Verwenden von Dioden zur Begrenzung des Stroms auf LEDs

Ich richte einen attiny2313 ein, um eine Reihe von LEDs anzusteuern und sie in verschiedenen Mustern zu blinken. Anstatt einen Vorwiderstand an jede LED anzupassen (sie werden separat gesteuert, sodass ich keine Tricks wie das Aneinanderreihen machen kann), habe ich mich gefragt, ob ich nur ein paar Dioden verwenden soll, um die Spannung zu senken in den richtigen Bereich.

Das System wird mit 3,3 V betrieben (mit einem Regler, um es ziemlich konstant zu halten), und zwei 1N4001-Dioden senken diese auf 1,9 V - genau entsprechend dem unteren Ende der 1,8 - 2,2 V, für die diese LEDs spezifiziert sind. Da die Dioden immer den gleichen Spannungsabfall über sich selbst aufrechterhalten möchten, muss ich mir keine Sorgen machen, dass sich diese Spannung ändert, wenn ich die LEDs ein- oder ausschalte. Insgesamt spare ich 6 Komponenten.

Hat noch jemand so etwas versucht? Irgendwelche Fallstricke, die ich übersehen habe? Mir ist klar, dass die Dioden den vollen Strom von allen LEDs abführen müssen, aber für diese kleine Strommenge scheint das kein Problem zu sein.

(Bearbeiten: Ich setze diese Dioden zwischen die gemeinsame Kathode der LEDs und Masse)

Ich muss gestehen, dass ich das nie versucht habe. Der Vorwiderstand spielt jedoch eine wichtige Rolle: Er dient dazu, den Strom durch die LED zu begrenzen. Wenn kein Widerstand vorhanden ist, kann der Strom am Ende auf einen Wert begrenzt werden, der für die LED oder den Treibertransistor zu hoch ist. Theoretisch sollten Sie die UI-Eigenschaften der Dioden und der LED grafisch hinzufügen und anhand der resultierenden Eigenschaften sehen, wie hoch der Strom für Ihren Vcc-Wert ist. Das Hauptproblem besteht jedoch darin, dass dieser Strom nicht zuverlässig vorhergesagt werden kann, da die Eigenschaften des UI-Katalogs der Dioden und der LED eine typische Kurve ergeben und sich diese Kurve auch mit der Temperatur verschiebt.

Also, während es funktionieren mag, würde ich nicht darauf zählen, dass es in jedem Fall funktioniert. Möglicherweise haben Sie jedoch Hilfe von einem unerwarteten Ort: dem IC, der Ihre LEDs steuert. Manchmal haben die digitalen Ausgänge interne Widerstände oder andere Möglichkeiten, den Ausgangsstrom zu begrenzen, um eine Überlastung zu vermeiden. Überprüfen Sie daher das Datenblatt für Ihre attiny2313.

Verwenden einer anderen Diode, um die Quellenspannung an die LED-Spannung anzupassen : NEIN NEIN NEIN!

Eine LED ist im Grunde eine Spannungssenke: Sie zieht keinen Strom, bis die Spannung über ihr den Diodenübergang vorwärts vorspannt, und plötzlich, wenn Sie genug Spannung erhalten, steigt der Strom durch sie dramatisch an. Die Lichtleistung einer LED hängt stark von der Strommenge ab, die Sie durch sie leiten: mehr Strom = mehr Lichtleistung. Obwohl der Spannungsabfall ungefähr konstant ist, variiert er mit der Temperatur und von Gerät zu Gerät.

In fast allen Anwendungen möchten Sie die Lichtleistung und damit den Strom unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung und des LED-Spannungsabfalls auf einen festen Wert einstellen. Dies bedeutet, dass die ideale Quelle für eine LED-Last eine Konstantstromquelle ist - die Sie implementieren können. Es ist nur mühsam, dies ohne einige zusätzliche Komponenten zu tun. In der Praxis verwenden wir nur eine Spannungsquelle (ein- und ausgeschaltet durch ein Logikgatter oder einen MOSFET oder einen Bipolartransistor) und einen Widerstand, um den Strom einzustellen.

