Как я могу эффективно управлять светодиодом?

Я понимаю, что я не могу подключить светодиод непосредственно к аккумулятору, потому что он будет потреблять слишком много тока. Таким образом, в цепи должно быть что-то еще, чтобы ограничить ток. Какие существуют варианты? Являются ли некоторые методы более эффективными, чем другие?

120 голосов | спросил Phil Frost 23 Jam1000000amWed, 23 Jan 2013 06:18:59 +040013 2013, 06:18:59

4 ответа


214

Светодиод требует минимального напряжения, прежде чем он включится вообще. Это напряжение зависит от типа светодиода, но обычно оно находится в районе 1,5 В - 4,4 В. Как только это напряжение будет достигнуто, ток будет очень быстро расти с напряжением, ограниченным только небольшим сопротивлением светодиода. Следовательно, любое напряжение, намного превышающее это, приведет к очень большому току через светодиод, пока либо источник питания не сможет обеспечить достаточный ток и провисание напряжения, либо светодиод будет разрушен.

только диод

Выше приведен пример отношения тока и напряжения для светодиода. Поскольку ток растет так быстро с напряжением, как правило, мы можем упростить наш анализ, предположив, что напряжение на светодиоде является постоянным значением, независимо от тока. В этом случае 2V выглядит правильно.

Прямо через аккумулятор

Никакой аккумулятор не является идеальным источником напряжения. Когда сопротивление между его клеммами уменьшается, а ток увеличивается, напряжение на клеммах аккумулятора уменьшается. Следовательно, существует ограничение на ток, который может обеспечить аккумулятор. Если батарея не может подавать слишком много тока, чтобы уничтожить ваш светодиод, а сама батарея не будет разрушена путем поиска этого большого тока, то светодиод прямо по батарее - это самый простой и эффективный способ сделать это.

Большинство батарей не отвечают этим требованиям, но некоторые ячейки монеты делают. Вы можете узнать их из светодиодных металиков .

Резистор серии

Самый простой способ ограничить ток светодиода - установить резистор последовательно. Из закона Ома мы знаем, что ток через резистор равен напряжению на нем, деленному на сопротивление. Таким образом, существует линейная зависимость между напряжением и током для резистора. Размещение резистора последовательно со светодиодом служит для выравнивания кривой напряжения-тока выше, так что небольшие изменения напряжения питания не приводят к резкому увеличению тока. Ток будет увеличиваться, а не радикально.

с резистором

Значение резистора прост для расчета: вычитайте прямое напряжение светодиода от вашего напряжения питания, и это напряжение, которое должно быть через резистор. Затем используйте закон Ома для найдите необходимое сопротивление , чтобы получить требуемый ток на светодиоде.

Большой недостаток заключается в том, что резистор снижает напряжение путем преобразования электрической энергии в тепло. Мы можем вычислить мощность в резисторе любым из них:

\ $ P = IE \ $
\ $ P = I ^ 2 R \ $
\ $ P = E ^ 2 /R \ $

Любая мощность в резисторе - это мощность, не используемая для освещения. Так почему бы нам не сделать напряжение питания очень близким к светодиодному напряжению , поэтому нам не нужен очень большой резистор, что уменьшает наши потери мощности? Поскольку, если резистор слишком мал, он не будет регулировать текущую скважину, и наша схема будет подвержена большим изменениям в токе с температурой, изменением производства и напряжением питания, так же, как если бы у нас не было резистора вообще. Как правило, по меньшей мере 25% напряжения должно быть сброшено на резистор. Таким образом, никогда нельзя достичь лучше 75% эффективности с последовательным резистором.

Возможно, вам интересно, можно ли параллельно поставить несколько светодиодов, используя один ограничивающий ток резистор. Вы можете, но результат не будет стабильным, один светодиод может свистнуть весь ток и быть поврежден. См. Почему точно не удается для многих параллельных светодиодов используется один резистор? .

Линейный источник тока

Если цель состоит в том, чтобы подавать постоянный ток на светодиоды, почему бы не сделать схему, которая активно регулирует ток для светодиодов? Это называется текущий источник , и вот пример того, который вы можете построить с помощью обычных частей:

активный регулятор тока

Вот как это работает: Q2 получает базовый ток через R1. По мере включения Q2 большой ток протекает через D1, через Q2 и через R2. Поскольку этот ток протекает через R2, напряжение через R2 должно увеличиваться (закон Ома). Если напряжение на R2 увеличивается до 0,6 В, то Q1 начнет включаться, крадя базовый ток от Q2, ограничивая ток в D1, Q2 и R2.

Итак, R2 управляет током. Эта схема работает, ограничивая напряжение на R2 до не более 0,6 В. Итак, чтобывычислить значение, необходимое для R2, ​​мы можем просто использовать закон Ома, чтобы найти сопротивление, которое дает нам желаемый ток на 0,6 В.

Но что мы получили? Теперь любое избыточное напряжение просто падает в Q2 и R2 вместо последовательного резистора. Не намного эффективнее и сложнее. Почему мы беспокоимся?

