Mengapa LED menyala meskipun tegangan pasokan <Tegangan ke depan

10

Saya memiliki LED yang menetapkan tegangan maju tipikal 3,5V dan tegangan maju maksimum 3,9V.

Saya menerapkan 3.3V di atasnya dengan resistor 300 Ohm secara seri. Mengapa itu menyala?

Saya bertanya-tanya apakah saya dapat memilih LED ini sebagai pilihan yang dapat diandalkan untuk desain saya (yang tercatat berjalan pada pasokan 3.3V di seluruh papan).

Pemikiran saya:

Datasheet LED memiliki kurva Forward voltage vs current (Saya juga bingung mengapa mereka mengedepankan arus pada sumbu Y dan bukan X, mengingat bahwa arus yang akan bervariasi di sini). Bagaimanapun, kurva menunjukkan penurunan tegangan maju pada arus yang lebih kecil; mungkin ini penjelasannya?

Berikut ini adalah lembar data PDF yang dapat diunduh untuk LED ini (ini adalah LED tiga warna dan dalam pertanyaan ini, saya merujuk pada spesifikasi untuk Biru dan Hijau).

power-supply led current-limiting

— boardbite
sumber

Bisakah Anda berbagi lembar data?

— jippie

@ Jippie: Saya menambahkannya sekarang.

— boardbite

Jika Anda ingin dipimpin berada di atas tegangan tertentu dan mati di bawah, Anda memerlukan pembanding.

— Lenne

8

Anda benar - tegangan maju tergantung pada arus maju.

Tegangan maju yang Anda lihat pada tabel nilai-nilai tipikal adalah untuk arus 20mA, yang terlalu tinggi ketika ketiga warna digunakan pada waktu yang sama (catatan kaki dua pada tabel penilaian absolut pada halaman 3 - 15mA adalah maksimum dalam kasus).

Ketika Anda melihat diagram 2 dalam lembar data , Anda dapat melihat hubungan antara tegangan maju dan arus maju. Apa yang Anda lihat di sini adalah bahwa untuk tegangan maju 3.3V, arus maju 20mA dapat diharapkan. Dengan 3V, itu akan menjadi 8mA. Nilai resistor yang lebih tinggi tidak membuat ini lebih dapat diandalkan, itu hanya membuat LED lebih gelap. Anda ingin memiliki resistor sekecil mungkin.

Resistor harus hanya cukup besar untuk menjatuhkan tegangan maju ke sekitar 3.1V dengan arus 15mA - ini berarti nilai sekitar 13,3 Ohm (yang untuk LED merah harus lebih besar, meskipun).

Apakah LED ini dapat digunakan untuk Anda tergantung pada kecerahan yang Anda butuhkan. Jika Anda tidak memerlukannya untuk menyala sepenuhnya (atau Anda menggunakan versi dengan intensitas lebih tinggi, lihat halaman 4), itu akan berhasil. Jika Anda ingin memastikan Anda dapat menggunakan intensitas penuh, Anda perlu menggunakan yang lain. Olin benar - variasi antar batch juga dapat berarti bahwa beberapa lebih terang daripada yang lain. Untuk memastikan kecerahan yang seragam, Anda perlu mengontrol arus yang mengalir melalui LED.

— hli
sumber

Saya tentu tidak perlu intensitas penuh - ini adalah LED yang agak terang (misalnya, 90 mcd Red @ 20 mA). Jadi saya pikir saya mengerti sekarang - 3.5 V hanya diperlukan untuk kasus 20 mA saat ini / intensitas penuh. Jika saya memasok tegangan yang lebih kecil, misalnya dengan sumber arus konstan, itu hanya akan bersinar kurang terang (bukannya tidak sama sekali), karena LED tidak memiliki perilaku terpisah seperti dioda ideal.

— boardbite

Persis. Perhatikan bahwa saat menggunakan sumber arus konstan, Anda memilih solusi yang hanya membutuhkan jumlah arus minimum. Bahkan setetes 0,3V berarti Anda hanya mendapatkan 10mA ke LED. Sebagai contoh, TLC5940 dapat menghasilkan 20mA dengan penurunan sekitar 0,25V.

— hli

Dalam komentar terakhir Anda, dapatkah Anda menjelaskan apa artinya ini: "Anda memilih solusi yang hanya membutuhkan jumlah minimum saat ini"?

— boardbite

Saya harus membaca-baca apa yang saya tulis :( Maksud saya 'jumlah tegangan minimal' (tegangan putus, tepatnya). Kalau tidak, sumber arus konstan Anda tidak akan meninggalkan tegangan maju yang cukup untuk LED menyala.

— hli

9

"Khas" dalam lembar data tidak berarti sesuatu yang bermanfaat. Itu sebagian besar angka pemasaran dan biasanya vendor berusaha membuat diri mereka terlihat baik.

Spesifikasi min dan maks adalah masalah. Tidaklah mengherankan bahwa LED yang biasanya memiliki 3,6 V melewatinya pada arus operasi penuh akan agak menyala di 3,3 V. Arus mungkin jauh lebih sedikit daripada arus penuh, tetapi beberapa LED sangat terang sehingga mereka masih mudah terlihat pada bangku Anda di sebagian kecil dari arus maksimum.

Tidak, LED model ini tidak dapat diandalkan menyala dari 3,3 volt. Anda menemukan satu yang berhasil, dan 1000 berikutnya yang Anda dapatkan mungkin juga, tetapi 10.000 berikutnya setelah itu mungkin terlalu redup. Kecuali lembar spesifikasi secara eksplisit memberi tahu Anda apa yang Anda dapatkan pada 3,3 V, Anda harus mengasumsikan tidak ada jaminan. Pada kenyataannya Anda mungkin akan mendapatkan cahaya pada 3,3 V, tetapi jumlah cahaya itu dapat dengan mudah sangat bervariasi dari bagian ke bagian.

