LED chuyển tiếp điện áp là một phạm vi, vậy làm thế nào để bạn tính toán giá trị điện trở?

Trong tất cả các ví dụ LED mà tôi tìm thấy, chúng có điện áp chuyển tiếp được đặt thành một số cụ thể (tức là 2.1v) và tính toán điện trở cần thiết dựa trên số đó. Nhưng khi tôi tra cứu datasheets, điện áp chuyển tiếp có trong phạm vi (2.0v - 2.5v). Điều này có ý nghĩa với tôi vì không phải tất cả các đèn LED đều được tạo ra như nhau. Nhưng nó làm cho tôi khó tìm ra nên sử dụng điện trở nào.

Vì vậy, tôi quyết định thiết kế một mạch. Tôi có nguồn điện áp 3v (2 pin AA) kết nối với điện trở kết nối với đèn LED kết nối lại với nguồn điện áp. Dòng điện bền vững tối đa của đèn LED là 20mA.

Tôi quyết định sử dụng Định luật Ohm ở đầu thấp và cao của dải điện áp chuyển tiếp để tính toán điện trở.

Vấn đề xảy ra khi tôi chọn một điện trở. Giả sử tôi chọn điện trở 50 Ohm nhưng đèn LED mà tôi nhận được thực sự có điện áp chuyển tiếp là 2,5v. Lượng dòng thực tế đi qua đèn LED sẽ là 10mA. Đó không phải là sử dụng đèn LED để nó đầy tiềm năng.

Nếu tôi sử dụng điện trở 25 Ohm và đèn LED có điện áp chuyển tiếp là 2.0v, thì dòng điện đi qua đèn LED sẽ là 40mA. Đèn LED của tôi sẽ phát nổ.

Sử dụng "giá trị cài đặt" là 2.1v để tính toán điện trở cho chúng ta 45 Ohms.

Nếu đèn LED của tôi có điện áp chuyển tiếp là 2.0v, dòng điện sẽ là 22mA. Đó là trên đánh giá cho đèn LED. Nếu đèn LED có điện áp chuyển tiếp là 2,5v, dòng điện sẽ là 11mA, không sử dụng đèn LED để phát huy hết tiềm năng.

Lưu ý: Tôi không quá lo lắng về việc phát huy hết tiềm năng của đèn LED. (Nếu tôi hiểu chính xác, 10mA sẽ hoạt động tốt để làm sáng đèn LED.) Tôi chỉ muốn biết các kỹ sư thực sự xử lý vấn đề này như thế nào. Là có một dòng 10mA chấp nhận được? Bạn thực sự có thể thoát khỏi với 22mA mặc dù thông số kỹ thuật nói 20mA? Bạn làm gì khi bạn cần đèn LED hoạt động ở độ sáng cao nhất?

Đó là một vấn đề chung với việc sử dụng điện trở giới hạn dòng điện với đèn LED khi điện áp cung cấp gần với điện áp chuyển tiếp của đèn LED. Bạn chỉ đơn giản là không có đủ chi phí cho điện trở đủ lớn để hấp thụ các diode để chênh lệch điện áp chuyển tiếp diode.

Bạn cũng có một vấn đề là bản thân pin sẽ có phạm vi đáng kể và có thể sẽ nhiều hơn 3V khi mới.

Nói chung, tốt hơn là lái đèn LED với nguồn hiện tại thay vì nguồn điện áp. Tuy nhiên, ngay cả khi đó, bạn cần một số khoảng trống để bộ giới hạn hiện tại hoạt động và một nửa volt thực sự chặt chẽ.

Có nhiều cách để làm điều đó đủ chính xác trong tất cả các ràng buộc của bạn, nhưng nó trở nên phức tạp và có chi phí liên quan và làm cạn kiệt pin nhanh hơn.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Khá tuyệt vời sau ngần ấy năm mà dường như không ai đưa nó vào một SOIC nhỏ đơn giản.

Nhưng, cuối cùng, trừ khi các yêu cầu của bạn chặt chẽ về dòng điện phía trước cần thiết, tốt hơn hết là bạn chỉ cần ném vào một pin khác để bạn có 4,5V danh nghĩa và sử dụng điện trở lớn hơn.

Nghe có vẻ như bạn đang suy nghĩ quá mức vấn đề.

1. $\frac{1}{4}\:\textrm{V}$$\times\: 2$
2. Ngoài ra, đèn LED khá cứng và thường được sử dụng trong các chế độ xung (ghép kênh) trong đó dòng điện cực đại cao hơn nhiều so với mức trung bình. Và họ thường có thể xử lý nó tốt.
3. $\times\:2$ có nghĩa là một sự thay đổi trong nhận thức về sự thay đổi độ sáng hầu như không nhận thấy được (trừ khi đèn LED bị nhấp nháy có chủ ý với hai dòng điện khác nhau để dễ nhận biết hơn.)

