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

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

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 ):

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

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.

OK, zróbmy obliczenia.

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

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.$\Omega$

Wtedy napięcie LED wynosi 1,9 V + 5 mA = 2 V. Nasz rezystor pojedynczej serii$\Omega$ $\cdot$

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

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 : $V_L$$I_R$$\Omega$

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

Prąd przez pierwszą diodę LED:

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

i podobnie w przypadku LED 2:

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

Teraz , więc $I_R = I_1 + I_2$

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

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

I 2 = 17,94 m $I_1 = 21.94 mA$ i$I_2 = 17.94 mA$

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.

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.

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.

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.

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”!