Domanda:
Quale è meglio: usare un resistore con un LED, o abbinare "precisamente" i V al valore Vf del LED dato?
Brian
2013-01-11 05:22:57 UTC
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Ecco un esempio:

Supponiamo che io abbia un LED con un valore Vf di 3,6 V .... Ecco due cose che potrei provare:

1) utilizzare un singolo Cella agli ioni di litio 18650 da 3,6 V senza resistenza [\ $ V_s = V_f \ $]

o

2) utilizzare tre celle alcaline da 1,5 V in serie [4,5 V] in combinazione con un resistore ... E sì, userei il valore di corrente "ottimale" per il LED per calcolare gli ohm desiderati per il resistore:

\ $ R = (V_s - V_f) / I \ $

La mia ipotesi è che la prima configurazione sarà più efficiente, ma la seconda configurazione (con il resistore) risulterà in una maggiore "costanza di luminosità" nel tempo [la tensione diminuisce in entrambe le configurazioni man mano che le batterie si scaricano. ]

Cosa ne pensate tutti?

Vale la pena notare che la corrente nominale di un LED non è un valore "ottimale", ma piuttosto una corrente massima in cui il LED può funzionare continuamente senza guasti, solitamente a causa dell'accumulo di calore. Se il LED funziona a impulsi brevi, la corrente può essere maggiore fino a una corrente di impulso massima solitamente specificata separatamente, a seconda della durata dell'impulso.
Devi limitare la corrente in qualche modo, quindi la scelta è davvero tra un resistore e una sorgente di corrente costante di un tipo o dell'altro.
Cinque risposte:
Phil Frost
2013-01-11 06:33:26 UTC
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Il motivo per cui non possiamo semplicemente collegare una sorgente di tensione (come una batteria) a un LED è che una variazione molto piccola della tensione ai capi porta a una variazione molto ampia della corrente. Questa relazione dipende anche dalla temperatura, quindi è molto difficile creare un circuito stabile.

Mettendo un resistore in serie con il LED, il rapporto corrente-tensione diventa meno simile a un LED e più simile a un resistore. Conosciamo bene questa relazione dalla legge di Ohm: \ $ E = IR \ $, la tensione è il prodotto di corrente e resistenza. Pertanto, la corrente aumenta ancora con la tensione, ma esiste una gamma molto più ampia di tensioni su cui la corrente del LED rientra nelle specifiche.

Il problema con il resistore è che spreca energia sotto forma di calore. La potenza è il prodotto di tensione e corrente: \ $ P = IE \ $. Quindi se abbiamo un LED che funziona a \ $ 20mA \ $ e \ $ 1.5V \ $ e lo stiamo alimentando con una batteria \ $ 12V \ $ e un resistore, la tensione sul resistore deve essere \ $ 12V- 1,5 V = 10,5 V \ $ e la corrente è la stessa del LED, \ $ 20mA \ $. Pertanto, la potenza sprecata nel resistore è \ $ 20mA \ cdot 10.5V = 210mW \ $. La potenza del LED è \ $ 20mA \ cdot 1.5V = 30mW \ $. Puoi vedere che la maggior parte della nostra energia è destinata a riscaldare il resistore e a non alimentare il LED.

Alcune batterie (in particolare le celle a bottone) hanno un'elevata resistenza interna. Hanno effettivamente un grosso resistore in serie con loro come conseguenza della loro chimica e costruzione. Queste batterie non possono fornire molta corrente, perché se lo fanno, la tensione scenderà oltre la resistenza interna (per la legge di Ohm). Con queste batterie, hai effettivamente il resistore limitatore di corrente intrinseco alla batteria e puoi collegare il LED direttamente ad esso.

Ma cosa succede se non si utilizza una cella a bottone e non si desidera sprecare energia in un resistore o è necessaria una regolazione della corrente (luminosità) migliore di quella che può fornire un semplice resistore? Quello di cui hai bisogno è una fonte attuale. La maggior parte delle nostre fonti di energia (batterie, verruche) sono fonti di tensione: cercano di fornire una tensione costante e la corrente sarà tutto ciò che è necessario per raggiungere tale obiettivo. Una sorgente di corrente cerca di fornire una corrente costante e la tensione sarà quella necessaria.

Un modo per convertire una sorgente di tensione in una sorgente di corrente in modo efficiente è con un convertitore CC-CC a commutazione, come questo:

enter image description here

Ci sono alcuni dettagli di questo circuito che sono un po 'diversi perché l'ho disegnato per una domanda diversa, ma si applica comunque. D1 non deve essere un LED IR; qualsiasi LED funzionerà. Sebbene la scheda tecnica 555 dica che richiede un minimo di 4,4 V, funziona a 3 V. Puoi usare qualsiasi cosa fino al massimo di 18V del 555 e il circuito funzionerà ancora. Questa non è una soluzione sofisticata o ideale, ma dimostra l'idea semplicemente con i componenti che probabilmente hai a portata di mano.

