Calculer la résistance des LED « Déterminer la résistance correcte pour chaque LED
Mis à jour : 24.12.2024 | Durée de lecture : 9 minutes
Les LEDs ont prouvé leur efficacité en tant que témoins optiques depuis des dizaines d'années. . Dans différents appareils, elles indiquent la bonne mise sous tension, l'état de fonctionnement ou encore différents états de commutation. Cela n'a rien d'étonnant, car les LED n'ont besoin que de très peu de courant et ne génèrent donc pas de chaleur excessive. De plus, les indicateurs à LED ont une durée de vie extrêmement longue, ils sont robustes et disponibles pour un coût réduit. C'est pourquoi les fabricants d'appareils les utilisent volontiers.
Mais le secteur professionnel n'est pas le seul à miser sur les LED. Dans le domaine des loisirs, les amateurs d'électronique ne jurent que par les LED lorsqu'il s'agit d'afficher visuellement des signaux électriques ou des tensions. Mais comment raccorder et utiliser correctement les LED pour qu'elles restent allumées pendant une longue période et ne deviennent pas immédiatement inutilisables ? Nous vous expliquons ici les points auxquels vous devez vous référer.
Pour pouvoir répondre concrètement à cette question, il faut d'abord examiner une LED d'un peu plus près. Pour qu'une LED puisse s'allumer, elle doit fonctionner dans le sens du courant.
Ce n'est que lorsque la différence de tension entre l'anode et la cathode (tension directe de la diode) est nulle que la LED fonctionne.
La valeur de la tension directe des LED standard dépend en premier lieu de la longueur d'onde et donc de la couleur de la lumière émise.
Aperçu des tensions passantes pour les différentes couleurs de LED
| Couleur | Tension passante |
|---|---|
| Infrarouge | 1,2 V |
| Rouge | 1,8 V |
| Jaune | 2,0 V |
| Vert | 2,2 V |
| Couleur | Tension passante |
|---|---|
| Vert (ultra lumineux) | 3,3 V |
| Bleu | 3,6 V |
| Blanc | 3,6 V |
| Ultraviolet | 4,0 V |
Les valeurs indiquées dans ces tableaux ne sont présentées qu'à titre indicatif. Les valeurs réelles des diodes électroluminescentes utilisées peuvent varier et doivent, au besoin, être consultées dans les fiches techniques.
Important :
La tension passante ne doit pas être considérée comme la tension de fonctionnement de la LED. La tension passante représente plutôt une valeur de tension régulée par la LED , à laquelle elle atteint son point de fonctionnement et s'allume. Par conséquent, la tension mesurable par une LED allumée reste approximativement la même, même si la résistance en série est modifiée, par exemple de 560 à 470 ohms. Seule l'intensité du courant et donc la luminosité augmenteront en raison de la diminution de la résistance en série.
Limiter la tension et le courant des LEDs
La raison pour laquelle une LED a besoin d'une résistance en série est que la tension passante d'une LED est relativement faible. Dans de nombreux circuits et appareils, les tensions disponibles qui doivent être affichées optiquement par une LED sont souvent beaucoup plus élevées. C'est notamment le cas lorsque, par exemple, la tension d'alimentation de 12 V d'un indicateur de niveau de citerne facile à monter doit être affichée par une LED verte.
Comme la diode présente une tension passante de seulement 2,2 V, la tension trop élevée doit être réduite à l'aide d'une résistance en série (Rv). Pour que la tension à réduire puisse diminuer aux bornes de la résistance, celle-ci doit être montée en série ou en série avec la LED en tant que diviseur de tension.
La résistance en série doit en outre être dimensionnée de manière à ce que la tension différentielle de 9,8 V (12 V - 2,2 V) puisse y être appliquée. Si une LED bleue doit être utilisée à la place d'une LED verte, une tension de 8,4 V (12 V - 3,6 V) devrait être appliquée à la résistance en série.
