Consumo di energia a LED in teoria e realtà

In teoria se un LED consuma 10 mA, quindi 17 LED paralleli consumano 170 mA, ma in realtà quando collego 17 LED paralleli consumano solo 100 mA non 170 mA perché ci sono differenze tra teoria e realtà?

Stai assumendo che ognuno di questi led abbia curve IV perfettamente identiche. Le specifiche indicate sono nominali, figure tipiche e ci saranno variazioni.

Un LED può essere 10 mA a 1,9 VF, ma un altro può essere 8 o 12 mA o diverso con lo stesso VF. Non sta nemmeno prendendo in considerazione la luminosità. Due led con la stessa curva IV possono essere notevolmente diversi anche nel colore e nella luminosità.

È inoltre necessario tenere conto della precisione o dell'arrotondamento della fornitura. Misura solo al 100esimo di un amplificatore. Non abbastanza per una corretta gamma da un singolo milliampere.

Prendi anche in considerazione la resistenza della breadboard che stai utilizzando. Se si misura la tensione attraverso il primo e l'ultimo led, è possibile notare una differenza.

Dovresti usare un buon amperometro o multimetro nella modalità corrente e misurare individualmente ciascuno dei led in questo circuito per vedere quanto consuma effettivamente ogni led.

Il misuratore dell'alimentatore ha solo una risoluzione di 0,01 A (10 mA). La corrente effettiva potrebbe essere compresa tra 5 mA e 15 mA per il singolo LED.

Passa il multimetro giallo alla gamma mA, collega i cavi nelle prese corrette e collega il multimetro in serie con un LED e ottieni una misurazione più accurata.

I LED in parallelo in questo modo non sono raccomandati. Quelli con la caduta di tensione diretta inferiore abbasseranno la corrente. Collegarli in serie con un'alimentazione a corrente limitata o inserire una resistenza in serie con ciascun LED per limitare la corrente.

transistor e Passerby hanno entrambi fornito risposte perfettamente valide alla domanda che mi hai posto, ma lasciami provare qualcosa di più completo.

Sembra che tu abbia un buon numero di LED e, se hai qualche ricambio, prova questo esperimento. Guidare 1 LED a 1,9 volt. Registra la corrente. Aumenta la tensione a 2,0. Ora prova 2.1. Vedrai che la corrente aumenta molto rapidamente e sarei sorpreso se 2,1 volt non uccidessero il LED. Ora sostituisci il LED con una resistenza da 200 ohm e ripeti il ​​test. Ciò stabilisce che la corrente aumenta molto più rapidamente con un LED che con una resistenza una volta raggiunta la tensione di accensione.

Ora, ecco qualcosa che non conosci: per una tensione fissa, la corrente attraverso un LED aumenta all'aumentare della temperatura dei LED.

Poiché sta diventando più caldo, la sua corrente aumenterà e anche la sua temperatura. Il che, ovviamente, significa che la sua corrente aumenterà ancora di più. Puoi vedere dove questo sta portando: il termine tecnico è fuga termica . Quindi questo porta alla prima e più importante regola: non provare mai a guidare un LED da una fonte di tensione. Limita sempre la corrente. Ciò è più semplice fornendo una tensione più elevata e utilizzando un resistore di limite di corrente in serie. Nel tuo caso, un'alimentazione da 5 volt e una resistenza da 300 ohm forniranno circa 10 mA in sicurezza.

Inoltre, la tua configurazione dimostra che sei stato fortunato nella scelta dei LED: sembrano tutti avere la stessa luminosità. Come affermato da Passerby, questo non è generalmente vero. Quindi non legare insieme un gruppo di LED e guidarli da un singolo resistore. Ciò inviterà una gamma di luminosità nei LED. Se non vuoi una luminosità uniforme, potresti pensare che sia OK, ma c'è un'altra cosa da considerare.

Supponiamo che tu abbia 10 LED in parallelo, ogni disegno (speri) 10 mA, per un totale di 100 mA. Per fare ciò si utilizza un'alimentazione da 5 volt e una resistenza da 30 ohm. Stai bene con la luminosità non uniforme. C'è un problema?

Molto probabilmente. Proprio come i LED non sono uniformi in luminosità per la stessa tensione, né assorbono la stessa corrente alla stessa tensione.

