Sử dụng điốt để giới hạn dòng điện cho đèn LED

Tôi đang thiết lập một attiny2313 để lái một loạt đèn LED và nháy chúng theo các kiểu khác nhau. Thay vì đặt một điện trở nối tiếp với mỗi đèn LED (chúng sẽ được điều khiển riêng, vì vậy tôi không thể thực hiện các thủ thuật như đặt chúng nối tiếp với nhau), tôi đã tự hỏi về việc chỉ sử dụng một vài điốt để giảm điện áp đến đúng phạm vi.

Hệ thống đang hoạt động ở mức 3,3V (có bộ điều chỉnh để giữ cho nó khá ổn định) và hai điốt 1N4001 sẽ giảm xuống còn 1.9V - phù hợp với đầu dưới của 1.8 - 2.2V mà các đèn LED này được chỉ định. Vì các điốt sẽ luôn muốn duy trì sự sụt giảm điện áp giống nhau, nên tôi không phải lo lắng về việc thay đổi điện áp khi tôi bật hoặc tắt đèn LED. Nói chung tôi tiết kiệm được 6 thành phần.

Có ai khác đã thử một cái gì đó như thế này? Bất kỳ vấn đề nào tôi đã bỏ qua? Tôi nhận ra rằng các điốt sẽ phải tiêu tan toàn bộ dòng điện từ tất cả các đèn LED, nhưng đối với lượng dòng điện nhỏ này dường như không phải là vấn đề.

(chỉnh sửa: Tôi đang đặt các điốt này giữa cực âm chung của đèn LED và mặt đất)

Tôi phải thú nhận rằng tôi chưa bao giờ thử điều này. Nhưng điện trở loạt có một vai trò quan trọng: nó ở đó để hạn chế dòng điện thông qua đèn LED. Nếu không có điện trở, dòng điện cuối cùng có thể bị giới hạn ở giá trị quá cao đối với đèn LED hoặc cho bóng bán dẫn trình điều khiển. Về mặt lý thuyết, bạn nên thêm đồ họa vào các đặc điểm UI của điốt và đèn LED, và xem đặc điểm kết quả là dòng điện cho giá trị Vcc của bạn. Nhưng vấn đề chính là dòng điện này không thể dự đoán được đáng tin cậy, vì các đặc điểm danh mục UI của điốt và đèn LED cung cấp cho bạn một đường cong điển hình và đường cong này cũng sẽ thay đổi theo nhiệt độ.

Vì vậy, trong khi nó có thể hoạt động, tôi sẽ không tin vào nó hoạt động trong mọi trường hợp. Nhưng bạn có thể có một số trợ giúp từ một nơi không mong đợi: IC điều khiển đèn LED của bạn. Đôi khi các đầu ra kỹ thuật số có điện trở bên trong hoặc các cách khác để hạn chế dòng đầu ra, để tránh làm quá tải chúng. Vì vậy, hãy kiểm tra bảng thông số kỹ thuật cho attiny2313 của bạn.

sử dụng một diode khác để "khớp" điện áp nguồn với điện áp LED: KHÔNG KHÔNG KHÔNG!

Một đèn LED về cơ bản là một điện áp chìm: nó không có dòng điện cho đến khi điện áp trên nó lệch về phía trước tiếp giáp diode, và sau đó bất ngờ khi bạn nhận đủ điện áp dòng qua nó tăng đột ngột. Sản lượng ánh sáng của đèn LED phụ thuộc rất nhiều vào lượng dòng điện bạn đặt qua nó: nhiều dòng điện hơn = sản lượng ánh sáng nhiều hơn. Sự sụt giảm điện áp, mặc dù xấp xỉ không đổi, thay đổi theo nhiệt độ và từ thiết bị này sang thiết bị khác.

Trong hầu hết tất cả các ứng dụng bạn muốn đặt đầu ra ánh sáng, và do đó, hiện tại, thành một giá trị cố định, không phụ thuộc vào các biến thể điện áp cung cấp và các biến thể giảm điện áp LED. Điều này có nghĩa là nguồn lý tưởng cho tải LED là nguồn hiện tại không đổi - mà bạn có thể thực hiện, thật khó để làm điều đó mà không có thêm một vài thành phần. Trong thực tế, chúng ta chỉ có xu hướng sử dụng nguồn điện áp (bật và tắt bằng cổng logic hoặc MOSFET hoặc bóng bán dẫn lưỡng cực) và điện trở để đặt dòng điện.

