Spørgsmål:
Brug af dioder til at begrænse strømmen til lysdioder
edebill
2009-11-07 10:46:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg opretter en attiny2313 til at køre en række lysdioder og blinke dem i forskellige mønstre. I stedet for at sætte en seriemodstand på linje med hver LED (de styres separat, så jeg kan ikke lave tricks som at sætte dem i serie med hinanden), undrede jeg mig over bare at bruge et par dioder for at få spændingen ned til det rigtige interval.

Systemet kører ved 3,3 V (med en regulator for at holde det ret konstant), og to 1N4001-dioder vil falde ned til 1,9 V - lige på linje med den nederste ende af 1,8 - 2,2 V, disse LED'er er specielt til. Da dioderne altid vil have det samme spændingsfald over sig selv, behøver jeg ikke bekymre mig om, at spændingen ændres, når jeg tænder eller slukker for lysdioderne. Alt i alt gemmer jeg 6 komponenter.

Har nogen andre prøvet noget som dette? Er der noget, jeg har overset? Jeg er klar over, at dioderne bliver nødt til at sprede den fulde strøm fra alle lysdioderne, men for denne lille mængde strøm ser det ikke ud til at være et problem.

(rediger: Jeg sætter disse dioder mellem LED'ernes og jordens fælles katode)

Tænkte bare, at jeg ville opdatere og bemærke, at alt ser ud til at fungere, men ikke så perfekt som jeg måske vil. Jeg rammer faktisk den nuværende grænse for min regulator, når jeg har for mange lysdioder tændt på én gang, hvilket får dem til at dæmpes lidt.
Elleve svar:
#1
+16
Jason S
2009-11-26 12:35:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

ved hjælp af en anden diode til at "matche" kildespændingen til LED-spændingen: NEJ NEJ NEJ!

En LED er grundlæggende en spændingsvask: den trækker ingen strøm, indtil spænding på tværs af det, forspænder diodeovergangen, og så pludselig når du får nok spænding, stiger strømmen gennem den dramatisk. Lysudgangen på en LED afhænger stærkt af mængden af ​​strøm, du sætter igennem den: mere strøm = mere lysudgang. Spændingsfaldet, selvom det er omtrent konstant, varierer med temperaturen og fra enhed til enhed.

I næsten alle applikationer vil du indstille lysudgangen og dermed strømmen til en fast værdi uafhængig af forsyningsspænding variationer og LED spændingsfald variationer. Dette betyder, at den ideelle kilde til en LED-belastning er en konstant strømkilde - som du kan implementere, det er bare, at det er en smerte at gøre det uden et par ekstra komponenter. I praksis har vi bare en tendens til at bruge en spændingskilde (tændt og slukket af en logisk gate eller en MOSFET eller en bipolær transistor) og en modstand til at indstille strømmen.

Nøgle ligningen er V forsyning - V LED = I LED * R eller I LED = (V forsyning - V LED ) / R

Udtrykket på venstre side er forskellen mellem forsyningsspænding og LED-spændingsfald. Dette kan variere med temperatur og variation fra del til del. En følsomhedsanalyse her er ret let: ΔI = ΔV / R - strømændringen er lig med 1 / R gange spændingsændringen. Hvis du vil have din LED-strøm til at være mindre følsom over for ændringer i spænding, betyder det, at værdien af ​​R skal være højere ... for en bestemt nominel LED-strøm (normalt mellem 5mA og 20mA), vil strømmen være mindre følsom over for ændringer i spænding, hvis kildespændingen er højere, og modstanden er højere.

Ved at droppe forsyningsspændingen ved hjælp af en anden diode gør du nøjagtigt det modsatte: for at få den ønskede strøm skal du reducere værdien af ​​R, hvilket gør belastningsstrømmen mere følsom over for spændingsvariation. OG du introducerer også et andet kredsløbselement (denne nye diode), der har yderligere spændingstolerancer, hvilket gør disse spændingsvariationer større. Du tilføjer ekstra komponenter, der ikke tjener andet formål end at gøre lysudgangen mere følsom over for forsyningsspændingsvariationer, temperatur og delvariationer.

De eneste andre ting, der er værd at overveje her er strømafbrydelse. Hvis du har en fast spændingskilde (f.eks. 5V) og en LED eller et andet kredsløbselement, der kun bruger en brøkdel af den spænding (f.eks. 1,2V), er kun en brøkdel af effekten (1,2 / 5V = 24% i dette eksempel) spredt i LED'en, og resten (76%) spredes i noget andet, som du har brug for for at forbinde de to sammen. Det gælder for enhver lineær strømforsyning (se nedenfor for en kommentar om switchere). Dette går ind i varme, som skal spredes ordentligt, og i de fleste tilfælde er den billigste nemmeste måde at sprede en given mængde varme på en kontrolleret måde i en modstand. De fungerer ordentligt over et højere temperaturområde (de fleste dioder / transistorer fungerer op til ca. 150 C maks), og deres adfærd varierer mindre med temperaturen.