Помните, что с последовательным резистором нам понадобилось, по меньшей мере, 25% от общего напряжения, которое должно быть через резистор, чтобы получить адекватное регулирование тока. Несмотря на это, ток все еще немного меняется от напряжения питания. С этой схемой ток практически не меняется с напряжением питания при условиях all . Мы можем поставить много светодиодов последовательно с D1, так что их общее падение напряжения, скажем, 20В. Тогда нам нужно всего лишь 0,6 В для R2, ​​плюс немного больше, поэтому у Q2 есть место для работы. Наше напряжение питания может составлять 21,5 В, и мы теряем только 1,5 В в вещах, которые не являются светодиодами. Это означает, что наша эффективность может приблизиться к $ 20V /21.5V = 93 \% \ $. Это намного лучше, чем 75%, которые мы можем собрать с помощью резистора серии.

текущий источник

Источники тока с переключаемым режимом

Для окончательного решения есть способ (по крайней мере, теоретически, по меньшей мере) светодиодных индикаторов со 100% -ной эффективностью. Он называется источником питания с коммутационным режимом и использует индуктор для преобразования любого напряжения в точно напряжение, необходимое для управления светодиодами. Это не простая схема, и мы не можем сделать ее полностью на 100% эффективной на практике, поскольку никакие реальные компоненты не идеальны. Однако, правильно спроектированный, это может быть более эффективным, чем линейный источник тока выше, и поддерживать желаемый ток в более широком диапазоне входных напряжений.

Вот простой пример, который можно построить с помощью обычных частей:

светодиодный драйвер с переключаемым режимом

Я не буду утверждать, что этот проект очень эффективен, но он служит для демонстрации принципа работы. Вот как это работает:

U1, R1 и C1 порождают прямоугольную волну. Регулировка R1 контролирует рабочий цикл и частоту, а следовательно, яркость светодиода.

Когда выход (контакт 3) низкий, Q1 включается. Ток протекает через индуктор, L1. Этот ток возрастает по мере накопления энергии в индукторе.

Затем выход идет высоко. Q1 выключается. Но индуктор действует как маховик для тока. Ток, текущий в L1, должен продолжать течь, и единственный способ сделать это - через D1. Энергия, хранящаяся в L1, передается в D1.

Выход снова падает, и, таким образом, схема чередуется между хранением энергии в L1 и сбросом ее в D1. Таким образом, светодиод быстро мигает, но на частоте около 25 кГц его не видно.

В этом нет ничего особенного: не имеет значения, что такое напряжение питания или что такое прямое напряжение D1. Фактически, мы можем поместить много светодиодов последовательно с D1, и они будут светить, даже если общее прямое напряжение светодиодов превышает напряжение питания.

С некоторыми дополнительными схемами мы можем создать петлю обратной связи, которая контролирует ток в D1 и эффективно настраивает R1 для нас, поэтому светодиод будет поддерживать ту же яркость в широком диапазоне напряжений питания. Удобный, если вы хотите, чтобы светодиод светился, когда батарея разряжается. Замените U1 микроконтроллером и внесите некоторые изменения здесь и там, чтобы сделать это более эффективным, и у вас действительно есть что-то.

идеальный источник переключения

ответил Phil Frost 23 Jam1000000amWed, 23 Jan 2013 06:18:59 +040013 2013, 06:18:59
13

Есть еще один способ, гораздо реже. Хорошо для одного светодиода, очень просто, вы можете выбросить от него примерно от 4 до 20 вольт, и он с радостью дает светодиод довольно постоянный ток.

Синий - это входное напряжение, от 20 до 4 вольт. Зеленый - это ток для светодиода, около 12 мА. Красный - это мощность, рассеиваемая JFET, datasheet здесь .

JFET Current Regulator

ответил rdtsc 25 AMpSat, 25 Apr 2015 00:45:40 +030045Saturday 2015, 00:45:40
6

Вот коллекция драйверов светодиодов, с которыми вы можете играть.

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

ответил Frosty 25 Jam1000000amWed, 25 Jan 2017 02:00:46 +030017 2017, 02:00:46
2

Это не совсем так - поскольку это зависит от множества факторов.

проблема со светодиодами заключается в том, что 1) после того, как они начнут проводить, небольшое увеличение напряжения создаст огромное увеличение тока. с правильной комбинацией, которая может означать убытки; 2) по мере того, как светодиоды нагреваются, их падение прямого напряжения падает, что приводит к увеличению тока через светодиоды. что в свою очередь вызывает рассеивание мощности на светодиодах, и светодиоды нагреваются. что привело к порочному циклу.

Таким образом, один из способов избежать этого - ввести отрицательную обратную связь, чтобы, когда ток в светодиодах поднимается, напряжение на светодиодах падает.

много способов сделать это. резисторы, датчики, активные элементы управления и т. д.

ответил dannyf 20 Jpm1000000pmFri, 20 Jan 2017 20:34:36 +030017 2017, 20:34:36

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132