Pourquoi ma résistance LED a-t-elle brûlé en allumant quatre LED en série?

17

J'ai essayé de créer un circuit pour commuter un grand affichage LED à 7 segments ( LDS-CD16RI ) en utilisant une paire de MOSFET, comme suit:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Ici, j'essaie d'utiliser un signal logique de 3,3 V (illustré par le cercle 1) pour commuter le 24 V pour piloter les LED. Ce circuit est répété pour chacun des segments de l'affichage.

La tension directe typique de chacune des LED (qui sont en série à l'intérieur de chaque segment de l'écran) est de 6,8 V, et leur courant direct maximum constant est de 20 mA, donc je visais un courant de 10 mA à travers les LED. Étant donné que ma tension d'alimentation n'est que de 24 V, je prévoyais de baisser d'environ 5,75 V entre les LED pour me donner une marge de sécurité pour la tension tombée entre M2 et R2.

Je suis arrivé à la valeur de la résistance de limitation de courant R2 à 100Ω en utilisant:

R = \frac{V_{s} - V_{f}}{I} = \frac{24 - (5.75 * 4)}{0.01} = 100 Ω

$R = \frac{V_s - V_f}{I} = \frac{24 - (5.75*4)}{0.01} = 100Ω$

Avant de construire ce circuit, j'ai calculé la puissance dissipée par R2 comme suit:

P = \frac{V^{2}}{R} = \frac{1^{2}}{100} = 0.01 W

$P = \frac{V^2}{R} = \frac{1^2}{100} = 0.01\mathrm{W}$

0,01 W semblait en dessous de la limite de 0,25 W des résistances traversantes que j'ai utilisées, j'ai donc procédé à la construction et au test de ce circuit.

Pour faire court: R2 a brûlé peu de temps après qu'un segment a été illuminé. Cela s'est produit pour chacune des instances distinctes de ce circuit entraînant les différents segments d'affichage, ce qui suggère qu'il s'agissait d'une erreur de conception plutôt que d'une défaillance d'un seul composant.

D'après mes calculs et une analyse plus approfondie, je ne comprends pas encore pourquoi cela s'est produit. Pour vérifier mon travail, j'ai reconstruit le circuit dans un simulateur qui a suggéré que la puissance de R2 serait en fait de 6,84 mW, ce qui est un résultat que je ne peux pas expliquer mais en tout cas plus petit que ce que j'avais calculé ci-dessus.

Je suppose que j'ai fait une erreur quelque part dans mes calculs ou mes hypothèses, mais je n'ai pas pu la localiser. En supposant que le problème est que la résistance dissipe en effet trop de puissance, mon circuit peut-il être réglé pour résoudre ce problème? Est-ce que R2 est un hareng rouge ici et le problème existe ailleurs dans mon circuit? Mon approche elle-même est-elle défectueuse?

led resistors 7segmentdisplay

— Martin Atkins
source

6

Mesurez la tension réelle aux bornes de chacune des LED lorsque vous utilisez votre résistance 100R et votre rail d'alimentation 24V. Pour faire bonne mesure, mesurez également la tension aux bornes de la résistance.

— Dwayne Reid

2

Selon votre circuit, vous mettez du 24 v sur la grille du M2. Cela ne répond pas à votre question sur la résistance, mais une fois que cela fonctionne, vous ne voulez pas graver M2! Je ne peux pas augmenter rapidement les données sur un FQU13P06L, mais vous l'avez probablement.

— Neil_UK

votre calcul de puissance ne correspond pas au résultat de la simulation car vous ne tenez pas compte de la chute de tension aux bornes du PMOS M2. Quelle est la chute de tension de saturation à travers elle?

— Anklon

2

Deuxième @DwayneReid. Un multimètre devrait résoudre ce mystère assez rapidement.

— Daniel

Merci pour la pointe sur la tension de grille sur M2 ... Je n'ai pas compris cela dans mon travail initial, mais je le vois maintenant. Je pense que j'aurai une question distincte sur la résolution de cela après avoir réfléchi un peu plus, bien que je doive de toute façon réduire ma tension d'alimentation (selon les réponses ci-dessous) de sorte que cela va probablement changer le problème

— Martin Atkins

48

6,8 volts semble terriblement élevé pour une seule LED. Êtes-vous sûr que 6,8 n'est pas le nombre pour les quatre LED? Cela ferait 1,7 volts par LED, ce qui est plus raisonnable pour une LED rouge. Et cela signifierait que vous poussez actuellement 172 milliampères, soit près de 3 watts à travers votre résistance.

Si tel est le cas, vous devez baisser votre alimentation à moins de 20 volts (peut-être 12 volts) pour ne pas détruire la grille de votre MosFET (M2).

— marque
source

Mark a raison. R2 doit être d'environ 1800 ohms pour 10 mA à 24 V.