La deuxième raison importante pour laquelle il faut utiliser une résistance en série est la limitation du courant. En effet, en tant que semi-conducteur, une LED ne se comporte pas comme une résistance ohmique de valeur constante. Dès que la tension appliquée est suffisamment élevée et que la LED commence à s'allumer, la résistance interne de la LED diminue drastiquement. De ce fait, de plus en plus de courant circulerait dans la LED. Cela se produit jusqu'à ce que la diode électroluminescente soit finalement réduite à néant. La résistance en série empêche cela en limitant le courant à travers la diode à la valeur admissible. C'est pourquoi les LED ne devraient jamais être utilisées sans résistance. Même si la tension d'alimentation n'est que légèrement supérieure à la tension passante.
Bien entendu, nous savons qu'il existe sur Internet quelques calculateurs de résistance de LED plus ou moins pratiques. Après avoir entré la tension et le courant de la LED, ces outils calculent automatiquement la résistance correcte pour une tension de fonctionnement donnée. Mais comme Internet n'est pas disponible partout et tout le temps, il est tout à fait judicieux de pouvoir calculer soi-même les résistances nécessaires . D'autant plus que le calcul est assez simple et facile à comprendre.
Calculer la valeur de la résistance en amont
Le calcul de la valeur de résistance nécessaire est assez simple et repose sur la loi d'Ohm. Pour pouvoir appliquer la formule R = U : I, il faut cependant connaître le courant dont la diode électroluminescente a besoin. Tout comme la tension passante, le courant passant (If) est également indiqué dans les caractéristiques techniques des LEDs.
Supposons que la LED verte mentionnée ci-dessus, avec une tension directe de 2,2 V, nécessite un courant permanent de 20 mA dans le courant passant.
Avec ces valeurs, il est maintenant très facile de calculer la résistance en série. En effet, le courant de 20 mA qui passe par la diode lors du montage en série nécessaire doit bien entendu également passer par la résistance.
En conséquence, la loi d'Ohm donne la valeur de résistance calculée suivante : R = 9,8 V : 0,02 A = 490 Ω.
Important :
Afin d'obtenir la valeur correcte en ohms lors du calcul, il convient de toujours calculer la tension et le courant en unités de mesure uniformes, c'est-à-dire en volts et en ampères. Dans ce cas, la formule ci-dessus indique 0,02 A et non 20 mA. Les amateurs d'électronique qui calculent souvent des résistances en série travaillent parfois avec des unités de mesure différentes et calculent alors 9,8 : 20 = 0,49. Ce problème peut être résolu facilement par calcul, avec ou sans calculatrice. Il faut toutefois noter que si l'on divise par mA, c'est-à-dire par 1/1000 d'ampère, le résultat est alors mille fois plus élevé, dans notre cas des kiloohms (kΩ). Et voilà le résultat à nouveau correct, puisque 0,49 kΩ est converti en 490 Ω .
Calculer la puissance de la résistance en amont
Outre la valeur en ohms de la résistance en série, une autre valeur importante doit être calculée. Il s'agit de la puissance de la résistance en série. En effet, la résistance doit convertir en chaleur l'énergie excédentaire dont elle protège la diode électroluminescente. Ici aussi, on travaille avec une formule assez simple. En effet, la puissance électrique est le produit de l'intensité du courant par la tension. Dans ce cas, la formule est la suivante : P = U x I. Si nous entrons les valeurs pour la diode électroluminescente mentionnée ci-dessus, nous obtenons 9,8 V x 0,02 A = 0,196 VA ou 0,196 watts. Il existe d'autres formules pour calculer la puissance d'une résistance : P = I2 x R et P = U2: R.
D'après les calculs déjà effectués, il s'avère que la LED verte, si elle doit être alimentée en 12 V, nécessite une résistance en série de 490 Ω et une puissance de 0,196 watt.
Or, il n'existe pas de résistance ayant exactement les mêmes valeurs. C'est pourquoi il faut choisir la valeur immédiatement supérieure en fonction des séries de résistances (séries E). Pour la série E12 avec une tolérance de 10 %, il s'agirait d'une résistance de 560 ohms. Si des résistances de la série E24 sont disponibles, un exemplaire de 510 ohms pourrait être utilisé.