Phương trình chính là V _{cung cấp} - V _LED = I _LED * R hoặc I _LED = (V _{cung cấp} - V _LED ) / R

Thuật ngữ ở phía bên trái là sự khác biệt giữa điện áp cung cấp và sụt áp LED. Điều này có thể thay đổi theo nhiệt độ và biến đổi từng phần. Một phân tích độ nhạy ở đây khá dễ dàng: ΔI = V / R - sự thay đổi dòng điện bằng 1 / R lần thay đổi điện áp. Nếu bạn muốn dòng LED của bạn ít nhạy hơn với những thay đổi về điện áp, điều đó có nghĩa là giá trị của R phải cao hơn ... đối với một dòng LED danh nghĩa cụ thể (thường nằm trong khoảng từ 5mA đến 20mA), dòng điện sẽ ít nhạy cảm hơn với những thay đổi trong điện áp nếu điện áp nguồn cao hơn và điện trở cao hơn.

Bằng cách giảm điện áp cung cấp bằng cách sử dụng một diode thứ hai, bạn đang làm ngược lại chính xác: để có được dòng điện mong muốn, bạn phải giảm giá trị của R, làm cho dòng tải nhạy hơn với sự thay đổi điện áp. VÀ bạn cũng đang giới thiệu một phần tử mạch khác (diode mới này) có dung sai điện áp bổ sung, làm cho các biến đổi điện áp này lớn hơn. Bạn sẽ thêm các thành phần bổ sung không phục vụ mục đích nào ngoài việc làm cho đầu ra ánh sáng nhạy hơn với các biến thể điện áp, nhiệt độ và các biến thể của bộ phận.

Điều duy nhất khác đáng xem xét ở đây là tản điện. Nếu bạn có nguồn điện áp cố định (giả sử 5V) và đèn LED hoặc phần tử mạch khác chỉ sử dụng một phần điện áp đó (giả sử là 1,2V) thì chỉ một phần công suất (trong ví dụ này là 1,2 / 5V = 24%) tiêu tan trong đèn LED, và phần còn lại (76%) bị tiêu tan trong một thứ khác mà bạn cần để kết nối cả hai lại với nhau. Điều đó đúng với bất kỳ nguồn cung cấp điện tuyến tính nào (xem bên dưới để nhận xét về bộ chuyển đổi). Điều này đi vào nhiệt, cần phải được tiêu tan đúng cách, và trong hầu hết các trường hợp, cách dễ nhất rẻ nhất để tiêu tan một lượng nhiệt nhất định theo kiểu được kiểm soát là trong một điện trở. Chúng hoạt động chính xác trong phạm vi nhiệt độ cao hơn (hầu hết các điốt / bóng bán dẫn hoạt động tối đa khoảng 150 C) và hành vi của chúng thay đổi ít hơn theo nhiệt độ.

Ngoại lệ cho tất cả những suy nghĩ này là một nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi. Nhiều trình điều khiển LED đang đi theo lộ trình chuyển đổi, và sử dụng điều chế độ rộng xung + một bóng bán dẫn chuyển mạch và một cuộn cảm để tăng hiệu suất. Điều này về cơ bản cho phép tất cả sự tiêu tán năng lượng xảy ra trong đèn LED (với một chút mất mát trong một MOSFET chuyển đổi và cuộn cảm). Tuy nhiên, bạn vẫn coi đèn LED là một bộ giảm điện áp, với bóng bán dẫn chuyển đổi + cuộn cảm đóng vai trò là nguồn hiện tại, thay đổi chu kỳ nhiệm vụ của nó để kiểm soát độ sáng của đèn LED (trong màn hình trực quan chất lượng cao cũng có chip cảm biến ánh sáng để có dòng điện có thể thay đổi để bù cho sự lão hóa của đèn LED theo thời gian để ánh sáng trắng không bị chuyển sang màu đỏ hoặc xanh lục hoặc xanh lam). Tuy nhiên, một trình điều khiển LED chuyển đổi có giá $$, vì vậy trừ khi bạn cần hiệu quả tôi sẽ không làm phiền.

