Verwenden von Dioden, um den Strom zu LEDs zu begrenzen

Ich muss gestehen, dass ich das nie ausprobiert habe. Aber der Vorwiderstand spielt eine wichtige Rolle: Er ist dazu da, den Strom durch die LED zu begrenzen. Wenn kein Widerstand vorhanden ist, kann der Strom am Ende auf einen Wert begrenzt werden, der für die LED oder für den Treibertransistor zu hoch ist. Theoretisch sollten Sie die UI-Eigenschaften der Dioden und der LED grafisch hinzufügen und auf der resultierenden Eigenschaft sehen, wie hoch der Strom für Ihren Vcc-Wert ist. Das Hauptproblem besteht jedoch darin, dass dieser Strom nicht zuverlässig vorhergesagt werden kann, da die UI-Katalogeigenschaften der Dioden und LEDs eine typische Kurve liefern und sich diese Kurve auch mit der Temperatur verschiebt.

Obwohl es funktionieren mag, würde ich mich nicht darauf verlassen, dass es in jedem Fall funktioniert. Aber vielleicht haben Sie Hilfe von einem unerwarteten Ort: dem IC, der Ihre LEDs antreibt. Manchmal haben die digitalen Ausgänge interne Widerstände oder andere Möglichkeiten, den Ausgangsstrom zu begrenzen, um sie nicht zu überlasten. Überprüfen Sie also das Datenblatt für Ihren attiny2313.

Verwenden einer anderen Diode, um die Quellenspannung an die LED-Spannung anzupassen: NEIN NEIN NEIN!

Eine LED ist im Grunde eine Spannungssenke: Sie zieht keinen Strom, bis die Spannung an ihr den Diodenübergang in Vorwärtsrichtung vorspannt, und dann steigt plötzlich, wenn Sie genug Spannung erhalten, der Strom durch sie dramatisch an. Die Lichtleistung einer LED hängt stark von der Strommenge ab, die Sie durch sie führen: mehr Strom = mehr Lichtleistung. Der Spannungsabfall ist zwar ungefähr konstant, variiert jedoch mit der Temperatur und von Gerät zu Gerät.

In fast allen Anwendungen möchten Sie die Lichtleistung und damit den Strom auf einen festen Wert einstellen, unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung und Schwankungen des LED-Spannungsabfalls. Das bedeutet, dass die ideale Quelle für eine LED-Last eine Konstantstromquelle ist – die Sie implementieren können, es ist nur mühsam, dies ohne ein paar zusätzliche Komponenten zu tun. In der Praxis neigen wir dazu, eine Spannungsquelle (ein- und ausgeschaltet durch ein Logikgatter oder einen MOSFET oder einen Bipolartransistor) und einen Widerstand zu verwenden, um den Strom einzustellen.

Die Schlüsselgleichung lautet V _Versorgung - V _LED = I _LED *R oder I _LED = (V _Versorgung - V _LED )/R

Der Term auf der linken Seite ist die Differenz zwischen Versorgungsspannung und LED-Spannungsabfall. Dies kann je nach Temperatur und Schwankungen von Teil zu Teil variieren. Eine Sensitivitätsanalyse ist hier ziemlich einfach: ΔI = ΔV/R - die Stromänderung ist gleich 1/R mal der Spannungsänderung. Wenn Sie möchten, dass Ihr LED-Strom weniger empfindlich auf Spannungsänderungen reagiert, bedeutet dies, dass der Wert von R höher sein sollte ... für einen bestimmten LED-Nennstrom (normalerweise zwischen 5 mA und 20 mA) ist der Strom weniger empfindlich auf Änderungen in Spannung, wenn die Quellenspannung höher und der Widerstand höher ist.

Indem Sie die Versorgungsspannung mit einer zweiten Diode absenken, tun Sie genau das Gegenteil: Um den gewünschten Strom zu erhalten, müssen Sie den Wert von R reduzieren, wodurch der Laststrom empfindlicher auf Spannungsschwankungen reagiert. UND Sie führen auch ein weiteres Schaltungselement (diese neue Diode) ein, das zusätzliche Spannungstoleranzen aufweist, wodurch diese Spannungsschwankungen größer werden. Sie würden zusätzliche Komponenten hinzufügen, die keinem anderen Zweck dienen, als die Lichtleistung empfindlicher auf Schwankungen der Versorgungsspannung, Temperatur und Teile zu machen.

