Zużycie energii LED w teorii i rzeczywistości

Teoretycznie, jeśli jedna dioda LED zużywa 10 mA, więc 17 równoległych diod LED zużywa 170 mA, ale w rzeczywistości, gdy podłączę 17 równoległych diod LED, zużywają tylko 100 mA, a nie 170 mA, dlaczego istnieją różnice między teorią a rzeczywistością?

Zakładasz, że każda z tych diod ma idealnie identyczne krzywe IV. Podane specyfikacje są wartościami nominalnymi, typowymi i mogą się różnić.

Jedna dioda LED może mieć wartość 10 mA przy 1,9 VF, ale inna może mieć wartość 8 lub 12 mA lub inną przy tej samej wartości VF. To nawet nie bierze pod uwagę jasności. Dwie diody LED o tej samej krzywej IV mogą również wyraźnie różnić się kolorem i jasnością.

Musisz także uwzględnić precyzję lub zaokrąglenie zapasów. Mierzy tylko do 100. wzmacniacza. Za mało, aby uzyskać właściwy pojedynczy zakres miliamperów.

Weź również pod uwagę opór stosowanej płyty. Jeśli zmierzysz napięcie na pierwszej i ostatniej diodzie, możesz zauważyć różnicę.

Powinieneś użyć dobrego amperomierza lub multimetru w trybie prądowym i indywidualnie zmierzyć każdą z diod w tym obwodzie, aby zobaczyć, ile faktycznie każda dioda zużywa.

Miernik zasilacza ma rozdzielczość tylko do 0,01 A (10 mA). Rzeczywisty prąd może wynosić od 5 mA do 15 mA dla pojedynczej diody LED.

Przełącz żółty multimetr na zakres mA, podłącz przewody do odpowiednich gniazd i połącz multimetr szeregowo z jedną diodą LED, aby uzyskać dokładniejszy pomiar.

Paralelowanie diod LED w ten sposób nie jest zalecane. Te z niższym spadkiem napięcia do przodu pobudzą prąd. Albo połącz je szeregowo z ograniczonym prądem zasilaczem, albo umieść szeregowo rezystor z każdą diodą LED, aby ograniczyć prąd.

tranzystor i Passerby udzieliły doskonale dobrych odpowiedzi na zadane pytanie, ale pozwól mi spróbować czegoś bardziej kompleksowego.

Wygląda na to, że masz dużo diod LED, a jeśli masz kilka części zamiennych, wypróbuj ten eksperyment. Napęd 1 dioda LED przy 1,9 wolta. Zapisz bieżący. Zwiększ napięcie do 2,0. Teraz wypróbuj 2.1. Zobaczysz, że prąd rośnie bardzo szybko i byłbym zaskoczony, gdyby 2,1 wolta nie zabiło diody LED. Teraz zastąp diodę LED rezystorem 200 omów i powtórz test. Dzięki temu prąd rośnie znacznie szybciej w przypadku diody LED niż rezystora po osiągnięciu napięcia włączającego.

Oto coś, czego nie wiesz - dla stałego napięcia prąd przez diodę LED wzrośnie wraz ze wzrostem temperatury diod LED.

Ponieważ robi się coraz cieplej, jego prąd wzrośnie, podobnie jak jego temperatura. Co oczywiście oznacza, że ​​jego prąd wzrośnie jeszcze bardziej. Możesz zobaczyć, do czego to prowadzi - termin techniczny oznacza „ ucieczkę termiczną” . To prowadzi do pierwszej i najważniejszej zasady: nigdy nie próbuj zasilać diody LED ze źródła napięcia. Zawsze ogranicz prąd. Najłatwiej to zrobić, zapewniając wyższe napięcie i szeregowo wykorzystując rezystor ograniczający prąd. W twoim przypadku zasilanie 5 woltów i rezystor 300 omów dadzą około 10 mA bezpiecznie.

Co więcej, twoja konfiguracja pokazuje, że masz szczęście w wyborze diod LED - wszystkie wydają się mieć tę samą jasność. Jak stwierdził Passerby, ogólnie nie jest to prawdą. Nie łącz więc wiązki diod LED i nie kieruj ich z jednego opornika. Spowoduje to wywołanie zakresu jasności diod LED. Jeśli nie chcesz jednolitej jasności, możesz pomyśleć, że jest to w porządku, ale jest jeszcze jedna rzecz do rozważenia.

Załóżmy, że masz równolegle 10 diod LED, każdy rysunek (masz nadzieję) 10 mA, co daje w sumie 100 mA. Aby to zrobić, użyj zasilacza 5 woltów i rezystora 30 omów. Wszystko w porządku z nierównomierną jasnością. Jest jakiś problem?

Całkiem możliwe. Tak jak diody LED nie mają jednorodnej jasności dla tego samego napięcia, tak samo nie pobierają tego samego prądu przy tym samym napięciu.

