Dlaczego dokładnie nie można zastosować jednego rezystora do wielu równoległych diod LED?

124

Dlaczego nie można użyć jednego rezystora dla kilku diod LED równolegle zamiast jednej?

Dataflashsabot
źródło

Odpowiedzi:

147

Głównym powodem jest to, że nie można bezpiecznie połączyć diod równolegle.

Kiedy więc używamy jednego rezystora, mamy limit prądu dla całej sekcji diody. Następnie każda dioda kontroluje przepływający przez nią prąd.

Problem polega na tym, że diody świata rzeczywistego nie mają takich samych właściwości, dlatego istnieje niebezpieczeństwo, że jedna dioda zacznie przewodzić, a inne nie.

Więc w zasadzie chcesz to ( otwórz w symulatorze obwodu Paula Falstada ):

Pierwszy obwód, wszystkie 3 diody LED mają dokładnie takie samo napięcie przewodzące

W rzeczywistości dostajesz to ( otwarte w symulatorze obwodu Paula Falstada ):

Drugi obwód, 3 diody LED mają różne wartości napięcia przewodzenia

Jak widać, w pierwszym przykładzie wszystkie diody przewodzą równe ilości prądu, aw drugim przykładzie jedna dioda przewodzi większość prądu, podczas gdy inne diody ledwo przewodzą cokolwiek. Sam przykład jest nieco przesadzony, aby różnice były nieco bardziej oczywiste, ale ładnie pokazują, co dzieje się w prawdziwym świecie.

Powyższe zapisano przy założeniu, że wybierzesz rezystor w taki sposób, aby ustawić prąd tak, aby prąd był n razy większy od prądu, jaki chcesz w każdej diodzie, gdzie n jest liczbą diod i że prąd jest faktycznie większy niż prąd, który pojedyncza dioda może bezpiecznie przewodzić. Wówczas dioda o najniższym napięciu przewodzącym przewodzi większość prądu i zużyje się najszybciej. Po jego śmierci (jeśli umrze jako obwód otwarty) dioda o następnym najniższym napięciu przewodzącym przewodzi większość prądu i umrze jeszcze szybciej niż pierwsza dioda i tak dalej, aż do wyczerpania się diod.

Jeden przypadek, który mogę wymyślić, gdzie można użyć rezystora zasilającego kilka diod, byłby, gdyby maksymalny prąd przepływający przez rezystor był wystarczająco mały, aby jedna dioda mogła pracować z pełnym prądem. W ten sposób dioda nie zginie, ale ja sam z tym nie eksperymentowałem, więc nie mogę komentować, jak dobry jest ten pomysł.

AndrejaKo
źródło
1
W praktyce diody mają tendencję do spadków napięcia, które są dość blisko siebie, a napięcie wystarczające do przepchnięcia nadmiernego prądu przez diodę o najniższym spadku prawie na pewno przepchnie część prądu przez te o wyższych spadkach. W zależności od tego, jak duże jest zróżnicowanie diod LED i jak „blisko krawędzi” chce się je uruchomić, praktycznym rozwiązaniem może być umieszczenie kilku równolegle z rezystorem.
supercat
28
Co gorsza, mogą wystąpić problemy z ucieczką termiczną, gdy dioda zaczyna się nagrzewać od przepływającego prądu, jej właściwości zmieniają się tak, że przepływa przez nią większy prąd, przez co jest jeszcze cieplej.
Kellenjb
2
+1, mimo że nie widziałem symulacji obwodów połączonych, prawdopodobnie dlatego, że moja zapora ogniowa nie pozwala mi na uruchamianie apletów Java. Byłoby miło widzieć zdjęcia obwodów powiązanych z symulacjami. To przewaga CircuitLabs nad internetowymi symulatorami. Ale ogólnie wyjaśnienie jest bardzo jasne, nawet bez zdjęć.
Ricardo
9
@ Ricardo: Ten symulator obwodu został przeniesiony do JavaScript w 2015 roku. Ponadto wziąłem twoją sugestię i dodałem GIF dla każdego obwodu.
Denilson Sá Maia
1
@ DenilsonSá - FANTASTYCZNY !!! Dobra robota!!!
Ricardo
54

OK, zróbmy obliczenia.

