Đèn LED hoặc bộ ghép quang có thể được sử dụng mà không có điện trở nếu sử dụng PWM không?

8

Đèn LED thường được kết nối thông qua một điện trở và mục đích của việc này dường như là hạ điện áp trên đèn LED xuống khoảng 1,8V. Có thể sử dụng PWM để hạ điện áp thay vì điện trở? Nếu vậy, tần số hợp lý để tránh đốt cháy đèn LED là gì?

Ứng dụng thực tế của tôi là kết nối trực tiếp bộ ghép quang với bộ điều khiển vi mô nhưng tôi đoán rằng hầu hết mọi người sẽ quen thuộc hơn với đèn LED và câu trả lời sẽ giống nhau.

" Thí nghiệm " này sẽ trả lời câu hỏi của tôi nhưng anh ấy không bao giờ đăng kết quả của mình.

— Hải quân
nguồn

6

Dòng điện được vẽ bởi một đèn LED (hoặc bất kỳ diode) tăng theo cấp số nhân như là một hàm của điện áp , với điện áp chuyển tiếp điển hình là sự khởi đầu của sự tăng trưởng theo cấp số nhân. Bởi vì điều này, điều quan trọng hơn là nghĩ về đèn LED hoặc bộ ghép quang của bạn là thiết bị cần dòng điện không đổi, thay vì điện áp cụ thể. Bạn muốn tránh xa đường cong theo cấp số nhân đó, không chỉ để bảo vệ đèn LED, mà còn để bảo vệ bộ vi điều khiển của bạn khỏi nguồn hoặc chìm quá nhiều dòng điện.

Đôi khi, bạn gặp may mắn và điện trở chân đầu ra bên trong của vi điều khiển chỉ đủ để hạn chế dòng điện thông qua một đèn LED cụ thể. Đôi khi nó hoạt động tốt hơn trong cấu hình chìm hiện tại. Kiểm tra datasheets của bạn.

Điện trở được sử dụng để đặt giới hạn hiện tại. Đèn LED công suất cao hơn, đặc biệt là đèn được sử dụng để chiếu sáng, có thể được điều khiển bởi bộ điều chỉnh dòng không đổi để tránh nhấp nháy do sự thay đổi nhỏ trong nguồn cung cấp điện áp. Hàm số mũ phóng to những thay đổi nhỏ.

Điện trở rẻ hơn bụi bẩn, vì vậy dễ dàng đặt chúng vào nơi cần thiết hơn là tìm cách khắc phục. Nếu thời gian của bạn có giá trị, bạn có thể mua hàng trăm điện trở vào thời điểm bạn thiết lập thử nghiệm PWM. Các thử nghiệm bạn tham khảo không thực sự nghĩ ra. Thay vì đoán các giá trị PWM tùy ý, có vẻ hợp lý khi phỏng đoán rằng nếu tổng năng lượng được cung cấp cho đèn LED nhỏ hơn điện áp chuyển tiếp * dòng LED duy trì tối đa trên mỗi chu kỳ PWM,

\frac{1}{T} \int_{0}^{T} V_{p w m} (t) I_{p w m} (t) d t < V_{f o r w a r d} I_{m a x}

${1 \over T}\int_0^T V_{pwm}(t)I_{pwm}(t)\,\mathrm{d}t < {V_{forward} I_{max}}$

nó có thể an toàn (-ish), nhưng vẫn có thể có vấn đề từ các đỉnh cao hiện tại ngắn.

Nếu ai đó nói với tôi rằng họ đã thực hiện thí nghiệm đó trong một cuộc phỏng vấn xin việc, tôi sẽ chỉ cho anh ấy / cô ấy cánh cửa. Nó không đáng để gặp rắc rối.

Nhân tiện, không phải xung nhịp cũng như tần số thấp hơn. Các chu kỳ nhiệm vụ làm giảm sức mạnh truyền. Việc tăng tần số cho phép kiểm soát chính xác hơn, nhưng đó thực sự là chu kỳ nhiệm vụ thực hiện công việc.

— jbarlow
nguồn

1

Đèn LED có thể được xấp xỉ trong vòng 10% bởi điện áp ngưỡng và ESR .. tương tự với trình điều khiển CMOS và trình điều khiển BJT trên mức bão hòa, vì vậy sử dụng PWM là ổn trên đèn LED rời nhưng không được chỉ định và do đó không ổn trong phần này. Chuỗi 300 LED này sử dụng R nhỏ trong seris với ESR của LED là một ví dụ về V tuyến tính so với ngưỡng trên. không theo cấp số nhân do ESR. đó là tuyến tính nhiều hơn đáng kể so với biến thể tiếp giáp PN .. đó cũng là lý do tại sao đèn LED tạo ra Zeners tốt hơn silicon do ESR thấp hơn ... so sánh với bất kỳ Zener V vs I nào nếu bạn muốn hiểu và bất kỳ đường cong LED V vs I nào vượt quá I trung bình đánh giá.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Đó là một đường cong tuyến tính dốc trên điện áp ngưỡng. cho đến khi mất hiệu quả của LED cho IV ... là đạt được. và tự sưởi ấm ảnh hưởng đến sụt áp như đã làm với các xung nhọn và độ dốc đồng bằng âm (ESR) trong đường cong VI của OP ..

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

5

Lý do rõ ràng cho một thiết kế được điều chỉnh bằng dòng điện không có điện trở là các điện trở bị lãng phí. Trong một thiết bị chạy bằng pin, điều đó sẽ được giảm thiểu.

— Chris Stratton

3

Nói chung, KHÔNG. Dòng điện không có điện trở (hoặc giới hạn dòng điện khác) là 'ngoài tầm kiểm soát' và một số phần 'ngoài tầm kiểm soát' vẫn còn 'ngoài tầm kiểm soát'.