Toutefois, comme la tolérance n'est que de ±5 %, la valeur réelle de la résistance peut se situer entre 484,5 et 535,5 ohms. Dans ce cas, la valeur limite inférieure serait encore inférieure à la valeur de résistance calculée de 490 ohms. L'expérience montre que cette valeur serait encore dans la plage verte. Mais si la tension de 12 volts n'est pas stabilisée et peut être plus élevée, la meilleure solution est d'utiliser également une résistance de 560 ohms pour la série E24.
En ce qui concerne la puissance, une résistance de la plage de puissance de 0,25 W est tout à fait suffisante. Les résistances câblées de cette classe de puissance présentent un diamètre d'environ 2,5 mm et une longueur d'environ 6,8 mm. Les indications se rapportent au corps de la résistance sans les fils de raccordement.
Le terme de résistance en série de la LED indique que le composant doit être monté en amont de la LED. C'est en effet exact, mais ce n'est pas une obligation. Pour que la résistance puisse limiter le courant traversant la LED, il suffit qu'elle soit branchée en série avec la LED. C'est pourquoi les spécialistes parlent de résistance en série. Que la résistance soit placée dans le circuit avant la LED ou après, cela n'a aucune importance du point de vue technique.
Notre conseil pratique : le raccordement des LEDs
Le raccordement correct de la LED est bien plus important que la décision de monter la résistance série avant ou après la diode. Surtout si la LED doit être alimentée en tension continue. En effet, l'anode de la LED doit être connectée à la borne positive.
En principe, plusieurs LEDs peuvent se partager une résistance en série. Cela est utile lorsque les diodes sont utilisées par exemple à des fins d'éclairage sur un réseau ferroviaire miniature et qu'elles s'allument donc simultanément et en permanence. Dans ce cas, les LED peuvent être montées en série ou en parallèle. Toutefois, les différentes dispositions ont un impact sur la résistance en série nécessaire. Pour illustrer les différences, considérons la LED verte de 2,2 V et 20 mA déjà mentionnée dans différents montages.
Montage en série
Lors du montage en série de trois LED, le courant nécessaire de 20 mA circule à travers les trois LED et également à travers la résistance série. Cependant, la chute de tension ne doit pas être de 9,8 V comme mentionné plus haut, mais de 5,4 V (12 V - 3 x 2,2 V).
Par conséquent, la résistance en série doit être nettement plus petite et, selon la loi d'Ohm, elle ne s'élève mathématiquement qu'à 270 Ω (5,4 V : 0,02 A). La puissance convertie au niveau de la résistance est nettement inférieure à celle d'une LED et n'est que de 0,1 watt.
Inconvénients du montage en série : si l'une des trois LEDs présente une interruption, tout le circuit électrique est coupé. Le courant ne peut plus circuler et les deux diodes encore intactes ne s'allument plus non plus. Si l'une des LED présente un court-circuit, la tension aux bornes de la résistance en série augmente, ce qui fait circuler un courant plus important dans le circuit. Il y a donc un risque que les deux LEDs encore intactes s'éteignent également.
Montage en parallèle
Si les trois LEDs sont placées en parallèle, chaque LED a tout de même besoin d'un courant de 20 mA. La tension aux bornes des trois LEDs est toujours de 2,2 V. Par conséquent, un courant total (Ig) de 60 mA (3 x 20 mA) circulera via la résistance en série. La taille de la résistance doit alors être choisie de manière à ce que les 9,8 V nécessaires tombent sur la résistance. Pour garantir cela, la résistance en série doit avoir une valeur mathématique de 163,33 Ω (9,8 V : 0,06 A). Cependant, la puissance dissipée au niveau de la résistance est déjà très importante, avec environ 0,6 watt.
Inconvénients du montage en parallèle : si l'une des trois LED présente une interruption, les diodes restantes absorberont un courant trop élevé en raison de la résistance en série beaucoup trop faible pour deux LEDs. Les diodes lumineuses encore intactes peuvent également être détruites. Si une LED présente un court-circuit, les trois LEDs sont sombres et la résistance en série doit absorber la pleine puissance d'environ 0,9 W. Il y a alors un risque de surchauffe de la résistance.