Uproszczony model LED to stałe źródło napięcia szeregowo z małym rezystorem. Wybierzmy tę diodę LED od Kingbright.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Nachylenie wynosi 20 mA / 100 mV, więc rezystancja wewnętrzna wynosi 5 . Wewnętrzne napięcie diody LED wynosi 1,9 V. Załóżmy, że diody LED potrzebują 20mA i że nasz zasilacz ma napięcie 5 V.Ω

Wtedy napięcie LED wynosi 1,9 V + 5 mA = 2 V. Nasz rezystor pojedynczej seriiΩ

R=5V2V220mA=75Ω .

Dzieje się tak, jeśli obie diody LED są równe. Załóżmy teraz, że istnieje niewielka rozbieżność między diodami LED i że 1,9 V dla drugiej diody LED wynosi w rzeczywistości 1,92 V, zaledwie 1% różnicy.

Teraz nie jest od razu jasne, jakie będzie napięcie na diodach LED. się i nazwijmy to . Istnieje jeden prąd przez rezystor 75 : VLIRΩ

IR=5VVL75Ω

Prąd przez pierwszą diodę LED:

I1=VL1.9V5Ω

i podobnie w przypadku LED 2:

I2=VL1.92V5Ω

Teraz , więc IR=I1+I2

5VVL75Ω=VL1.9V5Ω+VL1.92V5Ω

Z tego wynika, że = 2,01 V. Następnie, wypełniając tę ​​wartość w powyższych równaniach dla prądów LED, które znajdujemyVL

I 2 = 17,94 m AI1=21.94mA iI2=17.94mA

wniosek

Już najmniejsza rozbieżność napięcia LED (1%) powoduje już 18% różnicę prądu LED. IRL różnica może być większa i może być widoczna różnica w jasności. Efekt będzie gorszy przy niższych oporach wewnętrznych.

stevenvh
źródło
proste i czyste obliczenia ... można zrobić tylko +1.
Jasser,
Błąd w tej analizie polega na tym, że wariancja diod LED wynika głównie z ESR przy Vf, a nie z napięcia progowego Vth przy niskim prądzie, np. 5% If. Gdzie LED ESR = 0,5 / Pmax z bardzo szeroką tolerancją. 0,25 do 1 / Pd typ. Z wyjątkiem tych w tej samej partii.
Sunnyskyguy EE75
8

Zobacz moją szczegółową odpowiedź tutaj

Prąd zostanie podzielony nierównomiernie w duecie, aby rozłożyć się w charakterystyce LED.

Ci, którzy wylosują więcej niż ich udział, zrobią się gorętsi i jeszcze więcej.

Ci, którzy wylosują mniej niż ich część, staną się fajniejsi i mniej wylosują.

Jeśli powiesz 10 diod LED i połączysz je równolegle i napędzasz je pojedynczą diodą LED o prądzie znamionowym dla wszystkich 10, to:

  • Przy typowych tanich diodach LED dopasowanie Vf / If będzie na tyle słabe, że najniższe diody Vf mogą pobierać 2, 3 lub 4 razy prąd znamionowy.

  • Nadmiarowe diody LED szybko zgasną.

  • Teraz jest 9 diod LED, które dzielą wystarczającą ilość prądu dla 10. ŚREDNI prąd wynosi 110%. Najniższa dioda Vf ponownie zostanie przeciążona i zawiedzie, ale tym razem nastąpi to jeszcze szybciej, ponieważ na każdą diodę jest dostępny większy prąd.

  • Następne ... :-) - reakcja łańcuchowa.

