Почему мой светодиодный резистор горел при включении четырех светодиодов последовательно?

17

Я попытался создать схему для переключения большого 7-сегментного светодиодного дисплея ( LDS-CD16RI ), используя пару MOSFET, следующим образом:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Здесь я пытаюсь использовать 3,3 В логический сигнал (обозначен кружком 1) для переключения 24 В для управления светодиодами. Эта схема повторяется для каждого из сегментов дисплея.

Типичное прямое напряжение каждого из светодиодов (которые расположены последовательно внутри каждого сегмента дисплея) составляет 6,8 В, а их максимальный постоянный прямой ток составляет 20 мА, поэтому я рассчитывал на ток 10 мА через светодиоды. Поскольку мое напряжение питания составляет всего 24 В, я планировал фактически снизить напряжение на светодиодах примерно на 5,75 В, чтобы дать мне некоторый запас для падения напряжения на M2 и R2.

Я пришел к значению токоограничивающего резистора R2 при 100 Ом, используя:

р знак равно \frac{В_{s} - В_{е}}{я} знак равно \frac{24 - (5,75 * 4)}{0,01} знак равно 100 Ω

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

Перед построением этой схемы я рассчитал мощность, рассеиваемую R2, следующим образом:

п знак равно \frac{В^{2}}{р} знак равно \frac{1^{2}}{100} знак равно 0,01 W

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

Кажется, 0,01 Вт безопаснее, чем предел 0,25 Вт для резисторов со сквозным отверстием, которые я использовал, поэтому я приступил к созданию и тестированию этой схемы.

Короче говоря: R2 сгорел вскоре после освещения сегмента. Это происходило для каждого отдельного экземпляра этой схемы, управляющей различными сегментами дисплея, предполагая, что это была ошибка проектирования, а не отказ одного компонента.

Из моих расчетов и дальнейшего анализа я пока не могу понять, почему это произошло. Чтобы проверить свою работу, я реконструировал схему в симуляторе, который предполагал, что мощность от R2 будет на самом деле 6,84 мВт, что является результатом, который я не могу объяснить, но в любом случае один меньше, чем тот, который я рассчитал выше.

Я ожидаю, что где-то допустил ошибку в своих расчетах или предположениях, но я не смог ее найти. Предполагая, что проблема заключается в том, что резистор действительно рассеивает слишком много энергии, можно ли отрегулировать мою схему для решения этой проблемы? R2 - красная сельдь здесь, и проблема существует в другом месте в моей схеме? Мой подход сам по себе несовершенен?

led resistors 7segmentdisplay

— Мартин Аткинс
источник

6

Измерьте фактическое напряжение на каждом из светодиодов при работе с резистором 100R и шиной питания 24V. Для правильного измерения также измерьте напряжение на резисторе.

— Дуэйн Рейд

2

Согласно вашей схеме, вы ставите 24 В на ворота М2. Это не отвечает на ваш вопрос резистора, но как только он заработает, вы не захотите сжечь M2! Я не могу быстро найти данные на FQU13P06L, но, вероятно, у вас есть.

— Neil_UK

ваш расчет мощности не совпадает с результатом моделирования, потому что вы не учитываете падение напряжения на PMOS M2. Каково падение напряжения насыщения на нем?

— Анклон

2

Второй @DwayneReid. Мультиметр должен решить эту загадку довольно быстро.

— Даниэль

Спасибо за подсказку о напряжении на затворе на M2 ... Я не уловил это в своей первоначальной работе, но я вижу это сейчас. Я ожидаю, что у меня возникнет отдельный вопрос о решении, после того, как я обдумаю это еще немного, хотя мне все равно нужно уменьшить напряжение питания (согласно ответам ниже), чтобы это могло изменить проблему

— Martin Atkins

48

6,8 вольт кажется ужасно высоким для одного светодиода. Вы уверены, что 6.8 - это не число для всех четырех светодиодов? Это позволило бы получить 1,7 вольт на светодиод, что более разумно для красного светодиода. И это будет означать, что вы в настоящее время проталкиваете через резистор 172 миллиампера, или почти 3 Вт.

Если это так, вам следует снизить напряжение питания до уровня менее 20 вольт (может быть, 12 вольт), чтобы не разрушить ворота вашего MosFET (M2).

— отметка
источник

Марк правильный. R2 должен быть около 1800 Ом для 10 мА при 24 В.

— Винни

Благодарность! Я пришел к выводу, что это число для каждого светодиода, потому что десятичная точка имеет только две цифры, и поэтому я ожидал, что это не может быть для всех четырех светодиодов, но ваше объяснение имеет смысл относительно того, почему это неверный вывод.