Dòng dưới cùng: giữ cho nó đơn giản, sử dụng điện trở của chính nó.

Xin lỗi, nhưng toàn bộ tiền đề của câu hỏi sẽ không hoạt động, vì điốt không giới hạn dòng điện. Bạn có vẻ hơi khó hiểu điện áp và hiện tại. Không có điện trở, sẽ không có gì để giới hạn dòng điện. Trong trường hợp tốt nhất, đèn LED sẽ hoạt động tốt, nhưng sẽ bị hao mòn sớm hơn nhiều do quá dòng. Trong trường hợp xấu nhất, nó sẽ bật đèn LED từ quá nhiều dòng điện, và trong trường hợp xấu nhất, nó sẽ rán vi điều khiển của bạn bằng cách cố gắng chìm hoặc nguồn quá nhiều dòng điện.

Về cơ bản, câu trả lời là bạn luôn cần giới hạn dòng điện bằng cách sử dụng điện trở, trừ khi bạn đang sử dụng IC điều khiển LED đặc biệt xử lý nó cho bạn (thường được gọi là 'dòng điện không đổi' hoặc 'nguồn dòng không đổi').

Tôi đã sử dụng IC điều khiển LED của Allegro trước đây, chúng hoạt động khá tốt. Bạn có thể điều khiển 16 đèn LED riêng lẻ chỉ bằng 3 chân trên vi điều khiển của bạn (hoặc nhiều hơn nữa nếu sử dụng ma trận hoặc ghép kênh). Nhiều nhà cung cấp khác cũng làm cho IC lái xe LED là tốt. Hoặc bạn có thể tự làm điều đó chỉ bằng cách sử dụng kết hợp các thanh ghi thay đổi, bóng bán dẫn và điện trở.

Tôi nhận thấy rằng một đặc tính tốt của điện trở nối tiếp là khi điện áp đầu vào bắt đầu chùng xuống (ví dụ khi pin yếu), chúng sẽ dần dần chiếm ít hơn tổng điện áp khi dòng điện qua đèn LED giảm. Điều đó sẽ có tác dụng làm cho đèn LED sáng hơn lâu hơn. Các điốt sẽ không có tính linh hoạt đó.

davr có câu trả lời tốt nhất ở đây. Điốt trong phân cực thuận có dòng điện rất nhạy với điện áp. (và nhiệt độ ...) Vì vậy, bạn không điều chỉnh điện áp, bạn điều chỉnh dòng điện. Một điện trở là cách đơn giản nhất (và không phải là rất hiệu quả năng lượng để làm điều này).

Một dòng tối đa điển hình của vi điều khiển là 40mA. Đôi khi điều này là hạn chế và đôi khi nó sẽ tắt uc. Đó là lý do tại sao đôi khi bạn có thể kết nối đèn LED trực tiếp với uc.

Nếu bạn đang lái xe đèn LED, điện áp không quan trọng vì nó không đổi. Nó sẽ cho (gần như) tất cả dòng điện mà bạn cung cấp vượt qua, cho đến khi bị vỡ. Vì vậy, đó là lý do tại sao bạn phải hạn chế nó bằng cách nào đó và một diode sẽ không làm điều đó.

Giả sử bạn đang giới hạn nguồn cung cấp năng lượng, ví dụ, 40mA, nếu bạn không sử dụng điện trở cho mỗi đèn LED, dòng điện sẽ được phân phối, vì vậy nếu bạn bật một diode thì nó sẽ rất sáng và khi bật 10 đèn led được mười lần mờ hơn.

Đó là lý do tại sao mọi hướng dẫn LED bạn nhìn thấy trên mạng, điều chỉnh dòng điện bằng các điện trở đơn giản.

Tôi muốn thêm một gợi ý: xây dựng một tấm gương hiện tại. Vấn đề với các điện trở là chúng sẽ chống lại cùng một lượng mọi lúc. Bạn mất một lượng năng lượng nhất định để chống lại dòng chảy ngay cả khi đèn LED thường không vẽ quá nhiều. Một máy nhân bản hiện tại, hoặc nguồn hiện tại không đổi, hiệu quả hơn nhiều và cho phép bạn chọn một dòng điện cụ thể để chạy.

