Светодиодное энергопотребление в теории и на практике

Теоретически, если один светодиод потребляет 10 мА, то 17 параллельных светодиодов потребляют 170 мА, но в действительности, когда я подключаю 17 параллельных светодиодов, они потребляют только 100 мА, а не 170 мА, почему существует разница между теорией и реальностью?

Вы предполагаете, что у каждого из этих светодиодов есть абсолютно идентичные кривые IV. Указанные характеристики являются номинальными, типичными цифрами, и будут различия.

Один светодиод может быть 10 мА при 1,9 VF, но другой может быть 8 или 12 мА или отличаться при том же VF. Это даже не принимая во внимание яркость. Два светодиода с одинаковой кривой IV также могут заметно различаться по цвету и яркости.

Вы также должны учитывать точность или округление расходных материалов. Он измеряет только до сотых ампер. Недостаточно для правильного диапазона в один миллиампер.

Также примите во внимание сопротивление макета, который вы используете. Если вы измеряете напряжение между первым и последним светодиодами, вы можете заметить разницу.

Вы должны использовать хороший амперметр или мультиметр в текущем режиме и по отдельности измерить каждый из светодиодов в этой цепи, чтобы увидеть, сколько фактически потребляет каждый светодиод.

Ваш измеритель БП имеет разрешение только до 0,01 А (10 мА). Фактический ток может быть где-то между 5 мА и 15 мА для одного светодиода.

Переключите желтый мультиметр на диапазон мА, подключите выводы в правильные разъемы и подключите мультиметр последовательно к одному светодиоду, чтобы получить более точное измерение.

Параллельное использование светодиодов таким способом не рекомендуется. Те, у кого ниже прямое падение напряжения, потребляют ток. Либо соедините их последовательно с источником питания с ограничением по току, либо подключите резистор последовательно с каждым светодиодом, чтобы ограничить ток.

Транзистор и Passerby оба отлично ответили на вопрос, который вы задали, но позвольте мне попробовать кое-что более всестороннее.

Кажется, у вас достаточно светодиодов, и если у вас есть несколько запасных, попробуйте этот эксперимент. Привод 1 светодиод при 1,9 вольт. Запишите текущий. Увеличьте напряжение до 2,0. Теперь попробуйте 2.1. Вы увидите, что ток увеличивается очень быстро, и я был бы удивлен, если 2,1 вольт не погасит светодиод. Теперь замените светодиод резистором 200 Ом и повторите тест. Это устанавливает, что ток возрастает гораздо быстрее со светодиодом, чем с резистором после достижения напряжения включения.

Теперь есть кое-что, чего вы не знаете - при фиксированном напряжении ток через светодиод будет увеличиваться при повышении температуры светодиодов.

Поскольку становится жарче, его ток будет увеличиваться, а также и его температура. Что, конечно, означает, что его ток еще увеличится. Вы можете видеть, к чему это ведет - технический термин - тепловое убегание . Таким образом, это приводит к первому и самому важному правилу: никогда не пытайтесь управлять светодиодом от источника напряжения. Всегда ограничивайте ток. Это легче всего сделать, обеспечив более высокое напряжение и последовательно подключив резистор ограничения тока. В вашем случае 5-вольтовый источник питания и резистор на 300 Ом обеспечат безопасное напряжение около 10 мА.

Кроме того, ваши настройки показывают, что вам повезло в выборе светодиодов - все они, кажется, имеют примерно одинаковую яркость. Как сказал прохожий, это не совсем так. Так что не связывайте вместе кучу светодиодов и не подключайте их от одного резистора. Это предложит диапазон яркости светодиодов. Если вам не нужна равномерная яркость, вы можете подумать, что это нормально, но есть еще одна вещь, которую стоит рассмотреть.

Допустим, у вас есть 10 светодиодов параллельно, каждый рисунок (вы надеетесь) 10 мА, в общей сложности 100 мА. Для этого вы используете источник питания 5 В и резистор 30 Ом. Вы в порядке с неравномерной яркостью. Есть проблема?

Вполне возможно. Так же, как светодиоды не одинаковы по яркости для одного и того же напряжения, так и они не потребляют одинаковый ток при одинаковом напряжении.

