Почему нельзя использовать один резистор для множества параллельных светодиодов?

Основная причина в том, что вы не можете безопасно подключать диоды параллельно.

Поэтому, когда мы используем один резистор, у нас есть ограничение по току для всей диодной секции. После этого каждый диод должен контролировать ток, проходящий через него.

Проблема в том, что диоды в реальном мире не имеют одинаковых характеристик, и поэтому существует опасность, что один диод начнет проводить, а другие нет.

Итак, вы в основном хотите этого ( открыть в симуляторе схемы Пола Фалстада ):

И вы на самом деле получаете это ( открыть в симуляторе схемы Пола Фалстада ):

Как видите, в первом примере все диоды проводят одинаковый ток, а во втором примере один диод проводит большую часть тока, в то время как другие диоды почти ничего не проводят. Сам пример немного преувеличен, чтобы различия были немного более очевидными, но хорошо продемонстрировали, что происходит в реальном мире.

Вышеприведенное написано с предположением, что вы выберете резистор таким образом, чтобы установить ток таким образом, чтобы ток был в n раз больше тока, который вы хотите в каждом диоде, где n - количество диодов, и что ток на самом деле больше, чем ток. ток, который может безопасно проводить один диод. При этом происходит то, что диод с самым низким прямым напряжением будет проводить большую часть тока и быстрее изнашивается. После того, как он умрет (если он умрет как разомкнутая цепь), диод со следующим самым низким прямым напряжением будет проводить большую часть тока и умрет даже быстрее, чем первый диод, и так далее, пока у вас не закончатся диоды.

Я могу представить себе один случай, когда вы можете использовать резистор для питания нескольких диодов, если максимальный ток, проходящий через резистор, достаточно мал, чтобы один диод мог работать с полным током. Таким образом, диод не умрет, но я сам с этим не экспериментировал, поэтому не могу прокомментировать, насколько это хорошая идея.

Хорошо, давайте проведем расчет.

Упрощенная модель светодиода представляет собой источник фиксированного напряжения, включенный последовательно с небольшим резистором. Давайте возьмем этот светодиод от Kingbright.

Наклон составляет 20 мА/100 мВ, поэтому внутреннее сопротивление равно 5$\Omega$. Собственное напряжение светодиода составляет 1,9 В. Предположим, что светодиодам нужно 20 мА, а источник питания — 5 В.

Тогда напряжение светодиода составляет 1,9 В + 5 В.$\Omega$ $\cdot$20 мА = 2 В. Наш единственный последовательный резистор

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

Это если оба светодиода равны. Теперь предположим, что между светодиодами есть небольшое расхождение, и что 1,9 В для второго светодиода на самом деле составляет 1,92 В, разница составляет всего 1%.

Теперь не сразу понятно, какое будет напряжение на светодиодах. Давайте выясним и назовем это$V_L$. Там один ток$I_R$через 75$\Omega$резистор:

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

Ток через первый светодиод:

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

и аналогично для светодиода 2:

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

В настоящее время$I_R = I_1 + I_2$, так

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

Отсюда мы находим, что$V_L$= 2,01 В. Тогда, подставляя это значение в приведенные выше уравнения для токов светодиода, находим

$I_1 = 21.94 mA$и$I_2 = 17.94 mA$

заключение

Даже наименьшее расхождение в напряжении светодиодов (1 %) уже приводит к 18-процентной разнице в токе светодиодов. IRL разница может быть больше, и может быть заметна разница в яркости. Эффект будет хуже при более низком внутреннем сопротивлении.

Смотрите мой недавний подробный ответ здесь

Ток будет делиться неравномерно из-за разброса характеристик светодиодов.

Те, кто рисуют больше, чем их доля, становятся более горячими и рисуют еще больше.

Те, кто рисует меньше своей доли, становятся круче и меньше рисуют.

Если у вас есть, скажем, 10 светодиодов, и вы подключаете их параллельно и управляете ими с помощью одного резистора примерно с номинальным током для всех 10, тогда:

• С типичными недорогими светодиодами согласование Vf/If будет настолько плохим, что светодиоды с самым низким Vf могут потреблять в 2, 3 или 4 раза больше своего номинального тока.

• Светодиоды перегрузки по току быстро погаснут.

• Теперь есть 9 светодиодов, чтобы разделить ток, достаточный для 10. СРЕДНИЙ ток составляет 110%. Светодиод с наименьшим Vf снова будет перегружен и выйдет из строя, но на этот раз это произойдет еще быстрее, так как на каждый светодиод приходится больше тока.

• Далее... :-) - цепная реакция.

Посмотрите на типичный дешевый азиатский* фонарь с несколькими светодиодами.
Обратите внимание на светодиоды, которые являются самыми яркими. Включите горелку на некоторое время, затем снова наблюдайте.
Через некоторое время самые яркие светодиоды потускнеют или погаснут.
Наблюдайте за самыми яркими светодиодами...

• Я говорю «дешевый азиатский», так как большинство мульти-светодиодных фонарей китайского происхождения, и большинство из них недорогие, поэтому их цена трудно превзойти. Они в значительной степени строятся на том, «что рынок выдержит», а рынок выдержит мусор. Светодиодные лампы из других стран с несколькими светодиодами ИЛИ лампы китайского производства с надлежащим дизайном стоят дороже и менее популярны. Есть причина для дополнительных затрат.

Светодиоды последовательно (2 группы).
Привод постоянного тока.
Стоит дороже.

Это сработало бы, если бы все светодиоды имели одинаковые характеристики. К сожалению, это не так. и через них будут течь разные токи. Конечно, несколько последовательно соединенных светодиодов могут иметь один токоограничивающий резистор.

TLDR;

Если резистор ограничивает ток до 15 мА, то при включении каждого светодиода ток будет распределяться между ними и уменьшаться, то есть они будут становиться тусклее по мере включения большего количества светодиодов.

Ну это НЕ СТРОГО верно.

Я часто использую макетную плату с 8 светодиодами для встроенной отладки. Разница в том, что хотя у меня ДЕЙСТВИТЕЛЬНО все 8 светодиодов подключены к земле через один резистор (таким образом было быстрее разбить печатную плату), ток подается с отдельных контактов микроконтроллера. Зависит от того, что вы подразумеваете под «параллельным», я думаю!