Warum genau kann ein einzelner Widerstand nicht für viele parallele LEDs verwendet werden?

Der Hauptgrund ist, dass Sie Dioden nicht sicher parallel schalten können.

Wenn wir also einen Widerstand verwenden, haben wir eine Strombegrenzung für den gesamten Diodenabschnitt. Danach liegt es an jeder Diode, den Strom zu steuern, der durch sie fließt.

Das Problem ist, dass reale Dioden nicht die gleichen Eigenschaften haben und daher die Gefahr besteht, dass eine Diode zu leiten beginnt, während andere dies nicht tun.

Sie wollen also im Grunde dies ( öffnen in Paul Falstads Schaltungssimulator ):

Und Sie bekommen das in Wirklichkeit ( geöffnet in Paul Falstads Schaltungssimulator ):

Wie Sie sehen können, leiten im ersten Beispiel alle Dioden gleich viel Strom und im zweiten Beispiel leitet eine Diode den größten Teil des Stroms, während andere Dioden kaum etwas leiten. Das Beispiel selbst ist etwas übertrieben, so dass die Unterschiede etwas offensichtlicher sind, aber schön zeigen, was in der realen Welt passiert.

Das Obige wurde unter der Annahme geschrieben, dass Sie den Widerstand so wählen, dass er den Strom so einstellt, dass der Strom das n - fache des gewünschten Stroms in jeder Diode beträgt, wobei n die Anzahl der Dioden ist und dass der Strom tatsächlich größer ist als der Strom, den eine einzelne Diode sicher führen kann. Was dann passiert, ist, dass die Diode mit der niedrigsten Durchlassspannung den größten Teil des Stroms leitet und sich am schnellsten abnutzt. Nachdem es stirbt (wenn es als offener Stromkreis stirbt), leitet die Diode mit der nächstniedrigeren Durchlassspannung den größten Teil des Stroms und stirbt noch schneller als die erste Diode und so weiter, bis Ihnen die Dioden ausgehen.

Ein Fall, an den ich denken kann, wo Sie einen Widerstand verwenden können, der mehrere Dioden mit Strom versorgt, wäre, wenn der maximale Strom, der durch den Widerstand fließt, klein genug ist, dass eine einzelne Diode mit vollem Strom arbeiten kann. Auf diese Weise stirbt die Diode nicht, aber ich selbst habe damit nicht experimentiert, daher kann ich nicht sagen, wie gut es ist.

OK, machen wir die Berechnung.

Ein vereinfachtes Modell für eine LED ist eine Festspannungsquelle in Reihe mit einem kleinen Widerstand. Nehmen wir diese LED von Kingbright.

Die Steilheit beträgt 20mA/100mV, der Innenwiderstand also 5$\Omega$. Die LED-Eigenspannung beträgt 1,9 V. Nehmen wir an, dass die LEDs 20 mA benötigen und unsere Stromversorgung 5 V beträgt.

Dann beträgt die LED-Spannung 1,9 V + 5$\Omega$ $\cdot$20mA = 2V. Unser einzelner Vorwiderstand

$R = \dfrac{5V - 2V}{2 \cdot 20mA} = 75 \Omega$.

Das ist, wenn beide LEDs gleich sind. Nehmen wir nun an, dass es eine leichte Diskrepanz zwischen den LEDs gibt und dass die 1,9 V für die zweite LED tatsächlich 1,92 V betragen, nur ein Unterschied von 1 %.