Vì vậy, nói chung, mức chính xác của dòng điện thường không quá quan trọng khi đèn LED được sử dụng làm đèn chỉ thị. Và điện áp trên một đèn LED không thay đổi nhiều như vậy, dù sao đi nữa.

Điều chính là đảm bảo rằng có đủ điện áp trên đầu để thực sự vận hành LED một cách nhất quán trong một thiết kế và phương pháp điều chỉnh dòng điện là đủ cho nhu cầu (bất cứ điều gì có thể có nghĩa) và không tốn quá nhiều (. ..) và không chiếm quá nhiều không gian (...) và không làm nóng những thứ xung quanh không nên (...) và không làm hao pin nhiều hơn mức cần thiết (...) và mặt khác không can thiệp vào các thông số kỹ thuật thiết kế khác (bất kể đó là những gì.)

Nói tóm lại, thường có quá nhiều mối quan tâm khác đáng lo ngại.

[Nếu đèn LED được sử dụng làm một trong ba đèn LED RGB, với mục đích sử dụng nó làm pixel LED trong màn hình ngoài lớn, thì điều đó có thể rất quan trọng (hoặc không, tùy thuộc vào yêu cầu) mà dòng điện được cẩn thận hiệu chỉnh trong từng đèn LED riêng lẻ để đảm bảo các tiêu chí thiết kế thực tế như "cân bằng trắng" có thể được đáp ứng. (Bên cạnh bất kỳ đèn LED "binning" nào có thể đã được thực hiện trước khi lắp ráp thành pixel RGB.)]

Bạn đưa ra một vấn đề, liên quan đến dòng điện LED, trong đó sự cố sử dụng điện áp trên không thấp và phóng đại vấn đề bằng cách có điện áp LED thay đổi khá nhiều (tuy nhiên, tôi cho rằng, có thể xảy ra.) Tôi không thể nói bất cứ ai quan tâm đến việc đặt ba BJT và một điện trở vào vấn đề. Nhưng giả sử bạn thực sự có một mục tiêu thiết kế là kiểm soát "chi phí thấp" và kiểm soát dòng điện ổn định bất kể sự thay đổi điện áp LED. Trong trường hợp như vậy, có lẽ phương pháp rẻ nhất là sử dụng gương hiện tại, như sau:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

$Q_1$$Q_3$

Với các tình huống trên không thấp, một điện trở làm cho bộ điều chỉnh dòng rất kém. Đó chỉ là cách nó được. Vì vậy, bạn có thể sống với nó, hoặc không, tùy thuộc vào hoàn cảnh.

$V_{CC}$

^{mô phỏng mạch này}

$V_{BE}$$R_2$$R_3$$V_{CC}$$R_3$$V_{CC}$$R_1$$V_{BE}$$R_2$$R_1$$V_{CC}$

$V_{CC}$$2.5\:\textrm{V}$

Đầu tiên, bạn chỉ định một nhà sản xuất đèn LED và số bộ phận. Phạm vi trong Vf từ phần này sang phần khác sẽ không lớn như bạn đề xuất (không phải 0,5V).

Thứ hai, những thay đổi nhỏ về độ sáng không dễ phát hiện đối với mắt. Vì vậy, bạn không phải lo lắng về các biến thể nhỏ từ đơn vị này sang đơn vị khác.

Thứ ba, khi có thể, bạn cấp nguồn cho đèn LED từ điện áp quy định, không phải pin, để bạn loại bỏ một nguồn biến thể.

Thứ tư, khi nguồn điện duy nhất khả dụng là biến (chẳng hạn như pin), bạn điều khiển đèn LED với nguồn hiện tại thay vì nguồn điện áp có điện trở giới hạn dòng. Nếu có ít nhất một điện áp quy định có sẵn (ngay cả khi đó là điện áp thấp), việc tạo ra một dòng điện thỏa đáng để điều khiển một chỉ báo LED chỉ sử dụng một bóng bán dẫn và một vài điện trở là khá dễ dàng. Đây là giá rẻ nhưng chiếm phòng trên các thiết kế bị hạn chế không gian cao.

Nếu thậm chí không có một điện áp quy định duy nhất nào, bạn vẫn có thể tạo ra một nguồn hiện tại tốt bằng cách sử dụng hai điốt nối tiếp làm tham chiếu điện áp.

Tôi không chắc mình có phải là một kỹ sư thực sự hay không, nhưng tôi đã phải làm tất cả những thứ này trong khi thiết kế các sản phẩm tiêu dùng, và đó là cách tôi xử lý nó. Một điều khác thực sự có thể giúp bạn có đèn LED là khi tải nặng khiến điện áp pin bị chùng xuống. Ví dụ, động cơ rung hoặc loa có thể khiến điện áp pin giảm trên một số sản phẩm. Sự sụt giảm đó có thể gây ra sự nhấp nháy đáng chú ý hoặc sự thay đổi độ sáng của đèn LED khi đèn LED được điều khiển từ pin. Đây là một lý do khác để sử dụng một nguồn hiện tại thay thế.

