การใช้พลังงาน LED ในทฤษฎีและความเป็นจริง

ในทางทฤษฎีถ้าหนึ่ง LED ใช้ 10mA ดังนั้น 17 ขนาน LED ใช้ 170mA แต่ในความเป็นจริงเมื่อฉันเชื่อมต่อ 17 ขนาน LED พวกเขาใช้ 100mA ไม่ใช่ 170mA ทำไมมีความแตกต่างระหว่างทฤษฎีและความจริง?

คุณสมมติว่าไฟ led เหล่านี้มีเส้นโค้ง IV เหมือนกันอย่างสมบูรณ์ รายละเอียดที่ระบุไว้เป็นเพียงตัวเลขทั่วไปและจะมีการเปลี่ยนแปลง

หนึ่ง LED อาจเป็น 10mA ที่ 1.9 VF แต่อาจมี 8 หรือ 12 mA หรือแตกต่างกันที่ VF เดียวกัน ที่ไม่ได้คำนึงถึงความสว่าง ไฟ LED สองดวงที่มีเส้นโค้ง IV เดียวกันสามารถสังเกตเห็นสีและความสว่างได้อย่างชัดเจน

คุณต้องคำนึงถึงความแม่นยำหรือการปัดเศษของอุปทานด้วย มันวัดได้เพียง 100 แอมป์เท่านั้น ไม่เพียงพอสำหรับช่วง milliamp เดียวที่เหมาะสม

ยังคำนึงถึงความต้านทานของเขียงหั่นขนมที่คุณใช้ หากคุณวัดแรงดันไฟฟ้าในหลอดไฟ LED แรกและหลอดไฟ LED ล่าสุดคุณอาจสังเกตเห็นความแตกต่าง

คุณควรใช้แอมป์มิเตอร์หรือมัลติมิเตอร์ที่ดีในโหมดปัจจุบันและวัดแต่ละไฟ LED แต่ละอันในวงจรนี้เพื่อดูว่าแต่ละไฟ LED แต่ละอันกินไฟเท่าไหร่

เครื่องวัด PSU ของคุณมีความละเอียดเพียง 0.01 A (10 mA) กระแสไฟฟ้าจริงอาจอยู่ที่ใดก็ได้ระหว่าง 5 mA และ 15 mA สำหรับ LED เดี่ยว

สลับมัลติมิเตอร์สีเหลืองของคุณเป็นช่วง mA เชื่อมต่อสายเคเบิลเข้ากับซ็อกเก็ตที่ถูกต้องและต่อสายมัลติมิเตอร์ในซีรีย์ด้วย LED หนึ่งดวงและรับการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้น

ไฟ LED ที่ไม่ขนานกันในแบบนี้ไม่แนะนำ คนที่มีแรงดันไฟฟ้าตกไปข้างล่างจะหมูปัจจุบัน เชื่อมต่อพวกมันเป็นอนุกรมกับแหล่งจ่ายที่มีอยู่ จำกัด หรือใส่ตัวต้านทานเป็นอนุกรมกับ LED แต่ละตัวเพื่อ จำกัด กระแส

ทั้งทรานซิสเตอร์และ Passerby ตอบคำถามที่คุณถามได้อย่างสมบูรณ์แบบ แต่ขอให้ฉันลองทำอะไรที่ครอบคลุมกว่านี้หน่อย

ดูเหมือนว่าคุณมีไฟ LED จำนวนมากและถ้าคุณมีอะไหล่ไม่กี่ลองการทดลองนี้ ขับ 1 LED ที่ 1.9 โวลต์ บันทึกปัจจุบัน เพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็น 2.0 ตอนนี้ให้ลอง 2.1 คุณจะเห็นว่าปัจจุบันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและฉันจะประหลาดใจถ้า 2.1 โวลต์ไม่ฆ่า LED ตอนนี้แทนที่ LED ด้วยตัวต้านทาน 200 โอห์มแล้วทดสอบซ้ำ สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟขึ้นอย่างรวดเร็วด้วย LED มากกว่าด้วยตัวต้านทานเมื่อถึงแรงดันในการเปิด

ทีนี้นี่คือบางสิ่งที่คุณไม่ทราบ - สำหรับแรงดันไฟฟ้าคงที่กระแสไฟฟ้าผ่าน LED จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิของ LED เพิ่มขึ้น

เนื่องจากมันเริ่มร้อนขึ้นกระแสของมันจะเพิ่มขึ้นและอุณหภูมิก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งแน่นอนหมายความว่าปัจจุบันจะเพิ่มขึ้นอีก คุณสามารถดูที่นี้เป็นผู้นำ - ระยะทางเทคนิคเป็นผู้หลบหนีความร้อน ดังนั้นสิ่งนี้นำไปสู่กฎข้อแรกและสำคัญที่สุด: อย่าพยายามขับ LED จากแหล่งจ่ายแรงดัน จำกัด กระแสเสมอ สิ่งนี้ทำได้ง่ายที่สุดโดยการให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและใช้ตัวต้านทาน จำกัด กระแสในซีรีส์ ในกรณีของคุณแหล่งจ่ายไฟ 5 โวลต์และตัวต้านทาน 300 โอห์มจะให้ประมาณ 10 mA อย่างปลอดภัย