Die Schlüsselgleichung lautet V _Versorgung - V _LED = I _LED * R oder I _LED = (V _Versorgung - V _LED ) / R.

Der Begriff auf der linken Seite ist die Differenz zwischen Versorgungsspannung und LED-Spannungsabfall. Dies kann mit der Temperatur und von Teil zu Teil variieren. Eine Empfindlichkeitsanalyse ist hier ziemlich einfach: ΔI = ΔV / R - die Änderung des Stroms ist gleich dem 1 / R-fachen der Änderung der Spannung. Wenn Sie möchten, dass Ihr LED-Strom weniger empfindlich auf Spannungsänderungen reagiert, bedeutet dies, dass der Wert von R höher sein sollte. Für einen bestimmten nominalen LED-Strom (normalerweise zwischen 5 mA und 20 mA) ist der Strom weniger empfindlich gegenüber Änderungen in Spannung, wenn die Quellenspannung höher und der Widerstand höher ist.

Wenn Sie die Versorgungsspannung mit einer zweiten Diode senken, tun Sie genau das Gegenteil: Um den gewünschten Strom zu erhalten, müssen Sie den Wert von R reduzieren, wodurch der Laststrom empfindlicher auf Spannungsschwankungen reagiert. UND Sie führen auch ein anderes Schaltungselement (diese neue Diode) ein, das zusätzliche Spannungstoleranzen aufweist, wodurch diese Spannungsschwankungen größer werden. Sie würden zusätzliche Komponenten hinzufügen, die keinen anderen Zweck erfüllen, als die Lichtleistung empfindlicher für Schwankungen der Versorgungsspannung, Temperatur und Teile zu machen.

Die einzigen anderen Dinge, die hier berücksichtigt werden sollten, sind die Verlustleistung. Wenn Sie eine feste Spannungsquelle (z. B. 5 V) und eine LED oder ein anderes Schaltungselement haben, das nur einen Bruchteil dieser Spannung (z. B. 1,2 V) verwendet, ist nur ein Bruchteil der Leistung (in diesem Beispiel 1,2 / 5 V = 24%) in der LED zerstreut, und der Rest (76%) wird in etwas anderem zerstreut, das Sie benötigen, um die beiden miteinander zu verbinden. Dies gilt für jedes lineare Netzteil (siehe unten für einen Kommentar zu Umschaltern). Dies geht in Wärme über, die ordnungsgemäß abgeführt werden muss, und in den meisten Fällen ist ein Widerstand der billigste und einfachste Weg, eine bestimmte Wärmemenge kontrolliert abzuleiten. Sie arbeiten ordnungsgemäß in einem höheren Temperaturbereich (die meisten Dioden / Transistoren arbeiten bis zu einer maximalen Temperatur von 150 ° C) und ihr Verhalten variiert weniger mit der Temperatur.

Die Ausnahme von all diesen Überlegungen ist ein Schaltnetzteil. Viele LED-Treiber gehen den Umschalterweg und verwenden Pulsweitenmodulation + einen Schalttransistor und einen Induktor, um die Effizienz zu steigern. Dadurch kann im Wesentlichen die gesamte Verlustleistung in der LED auftreten (mit einem geringen Verlust in einem Schalt-MOSFET und einer Induktivität). Sie behandeln die LED jedoch immer noch als Spannungssenke, wobei der Schalttransistor + Induktor als Stromquelle fungiert und ihr Tastverhältnis variiert, um die LED-Helligkeit zu steuern (in hochwertigen visuellen Anzeigen gibt es auch einen Lichtsensor-Chip, so dass Der Strom kann variiert werden, um die Alterung der LED im Laufe der Zeit auszugleichen, damit weißes Licht nicht in Richtung Rot, Grün oder Blau driftet. Ein LED-Schalttreiber kostet jedoch $$. Wenn Sie also nicht die Effizienz benötigen, würde ich mich nicht darum kümmern.

