Прямое напряжение светодиода является диапазоном, так как вы рассчитываете значение резистора?

14

Во всех приведенных мной примерах светодиодов прямое напряжение установлено на определенное значение (т. Е. 2,1 В) и рассчитывается необходимый резистор на основе этого числа. Но когда я смотрю таблицы данных, прямое напряжение приходит в диапазонах (2,0 - 2,5 В). Это имеет смысл для меня, так как не все светодиоды созданы равными. Но мне трудно понять, какой резистор использовать.

Поэтому я решил разработать схему. У меня есть источник напряжения 3 В (2 батарейки АА), который подключается к резистору, который подключается к светодиоду, который подключается обратно к источнику напряжения. Максимальный устойчивый ток светодиода составляет 20 мА.

Я решил использовать закон Ома для верхнего и нижнего пределов диапазона прямого напряжения для расчета сопротивлений.

(3.0 v - 2.0 v) / 20 m A = 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 возникает, когда я выбираю резистор. Допустим, я выбрал резистор 50 Ом, но светодиод, который я получаю, имеет прямое напряжение 2,5 В. Фактическая величина тока, который будет проходить через светодиод, будет 10 мА. Это не использует светодиод, чтобы в полной мере потенциал.

Если я использую резистор 25 Ом, а светодиод имеет прямое напряжение 2,0 В, то величина тока, проходящего через светодиод, будет 40 мА. Мой светодиод взорвется.

Использование «заданного значения» 2,1 В для расчета сопротивления дает нам 45 Ом.

(3.0 v - 2.1 v) / 20 m A = 45 Ω

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

Если бы мой светодиод имел прямое напряжение 2,0 В, ток был бы 22 мА. Это за рейтинг для светодиодов. Если бы светодиод имел прямое напряжение 2,5 В, ток был бы 11 мА, который не использует светодиод до своего полного потенциала.

Примечание: я не слишком озабочен тем, чтобы использовать весь потенциал светодиода. (Если я правильно понимаю, 10 мА должно нормально работать, чтобы зажечь светодиод.) Я просто хочу знать, как настоящие инженеры решают эту проблему. Допустимо ли наличие тока 10 мА? Можете ли вы на самом деле сойти с 22 мА, хотя спецификации говорят 20 мА? Что вы делаете, когда вам нужно, чтобы ваши светодиоды работали на максимальной яркости?

led resistors Aust
источник

1

да, вы можете управлять сигнальным светодиодом 20 мА при 22 мА. Вы, вероятно, можете управлять гораздо больше, чем если бы речь шла о тепле. это сократит срок службы, но как часто вы видите, как светодиоды «перегорают» до того, как продукт выбрасывается?

dandavis

1

Если вы смотрите на устройство с нескольких футов, а не под прямыми солнечными лучами, может сработать всего 2 мА. Эффективный свет, который мы видим, является логарифмическим.

Питер Смит

Я бы никогда не планировал использовать светодиод 20 мА при 22 мА, но, поскольку напряжение аккумулятора быстро падает, вам, вероятно, это сойдет с рук. Я обнаружил, что простым светодиодным индикаторам обычно требуется всего несколько мА, если они не освещают большой диффузор или что-то в этом роде. Я также хотел бы отметить, что две щелочные батареи будут производить напряжение в диапазоне от 3,1 В до 2 В при разряде. Таким образом, для вождения светодиода 2,5 В потребуется регулятор повышения. Кроме того, светодиод Vf часто указывается при макс. Если вам не нужно max If, вам также может не понадобиться нажимать max Vf.

mkeith

2

Не забывайте, что резисторы тоже имеют типовые варианты. В зависимости от выбранного допуска, фактическое сопротивление вашего номинального 50 Ом может быть менее 45 Ом или более 55 Ом. Вы проектируете номинальную производительность цепи при номинальных значениях компонентов и следите за тем, чтобы в пределах допуска ваше устройство не выходило за пределы своих возможностей и не переходило в неожиданное состояние.