Jetzt ist nicht sofort klar, wie hoch die Spannung an den LEDs sein wird. Lassen Sie es uns herausfinden, und nennen Sie das$V_L$. Es gibt einen einzigen Strom$I_R$durch die 75$\Omega$Widerstand:

$I_R = \dfrac{5V - V_L}{75 \Omega}$

Der Strom durch die erste LED:

$I_1 = \dfrac{V_L - 1.9V}{5 \Omega}$

und ebenso für LED 2:

$I_2 = \dfrac{V_L - 1.92V}{5 \Omega}$

Jetzt$I_R = I_1 + I_2$, So

$\dfrac{5V - V_L}{75 \Omega} = \dfrac{V_L - 1.9V}{5 \Omega} + \dfrac{V_L - 1.92V}{5 \Omega}$

Daraus finden wir das$V_L$= 2,01 V. Setzen Sie dann diesen Wert in die obigen Gleichungen für die gefundenen LED-Ströme ein

$I_1 = 21.94 mA$und$I_2 = 17.94 mA$

Fazit

Schon die kleinste Abweichung in der LED-Spannung (1 %) führt bereits zu 18 % Unterschied im LED-Strom. IRL kann der Unterschied größer sein und es kann einen sichtbaren Helligkeitsunterschied geben. Bei niedrigeren Innenwiderständen wird der Effekt schlechter.

Siehe meine letzte ausführliche Antwort hier

Der Strom wird aufgrund der Streuung der LED-Eigenschaften ungleich verteilt.

Diejenigen, die mehr als ihren Anteil ziehen, werden heißer und ziehen noch mehr.

Diejenigen, die weniger als ihren Anteil ziehen, werden kühler und ziehen weniger.

Wenn Sie beispielsweise 10 LEDs haben und diese parallel schalten und sie mit einem einzigen Widerstand bei etwa dem Nennstrom für alle 10 ansteuern, dann gilt:

• Bei typischen kostengünstigen LEDs ist die Vf/If-Anpassung so schlecht, dass die LEDs mit dem niedrigsten Vf das 2-, 3- oder 4-fache ihres Nennstroms ziehen können.

• Die Überstrom-LEDs erlöschen schnell.

• Jetzt gibt es 9 LEDs, um genug Strom für 10 zu teilen. Der DURCHSCHNITTLICHE Strom beträgt 110%. Die LED mit der niedrigsten Vf wird wieder überlastet und fällt aus, aber diesmal geht es sogar noch schneller, da pro LED mehr Strom zur Verfügung steht.

• Die nächste ... :-) - Kettenreaktion.

Schauen Sie sich eine typische billige asiatische* Multi-LED-Taschenlampe an.
Beachten Sie die LEDs, die am hellsten sind. Betreiben Sie die Taschenlampe eine Weile und beobachten Sie dann erneut.
Nach nicht allzu langer Zeit werden die hellsten LEDs dunkler oder tot sein.
Beobachten Sie die hellsten LEDs ...

• Ich sage "billig asiatisch", da die meisten Multi-LED-Taschenlampen chinesischen Ursprungs sind und die meisten kostengünstig sind, so dass ihr Preis kaum zu schlagen ist. Sie bauen weitgehend auf „was der Markt hergibt“ und der Markt wird Müll tragen. LED-Leuchten aus anderen Ländern mit mehreren LEDs ODER in China hergestellte Leuchten mit angemessenem Design kosten mehr und sind weniger beliebt. Der Mehrpreis hat seinen Grund.

LEDs in Reihe (2 Gruppen).
Konstantstromantrieb.
Kostet mehr.

Das würde funktionieren, wenn die LEDs alle identische Eigenschaften hätten. Leider ist das nicht der Fall. und sie werden von unterschiedlichen Strömen durchflossen werden. Mehrere LEDs in Reihe können natürlich einen einzigen Strombegrenzungswiderstand haben.

TLDR;

Wenn der Widerstand den Strom auf 15 mA begrenzt, wird der Strom beim Einschalten jeder LED geteilt und über sie reduziert, was bedeutet, dass sie dunkler werden, wenn mehr eingeschaltet wird.

Nun, das ist nicht STRENG wahr.

Ich verwende häufig ein Steckbrett mit 8 LEDs darauf für eingebettetes Debugging. Der Unterschied besteht darin, dass ich zwar alle 8 LEDs über einen einzigen Widerstand mit Masse verbunden habe (es war schneller, die Platine auf diese Weise hochzuschlagen), der Strom jedoch von separaten Mikrocontroller-Pins geliefert wird. Hängt davon ab, was Sie unter "parallel" verstehen, denke ich!