Как подобрать светодиод индикации по току и цвету свечения

Светодиод индикации — элемент, который чаще всего ставят в схему без расчёта, а затем получают разброс яркости между партиями, перегрев при питании от повышенного напряжения или нечитаемую индикацию под дневным светом. Подбор ведётся по четырём параметрам: прямой ток, прямое напряжение, сила света при этом токе и угол излучения. Цвет свечения определяет прямое напряжение, а значит и расчёт токоограничивающего резистора.

Ниже — по каким параметрам подбирается светодиод, как считается резистор, чем различаются цвета по напряжению, как подключается индикация к выводу микроконтроллера и что проверяется при закупке партии. Номенклатура — в разделе светодиоды, в том числе подраздел Kingbright.

Параметры, по которым ведётся подбор

• Прямой ток. Рабочее значение выбирается ниже предельного, типично 2–10 миллиампер для индикации и 20 миллиампер как верхняя граница для распространённых корпусов. Предельный ток — не рабочий режим, а граница, за которой ресурс падает.
• Прямое напряжение при рабочем токе. Зависит от материала кристалла и цвета: у красных и янтарных оно ниже, у синих, зелёных и белых — выше. Это основной исходный параметр для расчёта резистора.
• Сила света при заданном токе. Указывается в канделах или милликанделах при конкретном токе; сравнивать значения разных изделий можно только при одинаковом токе измерения.
• Угол излучения. Узкий угол даёт яркую точку при взгляде прямо и пропадает при взгляде со стороны, широкий — равномерную видимость с любого направления и меньшую яркость по оси.
• Длина волны или координаты цветности. Для одного и того же «зелёного» разные изделия дают заметно разный оттенок; если в приборе несколько светодиодов, их берут из одной серии.
• Корпус и способ монтажа. Для монтажа на поверхность — типоразмеры 0603, 0805, 1206 и крупнее, для вывода на панель — выводные исполнения под отверстие с держателем.
• Диапазон температур и степень падения яркости с ростом температуры — для приборов, работающих вне отапливаемого помещения.

Как считается токоограничивающий резистор

Светодиод не ограничивает ток сам: при питании без резистора ток определяется только сопротивлением цепи и уходит за предел. Сопротивление считается как разность напряжения питания и прямого напряжения светодиода, делённая на выбранный рабочий ток.

• Пример для красного светодиода при питании 5 вольт. Прямое напряжение около 2 вольт, рабочий ток 5 миллиампер: требуемое сопротивление 600 ом, из стандартного ряда берётся 620 ом.
• Пример для синего светодиода при питании 3,3 вольта. Прямое напряжение около 3,1 вольта, остаток 0,2 вольта: при разбросе прямого напряжения ток меняется в разы, поэтому такую схему не применяют — питание индикации берут выше либо ставят стабилизатор тока.
• Мощность резистора проверяется отдельно: при токе 20 миллиампер и падении 3 вольта рассеивается 60 милливатт, для типоразмера 0603 это уже близко к пределу.
• Разброс прямого напряжения внутри партии приводит к разной яркости. Если яркость должна быть одинаковой, светодиоды питают от источника тока, а не через резистор.
• Для нескольких одинаковых индикаторов резистор ставится на каждый светодиод, а не один на группу: при общем резисторе ток распределится по цепочке с меньшим прямым напряжением.

Резисторы под расчёт подбираются в разделах постоянные резисторы и резисторные сборки — сборка экономит место, когда индикаторов много.

Цвета и типовые параметры

Значения типовые и служат для первой прикидки: расчёт ведётся по документации конкретного изделия, где прямое напряжение указано при заданном токе и температуре. Инфракрасные изделия и фотоприёмники к ним собраны в разделах оптоэлектроника и фотоприёмники и ИК-компоненты.

Как подключается индикация к микроконтроллеру

• Напрямую от вывода. Допустимо, когда ток индикации в пределах нагрузочной способности вывода и суммарный ток всех выводов не превышает предел для корпуса. Проверяются оба ограничения, а не только ток одного вывода.
• Через транзистор. Если индикатор яркий или светодиодов несколько, ставится ключ — биполярный транзистор для простых цепей или полевой транзистор при больших токах.
• Через драйвер со стабилизацией тока. Применяется там, где яркость должна быть одинаковой независимо от напряжения питания и разброса светодиодов, — микросхемы собраны в разделе драйверы и ключи.
• Регулировка яркости широтно-импульсным сигналом. Светодиод включается импульсами с управляемой скважностью; частота берётся выше сотни герц, иначе заметно мерцание.
• С развязкой от силовой части. Если индикация выведена на панель, электрически связанную с силовой цепью, ставятся оптопары или оптореле.
• Питание индикации. При большом числе индикаторов ток суммируется и учитывается в расчёте источника — стабилизаторы напряжения и преобразователи подбираются с этим запасом.

Что проверяется при закупке партии

• Полное обозначение изделия, включая код группы по яркости и оттенку. Изделия с одинаковым базовым обозначением и разными кодами группы различаются по цвету заметно для глаза.
• Прямое напряжение и сила света в документации — при каком токе они заданы. Сопоставление параметров, измеренных при разных токах, ошибочно.
• Партия и дата изготовления. Для приборов, где несколько светодиодов видны одновременно, берут одну партию.
• Условия хранения и требования к пайке. Светодиоды в корпусах с линзой чувствительны к температурному профилю, требования указаны производителем.
• Срок поставки и наличие аналогов на случай отсутствия позиции. Замена подбирается по прямому напряжению, силе света при том же токе, углу и типоразмеру, а не по одному цвету.
• Защита цепей индикации, если выводы идут на панель прибора — защитные диоды TVS и ESD.

Частые вопросы

Можно ли поставить один резистор на группу светодиодов? При параллельном включении — нет: ток распределится неравномерно, и светодиод с меньшим прямым напряжением возьмёт большую его часть. При последовательном включении общий резистор допустим, но тогда напряжение питания должно превышать сумму прямых напряжений с запасом.

Почему светодиоды одной марки светят по-разному? Из-за разброса параметров внутри производства. Производители сортируют изделия по группам яркости и оттенка, и код группы входит в полное обозначение. Для одинаковой яркости берут один код группы и одну партию.

Как сделать индикацию видимой при дневном свете? Увеличивают силу света и сужают угол излучения, выбирают цвет с высокой чувствительностью глаза — янтарный или зелёный, применяют светорассеивающие элементы в корпусе прибора. Простое увеличение тока сверх рабочего сокращает ресурс.

Нужен ли резистор при питании от вывода микроконтроллера? Нужен. Нагрузочная способность вывода ограничивает ток, но не задаёт его: без резистора ток определяется разностью напряжений и выходит за допустимый, а вывод работает в режиме, не предусмотренном документацией.

Что прислать для подбора? Напряжение питания цепи индикации, требуемый цвет и яркость, условия освещённости и расстояние наблюдения, тип монтажа и типоразмер, число индикаторов в изделии, диапазон температур и годовую потребность.

Что мы делаем

Подбираем светодиоды по прямому напряжению, току, силе света и углу излучения, предлагаем аналоги при отсутствии позиции, считаем токоограничивающие резисторы и схему управления, комплектуем партию из одной группы по яркости и оттенку. Поставка с проверкой маркировки и условий хранения, сопровождение по срокам и аналогам — на нашей стороне.

Пришлите перечень позиций или требования к индикации на micro@tkasiatorg.ru — подберём изделия и аналоги, посчитаем схему включения и назовём сроки поставки.