Sí, desperdicia energía, pero la mayoría de las veces no es suficiente para importar.

En los casos en que la eficiencia es importante, utiliza otros medios más complicados. Por ejemplo, eche un vistazo al esquema para mi KnurdLight proyecto de ejemplo. Esto funciona con baterías y casi toda la energía está en los LED. En este caso, utilicé un convertidor elevador que regulaba directamente la corriente del LED en lugar de una fuente de alimentación normal que regula el voltaje. No hay una resistencia en serie para hacer que una fuente de voltaje fijo se vea, al menos parcialmente, como una fuente de corriente porque la fuente de alimentación es una fuente de corriente en primer lugar. R6 está en serie con la cadena de LED, pero es solo de 30 y sirve para detectar la corriente de modo que el convertidor de refuerzo pueda regularlo.

¿Por qué resistencias?

La razón por la que usamos resistencias para configurar la corriente del LED es que un LED es un diodo, y como la mayoría de los diodos, solo se ve como una caída de voltaje cuando está polarizado en forma directa. Hay muy poco para controlar la corriente si está conectado a una fuente de voltaje; la pendiente del gráfico V / I es tan pronunciada que un cambio de 0.1 V en el voltaje del diodo podría significar un cambio de 10X en la corriente. Por lo tanto, una conexión directa a un suministro sin un mecanismo de limitación de corriente viable probablemente destruirá el LED. Así que colocamos una resistencia allí para que la pendiente sea lo suficientemente baja como para controlar la corriente.

Por lo general, calcula la cantidad de corriente que desea en el LED según la medición de brillo de la hoja de datos, o compra uno y adivine. Para los LED indicadores típicos, comienzo con 2 mA para LED normal o 0.5 mA para LED de alta eficiencia, y generalmente tengo que reducir la corriente aún más.

Una vez que elija una corriente, tome eso, el voltaje de su fuente (VS) y el voltaje directo de su LED en su corriente (VF, trate de obtener esto del gráfico en la hoja de datos en lugar de la tabla , que normalmente se caracteriza a 10 mA o más), e insértelos en la siguiente ecuación para obtener su resistencia:

R = (VS - VF) / I

Derivación: dado que la caída de voltaje en la resistencia es VR = I * R (Ley de Ohm), que la corriente en el bucle es constante (Ley de corriente de Kirchoff) y que el voltaje de la fuente es igual a VF + VR (Ley de voltaje de Kirchoff):

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

LED de alta potencia

Para aplicaciones donde el desperdicio de energía es un problema, como en aplicaciones de iluminación a gran escala, no usa una resistencia, sino que utiliza un regulador de corriente para configurar la corriente del LED.

Estos reguladores de corriente funcionan como reguladores de voltaje de conmutación, excepto que en lugar de dividir el voltaje de salida y compararlo con una referencia y ajustar la salida, utilizan un elemento sensor de corriente (transformador de sentido de corriente o resistencia de bajo valor) para generar El voltaje que se compara con la referencia. Esto le puede dar mucha eficiencia, dependiendo de la pérdida de elementos de conmutación y la frecuencia de conmutación. (Las frecuencias más altas reaccionan más rápido y usan componentes más pequeños, pero son menos eficientes).

Cuando un LED se acciona con una resistencia, es necesario que la tensión de alimentación sea mayor que la caída directa del LED; la corriente extraída de la fuente será igual a la corriente a través del LED. El porcentaje de alimentación de suministro que va al LED corresponderá a la relación entre la tensión directa del LED y la tensión de suministro.

Hay otras formas de activar los LED que funcionarán con voltajes de suministro por debajo de la caída directa del LED, o que extraerán menos corriente del suministro que la que pasan a través del LED. Tales técnicas pueden p. Ej. reduzca a la mitad la corriente extraída de un suministro de 5 voltios para alimentar 20 mA a través de un LED de 2 voltios, pero el circuito requerido casi seguramente será más costoso que una resistencia. En muchas situaciones, incluso cuando se ejecuta desde baterías, la energía consumida por un LED representará una pequeña fracción del uso de energía en general; incluso si uno pudiera reducir el consumo de energía relacionado con LED en un 99% usando solo $ 0.05 en circuitos adicionales, los ahorros no valdrían la pena en comparación con el simple uso de una resistencia y la aceptación de la eficiencia subóptima.

Querías un cálculo. Aquí está la forma básica del cálculo.

Un LED rojo típico tiene una caída de tensión directa de 1.8 V , y una corriente continua máxima de alrededor de 20 mA .

¿Cuál es nuestro voltaje? Digamos que queremos usar una fuente de 3 V.

Entonces tendremos una caída de voltaje de 3.0 V - 1.8 V = 1.2 V sobre nuestra resistencia. La corriente a través de la resistencia será 20 mA , por lo que nuestra potencia es 1.2 V * 20 mA = 24 mW . Eso no es realmente mucha potencia, aunque es una fracción significativa del consumo de energía del LED. El LED en sí usa 1.8V * 20mA = 36 mW.