Энтони Икс

Вы упускаете суть. Дело не в том, что они изготовлены неравномерно, а в том, что они имеют постоянный ток, а не постоянное напряжение ... а также дрейф в зависимости от возраста и температуры соединения ... и являются нелинейными, а небольшие изменения напряжения вызывают большие изменения тока. Подайте постоянное напряжение 2,2 В на светодиод, случайный результат. Применить 20 мА постоянного тока, предсказуемый результат. Думай в токе.

Харпер - Восстановить Монику

15

Это общая проблема с использованием резистора ограничения тока со светодиодами, когда напряжение питания близко к прямому напряжению светодиода. Вам просто не хватает накладных расходов, чтобы резистор был достаточно большим, чтобы поглотить разницу между диодом и диодом.

У вас также есть проблема, что сами батареи будут иметь значительный диапазон и, вероятно, будут больше, чем 3 В, когда новые.

Как правило, лучше использовать светодиоды с источником тока, а не с источником напряжения. Тем не менее, даже в этом случае вам понадобится запас мощности для работы ограничителя тока, и половина вольта будет очень напряженной.

Есть способы сделать это достаточно точно при всех ваших ограничениях, но это усложняется, требует затрат и быстрее разряжает батарею.

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Довольно удивительно после всех этих лет, что никто, кажется, не поместил это на простой маленький SOIC.

Но, в конечном счете, если ваши требования не соответствуют жесткому необходимому прямому току, лучше просто добавить другую батарею, чтобы у вас было номинальное напряжение 4,5 В и использовать резистор большего размера.

Trevor_G
источник

@andre согласился, смотрите мой комментарий под ответом Jonk.

Trevor_G

Это лучшая схема, как только вы пройдете, что можно сделать с одним транзистором. Могу поспорить, что вы могли бы также опустить линейный регулятор и просто использовать стабилитрон или обычный диод, смещенный в качестве эталона.

mkeith

@ mkeith ya проблема с диодом - отклонение батареи.

Trevor_G

1

@ChrisH правда, а со старыми светодиодами на 5В это не имело значения. Но с более и более низкими нагрузками на 3.3 В они наверняка будут хороши.

Trevor_G

2

Вот почему в дешевых светодиодных фонарях используется громоздкое количество ТРИ 1,5В аккумулятора.

Agent_L

8

Звучит так, как будто вы слишком обдумываете проблему.

$\frac{1}{4}\:\textrm{V}$ $\times\: 2$
Кроме того, светодиоды довольно жесткие и часто используются в импульсных (мультиплексированных) режимах, где пиковый ток намного выше среднего. И они обычно могут справиться с этим просто отлично.
$\times\:2$

Итак, в целом, точный уровень тока обычно не так важен, когда светодиод используется в качестве индикатора. И напряжение на светодиодах все равно не сильно меняется.

Главное, чтобы удостовериться, что имеется достаточная нагрузка по напряжению для фактической работы светодиода в конструкции и что метод регулирования тока достаточен для нужд (что бы это ни значило) и не стоил слишком дорого (. ...) и не занимает много места (...) и не нагревает окружающие предметы, не должен (...) и не разряжает батарею больше, чем необходимо (...) и иначе не мешает другим спецификациям дизайна (какими бы они ни были.)

Короче говоря, обычно есть слишком много других проблем, чтобы волноваться.

[Если светодиод используется в качестве одного из трех светодиодов RGB с намерением использовать его в качестве пикселя светодиодов на большом внешнем дисплее, то может быть очень важно (или не так, в зависимости от требований), чтобы токи были осторожны откалиброван в каждом из отдельных светодиодов, чтобы обеспечить соответствие фактическим расчетным критериям, таким как «баланс белого». (Помимо любого «биннирования» светодиодов, которое могло быть выполнено до сборки в пиксель RGB.)]

Вы представляете проблему, касающуюся тока светодиода, где проблема использует низкое напряжение наверху и преувеличивает проблему из-за того, что напряжения на светодиодах меняются весьма незначительно (что, я полагаю, может произойти.) В таких случаях есть скромное решение, хотя Я не могу сказать, что кто-то захочет поставить проблему с тремя BJT и резистором. Но допустим, что у вас на самом деле есть цель управления "низкими накладными расходами" и постоянным контролем тока независимо от изменения напряжения на светодиоде. В таком случае, вероятно, самый дешевый способ - использовать текущее зеркало, как показано ниже:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

$Q_1$ $Q_3$

В ситуациях с низкими нагрузками резистор делает очень плохой регулятор тока. Вот только как это. То есть вы либо живете с этим, либо нет, в зависимости от обстоятельств.