Fazit: Halten Sie es einfach, verwenden Sie den Widerstand selbst.

Entschuldigung, aber die ganze Prämisse der Frage wird nicht funktionieren, da Dioden den Strom nicht begrenzen. Sie scheinen Spannung und Strom etwas zu verwechseln. Ohne Widerstand gibt es nichts, was den Strom begrenzen könnte. Im besten Fall funktionieren die LEDs einwandfrei, nutzen sich jedoch aufgrund von Überstrom viel früher ab. Im schlimmsten Fall wird die LED von zu viel Strom getrennt, und im schlimmsten Fall wird Ihr Mikrocontroller gebraten, indem versucht wird, zu viel Strom abzusenken oder zu beziehen.

Grundsätzlich lautet die Antwort, dass Sie den Strom immer mithilfe von Widerständen begrenzen müssen, es sei denn, Sie verwenden einen speziellen LED-Treiber-IC, der dies für Sie erledigt (häufig als "Konstantstromsenke" oder "Konstantstromquelle" bezeichnet).

Ich habe bereits Allegros LED-Treiber-ICs verwendet , sie funktionieren recht gut. Sie können 16 einzelne LEDs mit nur 3 Pins an Ihrem Mikrocontroller steuern (oder viele mehr, wenn Sie Matrixing oder Multiplexing verwenden). Verschiedene andere Anbieter stellen ebenfalls LED-Treiber-ICs her. Oder Sie können es selbst tun, indem Sie einfach eine Kombination aus Schieberegistern, Transistoren und Widerständen verwenden.

Mir fällt auf, dass eine schöne Eigenschaft von Vorwiderständen darin besteht, dass wenn die Eingangsspannung zu sinken beginnt (z. B. wenn die Batterien schwach werden), sie allmählich weniger der Gesamtspannung ausmachen, wenn der Strom durch die LEDs fällt. Dadurch bleiben die LEDs länger heller. Die Dioden haben diese Flexibilität nicht.

davr hat hier die beste antwort. Dioden mit Vorwärtsvorspannung haben einen Strom, der sehr spannungsempfindlich ist. (und Temperatur ...) Sie regeln also nicht die Spannung, sondern den Strom. Ein Widerstand ist der einfachste (und nicht sehr energieeffiziente Weg, dies zu tun).

Ein typischer Maximalstrom eines Mikrocontrollers beträgt 40 mA. Manchmal ist dies begrenzt und manchmal wird das UC heruntergefahren. Deshalb kann man manchmal eine LED direkt an eine UC anschließen.

Wenn Sie eine LED ansteuern, ist die Spannung nicht wichtig, da sie konstant ist. Es lässt (fast) den gesamten Strom, den Sie bereitstellen, bis zum Bruch durch. Deshalb muss man es irgendwie begrenzen und eine Diode wird es nicht tun.

Angenommen, Sie beschränken die Stromversorgung auf beispielsweise 40 mA. Wenn Sie nicht für jede LED einen Widerstand verwenden, wird der Strom verteilt. Wenn Sie also eine Diode anzünden, ist diese sehr hell und beim Einschalten von 10 LEDs werden sie eingeschaltet zehnmal dunkler sein.

Deshalb reguliert jedes LED-Tutorial, das Sie im Netz sehen, den Strom mit einfachen Widerständen.

Ich möchte einen Vorschlag hinzufügen: Bauen Sie einen aktuellen Spiegel. Das Problem mit den Widerständen ist, dass sie jederzeit der gleichen Menge widerstehen. Sie verlieren eine gewisse Energiemenge, wenn Sie dem Stromfluss widerstehen, selbst wenn die LEDs normalerweise nicht zu viel ziehen würden. Ein Stromspiegel oder eine Konstantstromquelle ist viel effizienter und ermöglicht die Auswahl eines bestimmten Stroms, mit dem gearbeitet werden soll.