นอกจากนี้การตั้งค่าของคุณแสดงให้เห็นว่าคุณโชคดีในการเลือก LED - พวกเขาทั้งหมดดูเหมือนจะเกี่ยวกับความสว่างเดียวกัน ตามที่ระบุไว้ใน Passerby สิ่งนี้ไม่เป็นความจริง ดังนั้นอย่าผูก LEDs จำนวนมากเข้าด้วยกันและขับมันจากตัวต้านทานเดียว การทำเช่นนั้นจะเชิญช่วงความสว่างใน LED หากคุณไม่ต้องการความสว่างที่สม่ำเสมอคุณอาจคิดว่านี่เป็นสิ่งที่โอเค แต่มีอีกสิ่งที่ต้องพิจารณา

สมมติว่าคุณมี LED 10 ดวงพร้อมกันแต่ละภาพวาด (คุณหวัง) 10 mA รวม 100 mA ในการทำเช่นนี้คุณต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ 5 โวลต์และตัวต้านทาน 30 โอห์ม คุณพอใจกับความสว่างที่ไม่สม่ำเสมอ มีปัญหาอะไรไหม?

อาจจะค่อนข้าง เช่นเดียวกับไฟ LED ที่ไม่สม่ำเสมอในความสว่างสำหรับแรงดันไฟฟ้าเดียวกันพวกเขาไม่ได้วาดกระแสเดียวกันที่แรงดันเดียวกัน

สมมติว่าไฟ LED ดวงใดดวงหนึ่งดึงกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าแรงดันไฟทั่วไป ซึ่งหมายความว่าเนื่องจากพลังงานเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากันในปัจจุบันมันจะกระจายพลังงานมากกว่าพลังงานอื่น ๆ และนั่นหมายความว่ามันจะร้อนขึ้น ในทางกลับกันสิ่งนี้จะลดแรงดันไฟฟ้าลงและจะดึงกระแสมากขึ้น ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดไฟ LED ที่อ่อนที่สุดจะเป็นกระแสมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งมันไหม้และมันอาจจะล้มเหลวในการเปิด ซึ่งหมายความว่า LED ที่อ่อนที่สุดถัดไปจะเริ่มต้นกระแสไฟในกรณีที่แย่ที่สุดกระบวนการจะดำเนินต่อไปจนกว่า LED ทั้งหมดจะตาย กระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นได้กับส่วนประกอบอื่น ๆ เช่นกันและได้รับฉายา "โหมดประทัด" มันเป็นไปได้ในกรณีนี้โดยขีด จำกัด ปัจจุบันซึ่งตั้งไว้สูงเกินไป: นั่นคือ

สิ่งนี้นำไปสู่กฎอื่น ๆ ที่คุณควรปฏิบัติตาม: จำกัด กระแสไปที่ LED แต่ละตัวแยกกัน ซึ่งมักจะหมายถึงหนึ่งตัวต้านทานต่อ LED หรือสตริงของ LED ในชุด ตัวอย่างเช่นหากคุณมีแหล่งกำเนิด 12 โวลต์คุณสามารถใส่ 4 หรือ 5 LEDs ในอนุกรมและใช้ตัวต้านทานเดียวเพื่อ จำกัด กระแสในสตริง คุณสามารถหลีกเลี่ยงปัญหานี้ได้ด้วยไฟ LED จำนวนเล็กน้อยตราบใดที่คุณตระหนักถึงผลที่จะตามมา ด้วย 2 LEDs แบบขนานคุณอาจไม่ต้องกังวลกับความล้มเหลวของโหมด firecracker เนื่องจาก LED ไม่มากที่จะตายในสองเท่าของกระแสไฟปกติ แต่คุณจะยังคงได้ความสว่างที่ไม่เท่ากัน ไฟ LED ยิ่งคุณขนานกันมากเท่าไหร่โอกาสของความล้มเหลวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตัวเลือกขึ้นอยู่กับคุณและคุณอาจต้องการโอกาสจนกว่าคุณจะถูกเผาสักสองสามครั้ง

"การตัดสินที่ดีมาจากประสบการณ์ประสบการณ์มาจากการตัดสินที่ไม่ดี"

คำตอบง่ายๆคือข้อผิดพลาดในการปัดเศษที่มีเพียง "1 ตัวเลขนัยสำคัญ" ใน 0.01 A ซึ่งควรอ่าน 0.0058 A

