Світлодіодна напруга вперед - це діапазон, тож як розрахувати значення резистора?

14

У всіх прикладах світлодіодів, які я знаходжу, вони мають напругу в прямому напрямку, встановлене на певне число (тобто 2,1 В), і розраховують необхідний резистор, виходячи з цього числа. Але коли я переглядаю таблиці даних, напруга вперед подається в діапазоні (2,0 В - 2,5 В). Це має сенс для мене, оскільки не всі світлодіоди створені рівними. Але мені важко зрозуміти, який резистор використовувати.

Тому я вирішив сконструювати схему. У мене є джерело напруги 3 В (2 батареї АА), який підключається до резистора, який підключається до світлодіода, який підключається назад до джерела напруги. Максимальний стійкий струм світлодіода - 20mA.

Я вирішив використати Закон Ома про низький і високий кінець діапазону прямої напруги для обчислення опорів.

(3.0 v - 2.0 v) / 20 м А = 50 Ω

$(3.0v - 2.0v)/20mA = 50\Omega$

(3.0 v - 2.5 v) / 20 m A = 25 Ω

$(3.0v - 2.5v)/20mA = 25\Omega$

Проблема виникає, коли я підбираю резистор. Скажімо, я підбираю резистор 50 Ом, але світлодіод, який я отримую насправді, має напругу вперед 2,5 В. Фактична кількість струму, яка пройшла б через світлодіод, склала б 10 мА. Це не використання світлодіода для повного потенціалу.

Якщо я використовую резистор 25 Ом і світлодіод має напругу вперед 2,0 В, то кількість струму, що проходить через світлодіод, складе 40 мА. Мій світлодіод вибухне.

Використання "заданого значення" 2,1 В для обчислення опору дає 45 Ом.

(3.0 v - 2.1 v) / 20 m A = 45 Ω

$(3.0v - 2.1v)/20mA = 45\Omega$

Якби мій світлодіод мав напругу вперед 2,0 В, струм був би 22 мА. Це понад рейтинг для світлодіода. Якби світлодіод мав напругу вперед 2,5 В, струм становив би 11 мА, що не використовує світлодіод на повний потенціал.

Примітка: Я не надто стурбований тим, щоб отримати весь потенціал зі світлодіоду. (Якщо я правильно розумію, 10mA має добре працювати, щоб засвітити світлодіод.) Я просто хочу знати, як реальні інженери вирішують цю проблему. Чи прийнятний струм 10 мА? Чи можете ви насправді піти з 22mA, хоча специфікації кажуть 20mA? Що ви робите, коли потрібні ваші світлодіоди для роботи на піковій яскравості?

led resistors

— Авст
джерело

1

так, ви можете керувати світлодіодним сигналом 20ma на 22ma. Ви, мабуть, можете їздити набагато більше, ніж це, якщо займатися теплом. це скоротить термін експлуатації, але як часто ви бачите, що світлодіоди "згоріли" перед тим, як виріб викинути?

— dandavis

1

Якщо ви переглядаєте пристрій з кількох футів і не перебуваєте під прямими сонячними променями, лише 2 мА може працювати. Ефективне світло, яке ми бачимо у нас, є логарифмічним.

— Пітер Сміт

Я б ніколи не планував керувати світлодіодом 20 мА при 22 мА, але оскільки напруга акумулятора швидко падає, ви, ймовірно, від нього підете. Я виявив, що для звичайних світлодіодних індикаторів зазвичай потрібно лише кілька мА, якщо вони не освітлюють великий дифузор чи щось таке. Я також зазначив, що два лужні батареї вироблятимуть напругу в межах від приблизно 3,1 В до приблизно 2 В при розряді. Таким чином, для керування світлодіодним інтервалом 2,5 В знадобиться регулятор підвищення. Крім того, світлодіод Vf часто вказується на max If. Якщо вам не потрібен max If, можливо, вам також не знадобиться натиснути max Vf.

— mkeith

2

Не забувайте, що резистори мають і зразкові варіації. Залежно від вибраного допуску, фактичний опір ваших номінальних 50 Ом може бути меншим 45 Ом або більше 55 Ом. Ви розробляєте номінальну продуктивність ланцюга за номінальними значеннями компонентів і гарантуєте, що при допустимих межах допуск ваш пристрій не висуває нічого, що перевищує його можливості, або переходить у несподіваний стан.