Sí, desperdicia energía. Por otro lado, en la producción en volumen, una resistencia costará una fracción de un centavo (US $ 0.01 para nuestra gente internacional). Cuando se realiza el análisis de costo / beneficio / dificultad, una resistencia simple comienza a verse realmente bien.

La energía desperdiciada suele ser muy pequeña (decenas de milivatios) si está conduciendo el LED con 5 V o un voltaje igualmente pequeño.

Claro, es un problema en los sistemas donde tienes baterías de capacidad limitada, pero luego otros esquemas (como los controladores LED que usan PWM ) se utilizan.

Sí, y no. Cuando la corriente pasa a través de la resistencia, genera calor y, por lo tanto, desperdicia energía. Sin embargo, si eliminó la resistencia (y por lo tanto condujo el LED a un voltaje más alto) estaría impulsando más corriente a través del circuito y, por lo tanto, quemaría más energía que con la resistencia en su lugar.

Recuerde que con voltaje constante, la corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Cuanta más resistencia esté en línea en el circuito, menos corriente pasará y, por lo tanto, menos energía consumirá. Entonces, mientras que la resistencia en sí misma desempeña un papel en la generación de calor en el circuito, su presencia en realidad significa que se generará menos calor en general.

No hay forma de evitar la pérdida de energía con solo un circuito de CC activo pasivo o lineal. La razón es que la eficiencia está determinada por dos cosas:

1. La tensión de alimentación
2. La corriente LED

No importa lo que coloque entre el LED y el suministro. Podría ser una resistencia, algunos diodos, un regulador lineal o una fuente de corriente basada en transistores. Si el LED necesita 10 mA para el brillo deseado y usted tiene una fuente de 5 V, está quemando un total de 50 mW. Periodo.

Con una tensión de alimentación fija y una corriente de LED fija, su única opción para aumentar la eficiencia es colocar varios LED en serie. Si tiene una fuente de alimentación de 5 V y la caída de voltaje de sus LED es de 2 V a 10 mA, puede poner dos en serie. Esto viene con una limitación: no podrá cambiar los LED de forma independiente.

Si tiene control sobre la fuente de alimentación, hay algunas otras cosas que puede hacer. Si los voltajes de suministro se derivan de una fuente de CA, puede agregar un devanado al transformador para crear un suministro de LED de bajo voltaje. Si solo tiene un suministro de CC, puede usar un convertidor de conmutación para generar un voltaje más bajo. Sin embargo, ninguno de estos son terriblemente prácticos. Si se está quedando sin alimentación de CA (red eléctrica), probablemente no esté preocupado por la eficiencia de algunas luces indicadoras. Y los reguladores de conmutación de alta eficiencia son costosos y propensos a problemas.

Los LED normalmente consumen solo una pequeña fracción de la corriente total de un sistema. Rara vez vale la pena el gasto o la molestia de agregar una fuente de alimentación separada solo para ellos.

No piense en una resistencia como un disipador de energía que desvía la electricidad (corriente). Se pierde algo de poder en forma de calor, sí, pero no mucho (en general). Usando la analogía del agua, solo piense que la resistencia hace que la manguera a través de la cual fluye la corriente sea más pequeña. Dada la misma fuerza inicial (voltaje), se reduce la cantidad de electricidad que puede fluir (corriente). esto reduce la fuerza disponible en el extremo de salida de la manguera (esto se conoce como caída de voltaje).

Hago la prueba matemática. Uso una fuente de 12V y conecto 3 diodos Led con resistencias. Ese diodo con resistencia tiene 12V, el siguiente diodo con resistencia I también se conecta a 12V y el último también. En la fuente tengo 60mA.  La resistencia tiene una caída de voltaje de 9 V y el consumo de energía fue de 540 mW en total  Independientemente de P = V *, obtengo algo de 720 mW en total en la fuente.

Pero cuando conecto diodos en una cadena y agrego, el consumo total de energía del Resistor fue de solo 240 mW en la fuente. Yo uso diodos 3V 20mA.

Es mejor usar la fuente de voltaje lo más bajo posible, para tener un consumo de energía solo allí donde queremos.  O use una cadena de diodos led para mayor voltaje.  Por eso tenemos en la computadora tantas salidas con diferentes voltajes de transformador.

O otra idea. Tenemos una fuente de 9 V, conecto un diodo de 3 V y necesito usar una Resistencia para reducir el voltaje. La potencia total será de 180mW. Donde el diodo tomará solo 60mW Pero cuando me conecto en una cadena de periodos 3D, todavía tengo 180 mW Pero cuando conecto 3 diodos pero cada uno está conectado por separado a esta misma fuente, tendré 540 mW de potencia usada.

Parece que mejor es usar una cadena en lugar de conectar cada una a la fuente.