แต่ตอนนี้คุณสามารถคำนวณ 100/17 = 5.8mA ต่อ LED ในปัจจุบันเนื่องจากตัวเลข 3 ตัวที่สำคัญจากการอ่าน LED เพียงครั้งเดียว

นอกจากนี้คุณสามารถทำนายการเพิ่มขึ้นของกระแสด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นได้ LED 5mm Ultrabright ที่กำหนดมี ESR ภายใน 15 Ω ด้วย 15 LED ใน //, ESR จะเป็น ~ 1Ω (& 17 น้อยลงเล็กน้อย) ดังนั้นการเพิ่มขึ้นอย่างแม่นยำของ 0.10 V ทำให้เพิ่มขึ้นเป็น ~ 0.10A ซึ่งแสดงให้เห็น "หัวเข่า" ของเส้นโค้ง Vf คือ 1.8V ซึ่ง ESR เพิ่มขึ้นแบบไดนามิก

เพื่อป้องกัน ESR ที่ไม่ตรงกันใน LED ฉันขอแนะนำให้เพิ่ม ESR ขั้นต่ำ 50% หรือ8Ωโดยประมาณเมื่อขับมันให้ขนานสูงสุด

สิ่งนี้มีผลต่อ Vf vs If และสามารถมีค่าเผื่อแคบ <1% จากแบตช์เดียวหรือค่าความคลาดเคลื่อนที่กว้างด้านสูงจากแบตช์ผสม ดังนั้นสิ่งนี้มีผลต่อการแบ่งปันปัจจุบันและจะมีนัยสำคัญเมื่อความร้อนในตัวเองลด Vf เท่านั้น ความแตกต่างนี้จะถูกเร่งด้วยกระแสที่เพิ่มขึ้นสูงกว่า 20mA โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแรงดันไฟฟ้าภายในขีด จำกัด ลดลง (Shockley Effect) ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามความต้านทานภายในกลุ่ม ESR ภายในจะเพิ่มขึ้นและดึงกระแสออกมาจากแรงดันคงที่ของอุปทาน

ผลที่ได้คือไฟ LED นั้นมีความแม่นยำเทียบเท่ากับ Zen Zen แรงดันไฟฟ้าต่ำซึ่งมีค่าความคลาดเคลื่อนที่ใกล้เคียงกันซึ่งมักจะแย่กว่าเดิมเนื่องจากการปรับปรุงคุณภาพของซัพพลายเออร์ใน LED LEDs ที่มีความส่องสว่างสูง

สูตรโดยประมาณสำหรับ LED สีแดงนี้กลายเป็น

Vf = 1.8 + หาก * ESR

โดยธรรมชาติการเพิ่มซีรีส์เล็กซีรีส์ R ช่วยลดความไวของสัญญาณที่ไม่ตรงกันซึ่งเกิดจาก "ไดโอดความร้อนร่วมกันในปัจจุบัน"

ประสิทธิภาพเชิงลบจะหายไปโดยการเพิ่มซีรีย์ R ขนาดเล็ก แต่เพื่อประโยชน์ในการรักษาเสถียรภาพของกระแสไฟฟ้าที่คาดหวัง

ตอนนี้กลายเป็นสูตร

Vout = 1.8 + ถ้า * (ESR '+ Rs)

... โดยที่ Vout เป็นไดรเวอร์หรือ Vcc ซึ่งมี ESR ที่สามารถรวมกับ ESR 'ด้านบน เช่น 5V CMOS คือ ~ 50Ωในขณะที่ CMOS <= 3.3 max Vcc คือ ~ 25Ω ESR

. จากนั้นเลือกถ้าและแก้ปัญหาสำหรับ Rs

แต่คนส่วนใหญ่ใช้ Vf @ 20mA เล็กน้อยและคำนวณ RS จาก

Rs = (Vcc-Vf) / ถ้า

จากนั้นเลือกถ้าและแก้ปัญหาสำหรับ Rs โดยใช้ VCA สูงสุดของตัวพิมพ์เล็ก

ESR เป็นเพียงคำศัพท์ที่สะดวกสำหรับการต้านทานค่าต่าง ๆ หรือที่เรียกว่า RdsOn ใน CMOS และ MOSFET

สำหรับไฟ LED สีขาวขนาด 5mm

มันคือ Vf = 2.85 + ถ้า * 15Ω

สำหรับชิ้นส่วนที่ดีซึ่งมีความคลาดเคลื่อนใกล้เคียงกัน

ฉันคิดว่าความต้านทานของ LED แต่ละตัวนั้นยิ่งใหญ่กว่าและเมื่อเราเชื่อมต่อมันแบบขนานดังนั้นความต้านทานในแบบคู่ขนานจะลดลงจากค่าของแต่ละบุคคลนั่นคือสาเหตุที่กระแส LED 10 ตัวน้อยลง 1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + ..........