LED功耗的理论与现实

电器工程 引领
2022-02-03 17:11:26

理论上,如果一个 LED 消耗 10mA,那么 17 个并行 LED 消耗 170mA,但实际上当我连接 17 个并行 LED 时,它们只消耗 100mA 而不是 170mA,为什么理论和现实之间存在差异? 一个LED的功耗 17个LED的功耗

4个回答

您的 PSU 仪表的分辨率仅为 0.01 A (10 mA)。对于单个 LED,实际电流可能介于 5 mA 和 15 mA 之间。

将黄色万用表切换到 mA 范围,将引线连接到正确的插座,然后将万用表与一个 LED 串联,以获得更准确的测量结果。

不建议以这种方式并联 LED。具有较低正向电压降的那些将占用电流。要么将它们与限流电源串联连接,要么将一个电阻器与每个 LED 串联以限制电流。

晶体管和路人都对你提出的问题做出了很好的回答,但让我尝试更全面的东西。

你似乎有很多 LED,如果你有几个备用,试试这个实验。以 1.9 伏电压驱动 1 个 LED。记录电流。将电压增加到 2.0。现在试试 2.1。您会看到电流增加得非常快,如果 2.1 伏电压不会杀死 LED,我会感到惊讶。现在用 200 欧姆电阻替换 LED 并重复测试。这表明,一旦达到开启电压,LED 的电流上升速度要比电阻器快得多。

现在,这是您不知道的事情 - 对于固定电压,通过 LED 的电流会随着 LED 温度的升高而增加。

因为它越来越热,它的电流会增加,它的温度也会增加。当然,这意味着它的电流会增加更多。你可以看到这是领先的——技术术语是热失控所以这就引出了第一条也是最重要的规则:永远不要试图用电压源驱动 LED。始终限制电流。这最容易通过提供更高的电压并串联使用限流电阻来实现。在您的情况下,5 伏电源和 300 欧姆电阻器将安全地提供约 10 毫安的电流。

此外,您的设置表明您在选择 LED 时很幸运——它们的亮度似乎都差不多。正如路人所说,这通常不是真的。所以不要把一堆 LED 绑在一起,然后用一个电阻来驱动它们。这样做会在 LED 中引入一系列亮度。如果您不想要均匀的亮度,您可能会认为这没问题,但还有一件事需要考虑。

假设您有 10 个并联的 LED,每个绘制(您希望)10 mA,总共 100 mA。为此,您使用 5 伏电源和 30 欧姆电阻器。你对不均匀的亮度很好。有问题吗?

很有可能。正如 LED 在相同电压下的亮度不均匀一样,它们也不会在相同电压下吸收相同的电流。

假设其中一个 LED 在公共电压下自然会比其他 LED 消耗更多的电流。这意味着,由于功率等于电压乘以电流,它消耗的功率比其他功率多,这意味着它会变得更热。反过来,这会进一步降低其电压,并消耗更多电流。在最坏的情况下,最弱的 LED 会占用越来越多的电流,直到它烧坏为止,而且它很可能会开路。这意味着下一个最弱的 LED 将开始占用电流,在最坏的情况下,该过程将继续进行,直到所有 LED 都熄灭。这个过程也可以与其他组件一起发生,并获得了“鞭炮模式”的绰号。在这种情况下,通过设置过高的电流限制成为可能:也就是说,

这导致您应该遵循的另一条规则:分别限制每个 LED 的电流。这通常意味着每个 LED 一个电阻器,或串联的 LED 串。例如,如果您有一个 12 伏电源,您可以串联 4 或 5 个 LED,并使用单个电阻器来限制灯串中的电流。只要您知道后果,您通常可以为少量 LED 解决此问题。如果有 2 个 LED 并联,您可能不必担心鞭炮模式故障,因为不会有多少 LED 会在两倍于正常工作电流的情况下死掉,但您仍然可能会得到不相等的亮度。并联的 LED 越多,发生灾难性故障的几率就越大。选择取决于您,您可能会想要冒险,直到您被烧了几次。

“好的判断来自经验。经验来自错误的判断。”

您假设这些 LED 中的每一个都具有完全相同的 IV 曲线。规定的规格是标称的典型数据,并且会有变化。

一个 LED 在 1.9 VF 时可能是 10mA,但另一个 LED 在相同 VF 时可能是 8 或 12 mA 或不同。这甚至没有考虑亮度。具有相同 IV 曲线的两个 LED 在颜色和亮度上也会有明显不同。

您还必须考虑供应的精度或舍入。它只能测量到 100 安培。对于适当的单毫安范围来说还不够。

还要考虑您使用的面包板的电阻。如果您测量第一个 LED 和最后一个 LED 的电压,您可能会注意到差异。

您应该在电流模式下使用好的电流表或万用表,并单独测量该电路中的每个 LED,以查看每个 LED 实际消耗的电量。

简单的答案是舍入误差,0.01 A 中只有“1 个有效数字”,应该读取 0.0058 A

但是,由于单个 LED 读数缺少 3 个有效数字,您现在可以计算每个 LED 的电流 100/17=5.8mA。

此外,您可以预测电流随电压上升而上升。标称 5 毫米超亮 LED 的内部 ESR 为 15 Ω。// 有 15 个 LED 时,ESR 约为 1Ω。(& 17 略小。)因此,每 0.10 V 的精确上升都会导致约 0.10A 的上升,这表明 Vf 曲线的“拐点”为 1.8V,其中 ESR 动态上升。

为了防止 LED 中的 ESR 不匹配,我建议在将它们并联到最大值时添加至少 50% 的 ESR 或大约 8Ω。

这会影响 Vf 与 If,并且单个批次的窄公差 <1% 或混合批次的偏高公差。因此,这会影响电流共享,并且只有在自热降低 Vf 时才会变得显着。随着电流上升到 20mA 以上,这种差异会加速,尤其是在内部阈值电压降低(肖克利效应)的情况下,内部 ESR 大电阻上的电压会上升,并从电源的恒定电压中汲取更多电流。

实际上,LED 与低压齐纳二极管一样准确,后者也具有相似的容差,但通常更糟,因为供应商在高亮度 LED 中的质量不断提高。

该红色 LED 的近似公式变为

Vf=1.8+如果*ESR

自然地添加一个串联的小串联 R 消除了不匹配引起的“均流二极管热失控”的灵敏度。

通过添加一个小系列 R 自然会损失效率,但有利于稳定预期电流。

现在公式变成了;

Vout = 1.8 + If*(ESR'+Rs)

...其中 Vout 是驱动器或 Vcc,它也具有 ESR,可以包含在上面的 ESR' 中。例如,5V CMOS 为 ~50Ω,而 CMOS <=3.3 max Vcc 为 ~25Ω ESR。

. 然后选择如果并解决卢比。

但大多数人只是使用标称 Vf@20mA 并从

Rs= (Vcc-Vf)/如果

然后选择 If 并使用最坏情况下的最大 Vcc 求解 Rs。

ESR 只是差分电阻的一个方便术语,在 CMOS 和 MOSFET 中也称为 RdsOn。

用于白色 5mm LED

Vf=2.85+If*15Ω

对于具有相似公差的标称良好零件。