Предположим, что один из светодиодов потребляет немного больше тока, чем другие при общем напряжении. Это означает, что, поскольку мощность равна напряжению, умноженному на ток, он рассеивает больше энергии, чем другие, и это означает, что он станет горячее. Это, в свою очередь, снижает его напряжение и потребляет больше тока. В худшем случае, самый слабый светодиод будет потреблять все больше и больше тока до тех пор, пока не погаснет, и, вероятно, он не откроется. Это означает, что следующий самый слабый светодиод начнет засекать ток, и в худшем случае процесс будет продолжаться, пока все светодиоды не погаснут. Этот процесс может происходить и с другими компонентами, и получил прозвище «режим firecracker». В этом случае это становится возможным благодаря ограничению тока, которое установлено слишком высоким:

Это приводит к другому правилу, которому вы должны следовать: ограничивайте ток для каждого светодиода в отдельности. Обычно это означает один резистор на светодиод или цепочку светодиодов последовательно. Например, если у вас есть источник напряжения 12 В, вы можете подключить 4 или 5 светодиодов последовательно и использовать один резистор для ограничения тока в цепи. Вы часто можете обойти это для небольшого количества светодиодов, если вы знаете о последствиях. При двух параллельных светодиодах вам, вероятно, не придется беспокоиться о сбоях в режиме фейерверка, поскольку не так много светодиодов погаснут при двойном нормальном рабочем токе, но вы все равно, вероятно, получите неравномерную яркость. Чем больше светодиодов вы устанавливаете параллельно, тем больше вероятность катастрофического сбоя. Выбор за вами, и вы, вероятно, захотите рисковать, пока не сгорели несколько раз.

«Хорошее суждение приходит из опыта. Опыт приходит из плохого суждения».

Простым ответом является ошибка округления: только «1 значащая цифра» в 0,01 А, которая должна читаться как 0,0058 А.

Но теперь вы можете вычислить ток 100/17 = 5,8 мА на светодиод из-за отсутствия 3 значащих цифр из одного показания индикатора.

Кроме того, вы можете предсказать рост тока с ростом напряжения. Номинальный 5-миллиметровый ультраяркий светодиод имеет внутреннее СОЭ 15 Ом. С 15 светодиодами в // ESR будет ~ 1Ω. (& 17 немного меньше.) Таким образом, каждый точный рост 0,10 В приводит к росту ~ 0,10 А, что предполагает, что «колено» кривой Vf составляет 1,8 В, где СОЭ динамически возрастает.

Чтобы защитить от несоответствия ESR в светодиодах, я рекомендую добавлять минимум 50% ESR или приблизительно 8 Ом при их параллельном включении.

Это влияет на Vf против If и может иметь узкий допуск <1% от одной партии или широкий допуск на высокой стороне от смешанных партий. Следовательно, это влияет на распределение тока и становится значительным только тогда, когда самонагрев уменьшает Vf. Эта разница ускоряется с ростом тока выше 20 мА, особенно там, где внутреннее пороговое напряжение уменьшается (эффект Шокли), таким образом, напряжение на внутреннем объемном сопротивлении ESR увеличивается и потребляет больший ток от постоянного напряжения источника.

В действительности, светодиоды столь же точны, как и стабилитроны низкого напряжения, которые также имеют схожие допуски, часто даже хуже, из-за повышения качества поставщика в светодиодах высокой яркости.

Примерная формула для этого красного светодиода становится

Vf = 1,8 + Если * ESR

Естественно, добавление серии малых серий R устраняет чувствительность в отношении несоответствия, вызванного «тепловым разгоном диода с разделением тока».

Естественно, эффективность теряется при добавлении небольшой серии R, но в результате стабилизации ожидаемого тока.

Теперь формула становится;

Vout = 1,8 + если * (ESR '+ Rs)

... где Vout - это драйвер или Vcc, который также имеет ESR, который может быть включен в ESR 'выше. например, 5 В CMOS составляет ~ 50 Ом, в то время как CMOS <= 3,3 макс. Vcc составляет ~ 25 Ом ESR.

, затем выберите Если и решить для рупий.

Но большинство людей просто используют номинальный Vf @ 20 мА и вычисляют RS из

Rs = (Vcc-Vf) / If

затем выберите If и решите для Rs, используя максимальный Vcc наихудшего случая.

ESR - это просто удобный термин для дифференциального сопротивления, иначе известный как RdsOn в CMOS и MOSFET.

Для белых 5мм светодиодов

это Vf = 2,85 +, если * 15Ω

для номинальных хороших деталей с аналогичными допусками.

Я думаю, что поскольку сопротивление отдельных светодиодов больше, а когда мы соединяем их параллельно, то сопротивление параллельно уменьшается от индивидуального значения, поэтому ток на 10 светодиодов меньше. 1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + ..........