Konsumsi daya LED dalam teori dan kenyataan

Secara teori jika satu LED mengkonsumsi 10mA maka 17 LED paralel mengkonsumsi 170mA, tetapi pada kenyataannya ketika saya menghubungkan 17 LED paralel mereka hanya mengkonsumsi 100mA bukan 170mA mengapa ada perbedaan antara teori dan kenyataan?

Anda mengasumsikan bahwa masing-masing led ini memiliki kurva IV yang sangat identik. Spesifikasi yang disebutkan adalah nominal, angka tipikal, dan akan ada variasi.

Satu LED mungkin 10mA pada 1,9 VF, tetapi yang lain mungkin 8 atau 12 mA atau berbeda pada VF yang sama. Itu bahkan tidak memperhitungkan kecerahan. Dua led dengan kurva IV yang sama bisa sangat berbeda dalam warna dan kecerahan.

Anda juga harus memperhitungkan ketepatan atau pembulatan persediaan Anda. Ini hanya mengukur ke 100 Amp. Tidak cukup untuk rentang miliamp tunggal yang tepat.

Juga pertimbangkan resistensi papan tempat memotong roti yang Anda gunakan. Jika Anda mengukur tegangan melintasi led pertama dan led terakhir, Anda mungkin melihat perbedaan.

Anda harus menggunakan ammeter atau multimeter yang baik dalam mode saat ini, dan secara individual mengukur masing-masing led di sirkuit ini untuk melihat berapa banyak masing-masing led sebenarnya dikonsumsi.

Meter PSU Anda hanya memiliki resolusi hingga 0,01 A (10 mA). Arus aktual bisa di mana saja antara 5 mA dan 15 mA untuk LED tunggal.

Ganti multimeter kuning Anda ke kisaran mA, sambungkan kabel ke soket yang benar dan pasang multimeter secara seri dengan satu LED dan dapatkan pengukuran yang lebih akurat.

Paraleling LED dengan cara ini tidak dianjurkan. Yang dengan drop tegangan maju yang lebih rendah akan mengganggu arus. Hubungkan keduanya secara seri dengan pasokan terbatas saat ini atau pasang resistor secara seri dengan setiap LED untuk membatasi arus.

Transistor dan Passerby sama-sama membuat jawaban yang sangat baik untuk pertanyaan yang Anda ajukan, tetapi izinkan saya mencoba sesuatu yang lebih komprehensif.

Anda tampaknya memiliki jumlah LED yang bagus, dan jika Anda memiliki beberapa suku cadang, coba percobaan ini. Drive 1 LED pada 1,9 volt. Rekam saat ini. Tambah tegangan ke 2.0. Sekarang coba 2.1. Anda akan melihat bahwa arus meningkat sangat cepat, dan saya akan terkejut jika 2,1 volt tidak mematikan LED. Sekarang ganti LED dengan resistor 200 ohm dan ulangi pengujian. Ini menetapkan bahwa arus naik jauh lebih cepat dengan LED daripada dengan resistor setelah tegangan nyala tercapai.

Sekarang, ini adalah sesuatu yang Anda tidak tahu - untuk tegangan tetap, arus melalui LED akan meningkat dengan meningkatnya suhu LED.

Karena semakin panas, arusnya akan meningkat, dan begitu pula suhunya. Yang tentu saja berarti bahwa arusnya akan meningkat lebih banyak lagi. Anda dapat melihat di mana ini mengarah - istilah teknisnya adalah pelarian termal . Jadi ini mengarah pada aturan pertama dan yang paling penting: jangan pernah mencoba mengendarai LED dari sumber tegangan. Selalu batasi arus. Ini paling mudah dilakukan dengan memberikan tegangan yang lebih tinggi dan menggunakan resistor batas arus secara seri. Dalam kasus Anda, pasokan 5 volt dan resistor 300 ohm akan menghasilkan sekitar 10 mA dengan aman.

Selain itu, pengaturan Anda menunjukkan bahwa Anda beruntung dalam memilih LED - semuanya tampak memiliki kecerahan yang sama. Seperti yang dinyatakan Passerby, ini umumnya tidak benar. Jadi jangan ikat banyak LED bersamaan dan kendalikan dari satu resistor. Melakukannya akan mengundang berbagai kecerahan dalam LED. Jika Anda tidak menginginkan kecerahan yang seragam, Anda mungkin berpikir ini baik-baik saja, tetapi ada satu hal lagi yang perlu dipertimbangkan.

Katakanlah Anda memiliki 10 LED secara paralel, masing-masing gambar (Anda harap) 10 mA, dengan total 100 mA. Untuk melakukan ini, Anda menggunakan catu 5 volt dan resistor 30 ohm. Anda baik-baik saja dengan kecerahan yang tidak seragam. Apakah ada masalah?

Sangat mungkin. Sama seperti LED tidak seragam dalam kecerahan untuk tegangan yang sama, mereka juga tidak menggambar arus yang sama pada tegangan yang sama.

