La tension directe des LED est une plage, alors comment calculer la valeur de la résistance?

Dans tous les exemples de LED que je trouve, ils ont la tension directe réglée sur un nombre spécifique (c'est-à-dire 2.1v) et calculent la résistance nécessaire en fonction de ce nombre. Mais quand je regarde les fiches techniques, la tension directe est comprise dans des plages (2.0v - 2.5v). Cela a du sens pour moi car toutes les LED ne sont pas créées égales. Mais il est difficile pour moi de comprendre quelle résistance utiliser.

J'ai donc décidé de concevoir un circuit. J'ai une source de tension 3v (2 piles AA) qui se connecte à une résistance qui se connecte à une LED qui se connecte à nouveau à la source de tension. Le courant durable maximum de la LED est de 20mA.

J'ai décidé d'utiliser la loi d'Ohm sur les extrémités basse et haute de la plage de tension directe pour calculer les résistances.

( 3,0 v - 2,5 v ) / 20 m A = 25

Le problème vient quand je choisis une résistance. Disons que je choisis la résistance de 50 ohms, mais la LED que j'obtiens a en fait une tension directe de 2,5 V. La quantité réelle de courant qui passerait par la LED serait de 10 mA. Cela n'utilise pas la LED à son plein potentiel.

Si j'utilise la résistance de 25 ohms et que la LED a une tension directe de 2,0 V, la quantité de courant passant par la LED serait de 40 mA. Ma LED allait exploser.

L'utilisation de la "valeur définie" de 2,1 V pour calculer la résistance nous donne 45 Ohms.

Si ma LED avait une tension directe de 2,0 V, le courant serait de 22 mA. C'est plus que la cote de la LED. Si la LED avait une tension directe de 2,5 V, le courant serait de 11 mA, ce qui n'utilise pas la LED à son plein potentiel.

Remarque: je ne m'inquiète pas trop de tirer le plein potentiel d'une LED. (Si je comprends bien, 10 mA devraient fonctionner correctement pour allumer une LED.) Je veux juste savoir comment les vrais ingénieurs gèrent ce problème. Un courant de 10 mA est-il acceptable? Pouvez-vous réellement vous en tirer avec 22mA même si les spécifications indiquent 20mA? Que faites-vous lorsque vous avez besoin que vos LED fonctionnent à une luminosité maximale?

C'est un problème général avec l'utilisation d'une résistance de limitation de courant avec des LED lorsque la tension d'alimentation est proche de la tension directe de la LED. Vous n'avez tout simplement pas assez de surcharge pour que la résistance soit suffisamment grande pour absorber la différence de tension directe entre les diodes et les diodes.

Vous avez également le problème que les batteries elles-mêmes auront une autonomie importante et seront probablement plus de 3V lorsqu'elles sont neuves.

En règle générale, il est préférable de piloter des LED avec une source de courant plutôt qu'une source de tension. Cependant, même dans ce cas, vous avez besoin d'une certaine marge pour que le limiteur de courant fonctionne et un demi-volt est vraiment serré.

Il existe des moyens de le faire avec suffisamment de précision sous toutes vos contraintes, mais cela se complique et a un coût et vide la batterie plus rapidement.

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

Assez étonnant après toutes ces années que personne ne semble avoir mis cela sur un simple petit SOIC.

Mais, en fin de compte, à moins que vos exigences ne soient strictes sur le courant direct nécessaire, il est préférable de simplement ajouter une autre batterie afin d'avoir une tension nominale de 4,5 V et d'utiliser une résistance plus grande.

Il semble que vous réfléchissiez trop au problème.

1. $\frac{1}{4}\:\textrm{V}$$\times\: 2$ dans le courant qui le traverse. Mais deux LED blanches différentes du même lot peuvent présenter autant de variations, juste l'une à l'autre.
2. De plus, les LED sont assez résistantes et sont souvent utilisées dans des modes pulsés (multiplexés) où le courant de crête est beaucoup plus élevé que la moyenne. Et ils peuvent généralement le gérer très bien.
3. Enfin, la conscience humaine de la luminosité est heureusement logarithmique. Donc, un changement de courant dans la LED d'un facteur de$\times\:2$

Donc, dans l'ensemble, le niveau exact de courant n'est généralement pas si important quand une LED est utilisée comme voyant. Et la tension aux bornes d'une LED ne varie pas beaucoup, de toute façon.