Powiedzmy, że jedna z diod LED naturalnie pobiera nieco więcej prądu niż inne przy wspólnym napięciu. Oznacza to, że skoro moc jest równa napięciu razy prąd, rozprasza więcej mocy niż pozostałe, a to oznacza, że ​​robi się cieplej. To z kolei bardziej obniża jego napięcie i pobiera więcej prądu. W najgorszym przypadku najsłabsza dioda LED pobiera coraz więcej prądu, dopóki się nie wypali i prawdopodobnie nie otworzy się. Oznacza to, że następna najsłabsza dioda LED zacznie pobierać prąd, aw najgorszym przypadku proces będzie kontynuowany do momentu zgaśnięcia wszystkich diod LED. Ten proces może mieć miejsce również w przypadku innych komponentów i zyskał przydomek „tryb petardy”. Jest to możliwe w tym przypadku przez zbyt wysoki limit prądu:

Prowadzi to do drugiej zasady, którą należy przestrzegać: ogranicz prąd do każdej diody osobno. Zwykle oznacza to jeden rezystor na diodę LED lub szereg diod LED szeregowo. Na przykład, jeśli masz źródło 12 woltów, możesz połączyć szeregowo 4 lub 5 diod LED i użyć jednego opornika, aby ograniczyć prąd w ciągu. Często można to obejść w przypadku niewielkiej liczby diod LED, pod warunkiem, że zdajesz sobie sprawę z konsekwencji. Przy równoległych 2 diodach LED prawdopodobnie nie musisz się martwić o awarie trybu petardy, ponieważ niewiele diod LED zginie przy dwukrotnym normalnym prądzie roboczym, ale prawdopodobnie nadal uzyskasz nierówną jasność. Im więcej diod LED umieścisz równolegle, tym większe prawdopodobieństwo katastrofalnej awarii. Wybór należy do ciebie i prawdopodobnie zaryzykujesz, dopóki nie zostaniesz spalony kilka razy.

„Dobry osąd pochodzi z doświadczenia. Doświadczenie pochodzi z złego osądu”.

Prostą odpowiedzią jest błąd zaokrąglenia z tylko „1 znaczącą liczbą” w 0,01 A, który powinien wynosić 0,0058 A.

Ale możesz teraz obliczyć prąd 100/17 = 5,8 mA na diodę LED z powodu braku 3 znaczących liczb z jednego odczytu diody LED.

Ponadto można przewidzieć wzrost prądu wraz ze wzrostem napięcia. Nominalna dioda LED Ultrabright 5 mm ma wewnętrzny ESR 15 Ω. Przy 15 diodach LED w // ESR wyniósłby ~ 1Ω. (I 17 nieco mniej.) Zatem każdy dokładny wzrost o 0,10 V powoduje wzrost o ~ 0,10 A, co sugeruje, że „kolano” krzywej Vf wynosi 1,8 V, gdzie ESR rośnie dynamicznie.

Aby zabezpieczyć się przed niedopasowanym ESR w diodach LED, zalecam dodanie co najmniej 50% ESR lub około 8 Ω przy jednoczesnym doprowadzaniu ich do maks.

Wpływa to na Vf vs If i może mieć wąską tolerancję <1% od pojedynczej partii lub szeroką tolerancję po wysokiej stronie z mieszanych partii. ergo wpływa to na dzielenie prądu i staje się znaczące tylko wtedy, gdy samonagrzewanie obniża Vf. Różnica ta jest przyspieszana wraz ze wzrostem prądu powyżej 20 mA, szczególnie tam, gdzie wewnętrzne napięcie progowe zmniejsza się (efekt Shockleya), a zatem napięcie na wewnętrznej rezystancji objętościowej ESR rośnie i pobiera więcej prądu ze stałego napięcia zasilania.

W efekcie diody LED są tak samo dokładne, jak Zenery o niskim napięciu, które mają również podobne tolerancje, często gorsze, ze względu na rosnącą poprawę jakości dostawcy diod LED o wysokiej luminancji.

Przybliżona formuła dla tej CZERWONEJ LED staje się

Vf = 1,8 + Jeśli * ESR

Naturalnie dodanie serii małej serii R eliminuje indukowaną niedopasowanie czułości „niekontrolowany prąd diody dzielącej prąd”.

N Wydajność cieplna jest tracona przez dodanie małej serii R, ale z korzyścią dla stabilizacji oczekiwanego prądu.

Teraz formuła staje się;

Vout = 1,8 + If * (ESR '+ Rs)

... gdzie Vout jest sterownikiem lub Vcc, który ma również ESR, który może być uwzględniony w ESR powyżej. np. 5 V CMOS wynosi ~ 50Ω, podczas gdy CMOS <= 3,3 maks. Vcc wynosi ~ 25Ω ESR.

. następnie wybierz If i rozwiąż dla Rs.

Ale większość ludzi po prostu używa nominalnego Vf @ 20mA i oblicza RS z

Rs = (Vcc-Vf) / If

następnie wybierz If i rozwiąż dla Rs, używając najgorszego przypadku maksymalnego Vcc.

ESR jest po prostu wygodnym terminem określającym rezystancję różnicową, znaną również jako RdsOn w CMOS i MOSFET.

Do białych diod LED 5 mm

jest to Vf = 2,85 + Jeżeli * 15Ω

dla nominalnych dobrych części o podobnych tolerancjach.

Myślę, że ponieważ rezystancja poszczególnych diod LED jest większa, a ponieważ łączymy je równolegle, więc rezystancja równolegle jest zmniejszana od indywidualnej wartości, dlatego prąd 10 diod LED jest mniejszy. 1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + ..........