Katakanlah salah satu LED secara alami menarik lebih banyak arus daripada yang lainnya pada tegangan biasa. Ini berarti bahwa, karena daya sama dengan kali tegangan, ia menghamburkan lebih banyak daya daripada yang lain, dan ini berarti akan semakin panas. Pada gilirannya ini akan menurunkan voltanya, dan menarik lebih banyak arus. Dalam kasus terburuk, LED terlemah akan terus bertambah hingga saat ini habis, dan mungkin akan gagal terbuka. Ini berarti bahwa LED terlemah berikutnya akan mulai memonopoli arus, dan dalam kasus terburuk proses akan berlanjut sampai semua LED mati. Proses ini dapat terjadi dengan komponen lain juga, dan telah mendapat julukan "mode petasan". Dalam hal ini dimungkinkan oleh batas saat ini yang ditetapkan terlalu tinggi: yaitu,

Ini mengarah ke aturan lain yang harus Anda ikuti: batasi arus untuk setiap LED secara terpisah. Ini biasanya berarti satu resistor per LED, atau serangkaian LED secara seri. Sebagai contoh, jika Anda memiliki sumber 12 volt, Anda dapat menempatkan 4 atau 5 LED secara seri, dan menggunakan resistor tunggal untuk membatasi arus dalam string. Anda sering dapat mengatasi ini untuk sejumlah kecil LED, asalkan Anda mengetahui konsekuensinya. Dengan 2 LED secara paralel, Anda mungkin tidak perlu khawatir tentang kegagalan mode petasan, karena tidak banyak LED akan mati dua kali lipat dari arus operasi normal, tetapi Anda mungkin masih akan mendapatkan kecerahan yang tidak setara. Semakin banyak LED yang Anda pasang secara paralel, semakin besar kemungkinan kegagalan katastropik. Pilihannya terserah Anda, dan Anda mungkin ingin mengambil risiko sampai Anda telah dibakar beberapa kali.

"Penilaian yang baik datang dari pengalaman. Pengalaman berasal dari penilaian yang buruk."

Jawaban sederhana adalah kesalahan pembulatan dengan hanya "1 angka signifikan" dalam 0,01 A yang seharusnya dibaca 0,0058 A

Tetapi Anda sekarang dapat menghitung 100/17 = 5.8mA saat ini per LED karena kurangnya 3 angka signifikan dari pembacaan LED tunggal.

Selanjutnya Anda dapat memprediksi kenaikan arus dengan kenaikan tegangan. Nominal 5mm Ultrabright LED memiliki ESR internal 15 Ω. Dengan 15 LED di //, ESR akan menjadi ~ 1Ω. (& 17 sedikit kurang.) Jadi setiap kenaikan tepat 0,10 V menghasilkan kenaikan ~ 0,10A yang menunjukkan "lutut" kurva Vf adalah 1,8V, di mana ESR naik secara dinamis.

Untuk melindungi ESR yang tidak cocok dalam LED, saya sarankan menambahkan minimal 50% dari ESR atau kira-kira 8Ω saat mendorong mereka ke max secara paralel.

Ini mempengaruhi Vf vs Jika dan dapat memiliki toleransi sempit <1% dari satu batch atau toleransi lebar pada sisi tinggi dari batch campuran. ergo ini mempengaruhi pembagian saat ini dan hanya menjadi signifikan ketika pemanasan sendiri mengurangi Vf. Perbedaan ini dipercepat dengan kenaikan arus di atas 20mA terutama di mana tegangan ambang internal berkurang (Efek Shockley) sehingga tegangan melintasi resistan massal ESR internal naik dan menarik lebih banyak arus dari tegangan konstan pasokan.

Efeknya, LED sama akuratnya dengan Zeners tegangan rendah, yang juga memiliki toleransi yang sama, seringkali lebih buruk, karena peningkatan peningkatan kualitas pemasok dalam LED luminance tinggi.

Perkiraan rumus untuk LED MERAH ini menjadi

Vf = 1,8 + Jika * ESR

Secara alami menambahkan seri seri kecil R menghilangkan kepekaan wrt mismatch yang disebabkan "arus berbagi dioda pelarian termal".

Biasanya efisiensi hilang dengan menambahkan seri R kecil tetapi dengan manfaat menstabilkan arus yang diharapkan.

Sekarang formula menjadi;

Vout = 1,8 + Jika * (ESR '+ Rs)

... di mana Vout adalah driver atau Vcc yang juga memiliki ESR yang dapat disertakan dengan ESR 'di atas. misalnya 5V CMOS adalah ~ 50Ω sedangkan CMOS <= 3,3 maks. Vcc adalah ~ 25Ω ESR.

. lalu pilih Jika dan pecahkan untuk Rs.

Tetapi kebanyakan orang cukup menggunakan Vf @ 20mA nominal dan menghitung RS dari

Rs = (Vcc-Vf) / Jika

lalu pilih Jika dan pecahkan untuk Rs menggunakan Vcc maksimum kasus terburuk.

ESR hanyalah istilah yang mudah untuk resistensi diferensial atau dikenal sebagai RdsOn dalam CMOS dan MOSFET.

Untuk LED 5mm putih

itu adalah Vf = 2.85 + Jika * 15Ω

untuk bagian baik nominal dengan toleransi yang sama.

Saya pikir resistansi LED individual lebih besar dan saat kami menghubungkannya secara paralel. Jadi, resistansi paralel paralel dari nilai individual. Itu sebabnya arus 10 LED lebih sedikit. 1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + ..........