— Антоній X

Ви пропускаєте суть. Справа не в тому, що вони виготовляються нерівномірно, це те, що вони постійний струм, а не постійна напруга ... а також дрейф, що базується на віці та температурі з'єднання ... і нелінійні та малі зміни напруги викликають великі зміни струму. Застосовуйте постійну напругу 2,2 В до світлодіоду, випадковий результат. Застосовуйте 20 м постійний струм, передбачуваний результат. Подумайте в потоці.

— Harper - Відновіть Моніку

15

Це загальна проблема використання резистора, що обмежує струм, зі світлодіодами, коли напруга живлення близьке до напруги прямого світлодіода. Вам просто не вистачає накладних витрат, щоб резистор був достатньо великим, щоб перебрати діод на передні напруги різниці напруги.

У вас також є питання, що самі батареї матимуть значний діапазон і, швидше за все, будуть більше 3В, коли нові.

Як правило, краще керувати світлодіодами з джерелом струму, а не з джерелом напруги. Однак, навіть тоді вам потрібен простір для того, щоб обмежувач струму працював, і половина вольта дійсно тісна.

Існують способи зробити це досить точно, незважаючи на всі ваші обмеження, але це ускладнюється і вимагає витрат і швидше розряджає акумулятор.

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Дуже дивовижно після всіх цих років те, що, здається, ніхто не ставив це на просту маленьку SOIC.

Але, в кінцевому підсумку, якщо ваші вимоги не відповідають напрузі прямого струму вперед, вам краще просто закинути інший акумулятор, щоб у вас була номінальна потужність 4,5 В і використовувати більший резистор.

— Trevor_G
джерело

@andre погодився. Дивіться мій коментар під відповіддю Йонка.

— Trevor_G

Це найкраща схема, як тільки ви пройдете те, що можна зробити з одним транзистором. Надіваюсь, ви також можете опустити лінійний регулятор і просто використати стартовий або звичайний діод вперед упереджене як орієнтир.

— makeith

@ mkeith ya, проблема з діодом - це дисперсія акумулятора.

— Trevor_G

1

@ChrisH правда, а зі старими світлодіодами на 5V це не мало значення. Але все більше і більше низьких накладних 3.3V речей вони впевнені, що зараз буде добре.

— Trevor_G

2

Ось чому дешеві світлодіодні ліхтарики використовують незграбну кількість ТРИ 1,5В акумуляторів.

— Agent_L

8

Це здається, ніби ви переосмислюєте проблему.

$\frac{1}{4}\:\textrm{V}$ $\times\: 2$
Крім того, світлодіоди досить жорсткі і часто використовуються в імпульсних (мультиплексованих) режимах, де піковий струм набагато вище середнього. І вони, як правило, можуть впоратися з цим просто чудово.
$\times\:2$

Отже, загалом, точний рівень струму зазвичай не настільки важливий, коли світлодіод використовується як індикатор. А напруга на світлодіоді не так сильно відрізняється.

Головне - переконатися, що є достатня напруга навантаження, щоб фактично працювати світлодіод у проекті та що метод регулювання струму є достатнім для потреби (що б це не означало) і не коштував занадто багато (. ..) і не займає занадто багато місця (...) і не нагріває навколишні речі, які він не повинен (...) і не розряджає акумулятор більше, ніж потрібно (...) і інакше не заважає іншим специфікаціям конструкції (якими б вони не були.)

Коротше кажучи, зазвичай є занадто багато інших проблем, щоб їх хвилювати.

[Якщо світлодіод використовується як один із трьох світлодіодів RGB, маючи намір використовувати його як світлодіодний піксель на великому зовнішньому дисплеї, то може бути дуже важливим (чи не так, залежно від вимог), що струми ретельно калібрується в кожному з окремих світлодіодів, щоб забезпечити реальні критерії дизайну, такі як "баланс білого". (Окрім будь-якого світлодіодного "бінінгу", який, можливо, було зроблено до монтажу в піксель RGB.)]

Ви представляєте проблему щодо світлодіодного струму, коли ця проблема використовує низькі накладні напруги і перебільшує проблему, коли світлодіодні напруги досить сильно різняться (що, я думаю, може трапитися.) Існує скромне рішення таких випадків, хоча Я не можу сказати, що хтось би не потурбувався поставити три BJT і резистор до проблеми. Але скажімо, що ви насправді маєте на меті проекту "управління на низьких накладних витратах" та послідовне управління струмом незалежно від зміни світлодіодної напруги. У такому випадку, мабуть, найдешевшим методом є використання поточного дзеркала таким чином:

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

$Q_1$ $Q_3$

При низьких накладних ситуаціях резистор робить дуже поганий регулятор струму. Ось так воно і є. Тож ви або живете з цим, або ні, залежно від обставин.

