Использование диодов для ограничения тока светодиодов

Должен признаться, я никогда не пробовал это. Но последовательный резистор играет важную роль: он ограничивает ток через светодиод. Если резистора нет, то в конце концов ток может быть ограничен до значения, которое слишком велико для светодиода или управляющего транзистора. Теоретически вы должны графически добавить характеристики пользовательского интерфейса диодов и светодиода и посмотреть на полученной характеристике, каков ток для вашего значения Vcc. Но основная проблема заключается в том, что этот ток нельзя надежно предсказать, поскольку характеристики диодов и светодиодов в каталоге UI дают вам типичную кривую, и эта кривая также будет смещаться с изменением температуры.

Поэтому, хотя это может сработать, я бы не стал рассчитывать на то, что это сработает в каждом случае. Но вам может помочь неожиданное место: микросхема, управляющая вашими светодиодами. Иногда цифровые выходы имеют внутренние резисторы или другие способы ограничения выходного тока, чтобы избежать их перегрузки. Поэтому проверьте спецификацию вашего attiny2313.

использование другого диода, чтобы «сопоставить» напряжение источника с напряжением светодиода: НЕТ НЕТ НЕТ!

Светодиод в основном является стоком напряжения: он не потребляет ток до тех пор, пока напряжение на нем не сместит диодный переход в прямом направлении, а затем внезапно, когда вы получаете достаточное напряжение, ток через него резко возрастает. Световой поток светодиода сильно зависит от величины тока, который вы пропускаете через него: больше ток = больше световой поток. Падение напряжения, хотя и приблизительно постоянное, зависит от температуры и от устройства к устройству.

Почти во всех приложениях вы хотите установить светоотдачу и, следовательно, ток, на фиксированное значение, независимое от изменений напряжения питания и изменений падения напряжения светодиода. Это означает, что идеальным источником для светодиодной нагрузки является источник постоянного тока , который вы можете реализовать, просто это сложно сделать без нескольких дополнительных компонентов. На практике мы просто используем источник напряжения (включаемый и выключаемый логическим вентилем, МОП-транзистором или биполярным транзистором) и резистор для установки тока.

Ключевое уравнение: V _{питание} - V _LED = I _LED *R или I _LED = (V _{питание} - V _LED )/R

Член в левой части представляет собой разницу между напряжением питания и падением напряжения на светодиоде. Это может варьироваться в зависимости от температуры и от детали к детали. Анализ чувствительности здесь довольно прост: ΔI = ΔV/R — изменение тока равно 1/R, умноженному на изменение напряжения. Если вы хотите, чтобы ток вашего светодиода был менее чувствителен к изменениям напряжения, это означает, что значение R должно быть выше... для определенного номинального тока светодиода (обычно от 5 мА до 20 мА) ток будет менее чувствителен к изменениям напряжение, если напряжение источника выше и сопротивление выше.

Сбрасывая напряжение питания с помощью второго диода, вы делаете прямо противоположное: чтобы получить желаемый ток, вы должны уменьшить значение R, что делает ток нагрузки более чувствительным к изменению напряжения. И вы также вводите еще один элемент схемы (этот новый диод), который имеет дополнительные допуски по напряжению, что увеличивает эти колебания напряжения. Вы бы добавили дополнительные компоненты, которые не служат никакой цели, кроме как сделать световой поток более чувствительным к изменениям напряжения питания, температуры и изменениям деталей.

Единственные другие вещи, на которые стоит обратить внимание, — это рассеиваемая мощность. Если у вас есть источник фиксированного напряжения (скажем, 5 В) и светодиод или другой элемент схемы, который использует только часть этого напряжения (скажем, 1,2 В), то только часть мощности (1,2/5 В = 24% в этом примере) рассеивается в светодиоде, а остальное (76%) рассеивается во что-то еще, что вам нужно соединить их вместе. Это справедливо для любого линейного источника питания (комментарий о переключателях см. ниже). Это переходит в тепло, которое необходимо должным образом рассеивать, и в большинстве случаев самый дешевый и простой способ рассеивать заданное количество тепла контролируемым образом - это резистор. Они правильно работают в более высоком диапазоне температур (большинство диодов/транзисторов работают примерно до 150 ° C), и их поведение меньше меняется в зависимости от температуры.

Исключением из всего этого мышления является импульсный источник питания. Многие драйверы светодиодов идут по пути переключения и используют широтно-импульсную модуляцию + переключающий транзистор и катушку индуктивности для повышения эффективности. Это позволяет практически полностью рассеивать мощность в светодиоде (с небольшими потерями в переключающем полевом МОП-транзисторе и катушке индуктивности). Тем не менее, вы по-прежнему относитесь к светодиоду как к потребителю напряжения, а переключающий транзистор + катушка индуктивности действуют как источник тока, изменяя свой рабочий цикл для управления яркостью светодиода (в высококачественных визуальных дисплеях также есть микросхема датчика света, так что ток можно изменять, чтобы компенсировать старение светодиода с течением времени, чтобы цвет белого света не смещался в сторону красного, зеленого или синего). Однако драйвер светодиодов с переключением стоит $$, поэтому, если вам не нужна эффективность, я бы не стал беспокоиться.

Итог: будьте проще, используйте резистор отдельно.

Извините, но вся посылка вопроса не сработает, потому что диоды не ограничивают ток. Вы, кажется, несколько путаете напряжение и силу тока. Без резистора нечем будет ограничивать ток. В лучшем случае светодиоды будут нормально работать, но гораздо быстрее изнашиваются из-за перегрузки по току. В худшем случае он выбьет светодиод из-за слишком большого тока, а в самом худшем случае он поджарит ваш микроконтроллер, пытаясь потреблять или подавать слишком большой ток.