— Olin Lathrop
sumber

Ini menjelaskan. Pada catatan itu, jika saya menempatkan resistor yang cukup besar dalam seri, maka LED memiliki drop tegangan yang lebih kecil (tegangan maju) di atasnya, membawanya di bawah 3.3V. Apakah ini akan menjadi solusi yang dapat diandalkan untuk memastikan bahwa LED akan menyala, terlepas dari variabilitas bagian?

— boardbite

3

LED bukan dioda yang ideal, jadi titik "nyalakan" (Vf) bukan transisi yang sangat tajam. Jika kita melihat kurva IV untuk LED tipikal, kita dapat melihat ini:

Kurva IV LED

Vf sering diambil pada misalnya 20mA (beberapa lembar data akan memberikan beberapa Vf pada arus yang berbeda)

Dari sini kita dapat melihat bahwa sulit untuk mengontrol LED dengan mengubah voltase di atasnya, jadi untuk kontrol terbaik diperlukan driver arus konstan. Anda dapat membeli banyak IC yang didedikasikan untuk tugas ini, atau Anda dapat memutar sumber sederhana Anda sendiri.
Dengan driver arus konstan, jika LED Vf bervariasi (proses, suhu, dll) maka driver mengkompensasi untuk menjaga arus konstan, jadi ini adalah cara untuk melakukan hal-hal jika Anda ingin arus menjadi tepat terlepas dari variabilitas bagian (catatan kecerahan di XmA mungkin berbeda, karena ini bervariasi juga)

Mengemudi LED dengan tegangan suplai di atas, di bawah atau di atas / di bawah tegangan output Anda

Ada berbagai jenis driver LED - beberapa hanya pembatas arus konstan dasar, dan beberapa menggunakan topologi penambah (atau buck) atau pompa pengisian untuk memberikan rentang kepatuhan yang lebih luas untuk arus konstan.

Driver arus konstan sederhana:

Pengemudi arus konstan sederhana akan kehilangan regulasi ketika tegangan mendekati tegangan suplai (karena penurunan melintasi elemen pembatas) Ini akan diberikan dalam lembar data (lihat overhead pasokan terendah dalam contoh ini lembar data bagian , hal.10)

Driver LED sederhana

Tingkatkan Driver LED

Driver LED yang menggunakan topologi penambah (seperti regulator switching tetapi diatur untuk arus konstan daripada tegangan) akan tetap memberikan arus konstan, tetapi meningkatkan tegangan di atas kisaran pasokan untuk memungkinkan mengemudi LED secara seri dengan total Vf di atas tegangan suplai:

Driver Penguat LED

Driver SEPIC, Buck-Boost, Cuk LED

Oke, jadi bagaimana dengan kasus ketika tegangan input Anda bervariasi di atas dan di bawah tegangan output? Kasus khas bisa ketika menggunakan baterai Li-Ion yang dapat bervariasi ~ 4.3V - ~ 2.7V dan output 3V diperlukan untuk mendorong arus yang diinginkan melalui LED.
Dalam hal ini kami menggunakan SEPIC, buck-boost atau driver Cuk. Semua dapat melakukan hal yang sama di sini tetapi memiliki topologi yang berbeda (mengapa Anda memilih satu di atas yang lain adalah bacaan lebih lanjut yang mungkin ingin Anda lakukan - banyak Catatan Buku / Aplikasi di luar sana ...)

Bagaimanapun, berikut adalah contoh sirkuit SEPIC menggunakan LM3410 :

Driver SEPIC LED

Dan di sini adalah tabel efisiensi pada tegangan input di atas dan di bawah tegangan output, Anda dapat melihat pengaturan arus LED dipertahankan dengan sempurna:

Efisiensi SEPIC LED

— Oli Glaser
sumber

Oli terima kasih. Saya melakukan pencarian cepat dan melihat bahwa ada sejumlah driver seperti itu. Tapi sekarang, jika saya menggunakan driver seperti itu dan mengatur arus X - katakanlah arus 10 mA - maka karena V_F untuk Blue pada kurva yang sesuai dengan 10 mA adalah 3 Volt, apakah benar bahwa saya dapat melakukannya dengan pasokan 3,3V?

— boardbite

@ Inga - Saya menambahkan beberapa detail tentang berbagai jenis driver arus konstan. Gagasan umum ada di sana, tetapi detailnya tergantung pada IC sehingga Anda perlu memeriksa lembar data dengan cermat. Kebanyakan driver sederhana (tipe pertama yang ditunjukkan) tidak akan cocok untuk margin yang dekat. SEPIC seperti contoh terakhir akan bekerja dengan baik.

— Oli Glaser

1

Saya akhirnya menggunakan pendekatan dorongan driver, dan memiliki proyek yang bekerja seperti sekarang. Saya sangat menghargai detail komprehensif yang Anda berikan di sini.

— boardbite

1

(Saya juga bingung mengapa mereka mengedepankan arus pada sumbu Y dan bukan X, mengingat bahwa arus adalah yang bervariasi di sini).

Saya diberitahu bahwa dioda melakukan tergantung pada drop tegangan di pin. Itu sebabnya arus yang dapat mengalir berhubungan langsung dengan drop tegangan melintasi dioda (atau LED). Itu sebabnya Tegangan adalah X dan arus adalah sumbu Y.

— Houtman
sumber