Undtagelsen fra al denne tænkning er en skiftende strømforsyning. Mange LED-drivere går switcher-ruten og bruger pulsbreddemodulation + en skiftetransistor og en induktor for at få effektiviteten op. Dette lader stort set al strømafbrydelse forekomme i LED'en (med lidt tab i en skiftende MOSFET og induktor). Du behandler stadig LED'et som en spændingsvask, men med skiftetransistoren + induktoren, der fungerer som en strømkilde, varierer dens driftscyklus for at kontrollere LED-lysstyrken (i visuelle skærme af høj kvalitet er der også en lyssensorchip, så strømmen kan varieres for at kompensere for lysdiodernes aldring over tid, så hvidt lys ikke svæver i farve mod rød eller grøn eller blå). En skiftende LED-driver koster dog $$, så medmindre du har brug for effektiviteten, ville jeg ikke gider.

Bundlinie: hold det enkelt, brug modstanden i sig selv.

Jeg forstår dit punkt her, men korrekt designet, kan du bruge en zenerdiode i stedet for 5 eller 10 modstande. De holder den samme spænding over en ekstremt bred vifte af strømme. modstanden fra dine ledninger og en semi-stabil strømkilde fungerer perfekt. Dette er ikke det mest intelligente system sammenlignet med et skiftesystem, men det får jobbet gjort. Du kan billigt overdrive spændingen på en LED og PWM den til og fra, og det vil udføre den samme opgave, men på langt mindre kontrollerbar måde .
Zeneren ændrer ikke det faktum, at du styrer spændingen - hvoraf LED-strømmen er afhængig, men med ekstrem følsomhed, hvilket gør systemet iboende ustabilt.
Dioder falder VOLTS, de begrænser ikke (modstår) AKTUEL.
@JohnU: hvem taler du med, og hvad henviser du til?
@JasonS - Jeg talte med Kortuk, der synes at være i fornægtelse over fysikkens love.
+1 for kontrolleret strømkilde.Det er teknisk sandt, at enhver praktisk strømkilde i sidste ende skal kontrollere sin udgangsspænding, men variablen, der registreres, er strøm, og det er det, der vil beskytte enheden.
#2
+11
icabrindus
2009-11-08 09:11:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg må indrømme, at jeg aldrig har prøvet dette. Men seriemodstanden har en vigtig rolle: den er der for at begrænse strømmen gennem LED'en. Hvis der ikke er nogen modstand, kan strømmen i sidste ende være begrænset til en værdi, der er for høj til LED eller drivertransistoren. Teoretisk skal du grafisk tilføje U-I-karakteristikaene for dioderne og LED'en og se på den resulterende karakteristik, hvad der er strømmen til din Vcc-værdi. Men det største problem er, at denne strøm ikke kan forudsiges pålidelig, da UI-katalogkarakteristika for dioder og LED giver dig en typisk kurve, og denne kurve vil også skifte med temperaturen.

Så mens det måske arbejde, jeg ville ikke stole på, at det fungerer i alle tilfælde. Men du har måske hjælp fra et uventet sted: IC'en kører dine lysdioder. Nogle gange har de digitale udgange interne modstande eller andre måder at begrænse udgangsstrømmen for at undgå overbelastning af dem. Så tjek specifikationsarket for din attiny2313.

Ooooh. Jeg havde ikke tænkt på, hvordan temperaturen ændrer ting. Jeg håber, det ville være ret stabilt for 50-90F, men disse super billige LED'er (ledshoppe.com) kommer ikke med mange specifikationer. Attiny2313 ser ikke ud til at have nogen outputbeskyttelsesmodstande. Jeg går muligvis tilbage til modstande for sikkerheden. Dioder var bestemt nyttige på brødbrættet.
#3
+11
davr
2009-11-10 01:57:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Beklager, men hele forudsætningen for spørgsmålet fungerer ikke, fordi dioder ikke begrænser strømmen. Du synes at være noget forvirrende spænding og strøm. Uden en modstand vil der ikke være noget, der begrænser strømmen. I bedste fald fungerer lysdioderne fint, men slides meget hurtigere på grund af overstrøm. I værste fald vil det skifte lysdioden fra for meget strøm, og i værste fald vil den stege din mikrokontroller ved at prøve at synke eller kilde for meget strøm.