Conclusion sur la résistance en série des LEDs
Vu sous cet angle, il est tout à fait avantageux de doter chaque LED de sa propre résistance en série, adaptée aux caractéristiques de la dite diode. Surtout si le nombre de LED est faible. En effet, si une LED du système tombe en panne, seule cette LED n'émet plus de lumière, sans pour autant perturber ou mettre en danger le fonctionnement des autres diodes. Toutefois, cet avantage s'obtient au prix d'une bonne dose de puissance dissipée, qui est littéralement dépensée au niveau des résistances en série.
Lorsque quelques LEDs sont utilisées dans un circuit, il est tout à fait pertinent de travailler avec des résistances en série. Mais si plusieurs centaines ou même milliers de LEDs doivent être utilisées à des fins d'éclairage, l'idée des résistances en série perd de son intérêt.
De nombreux éclairages de sapin de Noël sont désormais proposés avec la technologie LED à faible consommation d'énergie. Une seule guirlande peut comporter jusqu'à 100 LEDs. Si, en plus, un grand sapin doit être illuminé dans un jardin, dix de ces 100 guirlandes lumineuses sont alors rapidement installées. Au total, ce sont 1 000 LEDs qui doivent assurer un éclairage saisissant.
Si chaque LED possédait sa propre résistance en série, il faudrait encore 1 000 résistances en plus de ces 1 000 LEDs. Même si les résistances sont disponibles à bas prix, leur intégration dans la fabrication de la guirlande lumineuse représenterait un travail non négligeable. Si une puissance de seulement 0,1 W était appliquée à l'une de ces résistances, cela représenterait au total la coquette puissance de 100 W qui serait transformée en chaleur par un millier de LEDs.
Pour éviter cela, les fabricants de guirlandes lumineuses choisissent une autre option : l'alimentation électrique est assurée par un bloc d'alimentation stabilisé dont la tension de sortie est exactement adaptée à la tension passante des LEDs de la guirlande. La limitation de courant nécessaire a lieu dans le bloc d'alimentation, les câbles fins de la guirlande lumineuse contribuant également à limiter le courant en raison de leur résistance conductrice relativement élevée.
Structure d'une guirlande lumineuse à LED
La guirlande LED elle-même consiste simplement en une combinaison de montages en parallèle et en série. Par exemple, dans une guirlande de 100 LEDs, 10 LEDs sont connectées en parallèle et forment un groupe de LEDs. Dans la guirlande lumineuse complète, 10 de ces groupes sont ensuite connectés en série.
Cette construction peut ensuite être utilisée sans problème sur un bloc d'alimentation avec une tension de sortie de 31 V. Cela garantit que la tension passante requise de 3,1 V est disponible sur chacune des LED de la guirlande lumineuse. Mieux encore : grâce au grand nombre de LEDs, les inconvénients mentionnés précédemment pour le montage en série ou en parallèle des LEDs ne sont pas aussi importants.
Important :
Le nombre de LEDs défectueuses ne doit toutefois pas devenir trop important au fil du temps. En effet, plus le nombre de diodes défectueuses est élevé, plus les diodes restantes doivent prendre le relais. Cela peut conduire tôt ou tard à une panne totale de toute la guirlande lumineuse.
Pour de nombreuses LEDs haute puissance, les caractéristiques techniques omettent souvent d'indiquer la tension passante. Cette information est superflue, car seul le courant est un facteur déterminant pour le fonctionnement.
C'est pourquoi ces LEDs ne sont pas reliées à une résistance en série, mais, tout comme les luminaires à LEDs, à un pilote de LED adapté à l'intensité du courant. En tant que source de courant constant, le conducteur de LED régule automatiquement la tension de sortie jusqu'à ce que l'intensité de courant nécessaire à la LED soit atteinte. Le fait qu'une ou plusieurs LEDs soient connectées en série à la sortie est sans incidence. Il suffit de respecter la puissance maximale de raccordement du conducteur LED afin de ne pas la dépasser.
