Wird bei LEDs ein Strombegrenzungswiderstand benötigt, wenn Durchlassspannung und Versorgungsspannung gleich sind?

Nein, es ist nicht richtig, schon weil weder die LED noch die Stromversorgung 3,3 V haben. Die Stromversorgung kann 3,28 V und die LED-Spannung 3,32 V betragen, und dann gilt die einfache Berechnung für den Vorwiderstand nicht mehr.

Das Vorbild einer LED ist nicht nur ein konstanter Spannungsabfall, sondern eine konstante Spannung in Reihe mit einem Widerstand, dem Innenwiderstand. Da ich die Daten für Ihre LED nicht habe, schauen wir uns diese Charakteristik für eine andere LED an, die Kingbright KP-2012EC LED:

Bei Strömen über 10 mA verläuft die Kurve gerade und die Steigung ist der Kehrwert des Innenwiderstands. Bei 20mA beträgt die Durchlassspannung 2V, bei 10mA 1,95V. Dann ist der Innenwiderstand

$R_{INT} = \dfrac{V_1 - V_2}{I_1 - I_2} = \dfrac{2V - 1.95V}{20mA - 10mA} = 5\Omega$.

Die Eigenspannung ist

$V_{INT} = V_1 - I_1 \times R_{INT} = 2V - 20mA \times 5\Omega = 1.9V.$

Angenommen, wir haben eine Stromversorgung von 2 V, dann sieht das Problem ein bisschen wie beim Original aus, wo wir 3,3 V für Versorgung und LED hatten. Wenn wir die LED durch eine 0 verbinden würden$\Omega$Widerstand (beide Spannungen sind doch gleich!) ergibt sich ein LED-Strom von 20mA. Wenn sich die Versorgungsspannung auf 2,05 V ändern würde, nur ein Anstieg von 50 mV, dann wäre der LED-Strom

$I_{LED} = \dfrac{2.05V - 1.9V}{5\Omega} = 30mA.$

Eine kleine Spannungsänderung führt also zu einer großen Stromänderung. Dies zeigt sich in der Steilheit des Diagramms und dem geringen Innenwiderstand. Deshalb braucht man einen viel höheren Außenwiderstand, damit wir den Strom besser im Griff haben. Natürlich ein Spannungsabfall von 10 mV über, sagen wir, 100$\Omega$gibt nur 100$\mu$A, die kaum sichtbar sein wird. Daher ist auch eine höhere Spannungsdifferenz erforderlich.

Sie benötigen immer einen ausreichend großen Spannungsabfall über dem Widerstand, um einen mehr oder weniger konstanten LED-Strom zu haben.

Sie benötigen immer eine Strombegrenzungseinrichtung. Wenn Sie eine Spannungsquelle verwenden, sollten Sie immer einen Widerstand haben. Denken Sie darüber nach, was passiert, wenn sich die Spannung um einen kleinen Betrag ändert. Ohne Widerstand würde der LED-Strom hochschießen (bis Sie aufgrund der LED-Materialien eine thermische Grenze erreichen). Wenn Sie eine Stromquelle hätten, würden Sie keinen Vorwiderstand benötigen, da die LED auf dem Stromquellenpegel laufen würde.

Es ist auch unwahrscheinlich, dass die Durchlassspannung der LED immer genau gleich der Versorgung ist. Im Datenblatt wird ein Bereich angegeben. Selbst wenn Ihre Versorgung genau der typischen Durchlassspannung entspricht, würden verschiedene LEDs mit sehr unterschiedlichen Strömen und damit Helligkeiten betrieben.

Das IV-Verhältnis in einer Diode ist exponentiell, sodass das Anlegen einer Spannungsdifferenz von 3,3 V +/- 5 % an eine LED mit einem Nennabfall von 3,3 V nicht zu einer Intensitätsänderung von 5 % führt.

Wenn die Spannung zu niedrig ist, kann die LED schwach sein; Wenn die Spannung zu hoch ist, kann die LED beschädigt werden. Wie Hans sagt, reicht eine 3,3-V-Versorgung wahrscheinlich nicht für eine 3,3-V-LED.

Bei der Ansteuerung einer LED ist es besser, den Strom einzustellen, nicht die Spannung, da der Strom eine linearere Korrelation mit der Lichtintensität hat. Die Verwendung eines Vorwiderstands ist eine gute Annäherung an die Einstellung des Stroms durch die LED.

Wenn Sie keine Versorgung mit genügend Spielraum für einen Stromeinstellungswiderstand verwenden können, können Sie möglicherweise einen Stromspiegel verwenden . Das erfordert immer noch einen gewissen Spannungsabfall, aber möglicherweise nicht so viel, wie Sie für einen Widerstand benötigen würden.

Sie benötigen einen Spannungsabfall über dem Strombegrenzungswiderstand, damit er funktioniert. Und dieser Spannungsabfall sollte erheblich sein, um hohe Ströme zu vermeiden, wenn Ihre 3,3 V etwas abgeschaltet sind (vielleicht 3,45 V für eine Weile). Wenn Sie eine LED mit 1 V Spannungsabfall über einem Widerstand ansteuern würden und die Versorgung 1 V höher ist, hätten Sie ca. der Doppelstrom.

Eine LED braucht einen konstanten Strom, um zu leuchten. Eine Konstantstromquelle benötigt jedoch wahrscheinlich mehr als 3,3 V für eine blaue LED, es sei denn, Sie verwenden eine Buck-Boost-Version.