Hơn nữa, bạn có thể xem xét sử dụng chip trình điều khiển như ULN2804, liên kết: ULN2804

Bạn sẽ thấy nó có thể xử lý nhiều dòng điện hơn vi điều khiển và cho phép bạn lái một số tải khá lớn.

Nếu bạn có thể chạy mạch hoàn chỉnh của mình ở điện áp chuyển tiếp của đèn led thì không có vấn đề gì - nó sẽ hoạt động tốt. Tại sao không sử dụng một bộ điều chỉnh biến và giảm điện áp theo cách đó chứ không phải 3,3v và hai điốt? Ngoài ra, bạn có thể sử dụng điốt giữa cực âm chung của đèn led và mặt đất - một lần nữa không có vấn đề gì.

Trên biểu dữ liệu LED của bạn, cần có một biểu đồ được dán nhãn như "Dòng điện LED so với điện áp chuyển tiếp". Cũng cần có một cái gì đó như "Tỷ lệ chu kỳ nhiệm vụ so với dòng điện cho phép" cũng có thể giúp ích. Những biểu đồ này thể hiện sự khác biệt giữa và diode "lý tưởng" và thực tế của bạn ... và chúng ta có thể sử dụng điều này cho lợi thế của mình!

Tôi đã chọn một điện áp cho một dòng điện bằng một nửa đánh giá tối đa. Tôi lục lọi trong các điốt cho đến khi tôi tìm thấy một tổ hợp giảm điện áp từ 5v xuống 2,8v, đối với đèn LED này dẫn đến dòng điện đo được là 9,2mA, thấp hơn một nửa mức tối đa. Độ sáng là bình thường. Phương pháp, trong khi không lý tưởng, hoạt động tốt, thậm chí ở chu kỳ thuế 100%.

Bạn phải kiểm soát điện áp khá tốt mặc dù. Một nguồn cung cấp năng lượng để bàn thay đổi và ampe kế sẽ giúp ích rất nhiều, mặc dù thử nghiệm và lỗi cũng hoạt động tốt. Thông thường tôi chỉ sử dụng điện trở, nhưng tôi không có bất kỳ và không thể mua thêm ngay bây giờ.

Khi một diode được sử dụng làm bộ giảm điện áp cho đèn LED, công suất của diode có thể là một vấn đề khi bật và cho phép dòng LED rất ngắn, nhưng cao trước khi diode dẫn. Kiểm tra phạm vi của dòng LED khi bật sẽ hiển thị nếu điều này xảy ra.

Tôi thích ý tưởng của bạn, và tôi nghĩ nó là một ý tưởng tuyệt vời, tôi sẽ chỉ thay đổi phần cứng một chút.

Nếu bạn đã nghe nói về một diode zener, tôi nghĩ đó là nhiều hơn những gì bạn đang tìm kiếm. Chúng giữ một điện áp không đổi trên một loạt các dòng điện và bạn có thể nhận được một điện áp cho 1,8 V. Một zener là một diode có điện áp đánh thủng ngược được điều khiển rất nhiều và không thay đổi một lượng đáng chú ý. Các điốt zener 5.1V là độc lập nhiệt độ nhất do các thông số vật lý, nhưng một 1.8 cũng có thể.

Đèn LED bạn đang sử dụng có một cơn thịnh nộ hoạt động lớn, do đó, sự chênh lệch trong nguồn cung cấp năng lượng của bạn không phải là vấn đề lớn đối với mạch, loại bỏ lý do mọi người thường sử dụng điện trở, như một bộ giới hạn công suất, nhưng chúng tôi thường đo nó như một dòng điện / thiết bị giới hạn điện áp.

Điều tôi lo lắng về việc bạn nhìn thấy là dòng điện tối đa mà bộ điều khiển vi mô của bạn có thể xuất ra, nhưng điều này đã được đưa lên trong các bài viết khác.

Sử dụng Zener để giảm điện áp xuống phạm vi hoạt động cho một thiết bị khác là một cách phổ biến tôi đọc và đã sử dụng cho mình. Tôi chắc chắn bạn sẽ hài lòng với kết quả này.