使用与 LED 串联的电阻来控制其电压会增加总能量消耗吗?

电器工程 电压 电阻器
2022-01-30 15:55:15

这听起来像是一个愚蠢的问题,但我想要一个确认。我在 Youtube 上观看了有关使用 LED 的视频。这些 LED 在 20 mA 时需要大约 2 伏的电压。

为了使用 5 伏电源为一个 LED 供电,作者串联了一个电阻器。他计算出他需要大约 150 欧姆(使用 U=RI,5-2=3 伏,3V/20mA=150 欧姆)。

我发现令人不安的是,为了控制电压,电阻器也必须消耗能量。P=UI,所以 3x20mA=60mW,在 LED 顶部 2x20mA=40mW。换句话说,在点亮 LED 的实际需求中增加了 +150% 的能耗。

我是否遗漏了什么,或者只是为了能够使用需要较低电压的电子元件而花费额外的能量?第二个问题,有没有办法避免对这种类型的电路(5V 电源,2V LED)这样做?

-评论-

  1. 我使用电压一词而不是电流,因为这就是 Ben Eater 在他的视频中展示它的方式
  2. 我最感兴趣的是使用额外组件以减少本地消耗的一般问题,同时在将电路作为一个整体时引入浪费。这不仅仅是关于 LED,此处作为示例,因此建议这是“如何有效地驱动 LED?”的副本。缺少要点(尽管我同意我的问题的第二部分是相关的)。
4个回答

你有正确的想法。部分地。

与串联电阻一起使用的 LED 确实会浪费电阻中耗散的能量。根据电源电压的不同,您很容易在电阻器中浪费的能量比用于 LED 的能量更多。

到目前为止,你是对的。

我要纠正的是电阻器可以降低电压的想法。

电阻是用来限制电流的。

LED 是电流驱动器件。正向电压随电流和温度而变化。

为了让 LED 获得稳定的亮度,您需要调节电流。

您会注意到,串联电阻的计算使用了所需的 LED 电流。您取 LED 的电源电压和(近似)正向电压之差,然后将其除以电流以找到串联电阻的值。

如果您试图仅通过调节电压来调节 LED,那么您会很快损坏 LED。刚好低于正向电压,LED 根本不亮。就在正向电压之上,LED 成为短路的下一个最佳选择。在它点亮的地方有一个很小的范围,并且只通过一点点电流。

仅使用电压调节器是不可能达到这个小范围的——它随着温度和电流而变化——电流使 LED 变热,而变热使 LED 传导得更多。您将使用某种测量电流的反馈电路来大幅上下改变电压。

或者,首先调节电流。提供的电流不超过以所需亮度点亮 LED 所需的电流,并让电压随心所欲 - 电压无关紧要。

是的,那个电阻会浪费电力。

如果作者使用 LED 作为指示灯,那么他们选择 LED 会浪费更多的电量。需要 20mA 电流才能在明亮的房间中显示的 LED 是 1970 年代技术的典型代表。如果您购买更高亮度的 LED,您会在 20mA 时将您的眼球炸开,您会发现自己将其停止在 1mA 左右。一个这样的带有匹配电阻的 LED 在 3.3V 时将使用 3.3mW,而仅 20mA、1.5V LED(不要介意电阻)将使用 30mW。

降低电路功耗的最终方法是使用您能找到的最高效的 LED,并使用开关转换器为其供电。一个不错的开关转换器的效率在 80% 到 95% 之间,因此您将使用比 LED 多 25% 到 5% 的功率。但是您必须为每个 LED(或 LED 串)使用一个,并且很难为每个指示灯证明一个超高效的开关转换器是合理的。

不,你没有错过任何东西。电阻器消耗的能量被浪费了,但是,如果您正在考虑使用数十或数百个 LED 的电路,您可能会考虑使用降压稳压器将 LED 电路电源电压降低到大约 3 伏,从而显着节省每个 LED 的净功率驾驶。

您仍然需要一个 50 欧姆的电阻器,但它只会下降 1 伏左右,仅耗散 20 毫瓦。

好消息是,许多现代 LED 只需几毫安即可为“标准”应用获得足够的亮度。

我想提到的一点是用于驱动 LED 的电路。当需要驱动多个 LED 时,恒流电路可以派上用场以节省电力。

通常,希望以接近正向压降的电压驱动 LED。电压仅用于偏置 LED。亮度应由通过它的电流控制。BJT 和运算放大器可以充当简单的恒流电路。在驱动串联 LED 或大功率 LED 时,这个问题很关键。

应根据 LED 的数量和成本或功率标准做出决定。使用电阻器组合保持原样。如果必须节能,请重新考虑电源电压水平和 LED 选项的整体策略。其他答案已经说明了低功耗选项