$V_{CC}$

схематичний

^{моделювати цю схему}

$V_{BE}$ $R_2$ $R_3$ $V_{CC}$ $R_3$ $V_{CC}$ $R_1$ $V_{BE}$ $R_2$ $R_1$ $V_{CC}$

$V_{CC}$ $2.5\:\textrm{V}$

— жарт
джерело

1

Оскільки це дзеркало струму, ця схема витрачає стільки ж енергії, скільки подає на світлодіод. Іноді це може бути справжньою проблемою.

— mkeith

Q_{2}

$Q_2$

У моделюванні він підтримує дуже гарне регулювання. Я думаю, що помилка є. Ви, безумовно, мали намір Q3 стати NPN, правда? Якщо випромінювач заземлений, а колектор підключений до поточних дзеркальних основ? Ось як я це імітував.

— mkeith

1

@mkeith Не надто довіряйте симуляціям. Q1 і Q2 ніколи не бувають абсолютно однаковими і взагалі знаходяться при різних температурах (перш за все струми в Q1 і Q2 різні, загальна ситуація, якщо ви не хочете витрачати енергію в Q2)

— andre314

1

@ Trevor, з трьома лужними акумуляторами напруга коливається від 4,5 до 3В у міру розряду акумулятора. Якщо Vf становить 2,5 В, це означає, що напруга на резисторі, що обмежує струм, буде змінюватися від 2 В до 0,5 В, коливання світлодіодного струму в 4 рази. Ось чому я б використав джерело струму з двома діодами як орієнтир. Це дозволить підтримувати набагато краще регулювання діапазону напруги акумулятора. Маючи лише кілька додаткових резисторів.

— mkeith

7

Спочатку ви вказуєте одного виробника світлодіодів та номер деталі. Діапазон у Vf від частини до частини не буде настільки великим, як ви пропонуєте (не 0,5 В).

По-друге, невеликі зміни яскравості очей не легко виявити. Тож вам не доведеться турбуватися про невеликі варіації від одиниці до одиниці.

По-третє, коли це можливо, ви живите світлодіоди від регульованої напруги, а не від акумулятора, щоб видалити одне джерело зміни.

По-четверте, коли єдине доступне джерело живлення є змінним (наприклад, акумулятором), ви керуєте світлодіодом із джерелом струму замість джерела напруги з резистором, що обмежує струм. Якщо є хоча б одна регульована напруга (навіть якщо це низька напруга), досить легко зробити задовільний джерело струму для керування світлодіодним індикатором, використовуючи лише один транзистор і кілька резисторів. Це недешево, але займає місце для обмеженого простору конструкцій.

Якщо немає навіть одного єдиного регульованого напруги, ви все одно можете зробити гідне джерело струму, використовуючи два діоди послідовно як орієнтир напруги.

Я не впевнений, чи справжній я інженер, але мені довелося все це робити під час проектування споживчих товарів, і саме так я з цим справився. Ще одна річ, яка дійсно може отримати вас за допомогою світлодіодних індикаторів - це коли великі навантаження призводять до осідання напруги акумулятора. Наприклад, вібромотор або динамік можуть призвести до втрати напруги акумулятора на деяких продуктах. Цей патрон може спричинити помітне мерехтіння або зміну яскравості світлодіода, коли світлодіод рухається від акумулятора. Це ще одна причина замість цього використовувати джерело струму.

Ось джерело струму, коли світлодіод живиться від акумулятора, але у вас є GPIO сигнал, який отримується від регульованої напруги:

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

У наведеній вище схемі не має значення, чи світлодіод живиться від 3.3V або VBATT або будь-якого іншого, доки GPIO живиться від регульованого джерела. Я скопіював це з іншої відповіді. Ви хочете налаштувати резистор випромінювача, щоб отримати конкретний струм, який ви шукаєте. Коли накладних витрат не так багато, ви також можете зменшити R2, щоб база напруга була меншою за 1 В.