L'essentiel est de s'assurer qu'il y a suffisamment de surtension pour faire fonctionner la LED de manière cohérente dans une conception et que la méthode de régulation du courant est suffisante pour le besoin (quoi que cela puisse signifier) ​​et ne coûte pas trop cher (. ..) et ne prend pas trop de place (...) et ne chauffe pas les choses environnantes, il ne devrait pas (...) et ne décharge pas la batterie plus que nécessaire (...) et sinon n'interfère pas avec les autres spécifications de conception (quelles qu'elles soient.)

Bref, il y a généralement bien trop de préoccupations pour être inquiétantes.

[Si la LED est utilisée comme l'une des trois LED RGB, avec l'intention de l'utiliser comme pixel LED dans un grand écran externe, il peut être très important (ou non, selon les exigences) que les courants soient soigneusement calibré dans chacune des LED individuelles afin de garantir que les critères de conception réels tels que la "balance des blancs" peuvent être respectés. (Outre tout "binning" LED qui peut avoir été effectué avant l'assemblage en pixel RVB.)]

Vous présentez un problème, concernant le courant LED, où le problème utilise une faible tension aérienne et exagère le problème en faisant varier les tensions LED (ce qui, je suppose, pourrait arriver). Il existe une solution modeste à de tels cas, cependant Je ne peux pas dire que quiconque se soucierait de mettre trois BJT et une résistance au problème. Mais disons que vous avez en fait un objectif de conception de contrôle «à faible surcharge» et de contrôle du courant cohérent indépendamment de la variation de tension des LED. Dans un tel cas, la méthode la moins chère consiste probablement à utiliser un miroir actuel, comme suit:

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

$Q_1$$Q_3$

Dans les situations à faible surcharge, une résistance constitue un très mauvais régulateur de courant. C'est comme ça. Donc, vous vivez avec ou non, selon les circonstances.

$V_{CC}$

^{simuler ce circuit}

$V_{BE}$$R_2$$R_3$$V_{CC}$$R_3$$V_{CC}$$R_1$$V_{BE}$$R_2$$R_1$$V_{CC}$

$V_{CC}$$2.5\:\textrm{V}$

Tout d'abord, vous spécifiez un seul fabricant de LED et un seul numéro de pièce. La plage en Vf d'une partie à l'autre ne sera pas aussi grande que vous le suggérez (pas 0,5 V).

Deuxièmement, de petites variations de luminosité ne sont pas facilement détectables à l'œil. Vous n'avez donc pas à vous soucier des petites variations d'unité à l'autre.

Troisièmement, lorsque cela est possible, vous alimentez les LED à partir d'une tension régulée, pas de la batterie, de sorte que vous supprimez une source de variation.

Quatrièmement, lorsque la seule source d'alimentation disponible est variable (comme une batterie), vous pilotez la LED avec une source de courant au lieu d'une source de tension avec une résistance de limitation de courant. S'il y a au moins une tension régulée disponible (même s'il s'agit d'une basse tension), il est assez facile de faire une source de courant satisfaisante pour piloter un indicateur LED en utilisant un seul transistor et quelques résistances. C'est bon marché mais prend de la place sur des conceptions très limitées en espace.

S'il n'y a même pas une seule tension régulée disponible, vous pouvez toujours créer une source de courant décente en utilisant deux diodes en série comme référence de tension.

Je ne sais pas si je suis un vrai ingénieur, mais j'ai dû faire tout cela lors de la conception de produits de consommation, et c'est ainsi que je l'ai traité. Une autre chose qui peut vraiment vous procurer des indicateurs LED est lorsque de lourdes charges provoquent un affaissement de la tension de la batterie. Par exemple, un moteur vibrant ou un haut-parleur peut faire chuter la tension de la batterie sur certains produits. Ce statisme peut provoquer un scintillement notable ou une variation de la luminosité de la LED lorsque la LED est entraînée par la batterie. C'est une autre raison d'utiliser à la place une source actuelle.

