ทำไมตัวต้านทาน LED ของฉันถึงไหม้ในขณะที่ไฟ LED สี่ดวงในซีรี่ส์

17

ฉันพยายามสร้างวงจรเพื่อสลับจอแสดงผล LED ขนาดใหญ่ 7 เซ็กเมนต์ ( LDS-CD16RI ) โดยใช้ MOSFET คู่หนึ่งดังนี้:

แผนผัง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ที่นี่ฉันกำลังพยายามใช้สัญญาณลอจิก 3.3V (ภาพประกอบเป็นวงกลม 1) เพื่อสลับ 24V เพื่อขับ LED วงจรนี้ซ้ำสำหรับแต่ละส่วนของจอแสดงผล

แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าโดยทั่วไปของแต่ละ LED (ซึ่งอยู่ในอนุกรมภายในแต่ละส่วนของจอแสดงผล) คือ 6.8V และกระแสคงที่ไปข้างหน้าสูงสุดของพวกเขาคือ 20mA ดังนั้นฉันจึงมุ่งกระแส 10mA ผ่านไฟ LED เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของฉันเป็นเพียง 24V ฉันจึงวางแผนที่จะลดลงประมาณ 5.75V สำหรับไฟ LED เพื่อให้แรงดันตกคร่อมบน M2 และ R2

ฉันมาถึงค่าของตัวต้านทาน R2 ที่ จำกัด ในปัจจุบันที่100Ωโดยใช้:

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

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

ก่อนที่จะสร้างวงจรนี้ฉันคำนวณพลังงานที่กระจายโดย R2 ดังนี้:

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

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

0.01W ดูเหมือนต่ำกว่าขีด จำกัด 0.25W ของตัวต้านทานแบบผ่านรูที่ฉันใช้ดังนั้นฉันจึงดำเนินการสร้างและทดสอบวงจรนี้

หากต้องการตัดเรื่องสั้นที่มีความยาว: R2 จะถูกไฟไหม้ไม่นานหลังจากที่ส่วนหนึ่งสว่างขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นสำหรับแต่ละอินสแตนซ์ที่แยกจากกันของวงจรนี้ขับเซ็กเมนต์การแสดงผลต่าง ๆ แนะนำว่ามันเป็นข้อผิดพลาดในการออกแบบมากกว่าความล้มเหลวขององค์ประกอบเดียว

จากการคำนวณของฉันและการวิเคราะห์เพิ่มเติมฉันยังไม่เข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้จึงเกิดขึ้น ในการตรวจสอบงานของฉันฉันได้สร้างวงจรขึ้นใหม่ในเครื่องจำลองซึ่งแนะนำว่าพลังงานจาก R2 ในความเป็นจริงแล้วจะเป็น 6.84mW ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ฉันไม่สามารถอธิบายได้ แต่ในกรณีใด ๆ ที่เล็กกว่าที่ฉันคำนวณไว้

ฉันคาดหวังว่าฉันได้ทำผิดพลาดที่ไหนสักแห่งในการคำนวณหรือสมมติฐานของฉัน แต่ฉันไม่สามารถค้นหาได้ สมมติว่าปัญหาคือตัวต้านทานกำลังกระจายพลังงานมากเกินไปวงจรของฉันจะถูกปรับให้อยู่กับสิ่งนี้ได้หรือไม่? R2 เป็นปลาเฮอริ่งแดงที่นี่และมีปัญหาเกิดขึ้นที่อื่นในวงจรของฉันหรือไม่ แนวทางของฉันมีข้อบกพร่องหรือไม่?

led resistors 7segmentdisplay

— Martin Atkins
แหล่งที่มา

6

วัดแรงดันไฟฟ้าจริงของ LED แต่ละดวงเมื่อใช้งานตัวต้านทาน 100R และรางจ่ายไฟ 24V สำหรับการวัดที่ดีควรวัดแรงดันข้ามตัวต้านทาน

— Dwayne Reid

2

ตามวงจรของคุณคุณกำลังวาง 24 v บนประตูของ M2 นี่ไม่ได้ตอบคำถามตัวต้านทาน แต่เมื่อมันใช้งานได้คุณไม่ต้องการเผา M2! ฉันไม่สามารถเปิดใช้ข้อมูลอย่างรวดเร็วบน FQU13P06L แต่คุณน่าจะมีอยู่

— Neil_UK

การคำนวณพลังงานของคุณไม่ตรงกับผลการจำลองทำให้คุณไม่ได้พิจารณาถึงแรงดันตกคร่อม PMOS M2 แรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวลดลงเป็นเท่าไร?

— Anklon

2

ประการที่สอง @DevneReid มัลติมิเตอร์ควรแก้ปัญหาความลึกลับนี้ได้อย่างรวดเร็ว

— Daniel

ขอบคุณสำหรับเคล็ดลับเกี่ยวกับแรงดันเกตที่ M2 ... ฉันไม่ทันได้ทำงานตอนแรก แต่ตอนนี้ฉันเห็นแล้ว ฉันคาดหวังว่าฉันจะมีคำถามแยกต่างหากเกี่ยวกับการแก้ปัญหาหลังจากที่ฉันคิดสิ่งนี้ผ่านอีกเล็กน้อยแม้ว่าฉันจะต้องลดแรงดันไฟฟ้าของฉันต่อไป (ตามคำตอบด้านล่าง) ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนปัญหา

— Martin Atkins

48

6.8 โวลต์ดูเหมือนจะสูงมากสำหรับ LED เดียว คุณแน่ใจหรือไม่ว่า 6.8 ไม่ใช่หมายเลขสำหรับ LED ทั้งสี่ตัว นั่นจะทำให้ 1.7 โวลต์ต่อ LED ซึ่งเหมาะสมกว่าสำหรับ LED สีแดง และนั่นหมายความว่าคุณกำลังผลักดัน 172 มิลลิแอมป์หรือเกือบ 3 วัตต์ผ่านตัวต้านทานของคุณ

หากเป็นกรณีนี้คุณควรลดแหล่งจ่ายไฟของคุณให้เหลือน้อยกว่า 20 โวลต์ (อาจ 12 โวลต์) เพื่อไม่ให้ทำลายประตู MosFET ของคุณ (M2)

— เครื่องหมาย
แหล่งที่มา

มาร์คถูกต้องแล้ว R2 ต้องอยู่ที่ประมาณ 1,800 โอห์มสำหรับ 10 mA ที่ 24 V.

— winny

ขอบคุณ! ฉันได้ข้อสรุปว่านี่เป็นตัวเลขต่อ LED เพราะจุดทศนิยมมีสองหลักเท่านั้นดังนั้นฉันจึงคาดว่ามันจะไม่สามารถใช้กับ LED ทั้งสี่ดวงได้ แต่คำอธิบายของคุณสมเหตุสมผลแล้วว่าทำไมจึงไม่ใช่ข้อสรุปที่ถูกต้อง

— Martin Atkins

1

สำหรับการดัดแปลงของฉันเองรวมถึงการคำนวณอีกครั้งฉันจำลองด้วย LED ที่ 1.7V แรงดันไปข้างหน้าและยืนยันว่าจริง ๆ ~ 3W กำลังสลายที่ R2 ในการจำลองด้วย

— Martin Atkins

1

นั่นคือหรือเพิ่มเช่นไฟ LED 8 หรือ 9 เพิ่มเติม ใช้พลังงานที่อาจทำให้สูญเสียความร้อนได้

— Passerby

1

@Passerby เพิ่มไว้เพราะอะไร หากเขามี LED หนึ่งร้อยดวงและกำลังวางแผนที่จะขับรถสี่คันในเวลาเดียวกันแน่นอนว่าเขาควรจะทำงานต่อเนื่องเป็นลำดับ แต่เนื่องจากไม่ชัดเจนกรณีนี้จึงไม่เป็นประโยชน์มากนัก มันเหมือน "โอ้วันนี้พวกเขาแจกอาหารสุนัขดังนั้นฉันต้องซื้อสุนัข" :)

— Graham

39

ฉันเห็นปัญหาของคุณ วงจรของคุณแสดงให้เห็นว่าคุณขับ LED กลุ่มเดียวอย่างไร (ฉันคิดว่าคุณมีวงจรเหล่านี้ 7 ตัวหนึ่งตัวสำหรับแต่ละเซกเมนต์) แผ่นข้อมูลแสดงไฟ LED 4 ดวงต่ออนุกรมในส่วนที่ครอบคลุมกลุ่ม

หากคุณทำผิดพลาดสมมติว่ามีแรงดันตกไปข้างหน้า 6.8V ต่อ LED ไม่มีไฟ LED สีแดงดังกล่าว โดยทั่วไปแล้วไฟ LED สีแดงจะมีแรงดันไฟฟ้าตกไปข้างหน้าประมาณ 1.6V-1.8V และนั่นเป็นลักษณะของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องดังนั้นจึงไม่มีขอบเขตสำหรับการเปลี่ยนแปลงมากนัก สิ่งนี้บอกฉันว่าคุณมีแรงดันตกด้านหน้า 6.8V สำหรับ LED ทั้งสี่ในส่วนนั้นในซีรีส์ในส่วนที่อยู่ในชุด

ด้วยแรงดัน 6.8V และแหล่งจ่ายไฟ 24V คุณจะลดลง 17.2V จาก 100R ดังที่มาร์คกล่าวว่าสิ่งนี้จะช่วยให้คุณกระจายกำลัง 172mA และ 2.96W บนตัวต้านทาน ไม่ดีต่อตัวต้านทาน 0.25W

ในความเป็นจริงคุณโชคดีที่ตัวต้านทาน 0.25W โดยทั่วไปจะกลายเป็นฟิวส์ภายใต้เงื่อนไขเหล่านั้นและเผาผลาญเกือบจะทันที ถ้าไม่มีการวาง 172mA ผ่านหน้าจอจะทำให้เขียนออกมาค่อนข้างเร็วและจอแสดงผลขนาดใหญ่ 7 เซ็กเมนต์นั้นจะค่อนข้างแพงกว่าตัวต้านทาน หากคุณใช้ตัวต้านทานที่มีกำลังขับสูงกว่าคุณจะสงสัยว่าทำไมหน้าจอจึงกะพริบเป็นระยะเวลาสั้น ๆ อย่างสว่างไสวและมืดไปตลอดกาล

— ทำจากแป้งที่ยังไม่ได้ร่อน
แหล่งที่มา

ขอบคุณสำหรับคำตอบนี้! ฉันยอมรับคำตอบของมาร์กเพราะก่อนหน้านี้ แต่ทั้งคู่เป็นคำตอบที่ดีและฉันหวังว่าฉันจะยอมรับทั้งสองข้อได้ การชี้แจงว่าตัวต้านทานทำหน้าที่เป็นฟิวส์ในกรณีนี้มีประโยชน์ในการคิดเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นที่นี่

— Martin Atkins

@ มาร์ตินแอตกินส์พอสมควร มาร์คอยู่ที่นั่นก่อน - ฉันเพิ่งเพิ่มรายละเอียดอีกเล็กน้อยรอบ ๆ ขอบ :) ดีใจที่มันเป็นประโยชน์

— เกรแฮม

2

@MartinAtkins พูดโดยทั่วไปเกี่ยวกับ SE ไม่ใช่หัวข้อนี้โดยเฉพาะ: คุณไม่ควรยอมรับคำตอบอย่างหมดจดเพราะมันเป็นครั้งแรก ดูกระทู้จำนวนมากทั่ว SE ซึ่งคำตอบที่ 1 แย่มากและมักถูกลบเมื่อเห็นได้ชัด หากมีใครเข้ามาภายหลังซึ่งตอบคำถามของคุณได้ดีขึ้นคุณสามารถ - และควรจะ - เปลี่ยนคำตอบที่คุณยอมรับ

— underscore_d

0

คุณเข้าใจผิด

แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าในแผ่นข้อมูลสำหรับชุดไฟ LEDไม่ใช่สำหรับ LED แต่ละตัว

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมไฟ LED เป็น6.8Vและไม่ได้6.8V * 4หรือ5.xV *4

ตัวต้านทานจึงต้องจัดการกับ17.2Vและไม่0..2Vและไม่ได้

ดังนั้นในปัจจุบันคือและพลังงานเหือดหาย.17A~4W

— Dima Tisnek
แหล่งที่มา

7

คำตอบนี้เพิ่มอะไรอย่างแน่ชัดว่าคำตอบอื่น ๆ ยังไม่พบ?

— โทมัสเวลเลอร์

คำถามที่ดี. ฉันคิดว่าคำตอบนี้กระชับและแม่นยำ

— Dima Tisnek

-2

ขึ้นอยู่กับระดับพลังงาน (ความต้านทานภายใน) และสีของไฟ LED (Vf) ตัวต้านทาน 100 โอห์มจะต้องรับแรงดันไฟฟ้าพิเศษทั้งหมด 24 - 4xVf -4Ir ... Vf ~ 3V สำหรับสีขาว 2V สำหรับสีอื่น LED ส่วนใหญ่มีความต้านทานสูงยกเว้น LED กำลังไฟเช่นเดียวกับ Cree ... ถ้าตัวต้านทานมีค่า 12 V กำลังจะเป็น ~ v2 / r 1.5W วัตต์ ... เพิ่มจำนวน LED ของสตริงเพิ่มเติม

— พิ้งกี้
แหล่งที่มา

1

ยินดีต้อนรับสู่ EE.SE! คำตอบของคุณอ่านยากมากและดูเหมือนจะไม่ตอบคำถามได้อย่างมีประสิทธิภาพ โปรดจัดรูปแบบคำตอบของคุณใหม่และให้แน่ใจว่าคำตอบนั้นถูกต้อง

— user2943160