Ось схема, коли немає регульованої напруги:

схематичний

^{моделювати цю схему}

У наведеному вище ланцюзі D1 і D2 виконують роль опор напруги. Напруга буде змінюватися, але не настільки, як напруга акумулятора. Ця постійна напруга в основі Q1 потім застосовується до постійної напруги через R3, і, таким чином, постійний струм колектора (транзистор не буде насиченим, якщо VBATT дуже низький). Я насправді цього не робив у виробничому дизайні, але вважаю, що це спрацювало б добре.

У порівнянні з простим насиченим вимикачем, обидві схеми добре справляються з підтримкою бажаного струму, навіть коли немає достатньої напруги, щоб світлодіод підсвічувався.

Ось декілька результатів моделювання, порівнюючи простий насичений перемикач з обмежувачем струму резистором (D1), порівняно з опорною ланцюгом дільника напруги (D2) та дводіодним посиланням (D5). Це з 3В світлодіодом. Зверніть увагу, що значення резисторів були налаштовані, щоб отримати близько 9 мА при VBATT = 4,2 В.

Як бачите, джерело струму з посиланням дільника напруги підтримувало хороші показники до, скажімо, 3,35 В. Тож йому потрібно лише близько 350мВ накладних витрат.

Двоодний діодний контур підтримував хороші показники до приблизно 3,45 В, що становить близько 450 мВ накладних витрат.

Стандартна схема дійсно взагалі не підтримує регульований струм. Струм лінійно падає з напругою акумулятора.

Також зауважте, що дводіодна опорна схема та опорна схема дільника напруги мають більший струм при всіх напругах акумулятора порівняно зі стандартними ланцюгами, за винятком максимальної напруги акумулятора.

— Мікейт
джерело

Також дивіться мою відповідь у якомусь іншому питанні: electronics.stackexchange.com/questions/281359/…

— mkeith

4

Ці регулятори не прагнуть працювати на 3В, однак, майже не вистачає переднього простору з 2,5 В світлодіодом.

— Trevor_G

@trevor, Саме так люди завжди думають. Але вони працюють набагато краще при менших напругах, ніж одна NPN, що працює як насичений вимикач з обмежувачем струму. Зверніть увагу, наскільки низький резистор випромінювача.

— makeith

Вся мета цього ланцюга полягає в тому, що для досягнення необхідного струму йому потрібно набагато менше пробігу. Зазвичай його можна використовувати для керування синіми або білими світлодіодами від 3,3 В і нижче. Вам не доведеться водити базу до 1В. Це може бути ухильне до зниження напруги, щоб отримати високий простір. Резистор випромінювача також повинен бути змінений.

— mkeith

Гм 50 Ом буде втратою 1,3 В, 100 - більше 2. Ні працездатного товариша, ні для 2,5В світлодіодів. 50R хоч би працював для вашого старовинного традиційного світлодіода.

— Trevor_G

3

Це поширена проблема використання резистора як пристрою обмеження струму та джерела напруги, який знаходиться лише на невеликій відстані напруги над діапазоном робочої напруги світлодіодів, а діапазон напруги світлодіодів вперед такий широкий.

По-перше, щоб пояснити, що "діапазон" напруги світлодіодів вперед не є діапазоном, який ви можете вибрати для його роботи, його діапазон напруг, з яким світлодіод, можливо, буде працювати при ПЗ, якщо заданий правильний струм (струм вперед) (ця напруга буде змінюватися від одиниця до одиниці, і від партії до партії).

Без зміни будь-якого обладнання, правильний резистор для розробки схеми полягає у використанні мінімальних можливих напруг в діапазоні VF (2,0 В) для виконання ваших розрахунків, це означає, що одиниці з фактичним vf 2,0 В будуть працювати на макс. струм вперед і, отже, яскравість, і ті, хто має більш високий vf (> 2,0), працюватимуть при меншому струмі та меншій яскравості, ніж максимальна конструкція цього типу світлодіодів, але принаймні будь-який блок цієї світлодіодної моделі буде працювати в безпечних межах.

Отже, якщо ви хотіли покращити або виправити 3 причини, які я наводив, якщо, наприклад, ваша програма не переносить меншу яскравість від світлодіода, ви можете зробити будь-яку з: 1) використання кращої лінійки струму, ніж простого резистора. Є кілька фішок, які роблять це. 2) за допомогою більш високої напруги вище прямої напруги. 3) використання світлодіода з більш вузьким діапазоном специфікації напруги вперед.

— Дін Сі
джерело