Spójrz na typową tanią azjatycką * latarkę z wieloma diodami LED.
Zwróć uwagę na najjaśniejsze diody LED. Uruchom pochodnię przez chwilę, a następnie ponownie obserwuj.
Po niedługim czasie najjaśniejsze diody LED będą ściemnione lub zgasną.
Obserwuj najjaśniejsze diody LED ...

  • Mówię „tani azjatycki”, ponieważ większość latarek z wieloma diodami LED pochodzi z Chin, a większość z nich ma niski koszt, więc ich cena jest trudna do pobicia. W dużej mierze budują na „tym, co przyniesie rynek”, a rynek przyniesie śmieci. Lampy LED z innych krajów z wieloma diodami LED LUB lampy wykonane w Chinach o odpowiednim projekcie kosztują więcej i są mniej popularne. Istnieje powód dodatkowych kosztów.

Diody LED w szeregu (2 grupy).
Napęd stałoprądowy.
Kosztuje więcej.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Russell McMahon
źródło
Umieszczenie wielu diod równolegle będzie „bezpieczne”, jeśli całkowity prąd nie będzie większy niż dopuszczalny prąd pojedynczej diody LED; w zależności od tego, jak dobrze są dopasowane diody LED, można wyjść nieco dalej, nie przekraczając prądu znamionowego dla żadnej diody LED. Jeśli jedna ma trzy diody LED równolegle z maks. 20 mA, a ich dopasowanie jest takie, że można otrzymać do 50% prądu, jedna będzie ograniczona do napędzania ciągu przy 40 mA, co może spowodować, że dwie diody LED osiągną 10 mA podczas gdy jedna pobiera 20 mA lub we wszystkich trzech otrzymuje 13 mA.
supercat
Jeśli ktoś jest w stanie zaakceptować niższy poziom oświetlenia, jaki można uzyskać z niektórych lub wszystkich diod LED, podejście równolegle-równoległe „zadziała” i nie musi wpływać na żywotność produktu. Z drugiej strony, jeśli nie trzeba, aby diody LED działały z pełną jasnością, bardziej opłacalnym może być stosowanie mniejszych i tańszych diod LED i ograniczenie ich prądu osobno.
supercat
3

Działałoby to, gdyby wszystkie diody LED miały identyczne cechy. Niestety tak nie jest. i będą przez nie przepływać różne prądy. Oczywiście kilka diod LED połączonych szeregowo może mieć pojedynczy opornik ograniczający prąd.

Leon Heller
źródło
0

TLDR;

Jeśli rezystor ograniczy prąd do 15 ma, to po włączeniu każdej diody prąd będzie dzielony i zmniejszany na nich, co oznacza, że ​​ściemnią się wraz z włączaniem kolejnych.

DonP
źródło
-3

Cóż, to nie jest absolutnie prawda.

Często używam płyty breadboard z 8 diodami LED do wbudowanego debugowania. Różnica polega na tym, że chociaż mam wszystkie 8 diod LED podłączonych do uziemienia za pomocą jednego rezystora (w ten sposób szybsze było wybicie płytki drukowanej), prąd jest dostarczany z osobnych styków mikrokontrolera. Zależy od tego, co rozumiesz przez „równoległe”!

GigaJoules
źródło
Właśnie wspomniałem o tym, co uważałem za dość trafny przypadek w przypadku źle sformułowanego pytania. (
Przewraca
Jeśli uważasz, że pytanie jest źle sformułowane, naciśnij flagę w celu interwencji moderatora lub edytuj je, jeśli masz wystarczającą reputację.
winny
Pytanie brzmi, jakie jest pytanie.
GigaJoules,
2
To, co opisałeś, nie jest jednak obwodem równoległym. Zasadniczo masz 8 diod LED połączonych szeregowo z rezystorem sterowanym przez 8 różnych źródeł ...
Doodle