEDs, welke rechtstreeks op de print gemonteerd worden. Bij LEDs moet u dus een voorschakelweerstand toepassen, om de stroom door de LED te beperken. Gebruikt u géén voorschakelweerstand (of een weerstand met een te lage waarde), dan gaat de LED meteen naar de eeuwige elektronische jachtvelden, ofwel de LED raakt gegarandeerd defect!! De term 'voorschakelweerstand' zou tot verwarring kunnen leiden. Beter zou het zijn om van 'serieweerstand' te spreken. Het is namelijk een weerstand die altijd in serie met een ander onderdeel geschakeld wordt.
- Ten eerste;
Minimale waarde van de voorschakelweerstand
Om er voor te zorgen dat de stroom door de LED niet te hoog kan worden, zal de voorschakelweerstand een bepaalde minimale waarde moeten hebben. Die minimale weerstandwaarde dient er voor dat de maximale stroom door de LED of LEDs niet wordt overschreden.
De formule voor het berekenen van de weerstandwaarde is: R = U / I, ofwel; weerstand is spanning gedeeld door stroom (V/I = Ω). We hebben nu een aantal gegevens voor de berekening:
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we: R = (U - ULed) / ILed ofwel R = 14,6 / 0,02 (V/I = Ω) De uitkomst is dan: 730 Ω (Ohm). De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 820 Ω. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een koolfilmweerstand van 820 Ω of een metaalfilmweerstand van 750 Ω We zien dus in bovenstaande voorbeeldberekening dat, bij een voedingsspanning van 16 Volt, en een maximale stoom van 20 mA, de minimale waarde van de voorschakelweerstand 730 Ω moet zijn. Een maximale waarde is niet te berekenen, want dat is een kwestie van gewoon uitproberen. Wanneer de weerstandswaarde te hoog gekozen wordt, geeft de LED gewoon geen licht meer. Het enige waar u dus rekening mee moet houden, is de minimale waarde van de voorschakelweerstand. Dus alle waarden tussen de berekende 730 Ω, en de experimenteel vastgestelde maximumwaarde kunt u toepassen. Het toepassen van de maximaal toelaatbare stroomsterkte houdt echter een groot risico in. Zodra de voedingsspanning ook maar even iets hoger wordt dan de gemeten waarde, zal de LED-stroom sterk toenemen en zit u (of beter gezegd, de LED) meteen in de gevarenzone!
De praktijkIn de praktijk zullen we voor de locomotiefverlichting geen 20 mA door de LEDs sturen. We hoeven namelijk als frontverlichting van de loc geen vérstralers te hebben en aan de achterzijde hoeft de verlichting ook niet zo sterk te branden als aan de voorzijde. Voor de frontverlichting is een stroom van 10 mA al ruim voldoende. Bij de achterverlichting gaan we uit van 8 mA. Bij een dergelijke stroom geven de moderne LEDs een zee van licht. Ook bij interieurverlichting van rijtuigen moet u altijd in gedachten houden dat het meestal helemaal niet fraai is om de maximaal toegelaten stroom op de binnenverlichting of om het even welke LED te zetten. Hier een rekenvoorbeeld, waarbij we ervan uitgaan dat de decoder een spanning afgeeft van 18 Volt. We berekenen nu een voorschakelweerstand voor een LED-stroom van 10 mA.
We hebben nu weer twee waarden voor de formule. Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we: R = (U - ULed) / ILed ofwel R = 16,6 / 0,01 De uitkomst is dan: 1660 Ω De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 1800 Ω. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een koolfilmweerstand van 1800 Ω (1K8) of een metaalfilmweerstand van 1690 Ω (1K69).
We hebben nu weer een aantal gegevens voor de berekening:
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we: R = (U - ULed) / ILed ofwel R = 14,9 / 0,01 De uitkomst is dan: 1490Ω We zien in bovenstaande berekening dat, bij een voedingsspanning van 18 Volt, en een maximale stoom van 10 mA, de waarde van de voorschakelweerstand 1490Ω is. De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 1500Ω. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 1K5.
Twee LEDs in serie
Bij twee LEDs in serie voor de frontverlichting, moet u twee maal de stapspanning nemen en gaat de berekening als volgt:
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we: R = (U - ULed) / ILed ofwel R = 15,2 / 0,01 De uitkomst is dan: 1520 Ω De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 1600 Ω. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een koolfilmweerstand van 1600 Ω (1K6) of een metaalfilmweerstand van 1540 Ω (1K54). Voor de achterverlichting, met twee LEDs in serie, komen we bij een stroom van 8 mA op een weerstandswaarde van 1900 Ω. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een metaalfilmweerstand van 1910 Ω of 1960 Ω (ofwel 1K91 of 1K96).