Die einzigen anderen Dinge, die es wert sind, hier berücksichtigt zu werden, sind die Verlustleistung. Wenn Sie eine feste Spannungsquelle (z. B. 5 V) und eine LED oder ein anderes Schaltungselement haben, das nur einen Bruchteil dieser Spannung verwendet (z. B. 1,2 V), dann ist nur ein Bruchteil der Leistung (1,2/5 V = 24 % in diesem Beispiel). wird in der LED abgeführt, und der Rest (76%) wird in etwas anderem abgeführt, das Sie benötigen, um die beiden miteinander zu verbinden. Das gilt für jedes lineare Netzteil (siehe unten für einen Kommentar zu Umschaltern). Dies geht in Wärme über, die ordnungsgemäß abgeführt werden muss, und in den meisten Fällen ist die billigste und einfachste Möglichkeit, eine bestimmte Wärmemenge kontrolliert abzuführen, ein Widerstand. Sie funktionieren über einen höheren Temperaturbereich (die meisten Dioden/Transistoren arbeiten bis zu etwa 150 C max.) einwandfrei und ihr Verhalten variiert weniger mit der Temperatur.

Die Ausnahme von all diesem Denken ist ein Schaltnetzteil. Viele LED-Treiber gehen den Switcher-Weg und verwenden Pulsweitenmodulation + einen Schalttransistor und eine Induktivität, um die Effizienz zu steigern. Dadurch tritt im Wesentlichen die gesamte Verlustleistung in der LED auf (mit einem kleinen Verlust in einem schaltenden MOSFET und einer Induktivität). Sie behandeln die LED jedoch immer noch als Spannungssenke, wobei der Schalttransistor + die Induktivität als Stromquelle fungieren und ihren Arbeitszyklus variieren, um die LED-Helligkeit zu steuern (in hochwertigen visuellen Displays gibt es auch einen Lichtsensor-Chip). der Strom kann variiert werden, um die Alterung der LED im Laufe der Zeit zu kompensieren, damit weißes Licht nicht in Richtung Rot oder Grün oder Blau driftet). Ein schaltender LED-Treiber kostet jedoch $$, also würde ich mich nicht darum kümmern, es sei denn, Sie brauchen die Effizienz.

Fazit: Halten Sie es einfach, verwenden Sie den Widerstand selbst.

Entschuldigung, aber die ganze Prämisse der Frage funktioniert nicht, da Dioden den Strom nicht begrenzen. Sie scheinen Spannung und Strom etwas zu verwechseln. Ohne Widerstand gibt es nichts, um den Strom zu begrenzen. Im besten Fall funktionieren die LEDs einwandfrei, verschleißen aber durch Überstrom viel früher. Im schlimmsten Fall wird es die LED von zu viel Strom platzen lassen, und im schlimmsten Fall wird es Ihren Mikrocontroller braten, indem es versucht, zu viel Strom zu senken oder zu liefern.

Grundsätzlich lautet die Antwort, dass Sie den Strom immer mit Widerständen begrenzen müssen, es sei denn, Sie verwenden einen speziellen LED-Treiber-IC, der dies für Sie übernimmt (oft als "Konstantstromsenke" oder "Konstantstromquelle" bezeichnet).

Ich habe die LED-Treiber-ICs von Allegro schon einmal verwendet , sie funktionieren recht gut. Sie können 16 einzelne LEDs mit nur 3 Pins auf Ihrem Mikrocontroller steuern (oder viel mehr, wenn Sie Matrixing oder Multiplexing verwenden). Verschiedene andere Anbieter stellen auch LED-Treiber-ICs her. Oder Sie können es selbst tun, indem Sie einfach eine Kombination aus Schieberegistern, Transistoren und Widerständen verwenden.

Mir scheint, dass eine nette Eigenschaft von Reihenwiderständen darin besteht, dass sie, wenn die Eingangsspannung zu sinken beginnt (z. B. wenn die Batterien schwach werden), allmählich weniger der Gesamtspannung ausmachen, wenn der Strom durch die LEDs abfällt. Dadurch bleiben die LEDs länger hell. Die Dioden haben diese Flexibilität nicht.

davr hat hier die beste Antwort. Dioden in Vorwärtsrichtung haben einen Strom, der sehr spannungsempfindlich ist. ( und Temperatur ... ) Sie regeln also nicht die Spannung, Sie regeln den Strom. Ein Widerstand ist der einfachste (und nicht sehr energieeffiziente Weg, dies zu tun).

Ein typischer Maximalstrom eines Mikrocontrollers beträgt 40 mA. Manchmal ist dies begrenzt und manchmal wird das uc heruntergefahren. Deshalb können Sie manchmal eine LED direkt an ein uc anschließen.

Wenn Sie eine LED ansteuern, ist die Spannung nicht wichtig, da sie konstant ist. Es lässt (fast) den gesamten Strom, den Sie bereitstellen, bis zum Bruch durch. Deshalb muss man es irgendwie begrenzen und eine Diode wird es nicht tun.

Angenommen, Sie begrenzen die Stromversorgung auf beispielsweise 40 mA. Wenn Sie keinen Widerstand für jede LED verwenden, wird der Strom verteilt. Wenn Sie also eine Diode einschalten, ist sie sehr hell, und wenn Sie 10 LEDs einschalten, werden sie zehnmal dunkler sein.