— winny

Merci! J'avais conclu qu'il s'agissait d'un nombre par LED, car la virgule décimale n'a que deux chiffres et je m'attendais donc à ce que cela ne puisse pas être pour les quatre LED, mais votre explication explique pourquoi ce n'est pas une conclusion valide.

— Martin Atkins

1

Pour ma propre édification ainsi que pour le recalculer, je l'ai simulé avec les LED à une tension directe de 1,7 V et j'ai confirmé qu'en effet ~ 3W se dissipaient également à R2 en simulation.

— Martin Atkins

1

Eh bien, cela ou ajouter comme 8 ou 9 leds de plus. Utilisez l'énergie qui serait autrement gaspillée en chaleur.

— Passant du

1

@Passerby Ajoutez-les pour pourquoi? S'il avait une centaine de LED et prévoyait de les conduire quatre à la fois, alors bien sûr, il devrait fonctionner davantage en série. Mais comme ce n'est clairement pas le cas, ce n'est pas très utile. C'est comme "oh, ils distribuent de la nourriture pour chiens aujourd'hui, donc je dois acheter un chien". :)

— Graham

39

Je vois ton problème. Votre circuit montre comment vous conduisez un seul segment LED. (Je suppose que vous avez alors 7 de ces circuits, un pour chaque segment.) La fiche technique montre 4 LED en série, couvrant le segment.

Là où vous vous êtes trompé, supposons qu'il y ait une chute de tension directe de 6,8 V par LED. Il n'y a pas une telle LED rouge. En règle générale, une LED rouge aura une chute de tension directe d'environ 1,6 V à 1,8 V.C'est une caractéristique de la physique impliquée, il n'y a donc pas vraiment de possibilité de variation. Cela me dit que vous avez une chute de tension directe de 6,8 V pour les quatre LED de ce segment en série .

Donc, avec une chute de tension de 6,8 V et une alimentation de 24 V, vous perdez 17,2 V sur le 100R. Comme le dit Mark, cela vous donne une dissipation de puissance de 172 mA et 2,96 W sur la résistance. Pas sain pour une résistance de 0,25 W.

En fait, vous avez de la chance que la résistance de 0,25 W devienne fondamentalement un fusible dans ces conditions et s'éteigne presque immédiatement. Si ce n'était pas le cas, mettre 172mA à travers l'écran brûlerait cela assez rapidement, et un grand écran à 7 segments va être un peu plus cher qu'une résistance. Si vous aviez utilisé une résistance plus puissante, vous vous demanderiez pourquoi l'écran a brièvement clignoté très fort, puis est devenu noir pour toujours.

— Graham
source

Merci pour cette réponse! J'ai accepté la réponse de Mark parce qu'elle était antérieure, mais les deux étaient d'excellentes réponses et j'aurais aimé pouvoir les accepter toutes les deux. La clarification que la résistance a agi comme un fusible dans ce cas a été utile pour réfléchir à ce qui s'est passé ici.

— Martin Atkins

@MartinAtkins Assez juste. Mark était là en premier - j'ai juste ajouté un peu plus de détails sur les bords. :) Heureux que ce soit utile.

— Graham

2

@MartinAtkins En parlant généralement de SE, pas de ce fil en particulier: vous ne devriez pas accepter une réponse uniquement parce qu'elle est la première. Voir les nombreux fils à travers SE où la 1ère réponse est extrêmement pauvre et souvent supprimée une fois que cela devient évident. Si quelqu'un arrive plus tard et répond mieux à votre question, vous pouvez - et probablement devriez - changer votre réponse acceptée.

— underscore_d

0

Vous avez tort.

La tension directe dans la fiche technique concerne les séries de LED , pas les LED individuelles.

Ainsi, la chute de tension entre les LED est 6.8Vet non 6.8V * 4ou5.xV *4

Ainsi, la résistance doit faire face 17.2Vet non 0..2V.

Ainsi le courant est .17Aet la puissance est dissipée ~4W.

— Dima Tisnek
source

7

Qu'est-ce que cette réponse ajoute exactement que d'autres réponses n'ont pas déjà découvert?

— Thomas Weller

Bonne question. Je pense que cette réponse est à la fois concise et exacte.

— Dima Tisnek

-2

dépend de la puissance nominale (résistance interne) et de la couleur du led (Vf), la résistance de 100 ohms doit supporter toute la tension supplémentaire de 24 - 4xVf -4Ir ... Vf ~ 3V pour le blanc, 2V pour l'autre couleur. La plupart des LED ont une résistance élevée, à l'exception des LED de puissance comme celles de Cree ... Si la résistance contient 12 V, la puissance sera de ~ v2 / r 1,5W watts ... ajoutez plus de chaîne de LED.

— pinky
source

1

Bienvenue à EE.SE! Votre réponse est très difficile à lire et ne semble pas répondre efficacement à la question. Veuillez reformater votre réponse et vous assurer qu'elle répond précisément à la question.

— user2943160