Kann ich blau-grüne LEDs als MCU-Statusanzeigen bei 3,3 V verwenden?

Die moderne Elektronikindustrie hat sehr effiziente LEDs mit schönen und ausgefallenen Farben („echtes Grün“, „Cyan“ und „Blau“) entwickelt, die auf InGaN-Technologie oder ähnlichem basieren. Einige dieser LEDs haben Vorwärtsspannungen von 3,2 bis 4,2 V. Hier sind Beispiele für solche LEDs, Kingbright WP7104PR51C / A oder APT3216VBC für die Oberflächenmontage .

Die üblichen MCUs werden jedoch mit 3,3 V versorgt, und der GPIO-Ausgang liegt normalerweise bei 3,1-3,2 V, was kaum ausreicht, um diese LEDs anzusteuern. Wie kann ich diese LEDs als Anzeigen für einige Signalstatus oder den Status der Stromschiene verwenden? Benötige ich hier einen Vorwiderstand R1?

Wenn ja, wie wähle ich den Wert aus?

HAFTUNGSAUSSCHLUSS: Diese "Frage-Antwort" ist eine Ausarbeitung der ursprünglichen Frage "Gibt es einen Grund , dieser LED-Schaltung einen 1-Ohm-Widerstand hinzuzufügen?" , um den besonderen Anwendungsfall von LEDs als logische Zustandsanzeigen anzusprechen.

Sie können diese LEDs ohne Vorbehalte verwenden. Moderne LEDs sind sehr effiziente Lichtsender. Die Einschränkung besteht darin, dass LED-Spezifikationen die Durchlassspannung bei einem bestimmten Strom definieren, typischerweise bei 20 mA. Gleichzeitig wird die Lichtstärke auch bei 20 mA Testbedingungen angegeben. Und die Lichtintensität ist riesig, so etwas wie ~ 1000 mcd für WP7104PR51 LED und ~ 150 mcd für APT3216VBC LED typisch.

Die alten LEDs gaben jedoch nur 2-3 mcd aus und waren für das menschliche Auge als Statusanzeigen perfekt sichtbar. Wenn Sie 1000 mcd leuchten, wird der gesamte Raum beleuchtet und die Augen geblendet, wenn Sie direkt auf die LED schauen. Daher ist es nicht erforderlich, diese LEDs mit maximaler Leistung zu versorgen, und es ist erforderlich, ihre Lichtleistung auf ein angenehmes Maß zu reduzieren. Nachfolgend finden Sie Überlegungen zu APT3216VBC (150 mcd bei 20 mA).

Die guten Dinge sind, dass (a) die Durchlassspannung einer LED keine Konstante ist, der IV-Graph stark nichtlinear ist und ab etwa 2,4 V anstarrt:

und (b) die Lichtintensität fällt linear mit reduziertem Strom ab:

Um ein angenehmes Licht aus der APT3216VBC-LED herauszuholen, sollte der Antriebsstrom mindestens 10 bis 20 Mal auf 1 bis 2 mA reduziert werden, um ~ 15 oder ~ 7,5 mcd Licht zu erhalten. Der Arbeitspunkt im IV-Diagramm (a) sollte sich daher zu Punkt (2) bewegen, der der LED-Durchlassspannung von etwa 2,6 V entspricht. Daher sollte der GPIO einen Widerstand haben, der bei 1- um etwa 0,7 V (3,3 - 2,6) abfällt. 2 mA oder ungefähr 350-700 Ohm. Dieses Setup liefert eine Lichtleistung von 8-15 mcd. Dies könnte für ein bloßes Auge noch zu hell sein. Um das Licht auf normalere 1,5 mcd oder ein anderes Zehnfaches zu reduzieren, kann der Widerstand R1 bis zu 3-4 kOhm betragen. Sie sollten ein wenig mit LED-Samples experimentieren, um den richtigen Widerstand für die Anwendung auszuwählen.

Bei Ansteuerströmen im Bereich von ~ 1 mA können alle Bedenken hinsichtlich Temperaturschwankungen und interner GPIO-Impedanz ignoriert werden, es sei denn, die LEDs werden für Farbkalibrierungszwecke verwendet.

Kurz gesagt, die normative Lichtleistung einer ausgewählten LED muss eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des R1-Werts spielen.