Grundlæggende er svaret, at du altid har brug for at begrænse strømmen ved hjælp af modstande, medmindre du bruger en speciel LED-driver IC, der håndterer den for dig (ofte kaldet 'konstant strøm synke' eller 'konstant strømkilde').

Jeg har brugt Allegros LED driver IC'er før, de fungerer ganske godt. Du kan styre 16 individuelle lysdioder ved kun at bruge 3 ben på din mikrocontroller (eller mange flere, hvis du bruger matrix eller multiplexing). Forskellige andre leverandører fremstiller også LED-køre-IC'er. Eller du kan gøre det selv ved bare at bruge en kombination af skiftregistre, transistorer og modstande.

#4
+6
edebill
2009-11-07 19:49:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det forekommer mig, at en god egenskab ved seriemodstande er, at når indgangsspændingen begynder at synke (f.eks. når batterierne er ved at løbe tør), vil de gradvist tegne sig for mindre af den samlede spænding, når strømmen gennem lysdioderne falder. Det vil medføre, at LED'erne forbliver lysere længere. Dioderne har ikke den fleksibilitet.

#5
+3
russ_hensel
2009-11-10 22:38:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

davr har det bedste svar her. Dioder i forspænding fremad har en strøm, der er meget følsom over for spænding. (og temperatur ...) Så du regulerer ikke spændingen, du regulerer strømmen. En modstand er den enkleste (og ikke særlig energieffektiv måde at gøre dette på).

Glem ikke Zener-dioder!
Zener-dioder regulerer spænding, ikke strøm.
#6
+2
ppvi
2009-11-09 14:49:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

En typisk maksimal strøm for en mikrokontroller er 40 mA. Nogle gange er dette begrænset, og nogle gange lukker det UC. Derfor kan du nogle gange tilslutte en LED direkte til en uc.

Hvis du kører en LED, er spændingen ikke vigtig, fordi den er konstant. Det vil lade (næsten) al den strøm, du giver, passere, indtil den går i stykker. Så det er derfor, du skal begrænse det på en eller anden måde, og en diode ikke gør det.

Hvis du antager, at du begrænser strømforsyningen til f.eks. 40mA, hvis du ikke bruger en modstand til hver LED, strøm vil blive distribueret, så hvis du tænder en diode, vil den være meget lys, og når du tænder 10 lysdioder, bliver de ti gange lysere.

Derfor regulerer hver LED-tutorial, du ser på nettet, strøm med enkle modstande.

typisk maks. strøm varierer meget efter producent og design. Jeg kender mange uC, der ikke kan passere 4 mA eller mindre.
#7
+2
wackyvorlon
2009-11-30 04:37:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg vil gerne tilføje et forslag: opbyg et aktuelt spejl. Problemet med modstandene er, at de til enhver tid vil modstå den samme mængde. Du mister en vis mængde energi til at modstå strømmen, selv når lysdioderne normalt ikke trækker for meget. Et aktuelt spejl eller en konstant strømkilde er meget mere effektivt og giver dig mulighed for at vælge en bestemt strøm, der skal køres ved.

Yderligere kan du overveje at bruge en driverchip som ULN2803, linky: ULN2803

Du finder ud af, at den kan håndtere meget mere strøm end en mikrokontroller, og giver dig mulighed for at køre nogle ret store belastninger.

aktuelle spejle er ikke mere effektive end modstande. Ethvert lineært kredsløb, som en given mængde strøm passerer igennem, og som falder en given mængde spænding, har den samme energiforbrug. Ligegyldigt om det er en modstand eller en diode eller en transistor eller noget andet. Nuværende kilder har værdi i denne situation, men den værdi er at kunne styre LED-strømmen og ikke noget at gøre med effektivitet.
Jeg er enig med Jason her. Hvis du vil have mere effektivitet end en modstand (eller et andet kredsløb, der bare brænder den overskydende spænding væk, såsom et aktuelt spejl eller en strømkilde ved hjælp af en FET), skal du bruge noget som en DC-DC-konverter eller skifte strømforsyning .
#8
  0
JohnC
2009-11-07 15:23:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hvis du er i stand til at køre dit komplette kredsløb ved lysdioderens fremadspænding, er der ikke noget problem - det fungerer fint. Hvorfor ikke bruge en variabel regulator og få spændingen ned på den måde i stedet for 3.3v og to dioder? Alternativt kan du bruge dioderne mellem den fælles katode på lysdioderne og jorden - igen ikke noget problem.