Deshalb regelt jedes LED-Tutorial, das Sie im Netz sehen, den Strom mit einfachen Widerständen.

Ich möchte einen Vorschlag hinzufügen: Bauen Sie einen Stromspiegel. Das Problem mit den Widerständen ist, dass sie immer der gleichen Menge widerstehen. Sie verlieren eine gewisse Menge an Energie, um dem Stromfluss zu widerstehen, selbst wenn die LEDs normalerweise nicht zu viel ziehen würden. Ein Stromspiegel oder eine Konstantstromquelle ist viel effizienter und ermöglicht Ihnen die Auswahl eines bestimmten Stroms, mit dem Sie arbeiten möchten.

Darüber hinaus können Sie die Verwendung eines Treiberchips wie dem ULN2803, linky: ULN2803 , in Betracht ziehen

Sie werden feststellen, dass es viel mehr Strom verarbeiten kann als ein Mikrocontroller und es Ihnen ermöglicht, einige ziemlich große Lasten zu fahren.

Wenn Sie in der Lage sind, Ihre gesamte Schaltung mit der Durchlassspannung der LED zu betreiben, gibt es kein Problem - es wird gut funktionieren. Warum nicht einen variablen Regler verwenden und die Spannung auf diese Weise senken, anstatt 3,3 V und zwei Dioden? Alternativ könnten Sie die Dioden zwischen der gemeinsamen Kathode der LEDs und Masse verwenden - auch hier kein Problem.

Auf Ihrem LED-Datenblatt sollte ein Diagramm mit der Bezeichnung "LED-Strom vs. Durchlassspannung" vorhanden sein. Es sollte auch so etwas wie "Einschaltdauerverhältnis vs. zulässiger Strom" geben, was ebenfalls hilfreich sein kann. Diese Diagramme zeigen den Unterschied zwischen einer "idealen" Diode und Ihrer tatsächlichen ... und wir können dies zu unserem Vorteil nutzen!

Ich habe eine Spannung gewählt, die einen Strom liefert, der die Hälfte der maximalen Nennleistung beträgt. Ich durchstöberte Dioden, bis ich eine Kombination fand, die die Spannung von 5 V auf 2,8 V senkte, für diese LED, die zu einem gemessenen Strom von 9,2 mA führte, weniger als die Hälfte der maximalen Nennleistung. Helligkeit war normal. Das Verfahren ist zwar nicht ideal, funktioniert aber gut, selbst bei 100 % Einschaltdauer.

Sie müssen die Spannung jedoch ziemlich gut kontrollieren. Ein variables Tischnetzteil und ein Amperemeter helfen sehr, obwohl Trial and Error auch gut funktioniert. Normalerweise würde ich nur Widerstände verwenden, aber ich habe keine und kann im Moment keine mehr kaufen.

Wenn eine Diode als Spannungsabfall für LEDs verwendet wird, könnte die Diodenkapazität beim Einschalten ein Problem darstellen und einen sehr kurzen, aber hohen LED-Strom zulassen, bevor die Diode leitet. Oszilloskopprüfungen der LED-Ströme beim Einschalten würden zeigen, ob dies der Fall ist.

Mir gefällt Ihre Idee, und ich denke, sie ist ausgezeichnet, ich würde nur die Hardware ein wenig ändern.

Wenn Sie von einer Zenerdiode gehört haben, ist sie meiner Meinung nach eher das, wonach Sie suchen. Sie halten eine konstante Spannung über einen weiten Strombereich, und Sie können eine für 1,8 V bekommen. Ein Zener ist eine Diode, die eine Sperrdurchbruchspannung hat, die sehr kontrolliert ist und sich nicht merklich ändert. Die 5,1-V-Zenerdioden sind aufgrund der physikalischen Parameter am temperaturunabhängigsten, aber eine 1,8-V-Diode kann es auch sein.

Die von Ihnen verwendete LED hat einen recht großen Betriebsbereich, daher sollte eine Abweichung in Ihrer Stromversorgung kein großes Problem für die Schaltung darstellen, was den Grund beseitigt, warum Menschen normalerweise Widerstände als Leistungsbegrenzer verwenden, aber wir messen dies oft als Strom /Spannungsbegrenzungsgerät.

Was ich mir Sorgen mache, dass Sie es übersehen, ist der maximale Strom, den Ihr Mikrocontroller ausgeben kann, aber dies wurde in anderen Beiträgen angesprochen.

Die Verwendung eines Zener, um eine Spannung auf einen Betriebsbereich für ein anderes Gerät zu senken, ist eine gängige Praxis, über die ich gelesen und die ich selbst verwendet habe. Ich bin sicher, Sie werden mit dem Ergebnis zufrieden sein.