为什么单个电阻器不能用于许多并联 LED?

电器工程 引领 电阻器 平行线
2022-01-08 22:10:23

为什么不能对多个并联的 LED 使用单个电阻器而不是每个电阻器?

4个回答

主要原因是你不能安全地并联二极管。

因此,当我们使用一个电阻器时,我们对整个二极管部分都有一个电流限制。之后,由每个二极管来控制通过它的电流。

问题是现实世界的二极管不具有相同的特性,因此存在一个二极管会开始导电而其他二极管不会导电的危险。

所以你基本上想要这个(在 Paul Falstad 的电路模拟器中打开):

第一个电路,所有 3 个 LED 具有完全相同的正向电压

而你实际上得到了这个(在 Paul Falstad 的电路模拟器中打开):

第二个电路,3个LED的正向电压值不同

如您所见,在第一个示例中,所有二极管都传导等量的电流,而在第二个示例中,一个二极管传导大部分电流,而其他二极管几乎不传导任何东西。该示例本身有点夸张,因此差异会更加明显,但很好地展示了现实世界中发生的情况。

上面写的是假设您将以设置电流的方式选择电阻器,以便电流是每个二极管中所需电流的n倍,其中n是二极管的数量,并且电流实际上大于单个二极管可以安全传导的电流。然后发生的情况是,具有最低正向电压的二极管将传导大部分电流,并且它会以最快的速度磨损。在它死后(如果它因开路而死),具有下一个最低正向电压的二极管将传导大部分电流,并且会比第一个二极管更快地死去,依此类推,直到你用完二极管。

我能想到的一种情况是,您可以使用一个电阻器为多个二极管供电,如果通过电阻器的最大电流足够小,以至于单个二极管可以在全电流下工作。这样二极管就不会死了,但我自己还没有尝试过,所以我不能评论它有多好。

好的,我们来计算一下。

LED 的简化模型是与小电阻串联的固定电压源。让我们从 Kingbright 挑选这款 LED 。

在此处输入图像描述

斜率为20mA/100mV,所以内阻为5Ω. LED 的固有电压为 1.9V。让我们假设 LED 需要 20mA 并且我们的电源是 5V。

那么LED电压为1.9V + 5Ω 20mA = 2V。我们的单串联电阻

R=5V2V220mA=75Ω.

那就是如果两个 LED 相等。现在假设 LED 之间存在细微差异,第二个 LED 的 1.9V 实际上是 1.92V,仅相差 1%。

现在还不清楚 LED 上的电压是多少。让我们找出来,并称之为VL. 有一个电流IR通过 75Ω电阻:

IR=5VVL75Ω

通过第一个 LED 的电流:

I1=VL1.9V5Ω

同样对于 LED 2:

I2=VL1.92V5Ω

现在IR=I1+I2, 所以

5VVL75Ω=VL1.9V5Ω+VL1.92V5Ω

由此我们发现VL= 2.01 V。然后,将这个值填入上述等式中,得到我们发现的 LED 电流

I1=21.94mAI2=17.94mA

结论

LED 电压的最小差异 (1%) 已经导致 LED 电流出现 18% 的差异。IRL 差异可能更大,并且可能存在明显的亮度差异。内阻越低,效果越差。

在此处查看我最近的详细答案

由于 LED 特性的分散,电流将不均等地分配。

那些比他们的份额更多的人会变得更热,甚至更多。

那些抽得比他们的份额少的人会变得更冷,抽得更少。

如果您有 10 个 LED 并且您将它们并联连接并使用单个电阻以大约所有 10 个的额定电流驱动它们,那么:

  • 对于典型的低成本 LED,Vf/If 匹配会很差,以至于最低 Vf LED 可能会消耗其额定电流的 2 倍或 3 倍或 4 倍。

  • 过电流 LED 将迅速熄灭。

  • 现在有 9 个 LED 可以为 10 个共享足够的电流。平均电流为 110%。最低 Vf LED 将再次过载并失效,但这一次会发生得更快,因为每个 LED 有更多可用电流。

  • 下一个... :-) - 连锁反应。

看看典型的廉价亚洲* 多 LED 手电筒。
注意最亮的 LED。操作割炬一段时间,然后重新观察。
不久之后,最亮的 LED 将变暗或熄灭。
观察最亮的 LED ...

  • 我说“便宜的亚洲”,因为大多数多 LED 手电筒都是中国原产的,而且大多数成本低廉,因此它们的价格很难被击败。它们在很大程度上建立在“市场将承受的范围内”,而市场将承受垃圾。其他国家的 LED 灯多颗 LED 灯或 中国制造的灯,设计合理,成本更高,但不太受欢迎。额外费用是有原因的。

LED 串联(2 组)。
恒流驱动。
成本更高。

在此处输入图像描述

如果 LED 都具有相同的特性,这将起作用。不幸的是,事实并非如此。并且它们将有不同的电流流过它们。当然,多个串联的 LED 可以有一个限流电阻。