Det faldt mig aldrig at køre kredsløbet ved LED's fremadspænding. Desværre er minimum fremadspænding på denne attiny2313, jeg bruger, 2,7V, så jeg kan ikke få den lav nok.
Så hvor forventer du at placere dioderne, antager jeg, at de er forbundet til lysdioderne i en fælles anode eller en fælles katodekonfiguration - i hvilket tilfælde du vil være OK.
Almindelig katode, som lyder sikkert, men for hvad icabrindus siger om temperaturafhængighed, der ændrer, hvordan tingene opfører sig.
#9
  0
legionlabs
2013-01-22 15:48:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

På dit LED-datablad skal der være en graf mærket noget i retning af "LED-strøm vs. fremspænding". Der skal også være en, der ligner "Duty cycle ratio vs. allowable current", som også kan hjælpe. Disse grafer viser forskellen mellem og "ideel" diode og din aktuelle ... og vi kan bruge dette til vores fordel!

Jeg valgte en spænding, der giver en strøm, der er halvt den maksimale værdi. Jeg rodede igennem dioder, indtil jeg fandt en kombination, der faldt spændingen fra 5v til 2,8v, for denne LED, der resulterede i en målt strøm på 9,2mA, mindre end halvdelen af ​​den maksimale rating. Lysstyrken var normal. Metoden, selvom den ikke er ideel, fungerer fint, selv ved 100% driftscyklus.

Du skal dog styre spændingen ret godt. En variabel strømforsyning på bordpladen og et amperemeter hjælper meget, selvom prøve og fejl også fungerer fint. Normalt vil jeg bare bruge modstande, men jeg har ingen og kan ikke købe mere lige nu.

Et stort problem med denne tilgang er, at uanset hvor præcist du styrer spændingen, kan mængden af ​​strøm, en LED passerer ved en given spænding, variere enormt med produktionsmængde, temperatur, månefase osv. Hvis man ikke er ligeglad om strømmen er 2mA eller 20mA, kan det være fint at vælge en spænding, der giver 6mA, men man skal være forberedt på muligheden for, at LED'en kan passere betydeligt mere eller mindre strøm end forventet.
#10
  0
donald griffey
2014-04-28 22:05:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Når en diode bruges som en spændingsdropper til lysdioder, kan diodekapacitet være et problem ved tænding og tillade en meget kort, men høj LED-strøm, før dioden udføres. Omfangskontrol af LED-strømme ved tænding viser, om dette sker.

#11
-1
Kortuk
2009-11-10 21:17:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg nyder din idé, og jeg synes, den er fremragende, jeg ville bare skifte hardware lidt.

Hvis du har hørt om en zener-diode, tror jeg, det er mere hvad du leder efter. De har en konstant spænding over en lang række strømme, og du kan få en til 1,8 V. En zener er en diode, der har en omvendt nedbrydningsspænding, der er meget kontrolleret og ikke ændrer en mærkbar mængde. 5.1V zener-dioder er de mest temperaturuafhængige på grund af de fysiske parametre, men en 1,8 kan også være.

Den LED, du bruger, har et anstændigt stort driftsforstyrrelse, så en variation i din strømforsyning ikke være et stort problem for kredsløb, der fjerner årsagen til, at folk normalt bruger modstande, som en effektbegrænser, men vi måler det ofte som en strøm / spændingsbegrænsende enhed. den maksimale strøm, som din mikrokontroller kan afgive, men dette er blevet bragt op i andre stillinger.

Brug af en Zener til at nedbringe en spænding ned til et driftsområde for en anden enhed er en almindelig praksis, jeg læste om og har brugt mig selv. Jeg er sikker på, at du vil være tilfreds med resultatet.

En zener-diode løser ikke dette! Hvis du ser på U / I-kurven for en LED, vil du se, at - for at få LED'en til at fungere ved en bestemt strøm - skal du kontrollere spændingen ** meget ** præcist. Enhver afvigelse af spændingen over LED'en resulterer i en * enorm * ændring i strømmen. Derfor er du meget bedre til at kontrollere strømmen direkte.
Jeg nyder at du siger, at jeg skal styre strømmen direkte, da V eller jeg kan styres, men jeg ved hvad du mener. Min standardpraksis, som med mange, er en LED-driver eller en modstand. Stadig ingen grund til ikke at lege med en zener. Især hvis din generator har den nødvendige modstands- og spredningseffekt.


Denne spørgsmål og svar blev automatisk oversat fra det engelske sprog.Det originale indhold er tilgængeligt på stackexchange, som vi takker for den cc by-sa 2.0-licens, den distribueres under.
Loading...