$V_{CC}$

схематический

^{смоделировать эту схему}

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

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

Йонк
источник

1

Поскольку это текущее зеркало, эта схема тратит столько энергии, сколько она подает на светодиод. Иногда это может быть реальной проблемой.

Mkeith

Q_{2}

$Q_2$

В симуляции это поддерживает очень хорошее регулирование. Я думаю, что есть ошибка, хотя. Вы наверняка хотели, чтобы Q3 стал NPN, верно? С эмиттером заземлено, а коллектор подключен к току зеркальных оснований? Вот как я это смоделировал.

Mkeith

1

@mkeith Не слишком доверяй симуляциям. Q1 и Q2 никогда не бывают абсолютно идентичными и, как правило, имеют разные температуры (прежде всего токи в Q1 и Q2 различны, обычная ситуация, если вы не хотите тратить энергию в Q2)

andre314

1

@ Trevor, с тремя щелочными батареями, напряжение разряжается от 4,5 до 3 В при разрядке батареи. Если Vf составляет 2,5 В, это означает, что напряжение на токоограничивающем резисторе будет варьироваться от 2 В до 0,5 В, что в 4 раза превышает ток светодиода. Вот почему я бы использовал источник тока с двумя диодами в качестве эталона. Это обеспечит намного лучшее регулирование в диапазоне напряжения батареи. Только с несколькими дополнительными резисторами.

mkeith

7

Сначала вы указываете одного производителя светодиодов и номер детали. Диапазон в Vf от части к части будет не таким большим, как вы предлагаете (не 0,5 В).

Во-вторых, небольшие изменения в яркости не всегда заметны для глаз. Таким образом, вам не нужно беспокоиться о небольших вариациях от единицы к единице.

В-третьих, когда это возможно, вы питаете светодиоды от регулируемого напряжения, а не от батареи, так что вы удаляете один источник изменений.

В-четвертых, когда единственный доступный источник питания является переменным (например, батарея), вы используете светодиод с источником тока вместо источника напряжения с ограничителем тока. Если доступно хотя бы одно регулируемое напряжение (даже если это низкое напряжение), довольно просто сделать удовлетворительный источник тока для управления светодиодным индикатором, используя только один транзистор и несколько резисторов. Это дешево, но занимает место на очень ограниченных пространствах.

Если даже не имеется одна регулируемое напряжение, вы все равно можете сделать приличный источник тока с помощью двух диодов в серии в качестве опорного напряжения.

Я не уверен, что я настоящий инженер, но мне приходилось делать все это при разработке потребительских товаров, и именно так я с этим справился. Еще одна вещь, которая действительно может получить вас с помощью светодиодных индикаторов, это когда тяжелые нагрузки приводят к падению напряжения батареи. Например, вибрационный двигатель или динамик могут вызвать падение напряжения аккумулятора на некоторых продуктах. Это падение может вызвать заметное мерцание или изменение яркости светодиода, когда светодиод питается от батареи. Это еще одна причина использовать источник тока вместо.

Вот источник тока, когда светодиод питается от батареи, но у вас есть доступный сигнал GPIO, который получается из регулируемого напряжения:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

На приведенной выше схеме не имеет значения, питается ли светодиод от 3,3 В или VBATT или чего-то еще, если GPIO питается от регулируемого источника. Я скопировал это из другого ответа. Вы хотели бы настроить резистор эмиттера, чтобы получить определенный ток, который вы ищете. Когда доступно не так много служебной информации, вы также можете уменьшить R2, чтобы базовое напряжение было менее 1 В.

Вот схема, когда нет регулируемого напряжения:

схематический

^{смоделировать эту схему}

В приведенной выше схеме, D1 и D2, выступать в качестве опорного напряжения. Напряжение будет меняться, но не так сильно, как напряжение аккумулятора. Это постоянное напряжение на базе Q1 затем используется в постоянном напряжении на R3 и, таким образом, постоянном токе коллектора (транзистор не будет насыщен, если VBATT не будет очень низким). На самом деле я не делал этого в производственном проекте, но я верю, что это будет работать нормально.