— Мартин Аткинс

1

Для моего собственного назидания, а также для пересчета его я смоделировал его со светодиодами при прямом напряжении 1,7 В и подтвердил, что действительно ~ 3 Вт рассеивалось и на R2 в симуляции.

— Мартин Аткинс

1

Ну, это или добавить, как 8 или 9 больше светодиодов. Используйте силу, которая иначе была бы потрачена впустую как тепло.

— прохожий

1

@Passerby Добавить их почему? Если у него было сто светодиодов, и он планировал управлять ими по четыре, то, конечно, он должен работать больше в серии. Но так как это явно не так, это не очень полезно. Это как «о, сегодня они раздают собачью еду, поэтому мне нужно купить собаку». :)

— Грэм

39

Я вижу твою проблему. Ваша схема показывает, как вы управляете одним светодиодным сегментом. (Полагаю, у вас есть 7 из этих цепей, по одной на каждый сегмент.) В техническом описании 4 последовательных светодиода, покрывающих сегмент.

Если вы ошиблись, предположим, что падение напряжения на каждом светодиоде составляет 6,8 В. Там нет такого красного светодиода. Как правило, красный светодиод будет иметь падение напряжения около 1,6 В - 1,8 В, и это характерно для рассматриваемой физики, поэтому не так много возможностей для вариаций. Это говорит мне о том, что у вас есть прямое падение напряжения 6,8 В для всех четырех светодиодов в этом сегменте последовательно .

Таким образом, при падении напряжения на 6,8 В и напряжении питания 24 В вы снижаете 17,2 В на 100R. Как говорит Марк, это дает рассеиваемую мощность 172 мА и 2,96 Вт на резисторе. Не подходит для резистора 0,25 Вт.

На самом деле вам повезло, что резистор 0,25 Вт в этих условиях становится плавким предохранителем и практически мгновенно перегорает. Если бы этого не произошло, пропуск 172 мА через дисплей сгорел бы довольно быстро, а большой 7-сегментный дисплей будет немного дороже, чем резистор. Если бы вы использовали более мощный резистор, вы бы удивились, почему дисплей на самом деле кратковременно очень ярко мигнул, а затем стал черным навсегда.

— Грэхем
источник

Спасибо за этот ответ! Я принял ответ Марка, потому что это было раньше, но оба были отличными ответами, и я бы хотел принять их обоих. Разъяснение того, что резистор действовал как предохранитель в этом случае, помогло подумать о том, что здесь произошло.

— Мартин Аткинс

@ MartinAtkins Достаточно справедливо. Марк был там первым - я просто добавил немного больше деталей по краям. :) Рад, что было полезно.

— Грэм

2

@MartinAtkins Говоря вообще о SE, а не об этой теме, конкретно: вы не должны принимать ответ только потому, что он первый. Посмотрите на множество тем в SE, где 1-й ответ крайне плох и часто удаляется, как только это становится очевидным. Если позже придет кто-то, кто лучше ответит на ваш вопрос, тогда вы можете - и, вероятно, должны - изменить свой принятый ответ.

— underscore_d

0

Ты не правильно понял.

Прямое напряжение в таблице данных для серии светодиодов , а не для отдельных светодиодов.

При этом падение напряжения на светодиодах есть 6.8Vа не 6.8V * 4или5.xV *4

Таким резистором приходится иметь дело, 17.2Vа не 0..2V.

Таким образом, ток .17Aи мощность рассеиваются ~4W.

— Дима Тиснек
источник

7

Что именно этот ответ добавляет, что другие ответы еще не выяснили?

— Томас Веллер

Хороший вопрос. Я думаю, что этот ответ является одновременно кратким и точным.

— Дима Тиснек

-2

В зависимости от номинальной мощности (внутреннего сопротивления) и цвета светодиода (Vf), резистор 100 Ом должен нести все дополнительное напряжение 24 - 4xVf -4Ir ... Vf ~ 3 В для белого, 2 В для другого цвета. Большинство светодиодов имеют высокое сопротивление, за исключением светодиодов питания, подобных типам Cree ... Если резистор держит 12 В, мощность будет ~ v2 / r 1,5 Вт ватт ... добавьте еще ряд светодиодов.

— мизинец
источник

1

Добро пожаловать в EE.SE! Ваш ответ очень труден для чтения и, кажется, не дает эффективного ответа на вопрос. Пожалуйста, переформатируйте ваш ответ и убедитесь, что он точно отвечает на вопрос.

— user2943160