В основном ответ заключается в том, что вам всегда нужно ограничивать ток с помощью резисторов, если только вы не используете специальную микросхему драйвера светодиодов, которая обрабатывает это за вас (часто называемую «приемником постоянного тока» или «источником постоянного тока»).

Раньше я использовал микросхемы драйверов светодиодов Allegro , они работают достаточно хорошо. Вы можете управлять 16 отдельными светодиодами, используя только 3 контакта на микроконтроллере (или гораздо больше, если используете матричное или мультиплексное соединение). Различные другие производители также производят микросхемы управления светодиодами. Или вы можете сделать это самостоятельно, просто используя комбинацию сдвиговых регистров, транзисторов и резисторов.

Мне приходит в голову, что одно приятное свойство последовательных резисторов заключается в том, что когда входное напряжение начинает проседать (например, когда батареи разряжаются), они постепенно будут составлять меньше общего напряжения по мере падения тока через светодиоды. Это приведет к тому, что светодиоды будут дольше оставаться яркими. У диодов такой гибкости не будет.

Давр имеет лучший ответ здесь. Диоды в прямом смещении имеют ток, который очень чувствителен к напряжению. (и температура...) Таким образом, вы не регулируете напряжение, вы регулируете ток. Резистор — самый простой (и не очень энергоэффективный способ сделать это).

Типичный максимальный ток микроконтроллера составляет 40 мА. Иногда это ограничено, а иногда отключает UC. Вот почему иногда вы можете подключить светодиод непосредственно к UC.

Если вы управляете светодиодом, напряжение не имеет значения, потому что оно постоянно. Он пропустит (почти) весь ток, который вы подаете, до поломки. Вот почему вы должны как-то ограничивать это, и диод не сделает этого.

Предполагая, что вы ограничиваете источник питания, например, до 40 мА, если вы не используете резистор для каждого светодиода, ток будет распределяться, поэтому, если вы зажжете один диод, он будет очень ярким, а при включении 10 светодиодов они будут быть в десять раз тусклее.

Вот почему каждый учебник по светодиодам, который вы видите в сети, регулирует ток с помощью простых резисторов.

Я хотел бы добавить предложение: создать текущее зеркало. Проблема с резисторами заключается в том, что они будут постоянно сопротивляться одному и тому же сопротивлению. Вы теряете определенное количество энергии на сопротивление току, даже если светодиоды обычно не потребляют слишком много энергии. Зеркало тока или источник постоянного тока намного эффективнее и позволяет вам выбрать определенный ток для запуска.

Кроме того, вы можете рассмотреть возможность использования чипа драйвера, такого как ULN2803, ссылка: ULN2803 .

Вы обнаружите, что он может обрабатывать гораздо больший ток, чем микроконтроллер, и позволяет управлять довольно большими нагрузками.

Если вы можете запустить всю схему при прямом напряжении светодиода, то проблем нет — она будет работать нормально. Почему бы не использовать регулируемый регулятор и снизить напряжение таким образом, а не 3,3 В и два диода? В качестве альтернативы вы можете использовать диоды между общим катодом светодиодов и землей - опять же без проблем.

В таблице данных вашего светодиода должен быть график, помеченный как «Ток светодиода в зависимости от прямого напряжения». Также должно быть что-то вроде «Коэффициент рабочего цикла по сравнению с допустимым током», что также может помочь. Эти графики демонстрируют разницу между «идеальным» диодом и реальным диодом... и мы можем использовать это в наших интересах!

Я выбрал напряжение, которое дает ток, равный половине максимального номинала. Я рылся в диодах, пока не нашел комбинацию, которая снизила напряжение с 5 до 2,8 В, для этого светодиода это привело к измеренному току 9,2 мА, что составляет менее половины максимального номинального значения. Яркость была в норме. Метод хоть и не идеален, но прекрасно работает даже при 100% рабочем цикле.

Однако вы должны довольно хорошо контролировать напряжение. Переменный настольный источник питания и амперметр очень помогут, хотя метод проб и ошибок тоже подойдет. Обычно я бы просто использовал резисторы, но у меня их нет, и я не могу купить больше прямо сейчас.

Когда диод используется в качестве ограничителя напряжения для светодиодов, емкость диода может быть проблемой при включении и обеспечивать очень короткий, но высокий ток светодиода до того, как диод начнет проводить. Проверка объема светодиодных токов при включении покажет, происходит ли это.

Мне нравится ваша идея, и я думаю, что это отличная идея, я бы просто немного изменил оборудование.

Если вы слышали о стабилитроне, я думаю, это то, что вам нужно. Они удерживают постоянное напряжение в широком диапазоне токов, и вы можете получить один на 1,8 В. Стабилитрон — это диод, который имеет обратное напряжение пробоя, которое очень хорошо контролируется и не изменяется заметно. Стабилитроны на 5,1 В наиболее независимы от температуры из-за физических параметров, но 1,8-вольтовые тоже могут быть такими.

Светодиод, который вы используете, имеет прилично большую рабочую ярость, поэтому отклонение в вашем источнике питания не должно быть большой проблемой для схемы, что устраняет причину, по которой люди обычно используют резисторы в качестве ограничителя мощности, но мы часто измеряем это как ток /устройство ограничения напряжения.

Я беспокоюсь о том, что вы упускаете из виду максимальный ток, который может выдавать ваш микроконтроллер, но это поднималось в других сообщениях.

Использование стабилитрона для понижения напряжения до рабочего диапазона для другого устройства — обычная практика, о которой я читал и использовал сам. Я уверен, что вы будете довольны результатом.