По сравнению с простым переключателем насыщения обе цепи отлично справляются с поддержанием желаемого тока, даже когда напряжения едва хватает для поддержания светимости светодиода.

Ниже приведены некоторые результаты моделирования, сравнивающие простой насыщенный переключатель с ограничением тока резистора (D1), против опорного делителя напряжения цепи (D2) против опорных два диода (D5). Это со светодиодом 3В. Обратите внимание, что значения резистора были изменены, чтобы получить около 9 мА при VBATT = 4,2 В.

Как видите, источник тока с опорным делителем напряжения сохранил хорошую производительность, скажем, до 3,35 В. Таким образом, требуется всего около 350 мВ накладных расходов.

Двухдиодная опорная цепь сохранила хорошие рабочие характеристики до уровня около 3,45 В, что составляет около 450 мВ надземной части.

Стандартная схема действительно не поддерживает регулируемый ток вообще. Ток падает линейно с напряжением батареи.

Также обратите внимание, что двухдиодная опорная цепь и опорная цепь делителя напряжения имеют более высокий ток при всех напряжениях батареи по сравнению со стандартной цепью, за исключением максимального напряжения батареи.

mkeith
источник

Также см. Мой связанный ответ в некотором другом вопросе: electronics.stackexchange.com/questions/281359/…

mkeith

4

Эти регуляторы не будут работать на 3 В, хотя не хватает достаточного запаса мощности со светодиодом 2,5 В.

Trevor_G

@trevor, это то, что люди всегда думают. Но они работают лучше при более низких напряжениях, чем одиночные NPN, работающие в качестве переключателя насыщения с ограничителем тока. Обратите внимание, насколько низок резистор эмиттера.

mkeith

Вся цель этой схемы заключается в том, что для достижения необходимого тока требуется гораздо меньше запаса. Обычно его можно использовать для управления синим или белым светодиодом от 3,3 В и ниже. Вам не нужно водить базу до 1V. Это может быть смещено к более низким напряжениям, чтобы получить запас. Резистор эмиттера также должен быть заменен.

Mkeith

Гм 50 Ом - это потери 1,3 В, 100 - больше 2. Нет помощника, не для светодиода 2,5 В. 50R будет работать для вашего старого стиля традиционных светодиодов, хотя.

Trevor_G

3

Это общая проблема с использованием резистора в качестве устройства ограничения тока и источника напряжения, который находится на небольшом расстоянии напряжения над диапазоном рабочего напряжения светодиодов, а диапазон прямого напряжения светодиодов настолько широк.

Во-первых, чтобы объяснить, «диапазон» прямого напряжения светодиодов - это не тот диапазон, который вы можете выбрать для его работы, это диапазон напряжений, при которых светодиод будет работать при ПЧ, учитывая правильный ток (прямой ток) (это напряжение будет изменяться от от единицы к единице и от партии к партии).

Без изменения какого-либо аппаратного обеспечения, правильный резистор для проектирования схемы должен использовать наименьшее возможное напряжение в диапазоне vf (2.0 В) для выполнения ваших расчетов, это означает, что устройства с фактической vf 2.0 В будут работать на максимуме прямой ток и, следовательно, яркость, и те, у кого более высокая vf (> 2,0), будут работать при меньшем токе и меньшей яркости, чем максимальная конструкция светодиодов этого типа, но, по крайней мере, любой блок этой модели будет работать в безопасных пределах.

Поэтому, если вы хотите улучшить или исправить 3 причины, которые я привел, например, если ваше приложение не может допускать более низкую яркость от светодиода, вы можете сделать одно из: 1) использовать лучшую схему ограничения тока, чем простой резистор. Есть несколько чипов, которые делают это. 2) используя более высокое напряжение выше прямого напряжения. 3) использование светодиода с более узким диапазоном характеристик прямого напряжения.

Дин Си
источник

Прямое напряжение светодиода является диапазоном, так как вы рассчитываете значение резистора?

Ответы: