ฉันเข้าใจว่าฉันไม่สามารถเชื่อมต่อ LED โดยตรงกับแบตเตอรี่เพราะมันจะดึงกระแสไฟมากเกินไป ดังนั้นจะต้องมีอย่างอื่นในวงจรเพื่อ จำกัด กระแส มีตัวเลือกอะไรบ้าง? วิธีการบางอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีอื่น ๆ หรือไม่?

LED ต้องการแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำก่อนที่จะเปิดเลย แรงดันไฟฟ้านี้จะแตกต่างกันไปตามประเภทของ LED แต่โดยทั่วไปจะอยู่ในย่าน 1.5V - 4.4V เมื่อถึงแรงดันไฟฟ้ากระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยแรงดัน จำกัด ด้วยความต้านทานขนาดเล็กของ LED เท่านั้น ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่สูงกว่านี้จะส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่มากผ่าน LED จนกระทั่งแหล่งจ่ายไฟไม่สามารถจ่ายกระแสไฟได้เพียงพอและแรงดันไฟฟ้าตกหรือไฟ LED จะถูกทำลาย

ด้านบนเป็นตัวอย่างของความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันสำหรับ LED เนื่องจากกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยแรงดันไฟฟ้าเรามักจะทำให้การวิเคราะห์ของเราง่ายขึ้นโดยสมมติว่าแรงดันไฟฟ้าข้าม LED นั้นมีค่าคงที่ไม่ว่ากระแสจะเป็นเท่าใดก็ตาม ในกรณีนี้ 2V ดูถูกต้อง

ข้ามแบตเตอรี่

ไม่มีแบตเตอรี่เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบ เมื่อความต้านทานระหว่างขั้วลดลงและกระแสดึงสูงขึ้นแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่จะลดลง ดังนั้นจึงมีข้อ จำกัด สำหรับแบตเตอรี่ในปัจจุบัน หากแบตเตอรี่ไม่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้ามากเกินไปเพื่อทำลาย LED ของคุณและตัวแบตเตอรี่เองก็จะไม่ถูกทำลายด้วยการหาแหล่งจ่ายกระแสไฟจำนวนมากการวาง LED ลงบนแบตเตอรี่นั้นเป็นวิธีที่ง่ายและมีประสิทธิภาพที่สุด

แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ไม่ตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้ แต่เซลล์เหรียญบางอันทำ คุณอาจจะรู้ว่าพวกเขาจากthrowies LED

ซีรีย์ตัวต้านทาน

วิธีที่ง่ายที่สุดในการ จำกัด กระแสไฟ LED คือการวางตัวต้านทานเป็นอนุกรม เรารู้จากกฎของโอห์มว่ากระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานมีค่าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่หารด้วยความต้านทาน ดังนั้นจึงมีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงระหว่างแรงดันและกระแสสำหรับตัวต้านทาน การวางตัวต้านทานแบบอนุกรมด้วย LED ทำหน้าที่ปรับความโค้งของแรงดันไฟฟ้าด้านบนให้แบนซึ่งการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าในปริมาณเล็กน้อยจะไม่ทำให้กระแสไฟฟ้าพุ่งขึ้นอย่างรุนแรง กระแสจะยังคงเพิ่มขึ้น แต่ไม่รุนแรง

ค่าของตัวต้านทานนั้นง่ายต่อการคำนวณ: ลบแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED ออกจากแรงดันไฟฟ้าของคุณและนี่คือแรงดันที่จะต้องผ่านตัวต้านทาน จากนั้นใช้กฎของโอห์มเพื่อค้นหาความต้านทานที่จำเป็นเพื่อให้ได้กระแสที่ต้องการใน LED

ข้อเสียใหญ่ที่นี่คือตัวต้านทานลดแรงดันไฟฟ้าโดยแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน เราสามารถคำนวณพลังงานในตัวต้านทานด้วยสิ่งเหล่านี้:

$P = IE$
$P = I^2 R$
$P = E^2/R$

พลังงานใด ๆ ในตัวต้านทานคือพลังงานที่ไม่ได้ใช้ในการสร้างแสง เหตุใดเราจึงไม่สร้างแรงดันไฟฟ้าให้ใกล้กับแรงดันไฟ LED ดังนั้นเราไม่ต้องการตัวต้านทานขนาดใหญ่มากซึ่งช่วยลดการสูญเสียพลังงานของเรา เพราะถ้าตัวต้านทานมีขนาดเล็กเกินไปมันจะไม่ควบคุมบ่อน้ำในปัจจุบันและวงจรของเราจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในปัจจุบันด้วยอุณหภูมิความแปรปรวนในการผลิตและแรงดันไฟฟ้าราวกับว่าเราไม่มีตัวต้านทานเลย ตามกฎของหัวแม่มืออย่างน้อย 25% ของแรงดันไฟฟ้าควรจะลดลงมากกว่าตัวต้านทาน ดังนั้นเราจึงไม่สามารถบรรลุประสิทธิภาพที่ดีกว่า 75% ได้ด้วยตัวต้านทานแบบอนุกรม