De High Efficiency/Low Current LEDEen High Efficiency/Low Current LED geeft bij ongeveer 2 mA al een zee van licht. Stel, we hebben een voedingsspanning van 16 Volt. In het volgende rekenvoorbeeld is de stapspanning over de LED (volgens de datasheet) ongeveer 3,2 Volt. We hebben nu weer een aantal gegevens voor de berekening:
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we: R = (U - ULed) / ILed ofwel R = 12,8 / 0,002 De uitkomst is dan: 6400 Ω We zien in bovenstaande voorbeeldberekening, dat bij een voedingsspanning van 16 Volt, en een maximale stoom van 2 mA, de waarde van de voorschakelweerstand 6400 Ω is. De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 6800 Ω. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 6K8.
Wanneer u drie LEDs in serie wilt gaan gebruiken, zult u weerstand R1 opnieuw moeten berekenen. We hebben nu namelijk een spanningsverschil van drie maal de drempelspanning over de LED's staan. Over de LEDs valt nu 3 x 2 = 6 Volt. We moeten dus 12,6 - 6 = 6,6 Volt 'wegwerken' met R1. Volgens de formule R = U / I komen we nu tot: R = 6,6 / 0,002. R1 = 3300Ω. De eerstvolgende hogere waarde in de E-Reeks is 3900Ω. We nemen dus bij de drie LEDs in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 3K9.
Wanneer u drie LEDs in serie wilt gaan gebruiken, zult u weerstand R1 opnieuw moeten berekenen. We hebben nu namelijk drie maal de drempelspanning over de LEDs staan. Over de LEDs valt nu bijv. 3 x 2 = 6 Volt. We moeten dus 17,5 - 6 = 11,5 Volt 'wegwerken' met R1. Volgens de formule R = U / I komen we nu tot: R = 11,5 / 0,002. R1 = 5750Ω. De eerstvolgende hogere waarde in de E-Reeks is 5760Ω. We nemen dus bij drie LEDs een weerstand van 5K76.
Wanneer u drie LEDs in serie wilt gaan gebruiken, zult u weerstand R1 opnieuw moeten berekenen. We hebben nu namelijk drie maal de drempelspanning over de LEDs staan. Over de LEDs valt nu bijv. 3 x 2 = 6 Volt. We moeten dus 12 - 6 = 6 Volt 'wegwerken' met R1. Volgens de formule R = U / I komen we nu tot: R = 6 / 0,002. R1 = 3000Ω. De eerstvolgende hogere waarde in de E-Reeks is 3010Ω. We nemen dus bij de drie LEDs in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 3K01.
Berekening van de belastbaarheid van de voorschakelweerstandDe belastbaarheid ofwel 'het vermogen' van de voorschakelweerstand berekent u met de volgende formule: P = U x I. Hierbij is P het vermogen, U de voedingsspanning en I de stroomsterkte. (rekenvoorbeeld 1, standaard LED)
P = U × I, dus P = 14,6 × 0,01 = 0,146 Watt. (afgerond 0,15 Watt) Een weerstand met een belastbaar vermogen van ¼ Watt (éénvierde) Watt is in dit rekenvoorbeeld voldoende.
P = U × I, dus P = 12,8 × 0,002 = 0,0256 Watt. Een weerstand met een belastbaar vermogen van ⅛ (éénachtste) Watt is in dit rekenvoorbeeld dus meer dan voldoende.
Berekening van de belastbaarheid van de voorschakelweerstand bij een hogere spanningRekenvoorbeeld:
P = U × I, dus P = 15,1 × 0,01 = 0,151 Watt (afgerond 0,16 Watt) We gebruiken in dit rekenvoorbeeld dus een weerstand met een belastbaarheid van ¼ (0,25) Watt.
Koolfilm of metaalfilm?Er zijn twee typen weerstanden in de handel verkrijgbaar; koolfilm en metaalfilm. Voor toepassingen met LEDs voldoet een koolfilmweerstand prima. Probleem is alleen dat de weerstandwaarden in de E12 en E24-reeksen nogal ver uit elkaar liggen. Bij de (iets duurdere) metaalfilmweerstanden zijn in de E48, E96 en E192-reeksen vaak weerstandwaarden te vinden die dichter in de buurt van de berekende waarden liggen. Als laatste nog even dit: Zoals u ziet wordt hierboven altijd naar de eerstvolgende hogere waarde in de E-reeks verwezen. De reden waarom in de elektronica altijd de eerstvolgende hogere waarde in de E-Reeks gekozen wordt, is dat weerstanden altijd een bepaalde tolerantie bezitten (bijv. 10 procent in de E-12 Reeks en 5 procent in de E24-Reeks). Door nu de eerstvolgende hogere waarde te nemen voorkomt men dat de stroom door een component (zoals een LED) te hoog kan worden. Bij deze hogere weerstandswaarde loopt er weliswaar iets minder stroom door de LED(s), maar dat is geen enkel probleem. De moderne LEDs geven zoveel licht dat het effect van die iets lagere stroomsterkte verwaarloosbaar is.
Meer informatie
|
|||||||||||||||||||||||||
