Jeder LED-Schaltkreis benötigt einen strombegrenzenden Widerstand – lassen Sie ihn weg und Ihre LED brennt in Sekundenschnelle durch. In diesem Leitfaden wird erklärt, warum der Widerstand nicht verhandelbar ist, wie man die richtige Nennleistung auswählt und was der Rechner tatsächlich berechnet, wenn er einen Standardwert der E-Serie vorschlägt.
Warum LEDs Widerstände brauchen
Im Gegensatz zu Glühlampen haben LEDs einen sehr geringen Innenwiderstand und weisen eine scharfe Strom-Spannungs-Kennlinie auf – ein geringfügiger Spannungsanstieg erzeugt einen großen Stromstoß. Bei direktem Anschluss an eine Stromversorgung ohne Vorwiderstand strömt Strom durch die LED, der weit über den Nenngrenzwert hinausgeht, was zu einem sofortigen oder vorzeitigen Ausfall durch Überhitzung führt. Ein Vorwiderstand begrenzt den Strom auf den im LED-Datenblatt angegebenen sicheren Betriebsbereich, normalerweise 20 mA für standardmäßige 5-mm-Anzeige-LEDs.
Der Widerstand absorbiert die Spannungsdifferenz zwischen Ihrer Versorgung und der Durchlassspannung der LED. Für eine 5-V-Versorgung und eine rote LED mit einem Vorwärtsabfall von 2 V muss der Widerstand 3 V bei 20 mA bewältigen. Das Ohmsche Gesetz ergibt R = 3 V / 0,020 A = 150 Ohm. Dies ist ein einfacher, zuverlässiger Ansatz für einzelne LEDs und kleine Strings. Wenn Sie mehrere LEDs in Reihe schalten, addieren Sie die Durchlassspannung jeder LED, bevor Sie sie von der Versorgungsspannung subtrahieren, und wenden Sie dann dieselbe Formel an.
Auswahl der richtigen Nennleistung
Die Nennleistung eines Widerstands (in Watt) gibt an, wie viel Wärme er dauerhaft sicher abführen kann. Eine Überschreitung dieser Nennleistung verschlechtert den Widerstand und kann zum Ausfall des Widerstands oder zu einem Brandrisiko führen. Die Verlustleistung eines strombegrenzenden Widerstands beträgt P = (V_supply − V_forward) × I_forward. Für eine 5-V-Versorgung, eine rote LED und einen Zielstrom von 20 mA sind das (5 − 2) × 0,020 = 0,06 W – deutlich innerhalb der thermischen Grenze eines standardmäßigen 1/4-W-Widerstands.
Als Faustregel gilt, einen Widerstand mit einer Nennleistung von mindestens dem Doppelten der berechneten Verlustleistung auszuwählen, um ihn kühl zu halten und seine Lebensdauer über Jahre hinweg im Dauereinsatz zu verlängern. Bei einer berechneten Leistung von 60 mW erfüllt ein 1/8-W-Widerstand (125 mW) technisch gesehen die 2×-Regel, ein 1/4-W-Widerstand bietet jedoch mehr Spielraum und kostet das Gleiche. Für Hochleistungs-LED-Treiber, bei denen der Widerstand eine Verlustleistung von über 0,5 W aufweist, verwenden Sie einen Leistungswiderstand mit ausreichender Wärmeableitung anstelle eines Standard-Kohlenstofffilmteils, das überhitzt und ausfällt.
So funktioniert der LED-Widerstandsrechner
Der Rechner wendet die Formel R = (V_supply − V_forward × N) / I_forward an, wobei N die Anzahl der in Reihe geschalteten LEDs ist. Anschließend wird der nächstgelegene Standard-E24- oder E96-Widerstandswert ermittelt, der gleich oder größer als der exakt berechnete Widerstand ist, um sicherzustellen, dass Sie den Strom niemals unterschreiten. Das Abrunden auf einen kleineren Standardwert würde mehr Strom als vorgesehen ermöglichen und die LED-Lebensdauer verkürzen.
Die Leistungsempfehlung verwendet P = (V_supply − V_forward × N) × I_forward und wählt dann die nächsthöhere Standard-Wattleistungsstufe (1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1 W, 2 W) über dem Doppelten der berechneten Verlustleistung aus. Das Toleranzanalysefeld zeigt den Strombereich an, den Sie angesichts der Nenntoleranz Ihres Widerstands erwarten können – nützlich, wenn Sie LEDs für eine gleichmäßige Helligkeit anpassen. Verwenden Sie für parallele LED-Stränge einen separaten Widerstand pro Zweig anstelle eines gemeinsamen Widerstands, da Komponentenvariationen zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung über die Zweige führen.