คุณอาจสงสัยว่าไฟ LED หลายดวงสามารถต่อขนานกันได้หรือไม่ใช้ตัวต้านทานที่ จำกัด กระแสเดียว คุณสามารถทำได้ แต่ผลลัพธ์จะไม่เสถียรไฟ LED หนึ่งหลอดอาจกระหน่ำกระแสทั้งหมดและได้รับความเสียหาย ดูเหตุใดจึงไม่สามารถใช้ตัวต้านทานเดียวสำหรับไฟ LED หลายตัวขนานได้ .

แหล่งกระแสเชิงเส้น

หากเป้าหมายคือการส่งกระแสคงที่ไปยัง LED ทำไมไม่ทำวงจรที่ควบคุมกระแสไปยัง LED อย่างจริงจัง? สิ่งนี้เรียกว่าแหล่งที่มาปัจจุบันและนี่คือตัวอย่างของแหล่งที่คุณสามารถสร้างได้ด้วยชิ้นส่วนธรรมดา:

นี่คือวิธีการทำงาน: Q2 รับกระแสฐานผ่าน R1 ในขณะที่ Q2 เปิดเครื่องกระแสไฟไหลผ่าน D1 ถึง Q2 และถึง R2 เนื่องจากกระแสนี้ไหลผ่าน R2 แรงดันไฟฟ้าข้าม R2 ต้องเพิ่มขึ้น (กฎของโอห์ม) หากแรงดันไฟฟ้าข้าม R2 เพิ่มขึ้นเป็น 0.6V ดังนั้น Q1 จะเริ่มเปิดขโมยกระแสไฟฟ้าพื้นฐานจาก Q2, จำกัด กระแสใน D1, Q2 และ R2

ดังนั้น R2 จึงควบคุมกระแสไฟฟ้า วงจรนี้ทำงานโดย จำกัด แรงดันไฟฟ้าข้าม R2 ไม่เกิน 0.6V ดังนั้นในการคำนวณค่าที่จำเป็นสำหรับ R2 เราสามารถใช้กฎของโอห์มเพื่อหาค่าความต้านทานที่ให้กระแสไฟฟ้าที่ต้องการที่ 0.6V

แต่เราได้อะไรมา? ตอนนี้แรงดันไฟฟ้าเกินใด ๆ เพิ่งจะลดลงใน Q2 และ R2 แทนที่จะเป็นตัวต้านทานอนุกรม ไม่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและซับซ้อนมากขึ้น ทำไมเราถึงต้องกังวล

โปรดจำไว้ว่าด้วยตัวต้านทานแบบอนุกรมเราต้องการอย่างน้อย 25% ของแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดเพื่อให้ผ่านตัวต้านทานเพื่อให้ได้การควบคุมกระแสไฟฟ้าที่เพียงพอ ถึงกระนั้นกระแสก็ยังคงมีความต่างศักย์เล็กน้อย ด้วยวงจรนี้กระแสไฟฟ้าแทบจะไม่แปรผันตามแรงดันไฟฟ้าในทุกสภาวะ เราสามารถใส่ LED จำนวนมากในซีรีย์ด้วย D1 ​​เช่นที่แรงดันตกรวมจะพูดว่า 20V จากนั้นเราต้องการเพียง 0.6V สำหรับ R2 เท่านั้นบวกกับอีกเล็กน้อยดังนั้น Q2 จึงมีที่ว่างให้ทำงาน แรงดันไฟฟ้าของเราอาจเป็น 21.5V และเราสูญเสียเพียง 1.5V ในสิ่งที่ไม่ใช่ไฟ LED ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพของเราสามารถเข้าใกล้\% ดีกว่า 75% ที่เราสามารถรวบรวมด้วยตัวต้านทานแบบอนุกรม$20V / 21.5V = 93 \%$

แหล่งที่มาของโหมดปัจจุบัน

สำหรับวิธีการแก้ปัญหาที่ดีที่สุดมีวิธีการ (ในทางทฤษฎีอย่างน้อย) ขับ LED ที่มีประสิทธิภาพ 100% มันเรียกว่าแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์และใช้ตัวเหนี่ยวนำเพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ให้ตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นในการขับเคลื่อน LED มันไม่ใช่วงจรที่ง่ายและเราไม่สามารถทำให้มันมีประสิทธิภาพ 100% โดยสิ้นเชิงในทางปฏิบัติเนื่องจากไม่มีส่วนประกอบจริงที่สมบูรณ์แบบ อย่างไรก็ตามการออกแบบอย่างถูกต้องนี้สามารถมีประสิทธิภาพมากกว่าแหล่งที่มาเชิงเส้นด้านบนและรักษากระแสที่ต้องการในช่วงที่กว้างกว่าของแรงดันไฟฟ้าอินพุต