Wenn die Stromquelle genau 3,3 V und der Spannungsabfall an der LED 3,3 V beträgt, benötigen Sie keinen Strombegrenzungswiderstand. Die Welt ist jedoch nicht perfekt und es gibt überall Unvollkommenheiten!

Sie können einen geeigneten Sicherheitswiderstandswert nur berechnen, nachdem Sie die Stromversorgungskonfiguration und die Variation der LED-Durchlassspannung berücksichtigt haben. Wenn du denkst$V_{SOURCE}-V_{LED}$kann einen Fehler/Abweichung bis zu haben$0.5 \mbox{ }V$, dann würden Sie den Widerstandswert dafür berechnen. Als Beispiel der Fall von$\pm 0.5\mbox{ }V$, was für eine 10% 5V-Quelle nicht unangemessen ist:

Beachten Sie nur, dass dies in der Praxis wahrscheinlich keine gute Idee ist, aber möglich ist.

Wenn die Durchlassspannung und die Versorgungsspannung nahezu gleich sind, führt die Verwendung eines Widerstands zu Ergebnissen, die sehr empfindlich auf Schwankungen der Versorgungsspannung oder der LED-Eigenschaften reagieren. Wenn der Widerstand so dimensioniert ist, dass die LED nicht beschädigt wird, wenn sich herausstellt, dass die Versorgungsspannung maximal und die LED-Eigenspannung minimal ist, leuchtet die LED nur mit einem Bruchteil ihrer möglichen Helligkeit, wenn die Versorgungsspannung minimal ist und die Die LED-Eigenspannung ist maximal.

Die Verwendung einer Art von Stromregelschaltung führt zu viel besseren Ergebnissen, obwohl die meisten einfachen Stromregelschaltungen eine gewisse Nachgiebigkeitsspannung haben. In vielen Fällen ist es wahrscheinlich am einfachsten, einen LED-Treiberchip mit eingebauter Booster-Schaltung zu verwenden. Einige davon können die LED-Helligkeit unabhängig von der Versorgungsspannung gut regulieren.

Selbst wenn die Spannungen gleich wären, müssten Sie immer noch einen Widerstand hinzufügen. Das einzige Mal, dass Sie keinen Widerstand hinzufügen, ist, wenn der Stromausgang von der Quelle kleiner oder gleich der erforderlichen Menge ist, z. B. beim Anschließen einer weißen LED an einen CR2023. Kein Widerstand erforderlich, da der Innenwiderstand der Batterie den Strom auf ein akzeptables Niveau begrenzt.

Machen Sie sich keine Sorgen über das Hinzufügen eines Widerstands, da dies das billigste ist, was Sie zum Schutz Ihrer LED hinzufügen können, es sei denn, Sie haben es mit Hochstrom-LEDs zu tun.

Wenn Sie die LED von einer Quelle mit sehr niedrigem Innenwiderstand treiben, reagiert die LED empfindlich auf kleine Änderungen der Versorgungsspannung. Wenn Sie die LED von einem großen Netzteil betreiben, das im Amperebereich liefern kann, und es 10 mV höher driftet, können Sie die LED kochen.

Beachten Sie, dass in vielen Fällen, wie z. B. bei preiswerten Taschenlampen, die LEDs als Einwegartikel angesehen werden und sie sich ziemlich sicher sind, dass die Batterieklemmenspannung nicht höher sein wird als das, was für die Chemie dieses Batterietyps normal ist. Die LED arbeitet wahrscheinlich über den Spezifikationen oder mit frischen Batterien direkt am Rand. Abhängig von der Vorwärtsleitungskurve der Geräte können Sie außerdem möglicherweise keine 20 mA in eine weiße oder blaue LED mit einer 3,3-V-Versorgung bekommen. Und wenn Sie rechnen, wird Ihnen das Schalten eines 5-Ohm-Widerstands in Reihe mit der LED nicht viel Spannungsspielraum verschaffen.

Allerdings haben wir uns bisher nur mit dem Zustand der LED beschäftigt, was irgendwie einfältig erscheint. Ich würde mir viel mehr Gedanken darüber machen, einen der I/O-Pins eines Mikrocontrollers zu überlasten, der mich ein paar Dollar gekostet hat, als eine LED zu kochen, die bei eBay für unter 2 Cent erhältlich ist. Wenn ich also eine LED mit 3,3 V Vcc an den Ausgang eines teuren Chips anschließen würde, selbst wenn die LED mit 3,3 VI bewertet wäre, würde ich wahrscheinlich lieber ein paar hundert Ohm hinzufügen und die LED mit nur wenigen mA betreiben, als ein Risiko einzugehen Beschädigung des teuren Teils. Wenn ich wollte, dass die LED hell ist, würde ich einen Transistor oder einen dedizierten Chip verwenden, um sie anzusteuern. Mit diesem Ansatz können Sie die LED von der Rohstromversorgung trennen und einen größeren Vorwiderstand verwenden. Das gibt Ihnen mehr Spielraum mit der LED und es besteht eine geringere Chance, das teure Teil durch Überbeanspruchung des Ausgangs zu beschädigen.

LEDs können viel mehr Spitzenstrom verarbeiten als im Dauerzustand. Studieren Sie das LED-Datenblatt und pulsieren Sie dann die LED innerhalb ihrer PEAK-Arbeitszyklusgrenzen, und Sie benötigen dann keinen Widerstand