Dlaczego mój rezystor LED płonął podczas zapalania czterech diod LED szeregowo?

17

Próbowałem utworzyć obwód do przełączania dużego 7-segmentowego wyświetlacza LED ( LDS-CD16RI ) za pomocą pary tranzystorów MOSFET w następujący sposób:

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Tutaj próbuję użyć sygnału logicznego 3,3 V (zilustrowanego jako kółko 1) do przełączenia napięcia 24 V w celu sterowania diodami LED. Ten obwód powtarza się dla każdego segmentu wyświetlacza.

Typowe napięcie przewodzenia każdej z diod LED (które są szeregowo wewnątrz każdego segmentu wyświetlacza) wynosi 6,8 V, a ich maksymalny stały prąd przewodzenia wynosi 20 mA, więc dążyłem do 10 mA prądu przez diody LED. Ponieważ moje napięcie zasilania wynosi tylko 24 V, planowałem faktycznie obniżyć około 5,75 V na diody LED, aby dać mi trochę miejsca na spadek napięcia na M2 i R2.

Do wartości rezystora ograniczającego prąd R2 doszedłem przy 100 Ω, używając:

R = \frac{V_{s} - V_{f}}{I} = \frac{24 - (5.75 * 4)}{0.01} = 100 Ω

$R = \frac{V_s - V_f}{I} = \frac{24 - (5.75*4)}{0.01} = 100Ω$

Przed zbudowaniem tego obwodu obliczałem moc rozpraszaną przez R2 w następujący sposób:

P = \frac{V^{2}}{R} = \frac{1^{2}}{100} = 0.01 W

$P = \frac{V^2}{R} = \frac{1^2}{100} = 0.01\mathrm{W}$

0,01 W wydawało się bezpiecznie poniżej limitu 0,25 W zastosowanych rezystorów przelotowych, więc przystąpiłem do budowy i testowania tego obwodu.

Krótko mówiąc: R2 spłonął wkrótce po oświetleniu segmentu. Wystąpiło to dla każdego z osobnych wystąpień tego obwodu napędzającego różne segmenty wyświetlacza, co sugeruje, że był to błąd projektowy, a nie uszkodzenie pojedynczego elementu.

Z moich obliczeń i dalszej analizy nie mogę jeszcze zrozumieć, dlaczego tak się stało. Aby sprawdzić swoją pracę, zrekonstruowałem obwód w symulatorze, który zasugerował, że moc z R2 w rzeczywistości wynosiłaby 6,84 mW, co jest wynikiem, którego nie potrafię wyjaśnić, ale w każdym razie jest on mniejszy niż to, co obliczyłem powyżej.

Oczekuję, że popełniłem błąd w moich obliczeniach lub założeniach, ale nie byłem w stanie go zlokalizować. Zakładając, że problem polega na tym, że rezystor rzeczywiście rozprasza zbyt dużą moc, czy mój obwód można dostosować do rozwiązania tego problemu? Czy R2 jest tu czerwonym śledziem i problem występuje gdzie indziej w moim obwodzie? Czy moje podejście jest wadliwe?

led resistors 7segmentdisplay

— Martin Atkins
źródło

6

Zmierz rzeczywiste napięcie na każdej z diod LED podczas pracy z rezystorem 100R i szyną zasilającą 24 V. Dla dobrego pomiaru zmierzyć również napięcie na rezystorze.

— Dwayne Reid

2

Zgodnie z twoim obwodem, stawiasz 24 V na bramie M2. To nie odpowiada na pytanie o opornik, ale gdy już zadziała, nie chcesz spalić M2! Nie mogę szybko podkręcić danych na FQU13P06L, ale prawdopodobnie je masz.

— Neil_UK

twoje obliczenia mocy nie zgadzają się z wynikiem symulacji, ponieważ nie bierzesz pod uwagę spadku napięcia na PMOS M2. Jaki jest spadek napięcia nasycenia na nim?

— Anklon

2

Drugi @DwayneReid. Multimetr powinien dość szybko rozwiązać tę zagadkę.

— Daniel

Dzięki za wskazówkę dotyczącą napięcia bramki na M2 ... Nie zauważyłem tego w początkowej pracy, ale teraz to widzę. Spodziewam się, że będę miał osobne pytanie dotyczące rozwiązania, po tym, jak pomyślę o tym nieco dłużej, chociaż i tak muszę zmniejszyć napięcie zasilania (zgodnie z odpowiedziami poniżej), aby prawdopodobnie zmienić problem

— Martin Atkins

48

6,8 woltów wydaje się strasznie wysokie jak na pojedynczą diodę LED. Czy jesteś pewien, że 6,8 nie jest liczbą dla wszystkich czterech diod LED? To sprawiłoby, że wynosiłaby 1,7 V na diodę LED, co jest bardziej rozsądne w przypadku czerwonej diody LED. Oznaczałoby to, że obecnie przepychasz przez opornik 172 miliamper, czyli prawie 3 waty.

W takim przypadku należy obniżyć zasilanie do mniej niż 20 woltów (być może 12 woltów), aby nie zniszczyć bramki swojego MosFET (M2).

— znak
źródło

Mark ma rację. R2 musi wynosić około 1800 omów dla 10 mA przy 24 V.