Lưu ý bên lề: dòng điện cực đại cho phép đối với đèn LED thông thường thường chỉ cao hơn một chút so với dòng định mức (ví dụ 30 mA so với 20 mA), vì vậy ngay cả khi bạn thực hiện PWM với dòng điện được kiểm soát, hãy kiểm tra bảng dữ liệu LED, cả hai đều cho mức trung bình cho phép dòng điện và cho dòng điện cực đại (cực đại) cho phép.

Và KHÔNG sử dụng phần cực đại tuyệt đối! Phần duy nhất cho hoạt động bình thường là phần 'điều kiện hoạt động bình thường' hoặc một cái gì đó có tên tương tự.

— Đồ trang sức van Ooijen
nguồn

2

Không dễ dàng. Các điện trở cho phép điều khiển ngay lập tức và tự động của dòng LED. PWM điều khiển hiệu quả điện áp trung bình, do đó, nó sẽ yêu cầu bạn đo dòng điện thực tế (bằng cách nào? Bằng cách đo điện áp trên một ... ah, điện trở!) Và điều khiển tỷ lệ PWM để đặt dòng điện. Phức tạp hơn nhiều!

Bạn có thể sử dụng một điện trở giá trị thấp để giới hạn dòng điện đến một giá trị hợp lý - giả sử 20ma (giới hạn trên cho một đèn LED thông thường) và giảm xuống từ đó ...

— Brian Drumond
nguồn

Không quá phức tạp nếu bạn có thể đo điện trở tuyến tính (ESR) hiệu quả của trình điều khiển và đèn LED để ước tính giới hạn hiện tại là tuyến tính với điện áp trên ngưỡng ... Tôi có thể chứng minh bằng không gian và thời gian hiệu quả ... nhưng đó là lý do tại sao hầu hết các kỹ sư sử dụng Nguồn CC cho đèn LED nhưng nguồn CV có kiểm soát dung sai có thể được sử dụng với ESR được kiểm soát. (yêu cầu xây dựng để chỉ định các bộ phận và giới hạn.)

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Điều đó có đủ tốt không (ví dụ, tốt hơn tỷ lệ hiện tại 2: 1) mà không xem xét các hiệu ứng phụ thuộc nhiệt độ và đèn LED tự sưởi ấm?

— Brian Drumond

0

Trái với tất cả các câu trả lời trước đây ở đây, tôi sẽ trả lời CÓ và nói rằng đây thậm chí có thể là một mạch hữu ích trong một số ứng dụng.

Sử dụng một điện trở giới hạn làm tiêu tan năng lượng. Nếu mạch đầu ra của bạn ở mức (giả sử) 5V và đèn LED ở mức 2V, thì 60% năng lượng của bạn bị tiêu tán bởi điện trở. Trong một mạch chạy bằng pin, điều này là xấu.

Thay vào đó, PWM có thể được chuyển đổi thành analog thông qua việc sử dụng bộ lọc thông thấp . (Tuy nhiên, một khả năng khác là thay thế điện trở bằng bộ biến đổi buck, nhưng truy cập vào vi điều khiển có thể thay thế điều này).

Một ưu điểm khác của điều này là bằng cách điều khiển PWM trong phần mềm, bạn có quyền kiểm soát mềm đối với dòng điện thông qua đèn LED.

Làm thế nào để chọn giá trị điện trở và tụ điện cho bộ lọc thông thấp? Đầu tiên, khi ban đầu bật hệ thống, tụ điện không được tải, do đó chân vi điều khiển sẽ có dòng điện đầu ra là $V_{\mathrm{cc}}/R.$ Giá trị này phải thấp hơn dòng cực đại cho phép, xác định giá trị tối thiểu cho $R$ . Mặt khác, với một chu kỳ nhiệm vụ là $t$ , điện trở tiêu tán (trung bình) công suất $((1-t)V_{\mathrm{cc}})^2 / R$ , đó là một lý do khác để chọn một lớn $R$ . Và cuối cùng là hằng số thời gian của bộ lọc là $\tau = RC$ cần phải (a) lớn hơn tần số PWM để hạn chế hiệu ứng gợn và (b) cũng cho thời gian đáp ứng cho mạch của bạn (và bạn có thể muốn điều này ở mức thấp).

Tôi đã tra cứu các giá trị cho một MCU Atmel điển hình được điều khiển tại $V_{\mathrm{cc}} = 5 \mathrm{V}$ : dòng điện tối đa cho phép là 40 mA, vì vậy bạn muốn có điện trở ít nhất 100Ω; bạn có thể sử dụng khoảng 1 kΩ. Vì các chip này có thể điều khiển PWM ở khoảng 16 MHz, bạn cũng cần $RC \geqslant 10^{-6} \mathrm{s}$ ; ví dụ bạn có thể sử dụng 10 nF. $C \simeq$

— Ceveflexe
nguồn

2

Khi giảm 5V xuống 2V bằng cách cung cấp 40% chu kỳ nhiệm vụ cho bộ lọc RC, bạn vẫn tiêu tan 60% năng lượng trong điện trở "R" của bộ lọc "RC". Để loại bỏ tổn thất điện trở đó, bạn phải sử dụng một cuộn cảm (thu được bộ lọc LC) thay vì điện trở, tương đương với bộ biến đổi buck.

— JMS

Phương pháp này không kiểm soát dòng điện thông qua đèn LED, hệ số nhiệm vụ thay vào đó kiểm soát điện áp trung bình áp dụng cho đèn LED. Đây không phải là một cách tốt để lái một đèn LED vì dòng điện sẽ thay đổi theo cấp số nhân theo điện áp.

— Elliot Alderson