Cómo dimensionar una resistencia limitadora de corriente LED y por qué le cuesta equivocarse

La única resistencia que no puedes permitirte saltarte

Todos los ingenieros lo han hecho al menos una vez: conectar un LED directamente a una línea de alimentación y ver cómo parpadea brillantemente (durante aproximadamente medio segundo) antes de apagarse para siempre. Los LED son dispositivos alimentados por corriente con una característica V-I exponencial, lo que significa que incluso una pequeña sobretensión impulsa una cantidad destructiva de corriente a través de la unión. Una resistencia limitadora de corriente en serie es la forma más simple, económica y confiable de establecer el punto de operación.

Esto suena trivial y las matemáticas *son* simples. Sin embargo, en la práctica, elegir el valor correcto implica tener en cuenta la serie de resistencias estándar, la desviación de corriente real y la disipación de potencia en la propia resistencia, especialmente cuando se colocan docenas de LED en una placa indicadora del panel o se alimentan LED de alto brillo de una fuente industrial de 24 V.

La ecuación fundamental

La resistencia reduce la diferencia entre la tensión de alimentación$V_S$y la tensión directa del LED$V_F$, y establece la corriente$I_F$:

Eso es todo. Pero el matiz está en los detalles:

• $V_F$varía según el color del LED y el fabricante. Un LED rojo suele bajar entre 1,8 y 2,0 V, mientras que un LED blanco o azul cae entre 3,0 y 3,4 V. Consulte siempre las especificaciones técnicas, pero esos rangos abarcan la gran mayoría de los LED indicadores SMD y con orificio pasante.
• $I_F$depende de la aplicación. 20 mA es el valor clásico de «brillo estándar» para los LED con orificio pasante de 5 mm, pero los LED modernos de alta eficiencia son perfectamente visibles entre 1 y 5 mA, lo que es importante cuando se utiliza con batería o si hay 50 LED de estado que comparten el presupuesto total de E/S de un microcontrolador.
• La resistencia exacta casi nunca llega a un valor estándar. Tendrá que elegir el valor más cercano de la serie E24 (o E96 si utiliza resistencias del 1%), y eso cambia la corriente de funcionamiento real.

Ejemplo resuelto: LED blanco en una fuente de 5 V

Supongamos que está utilizando un LED indicador blanco de una fuente USB de 5 V a una velocidad estándar de 20 mA. La hoja de datos muestra el$V_F = 3.2\,\text{V}$típico.

Paso 1: calcule la resistencia exacta: Paso 2: seleccione el valor E24 más cercano.

90 Ω no está en la serie E24. Los valores estándar más cercanos son 82 Ω y 91 Ω. Casi siempre redondea hacia arriba** para limitar la corriente, así que elige$R_{E24} = 91\,\Omega$.

Paso 3: calcula la corriente real con la resistencia E24: Eso está dentro del 1% del objetivo, lo que es perfectamente aceptable. Paso 4: compruebe la disipación de potencia en la resistencia:

Con la resistencia exacta:

Con el valor E24:Una resistencia SMD 0603 estándar con una capacidad nominal de 100 mW se encarga de esto fácilmente. Aquí no hay problema.

Cuando la disipación de energía es realmente importante

Ahora cambia el escenario: estás alimentando el mismo LED blanco de una fuente industrial de 24 V a 20 mA.

El E24 más cercano:$1\,\text{k}\Omega$o$1.1\,\text{k}\Omega$. Escojamos$1\,\text{k}\Omega$(redondea ligeramente a la baja; es aceptable si el máximo absoluto del LED está muy por encima de los 20 mA).Ahora la potencia de la resistencia:Eso equivale a casi medio vatio, demasiado para un 0603 (100 mW) o incluso un 0805 (125 mW). Necesitarías al menos un paquete 2512 o una resistencia de ¼ W con orificio pasante tampoco es suficiente. Una resistencia de ½ W es la opción segura. Este es exactamente el tipo de detalle que es fácil pasar por alto al copiar un circuito LED «estándar» de un diseño de 5 V a un sistema de 24 V.

Conclusión: la mayor parte de la diferencia de voltaje entre el suministro y el LED se quema en forma de calor en la resistencia. Con voltajes de alimentación más altos, considere usar un controlador de corriente constante o un controlador LED de conmutación.

Referencia rápida: combinaciones comunes

Observe la última fila: más de un vatio en la resistencia para un solo LED IR en un riel de 24 V. Se trata de una resistencia de 2 W como mínimo, y tendrás que pensar en la gestión térmica de tu PCB.

Consejos prácticos

• Redondea siempre la resistencia hacia arriba a menos que hayas confirmado que el LED puede tolerar la corriente más alta con margen. Redondear un escalón E24 a la baja normalmente aumenta la corriente entre un 5 y un 10%.
• Utilice la hoja de datos LED$V_F$con su corriente operativa, no con la potencia máxima. La tensión directa varía con la corriente, y el valor típico de 20 mA es el deseado.
• Para diseños que funcionan con baterías, considera utilizar los LED indicadores a una velocidad de entre 1 y 2 mA. Los LED modernos de alta eficiencia son claramente visibles en estos niveles, lo que permite ahorrar una cantidad considerable de energía en modo de espera.
• Cuando$V_S - V_F$es pequeño (p. ej., una fuente de 3,3 V con un LED azul de 3,2 V), el valor de la resistencia se vuelve muy pequeño y la corriente se vuelve extremadamente sensible a la tolerancia de$V_F$. En estos casos, una fuente de corriente constante es la mejor opción.

Pruébalo

No hagas estos cálculos siempre a mano: [abre la calculadora de resistencias limitadoras de corriente LED] (https://rftools.io/calculators/power/led-resistor/) y conecta la tensión de alimentación, el color del LED y la corriente deseada. La herramienta te proporciona al instante la resistencia exacta, el valor estándar E24 más cercano, la corriente de funcionamiento real y la disipación de potencia para ambos, para que puedas elegir la resistencia correcta y el paquete correcto en el primer intento.