Un'implementazione più sofisticata utilizzerà un timer migliore del 555, come un microcontrollore, o uno dei tanti circuiti integrati progettati proprio per questa applicazione. Probabilmente funzionerà a una frequenza più alta per consentire un induttore più piccolo e una maggiore efficienza. Avrà anche un percorso di feedback per regolare il ciclo di lavoro per mantenere la corrente desiderata. Può farlo con un sensore ad effetto hall, o sostituendo Q1 con un MOSFET e misurando la caduta di tensione su quello, o inserendo un resistore di basso valore nel percorso e misurando quella tensione. Con un tale meccanismo di feedback in atto, il tuo LED manterrà esattamente la stessa luminosità su un'ampia gamma di tensioni di ingresso.

La progettazione di queste cose è un argomento in sé, ma ecco una breve spiegazione di come funziona. Il 555 genera un'onda quadra da qualche parte intorno ai 20 kHz. La regolazione di R1 cambierà il ciclo di lavoro di questa onda quadra, e quindi la luminosità del LED.

Quando l'uscita del 555 è bassa, Q1 è acceso e L1 vede quasi la piena tensione della batteria. Questo fa sì che una corrente fluisca in L1, prima lentamente, poi più rapidamente.

Quando il 555 diventa alto, Q1 si spegne. Ora il lato superiore di L1 non è collegato alla batteria. La corrente deve continuare a fluire alla velocità con cui scorreva (questo è ciò che fanno gli induttori), in modo che la gamba superiore di L1 diventerà qualsiasi tensione negativa necessaria per accendere D1 a qualunque corrente fosse in L1 quando Q1 si è spento.

Quando Q1 rimane spento, l'energia immagazzinata in L1 verrà convertita in luce e calore da D1 e la corrente in L1 e D1 diminuirà.

Ad un certo punto, Q1 viene trasformata di nuovo, e questo si ripete.

Pensavo, in generale, che una frequenza più alta implicasse una minore efficienza, non mi sbaglio? L'efficienza più bassa è quando il MOSFET si accende, ma potevo credere di non pensare a un altro impatto sul circuito.
Parti diverse del circuito sono più o meno efficienti a frequenze diverse. L'obiettivo è trovare la frequenza che massimizza l'efficienza complessiva netta. Le frequenze più alte sono generalmente migliori * fino al punto in cui le perdite di commutazione dei transistor diventano un problema *.
hex4def6
2013-01-11 05:31:27 UTC
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Due punti principali:

  • Una batteria agli ioni di litio varia da 4,2 V a 3 V sulla curva di scarica utile.
  • I LED hanno una Vf diversa per età / temperatura / variazioni di processo.

La corrente varierà notevolmente a seconda della corrispondenza tra queste due tensioni, quindi non consiglierei di farlo .

Le piccole torce a LED con portachiavi a mano la fanno franca, perché la cella a bottone non è in grado di fornire molta corrente (alta impedenza interna) e in genere sono sotto-pilotando il LED.

EDIT: per aggiungere al problema della variazione Vf, considera questa pagina. Notate quanta differenza fa un piccolo cambiamento in Vf?

Dave Tweed
2013-01-11 06:29:52 UTC
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Il modo migliore per pilotare un LED è con una sorgente di corrente piuttosto che con una sorgente di tensione. Un resistore è un misero sostituto di una vera sorgente di corrente (in particolare se il margine di tensione è basso), ma almeno è economico e generalmente affidabile.

Tuttavia, ora ci sono molti chip a commutazione che sono progettati per alimentare uno o più LED con una corrente costante e non soffrono dell'inefficienza del resistore.

Puoi anche progettare il tuo circuito discreto per fare la stessa cosa.

Chetan Bhargava
2013-01-11 05:31:31 UTC
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L'uso di un resistore è un modo pratico per pilotare un LED poiché i progetti in genere includono molti LED che richiedono tutti un controllo individuale. La natura multicanale del problema di controllo, insieme alle preoccupazioni relative a dimensioni, energia e costi, rende spesso impraticabile l'uso di sorgenti di corrente adeguate.

Nel tuo scenario, utilizzare un resistore, piuttosto che abbinare il LED al una sorgente di tensione fissa potenzialmente consentirebbe di controllare la luminosità dell'uscita controllando (progettando) la corrente. Se scegli una corrente inferiore alla corrente risultante dall'approccio di corrispondenza della tensione, la durata utile del LED sarà migliorata.

Quando si guida un LED, aumentando la corrente da 5ma a 10ma apparirà sicuramente in modo significativo più luminoso ma dopo una certa intensità, l'aumento della corrente non aumenta molto la luminosità apparente (poiché la percezione umana dell'intensità è logaritmica) ma continua a svolgere un ruolo sempre più significativo accorciando la vita utile del LED.

Lo è anche più facile che abbinare la tensione del drive alla Vf del LED alla sorgente.

@DrFriedParts Hai ragione, non ci lasciano scegliere la luminosità. La luminosità è solo un sottoprodotto della corrente consumata. Inoltre hai ragione riguardo alla percezione umana. Il punto è che se il tuo occhio non vede alcun aumento di luminosità con l'aumento della corrente, perché aumentare la corrente?
JYelton
2013-01-11 05:31:55 UTC
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Questo problema è stato affrontato in altre domande, ma dovresti assolutamente usare un resistore limitatore di corrente, anche con una sorgente di tensione "perfetta". La ragione? Perché nessuna sorgente di tensione è "perfetta" e nemmeno il LED.

Fondamentalmente quando la tensione oscilla o il LED cambia nel tempo e nella temperatura, la curva della corrente cambierà drasticamente.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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