นี่คือตัวอย่างง่ายๆที่สามารถสร้างได้ด้วยชิ้นส่วนธรรมดา:

ฉันจะไม่อ้างว่าการออกแบบนี้มีประสิทธิภาพมาก แต่เป็นการแสดงให้เห็นถึงหลักการทำงาน นี่คือวิธีการทำงาน:

U1, R1 และ C1 สร้างคลื่นสี่เหลี่ยม การปรับ R1 จะควบคุมรอบการทำงานและความถี่และด้วยเหตุนี้ความสว่างของ LED

เมื่อเอาต์พุต (ขา 3) อยู่ในระดับต่ำ Q1 จะเปิดใช้งาน กระแสไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำ L1 กระแสนี้เติบโตขึ้นเมื่อพลังงานถูกเก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำ

จากนั้นเอาต์พุตจะสูง Q1 ปิด แต่ตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่เป็นมู่เล่สำหรับปัจจุบัน กระแสที่ไหลใน L1 จะต้องไหลต่อไปและวิธีเดียวที่จะทำได้คือผ่าน D1 พลังงานที่เก็บไว้ใน L1 จะถูกถ่ายโอนไปยัง D1

เอาท์พุทลดลงอีกครั้งและวงจรสลับระหว่างการจัดเก็บพลังงานใน L1 และทิ้งมันใน D1 ดังนั้นจริง ๆ แล้ว LED กระพริบอย่างรวดเร็ว แต่ที่ประมาณ 25kHz ก็มองไม่เห็น

สิ่งที่เรียบร้อยเกี่ยวกับเรื่องนี้คือมันไม่สำคัญว่าแรงดันไฟฟ้าของเราคืออะไรหรือแรงดันไปข้างหน้าของ D1 คืออะไร ในความเป็นจริงเราสามารถใส่ LED หลายชุดในชุด D1 และพวกเขาจะยังคงสว่างแม้ว่าแรงดันไปข้างหน้าทั้งหมดของไฟ LED สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย

ด้วยวงจรพิเศษบางอย่างเราสามารถสร้างลูปข้อเสนอแนะที่ตรวจสอบกระแสใน D1 และปรับ R1 ให้กับเราได้อย่างมีประสิทธิภาพดังนั้น LED จะรักษาความสว่างเดียวกันในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลาย มีประโยชน์ถ้าคุณต้องการให้ LED สว่างอยู่เสมอเมื่อแบตเตอรี่เหลือน้อย แทนที่ U1 ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์และทำการปรับเปลี่ยนที่นี่และที่นั่นเพื่อให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นและคุณมีบางอย่างจริงๆ

มีอีกวิธีหนึ่งที่เห็นกันน้อยกว่ามาก ดีสำหรับ LED หนึ่งอันง่ายมากคุณสามารถโยนอะไรก็ได้จากประมาณ 4v ถึง 20v และมันทำให้ LED เป็นกระแสที่ค่อนข้างคงที่

สีน้ำเงินคือแรงดันไฟฟ้าอินพุต, 20v ถึง 4v สีเขียวคือกระแสกับ LED ประมาณ 12mA สีแดงเป็นอำนาจกระจายโดย JFET แผ่นข้อมูลที่นี่

นี่คือชุดของตัวเลือกไดรเวอร์ LED ที่คุณสามารถเล่นได้

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

มันไม่ได้เป็นความจริง - ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง

ปัญหาเกี่ยวกับไฟ LED คือ 1) เมื่อพวกเขาเริ่มที่จะดำเนินการแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเล็กน้อยจะสร้างกระแสเพิ่มขึ้นอย่างมาก ด้วยการรวมกันที่เหมาะสมซึ่งอาจหมายถึงความเสียหาย; 2) เมื่อไฟ LED ร้อนขึ้นแรงดันตกไปข้างหน้าของพวกเขาจะลดลงซึ่งทำให้กระแสไฟผ่านไฟ LED เพิ่มขึ้น ว่าในทางกลับกันทำให้การกระจายอำนาจในไฟ LED ขึ้นไปและไฟ LED ความร้อนขึ้น ที่นำไปสู่วงจรอุบาทว์

ดังนั้นวิธีหนึ่งที่จะหลีกเลี่ยงสิ่งนั้นก็คือการนำข้อเสนอแนะเชิงลบเพื่อที่ว่าเมื่อกระแสไฟในหลอด LED สูงขึ้นแรงดันไฟฟ้าข้ามหลอดไฟจะลดลง

มีหลายวิธีที่จะทำเช่นนั้น ตัวต้านทานเซ็นเซอร์การควบคุมที่ใช้งาน ฯลฯ