— winny

Dzięki! Doszedłem do wniosku, że był to numer na diodę LED, ponieważ przecinek dziesiętny ma tylko dwie cyfry, więc spodziewałem się, że nie może być dla wszystkich czterech diod LED, ale twoje wyjaśnienie ma sens, dlaczego nie jest to prawidłowy wniosek.

— Martin Atkins

1

Dla mojej własnej edycji, a także ponownego obliczenia, ponownie zasymulowałem ją z diodami LED przy napięciu przewodzenia 1,7 V i potwierdziłem, że rzeczywiście ~ 3 W rozprasza się również w R2 w symulacji.

— Martin Atkins

1

Cóż, dodaj lub dodaj 8 lub 9 dodatkowych diod LED. Wykorzystaj moc, która w przeciwnym razie zostałaby zmarnowana jako ciepło.

— Passerby

1

@Passerby Dodaj je, dlaczego? Jeśli miał sto diod LED i planował je prowadzić po cztery na raz, to oczywiście powinien biegać więcej w szeregu. Ale ponieważ tak nie jest, nie jest to zbyt pomocne. To tak, jakby „och, dzisiaj rozdają jedzenie dla psów, więc muszę kupić psa”. :)

— Graham

39

Widzę twój problem. Twój obwód pokazuje, jak prowadzisz pojedynczy segment LED. (Zakładam, że masz wtedy 7 takich obwodów, po jednym dla każdego segmentu.) Karta danych pokazuje 4 diody LED połączone szeregowo, obejmujące segment.

Tam, gdzie popełniłeś błąd, zakładasz, że na diodę spadnie napięcie o 6,8 V. Nie ma takiej czerwonej diody LED. Zazwyczaj czerwona dioda LED będzie miała spadek napięcia przewodzenia o wartości około 1,6 V-1,8 V, co jest cechą związaną z fizyką, więc nie ma tak naprawdę dużego zróżnicowania. To mówi mi, że masz spadek napięcia przewodzenia o 6,8 V dla wszystkich czterech diod LED w tym segmencie w szeregu .

Tak więc przy spadku napięcia o 6,8 V i zasilaniu 24 V, spadasz o 17,2 V na 100R. Jak mówi Mark, daje to 172mA i rozproszenie mocy 2,96W na rezystorze. Niewłaściwe dla rezystora 0,25 W.

W rzeczywistości masz szczęście, że opornik 0,25 W w zasadzie staje się bezpiecznikiem w tych warunkach i niemal natychmiast się przepala. Gdyby nie to, przepuszczenie 172mA przez wyświetlacz wypaliłoby to dość szybko, a duży 7-segmentowy wyświetlacz będzie znacznie droższy niż rezystor. Jeśli użyjesz rezystora o większej mocy, zastanawiasz się, dlaczego wyświetlacz na krótko błysnął bardzo jasno, a potem na zawsze stał się czarny.

— Graham
źródło

Dzięki za tę odpowiedź! Przyjąłem odpowiedź Marka, ponieważ była wcześniej, ale obie były świetnymi odpowiedziami i chciałbym móc zaakceptować obie. Wyjaśnienie, że rezystor działał w tym przypadku jako bezpiecznik, pomogło pomyśleć o tym, co się tutaj wydarzyło.

— Martin Atkins

@MartinAtkins Fair dość. Mark był tam pierwszy - właśnie dodałem trochę więcej szczegółów wokół krawędzi. :) Cieszę się, że to było pomocne.

— Graham

2

@MartinAtkins Mówiąc ogólnie o SE, a nie tym wątku: Nie powinieneś przyjmować odpowiedzi wyłącznie dlatego, że jest pierwsza. Zobacz wiele wątków w SE, w których pierwsza odpowiedź jest bardzo słaba i często usuwana, gdy staje się oczywista. Jeśli przyjdzie później, że lepiej odpowie na twoje pytanie, możesz - i prawdopodobnie powinieneś - zmienić przyjętą odpowiedź.

— underscore_d

0

Źle to zrozumiałeś.

Napięcie przewodzenia w arkuszu danych dotyczy serii diod LED , a nie pojedynczych diod LED.

Tak więc spadek napięcia na diodach LED jest 6.8Vi nie ma 6.8V * 4lub5.xV *4

Tak więc rezystor musi sobie radzić 17.2Vi nie 0..2V.

Tak więc prąd jest .17Arozpraszany ~4W.

— Dima Tisnek
źródło

7

Co dokładnie dodaje ta odpowiedź, że inne odpowiedzi jeszcze się nie dowiedziały?

— Thomas Weller

Dobre pytanie. Myślę, że ta odpowiedź jest zwięzła i dokładna.

— Dima Tisnek

-2

zależy od mocy znamionowej (rezystancja wewnętrzna) i koloru diody LED (Vf), rezystor 100 omów musi wytrzymać całe dodatkowe napięcie 24 - 4xVf -4Ir ... Vf ~ 3V dla bieli, 2V dla innego koloru. Większość diod LED ma wysoką rezystancję, z wyjątkiem diod LED mocy, takich jak Cree ... Jeśli rezystor ma napięcie 12 V, moc będzie wynosić ~ v2 / r 1,5 W wat ... dodaj więcej ciąg diod LED.

— mały palec
źródło

1

Witamy w EE.SE! Twoja odpowiedź jest bardzo trudna do odczytania i wydaje się, że nie odpowiada skutecznie na pytanie. Sformatuj ponownie swoją odpowiedź i upewnij się, że dokładnie odpowiada na pytanie.

— user2943160,