Außerdem können Sie einen Treiberchip wie den ULN2803 (Linky: ULN2803) verwenden

Sie werden feststellen, dass es viel mehr Strom verarbeiten kann als ein Mikrocontroller und es Ihnen ermöglicht, einige ziemlich große Lasten anzutreiben.

Wenn Sie in der Lage sind, Ihren gesamten Stromkreis mit der Durchlassspannung der LED zu betreiben, gibt es kein Problem - es wird gut funktionieren. Warum nicht einen variablen Regler verwenden und die Spannung auf diese Weise senken, anstatt 3,3 V und zwei Dioden? Alternativ können Sie die Dioden zwischen der gemeinsamen Kathode der LEDs und Masse verwenden - wieder kein Problem.

Auf Ihrem LED-Datenblatt sollte sich ein Diagramm mit der Bezeichnung "LED-Strom vs. Durchlassspannung" befinden. Es sollte auch so etwas wie "Tastverhältnis gegenüber zulässigem Strom" geben, was ebenfalls hilfreich sein kann. Diese Grafiken zeigen den Unterschied zwischen einer "idealen" Diode und Ihrer tatsächlichen ... und wir können dies zu unserem Vorteil nutzen!

Ich habe eine Spannung gewählt, die einen Strom ergibt, der halb so hoch ist wie die maximale Nennleistung. Ich stöberte durch Dioden, bis ich eine Kombination fand, die die Spannung von 5 V auf 2,8 V senkte. Diese LED ergab einen gemessenen Strom von 9,2 mA, weniger als die Hälfte der maximalen Nennleistung. Die Helligkeit war normal. Die Methode ist zwar nicht ideal, funktioniert aber auch bei 100% Einschaltdauer einwandfrei.

Sie müssen die Spannung jedoch ziemlich gut steuern. Ein variables Tischnetzteil und ein Amperemeter helfen viel, obwohl auch Versuch und Irrtum gut funktionieren. Normalerweise würde ich nur Widerstände verwenden, aber ich habe keine und kann momentan keine mehr kaufen.

Wenn eine Diode als Spannungsabfall für LEDs verwendet wird, kann die Diodenkapazität beim Einschalten ein Problem darstellen und einen sehr kurzen, aber hohen LED-Strom ermöglichen, bevor die Diode leitet. Umfangsprüfungen der LED-Ströme beim Einschalten würden zeigen, ob dies geschieht.

Ich mag Ihre Idee und ich denke, sie ist ausgezeichnet. Ich würde die Hardware nur ein wenig ändern.

Wenn Sie von einer Zenerdiode gehört haben, denke ich, dass es mehr ist, wonach Sie suchen. Sie halten eine konstante Spannung über einen weiten Bereich von Strömen, und Sie können eine für 1,8 V erhalten. Ein Zener ist eine Diode mit einer sehr kontrollierten Durchbruchspannung, die sich nicht merklich ändert. Die 5,1-V-Zenerdioden sind aufgrund der physikalischen Parameter am temperaturunabhängigsten, es kann aber auch eine 1,8 sein.

Die LED, die Sie verwenden, hat eine anständig große Betriebswut, daher sollte eine Abweichung in Ihrer Stromversorgung kein großes Problem für die Schaltung sein, wodurch der Grund beseitigt wird, warum Menschen normalerweise Widerstände als Leistungsbegrenzer verwenden, aber wir messen dies häufig als Strom / Spannungsbegrenzungsvorrichtung.

Ich mache mir Sorgen, dass Sie den maximalen Strom übersehen, den Ihr Mikrocontroller ausgeben kann. Dies wurde jedoch in anderen Beiträgen erwähnt.

Die Verwendung eines Zener zum Absenken einer Spannung auf einen Betriebsbereich für ein anderes Gerät ist eine gängige Praxis, über die ich gelesen und die ich selbst verwendet habe. Ich bin sicher, Sie werden mit dem Ergebnis zufrieden sein.