Почему точно нельзя использовать один резистор для множества параллельных светодиодов?

Почему вы не можете использовать один резистор для нескольких параллельных светодиодов вместо одного?

Основная причина в том, что вы не можете безопасно подключить диоды параллельно.

Поэтому, когда мы используем один резистор, мы имеем ограничение тока для всей секции диода. После этого каждый диод должен контролировать ток, который проходит через него.

Проблема в том, что реальные диоды не имеют одинаковых характеристик, и поэтому существует опасность, что один диод начнет проводить, а другие нет.

Итак, вы в основном хотите это ( откройте в симуляторе Пола Фальстада ):

И в действительности вы получаете это ( откройте в симуляторе Пола Фальстада ):

Как вы можете видеть, в первом примере все диоды проводят одинаковую величину тока, а во втором примере один диод проводит большую часть тока, в то время как другие диоды практически ничего не проводят. Сам пример немного преувеличен, так что различия будут немного более очевидными, но наглядно продемонстрируют, что происходит в реальном мире.

Выше написано с предположением, что вы выберете резистор таким образом, что он устанавливает ток таким образом, чтобы ток был в n раз больше, чем нужно в каждом диоде, где n - это число диодов, и что ток на самом деле больше, чем ток, который может безопасно проводить один диод. Затем происходит то, что диод с самым низким прямым напряжением будет проводить большую часть тока, и он будет изнашиваться быстрее всего. После того, как он умирает (если он умирает как разомкнутая цепь), диод со следующим самым низким прямым напряжением будет проводить большую часть тока и будет умирать даже быстрее, чем первый диод и так далее, пока у вас не закончатся диоды.

Я могу подумать, что вы можете использовать резистор для питания нескольких диодов, если максимальный ток, проходящий через резистор, достаточно мал, чтобы один диод мог работать с полным током. Таким образом, диод не умрет, но я сам не экспериментировал с этим, поэтому я не могу комментировать, насколько это хорошая идея.

ОК, давайте сделаем расчет.

Упрощенная модель для светодиода представляет собой источник постоянного напряжения, включенный последовательно с небольшим резистором. Давайте выберем этот светодиод от Kingbright.

Наклон составляет 20 мА / 100 мВ, поэтому внутреннее сопротивление составляет 5 . Собственное светодиодное напряжение составляет 1,9 В. Давайте предположим, что для светодиодов требуется 20 мА, а наш источник питания - 5 В.$\Omega$

Тогда напряжение светодиода составляет 1,9 В + 5 20 мА = 2 В. Наш единственный последовательный резистор$\Omega$ $\cdot$

$R = \dfrac{5V - 2V}{2 \cdot 20mA} = 75 \Omega$ .

Это если оба светодиода равны. Теперь предположим, что есть небольшое расхождение между светодиодами, и что 1,9 В для второго светодиода фактически составляет 1,92 В, разница всего в 1%.

Теперь не сразу понятно, какое напряжение на светодиодах будет. Давайте узнаем и назовем это . Через резистор 75 ток : $V_L$$I_R$$\Omega$

$I_R = \dfrac{5V - V_L}{75 \Omega}$

Ток через первый светодиод:

$I_1 = \dfrac{V_L - 1.9V}{5 \Omega}$

и, аналогично, для светодиода 2:

$I_2 = \dfrac{V_L - 1.92V}{5 \Omega}$

Теперь , так $I_R = I_1 + I_2$

$\dfrac{5V - V_L}{75 \Omega} = \dfrac{V_L - 1.9V}{5 \Omega} + \dfrac{V_L - 1.92V}{5 \Omega}$

From this we find that $V_L$ = 2.01 V. Then, filling in this value in the above equations for the LED currents we find

$I_1 = 21.94 mA$ and $I_2 = 17.94 mA$

conclusion

Just the smallest discrepancy in LED voltage (1%) already results in a 18% difference in LED current. IRL the difference may be larger and there may be a visible difference in brightness. The effect will be worse for lower internal resistances.

See my recent detailed answer here

Current will be divided unequally duet to spread in LED characteristics.

Those that draw more than their share will get hotter and draw even more.

Those that draw less than their share will get cooler and draw less.

If you have say 10 LEDs and you connect them in parallel and drive them with a single LED at about the rated current for all 10 then:

• With typical low cost LEDs the Vf/If matching will be poor enough that the lowest Vf LEDs may draw 2 or 3 or 4 times their rated current.

• The over current LEDs will rapidly die.

• Now there are 9 LEDS to share enough current for 10. The AVERAGE current is 110%. The lowest Vf LED will again be overloaded and fail but this time it will happen even quicker as there is more current available per LED.

• The next ... :-) - chain reaction.

Look at a typical cheap Asian* multi-LED torch.
Note the LEDs which are brightest. Operate the torch for a while then re-observe.
After not too long the brightest LEDs will be dimmer or dead.
Observe the brightest LEDs ...

• I say "cheap Asian" as most multi LED torches are of Chinese origin and most are low cost so that their price is hard to beat. They largely build to "what the market will bear" and the market will bear rubbish. LED lights from other countries with multiple LEDs OR lights made in China with proper design cost more and are less popular. There is a reason for the extra cost.

LEDs in series (2 groups).
Constant current drive.
Costs more.

That would work if the LEDs all had identical characteristics. Unfortunately, that isn't the case. and they will have different currents flowing through them. Several LEDs in series can have a single current-limiting resistor, of course.

TLDR;

If the resistor limits the current to 15 ma, then as each LED is turned on the current will be shared and reduced across them, meaning they will get dimmer as more is turned on.

Well this isn't STRICLY true.

I frequently use a breadboard with 8 LEDs on it for embedded debugging. The difference is that whilst I DO have all 8 LEDs connected to ground through a single resistor (It was quicker to knock up the PCB this way), the current is supplied from seperate microcontroller pins. Depends on what you mean by 'parallel' I guess!