Voici une source de courant lorsque la LED est alimentée par la batterie, mais vous disposez d'un signal GPIO dérivé d'une tension régulée:

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

Dans le schéma ci-dessus, peu importe si la LED est alimentée à 3,3 V ou VBATT ou autre, tant que le GPIO est alimenté à partir d'une source réglementée. J'ai copié ceci d'une autre réponse. Vous souhaitez modifier la résistance de l'émetteur pour obtenir le courant spécifique que vous recherchez. Lorsqu'il n'y a pas beaucoup de frais généraux disponibles, vous pouvez également réduire R2 afin que la tension de base soit inférieure à 1 V.

Voici un circuit pour quand il n'y a pas de tension régulée disponible:

^{simuler ce circuit}

Dans le circuit ci-dessus, D1 et D2 agissent comme une référence de tension. La tension variera, mais pas autant que la tension de la batterie. Cette tension constante à la base de Q1 est ensuite exploitée en une tension constante aux bornes de R3, et donc, un courant de collecteur constant (le transistor ne sera saturé que si VBATT est très faible). Je n'ai pas vraiment fait cela dans une conception de production, mais je pense que cela fonctionnerait bien.

Par rapport à un simple interrupteur saturé, les deux circuits font un bon travail pour maintenir le courant souhaité même quand il y a à peine assez de tension disponible pour garder la LED allumée.

Voici quelques résultats de simulation comparant le simple commutateur saturé à la résistance de limitation de courant (D1), le circuit de référence du diviseur de tension (D2) et la référence à deux diodes (D5). C'est avec une LED 3V. Notez que les valeurs de résistance ont été modifiées pour obtenir environ 9 mA à VBATT = 4,2 V.

Comme vous pouvez le voir, la source de courant avec la référence du diviseur de tension a maintenu de bonnes performances, disons 3,35 V. Il n'a donc besoin que d'environ 350 mV de surcharge.

Le circuit de référence à deux diodes a maintenu de bonnes performances jusqu'à environ 3,45 V, soit environ 450 mV de surcharge.

Le circuit standard ne maintient vraiment pas du tout un courant régulé. Le courant baisse linéairement avec la tension de la batterie.

Notez également que le circuit de référence à deux diodes et le circuit de référence du diviseur de tension ont tous deux un courant plus élevé à toutes les tensions de batterie par rapport au circuit standard, sauf à la tension de batterie maximale.

C'est un problème courant avec l'utilisation d'une résistance comme dispositif de limitation de courant et d'une source de tension qui n'est qu'à une petite distance de tension au-dessus de la plage de tension de fonctionnement des DEL, ET une plage de tension directe des DEL étant si large.

Tout d'abord pour expliquer, la "plage" de tension directe des LED n'est pas une plage que vous pouvez sélectionner pour le faire fonctionner, c'est la plage de tensions à laquelle la LED fonctionnera éventuellement à IF étant donné le courant correct (le courant direct) (cette tension variera de unité à unité et d'un lot à l'autre).

Sans changer aucun de votre matériel, la résistance correcte pour concevoir le circuit est d'utiliser la tension la plus basse possible dans la plage de vf (2.0v) pour faire vos calculs, cela signifie que les unités avec un vf réel de 2.0v fonctionneront au maximum le courant direct et donc la luminosité, et ceux avec un vf plus élevé (> 2.0) fonctionneront avec moins de courant et moins de luminosité que la conception maximale de ce type de LED, mais au moins n'importe quelle unité de ce modèle LED fonctionnera dans des limites sûres.

Donc, si vous vouliez améliorer ou corriger les 3 raisons que j'ai données, si par exemple votre application ne peut pas tolérer une luminosité plus faible de la LED, vous pouvez faire l'une des choses suivantes: 1) utiliser un meilleur circuit de limitation de courant qu'une simple résistance. il y a des puces qui font cela. 2) en utilisant une tension supérieure à la tension directe. 3) en utilisant une LED avec une gamme plus étroite de spécifications de tension directe.