Đây là nguồn hiện tại khi đèn LED được cấp nguồn từ pin, nhưng bạn có sẵn tín hiệu GPIO được lấy từ điện áp quy định:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Trong sơ đồ trên, không có vấn đề gì nếu đèn LED được cấp nguồn từ 3,3V hoặc VBATT hoặc bất cứ điều gì, miễn là GPIO được cấp nguồn từ một nguồn quy định. Tôi đã sao chép điều này từ một câu trả lời khác. Bạn sẽ muốn điều chỉnh điện trở bộ phát để có được dòng điện cụ thể mà bạn đang tìm kiếm. Khi không có nhiều chi phí khả dụng, bạn cũng có thể giảm R2 để điện áp cơ sở nhỏ hơn 1V.

Đây là một mạch cho khi không có điện áp quy định có sẵn:

^{mô phỏng mạch này}

Trong mạch trên, D1 và D2 ​​hoạt động như một tham chiếu điện áp. Điện áp sẽ thay đổi, nhưng không nhiều như điện áp pin. Điện áp không đổi này ở gốc Q1 sau đó được sử dụng thành điện áp không đổi trên R3, và do đó, dòng thu không đổi (bóng bán dẫn sẽ không bão hòa trừ khi VBATT rất thấp). Tôi đã không thực sự làm điều này trong một thiết kế sản xuất, nhưng tôi tin rằng nó sẽ hoạt động tốt.

So với một công tắc bão hòa đơn giản, cả hai mạch đều làm tốt công việc duy trì dòng điện mong muốn ngay cả khi chỉ có đủ điện áp để giữ cho đèn LED sáng.

Dưới đây là một số kết quả mô phỏng so sánh công tắc bão hòa đơn giản với điện trở giới hạn dòng điện (D1), so với mạch tham chiếu bộ chia điện áp (D2) so với tham chiếu hai diode (D5). Đây là với đèn LED 3V. Lưu ý rằng các giá trị điện trở đã được điều chỉnh để có được khoảng 9mA tại VBATT = 4.2V.

Như bạn có thể thấy, nguồn hiện tại với tham chiếu bộ chia điện áp duy trì hiệu suất tốt, giả sử là 3,35V. Vì vậy, nó chỉ cần khoảng 350mV trên không.

Hai mạch tham chiếu diode duy trì hiệu suất tốt xuống khoảng 3,45V, khoảng 450mV trên không.

Mạch tiêu chuẩn thực sự không duy trì dòng điện quy định nào cả. Hiện tại giảm tuyến tính với điện áp pin.

Cũng lưu ý rằng cả mạch tham chiếu hai diode và mạch tham chiếu bộ chia điện áp đều có dòng điện cao hơn ở tất cả các điện áp pin so với mạch tiêu chuẩn, ngoại trừ ở điện áp pin tối đa.

Đây là một vấn đề phổ biến với việc sử dụng điện trở làm thiết bị giới hạn dòng điện và nguồn điện áp chỉ cách một khoảng điện áp nhỏ trên dải điện áp hoạt động của đèn LED, và dải điện áp chuyển tiếp của đèn LED rất rộng.

Trước tiên để giải thích, "phạm vi" điện áp chuyển tiếp của đèn LED không phải là phạm vi bạn có thể chọn để vận hành nó, phạm vi điện áp mà đèn LED sẽ có thể hoạt động ở IF khi có dòng điện chính xác (dòng điện phía trước) (điện áp này sẽ thay đổi từ đơn vị đến đơn vị, và từ đợt này sang đợt khác).

Không thay đổi bất kỳ phần cứng nào của bạn, điện trở chính xác để thiết kế mạch là sử dụng điện áp thấp nhất có thể trong phạm vi vf (2.0v) để thực hiện các tính toán của bạn, điều này có nghĩa là các đơn vị có vf 2.0v thực tế sẽ chạy ở mức tối đa chuyển tiếp hiện tại và do đó độ sáng và những đèn có vf (> 2.0) cao hơn sẽ chạy ở mức thấp hơn và ít sáng hơn so với thiết kế tối đa của loại đèn LED này, nhưng ít nhất bất kỳ đơn vị nào của đèn LED kiểu này sẽ hoạt động trong giới hạn an toàn.

Vì vậy, nếu bạn muốn cải thiện hoặc sửa 3 lý do tôi đưa ra, ví dụ như ứng dụng của bạn không thể chịu được độ sáng thấp hơn từ đèn LED, bạn có thể thực hiện một trong: 1) bằng cách sử dụng mạch giới hạn dòng tốt hơn so với điện trở đơn giản. có một số chip làm điều này. 2) sử dụng điện áp cao hơn điện áp chuyển tiếp. 3) sử dụng đèn LED với phạm vi hẹp hơn của thông số kỹ thuật điện áp chuyển tiếp.