Diciamo che uno dei LED assorbe naturalmente un po 'più di corrente rispetto agli altri alla tensione comune. Ciò significa che, poiché la potenza è uguale alla tensione per la corrente, dissipa più potenza delle altre e ciò significa che diventerà più calda. A sua volta, questo abbassa di più la sua tensione e assorbe più corrente. Nel peggiore dei casi, il LED più debole diventerà sempre più corrente finché non si esaurisce e probabilmente non si aprirà. Ciò significa che il LED più debole successivo inizierà la corrente di hogging e, nel peggiore dei casi, il processo continuerà fino a quando tutti i LED sono morti. Questo processo può verificarsi anche con altri componenti e ha ottenuto il soprannome di "modalità petardo". In questo caso è reso possibile da un limite di corrente impostato troppo alto: cioè

Questo porta all'altra regola da seguire: limitare la corrente a ciascun LED separatamente. Questo di solito significa una resistenza per LED o una serie di LED in serie. Ad esempio, se si dispone di una sorgente a 12 volt, è possibile inserire 4 o 5 LED in serie e utilizzare un singolo resistore per limitare la corrente nella stringa. Spesso puoi aggirare questo problema per un numero limitato di LED, purché tu ne sia consapevole delle conseguenze. Con 2 LED in parallelo, probabilmente non dovrai preoccuparti di guasti alla modalità petardo, poiché non molti LED moriranno al doppio della normale corrente di funzionamento, ma probabilmente otterrai una luminosità ineguale. Più LED si mettono in parallelo, maggiori sono le probabilità di guasto catastrofico. La scelta spetta a te e probabilmente vorrai correre rischi fino a quando non sarai bruciato alcune volte.

"Il buon senso viene dall'esperienza. L'esperienza viene dal cattivo giudizio."

La risposta semplice è arrotondare l'errore con solo "1 cifra significativa" in 0,01 A che dovrebbe leggere 0,0058 A

Ma ora è possibile calcolare l'attuale 100/17 = 5,8 mA per LED a causa della mancanza di 3 cifre significative da una singola lettura a LED.

Inoltre è possibile prevedere l'aumento di corrente con aumento di tensione. Il LED Ultrabright nominale da 5 mm ha un ESR interno di 15 Ω. Con 15 LED in //, l'ESR sarebbe ~ 1Ω. (E leggermente inferiore a 17). Pertanto, ogni aumento preciso di 0,10 V comporta un aumento di ~ 0,10 A, il che suggerisce che il "ginocchio" della curva Vf è 1,8 V, dove l'ESR aumenta dinamicamente.

Per evitare ESR non corrispondenti nei LED, consiglio di aggiungere un minimo del 50% dell'ESR o di circa 8 Ω quando li si porta al massimo in parallelo.

Ciò influisce su Vf vs If e può avere una tolleranza ristretta <1% da un singolo batch o ampia tolleranza sul lato alto da batch misti. ergo questo influisce sulla condivisione attuale e diventa significativo solo quando l'autoriscaldamento riduce la Vf. Questa differenza viene accelerata con una corrente crescente superiore a 20 mA, specialmente laddove la tensione di soglia interna si riduce (Shockley Effect), quindi la tensione attraverso la resistenza di massa ESR interna aumenta e assorbe più corrente dalla tensione costante dell'alimentazione.

In effetti, i LED sono altrettanto precisi degli Zeners a bassa tensione, che hanno anche tolleranze simili, spesso peggiori, a causa dei crescenti miglioramenti della qualità dei fornitori nei LED ad alta luminanza.

La formula approssimativa per questo LED ROSSO diventa

Vf = 1.8 + Se * ESR

Naturalmente l'aggiunta di una serie di piccole serie R elimina la sensibilità indotta dalla mancata corrispondenza "instabilità termica del diodo a condivisione corrente".

Nturalmente l'efficienza si perde aggiungendo una piccola serie R ma a beneficio della stabilizzazione della corrente prevista.

Ora la formula diventa;

Vout = 1.8 + If * (ESR '+ Rs)

... dove Vout è un driver o Vcc che ha anche ESR che potrebbe essere incluso con l'ESR 'sopra. ad es. 5 V CMOS è ~ 50Ω mentre CMOS <= 3,3 max Vcc è ~ 25Ω ESR.

. quindi scegliere If e risolvere per Rs.

Ma la maggior parte delle persone usa semplicemente il Vf @ 20mA nominale e calcola RS da

Rs = (Vcc-Vf) / If

quindi scegliere If e risolvere per Rs utilizzando il caso peggiore Vcc massimo.

ESR è semplicemente un termine conveniente per resistenza differenziale altrimenti noto come RdsOn in CMOS e MOSFET.

Per LED bianchi da 5 mm

è Vf = 2,85 + Se * 15Ω

per parti nominali valide con tolleranze simili.

Penso che la resistenza dei singoli LED sia maggiore e quando li colleghiamo in parallelo Quindi, la resistenza in parallelo è diminuita dal valore individuale, per questo la corrente di 10 LED è inferiore. 1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + ..........