LED 순방향 전압은 범위이므로 저항 값을 어떻게 계산합니까?

내가 찾은 모든 LED 예제에서, 순방향 전압은 특정 숫자 (예 : 2.1v)로 설정되어 있고 그 숫자에 따라 필요한 저항을 계산합니다. 그러나 데이터 시트를 볼 때 순방향 전압은 범위 (2.0v-2.5v)에 있습니다. 모든 LED가 동일하게 생성되는 것은 아니기 때문에 나에게 의미가 있습니다. 그러나 어떤 저항을 사용 해야하는지 파악하기가 어렵습니다.

그래서 회로를 설계하기로 결정했습니다. 전압 소스에 다시 연결되는 LED에 연결하는 저항에 연결하는 3V 전압 소스 (AA 배터리 2 개)가 있습니다. LED의 최대 지속 가능한 전류는 20mA입니다.

저항을 계산하기 위해 순방향 전압 범위의 로우 엔드 및 하이 엔드에서 옴의 법칙을 사용하기로 결정했습니다.

저항을 선택할 때 문제가 발생합니다. 50 Ohm 저항을 선택했지만 실제로 얻는 LED의 순방향 전압은 2.5v라고 가정 해 봅시다. LED를 통과하는 실제 전류량은 10mA입니다. 그것은 잠재력을 최대한 발휘하기 위해 LED를 사용하지 않습니다.

25 Ohm 저항을 사용하고 LED의 순방향 전압이 2.0v이면 LED를 통과하는 전류의 양은 40mA입니다. 내 LED가 폭발 할 것입니다.

저항을 계산하기 위해 2.1v의 "설정 값"을 사용하면 45 옴이됩니다.

LED의 순방향 전압이 2.0v 인 경우 전류는 22mA입니다. 그것은 LED의 정격을 초과합니다. LED의 순방향 전압이 2.5v 인 경우 전류는 11mA가되며 LED를 최대로 사용하지 않습니다.

참고 : 나는 LED에서 잠재력을 최대한 활용하는 것에 대해 걱정하지 않습니다. (올바로 이해하면 10mA가 LED를 밝게 비추기 위해 잘 작동합니다.) 실제 엔지니어가이 문제를 어떻게 처리하는지 알고 싶습니다. 10mA 전류가 허용됩니까? 스펙이 20mA라고해도 실제로 22mA를 벗어날 수 있습니까? 피크 밝기로 LED를 작동 시키려면 어떻게해야합니까?

이는 공급 전압이 LED의 순방향 전압에 가까울 때 LED에 전류 제한 저항을 사용하는 일반적인 문제입니다. 저항이 다이오드 대 다이오드 순방향 전압 차이를 흡수 할만큼 충분히 큰 오버 헤드가 없을뿐입니다.

또한 배터리 자체가 상당한 범위를 가지며 새 제품 일 때 3V 이상이 될 수 있다는 문제가 있습니다.

일반적으로 전압원이 아닌 전류원으로 LED를 구동하는 것이 좋습니다. 그러나 그때도 전류 리미터가 작동하기 위해서는 약간의 여유 공간이 필요하며 반 볼트는 실제로 빡빡합니다.

모든 제약 조건에서 충분히 정확하게 수행 할 수있는 방법이 있지만 복잡하고 비용이 많이 들고 배터리가 더 빨리 소모됩니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

이 몇 년이 지난 후에도 아무도 그렇게 작은 SOIC에 그것을 넣지 않은 것 같습니다.

그러나 궁극적으로 필요한 순방향 전류에 대한 요구 사항이 엄격하지 않으면 다른 배터리를 던져서 공칭 4.5V를 가지며 더 큰 저항을 사용하는 것이 좋습니다.

문제를 지나치게 생각하는 것처럼 들립니다.

1. 예를 들어, 흰색 LED는 아마도 나타낼 수 있습니다$\frac{1}{4}\:\textrm{V}$$\times\: 2$
2. 또한 LED는 매우 견고하며 피크 전류가 평균보다 훨씬 높은 펄스 (멀티플렉싱) 모드에서 종종 사용됩니다. 그리고 그들은 보통 잘 처리 할 수 ​​있습니다.
3. 마지막으로, 밝기에 대한 인간의 인식은 다행스럽게도 대수입니다. 따라서 의 계수에 의해 LED의 전류 변화$\times\:2$

따라서 LED가 표시등으로 사용될 때 정확한 전류 수준은 일반적으로 그렇게 중요하지 않습니다. 그리고 LED의 전압은 어쨌든 크게 변하지 않습니다.

가장 중요한 것은 실제로 설계에서 LED를 일관되게 작동시키기에 충분한 전압 오버 헤드가 있고 전류를 조절하는 방법이 필요에 따라 충분 하고 (무엇이든) 비용이 많이 들지 않도록하는 것입니다. ..) 및 너무 많은 공간을 차지하지 않으며 (...) 주변에 열을 가하지 않아야합니다 (...). 필요 이상으로 배터리를 방전시키지 않습니다 (...). 그렇지 않으면 다른 설계 사양을 방해하지 않습니다 (무엇이든).

요컨대, 걱정할 다른 우려가 너무 많습니다.

[LED를 대형 외부 디스플레이에서 LED 픽셀로 사용하려는 의도로 3 개의 RGB LED 중 하나로 LED를 사용하는 경우 전류가 신중하게 유지되는 것이 매우 중요하거나 요구 사항에 따라 다를 수 있습니다. "화이트 밸런스"와 같은 실제 설계 기준을 충족하기 위해 각 개별 LED에서 교정됩니다. (RGB 픽셀로 조립하기 전에 수행 된 LED "binning"외에)]

LED 전류와 관련하여 문제가 발생합니다.이 문제는 오버 헤드 저전압을 사용하고 LED 전압이 약간 달라서 문제를 과장합니다 (생각할 수 있습니다). 그런 경우에는 적당한 해결책이 있습니다. 누구도 3 개의 BJT와 저항을 문제에 두는 것에 신경 쓰지 않는다고 말할 수는 없습니다. 그러나 실제로 LED 전압 변동에 관계없이 "낮은 오버 헤드"제어 및 일관된 전류 제어라는 설계 목표를 가지고 있다고 가정 해 봅시다. 이러한 경우 가장 저렴한 방법은 다음과 같이 현재 미러를 사용하는 것입니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

$Q_1$$Q_3$

오버 헤드가 낮은 상황에서 저항은 전류 레귤레이터를 매우 열악하게 만듭니다. 그것이 바로 그 방법입니다. 따라서 상황에 따라 함께 살거나 살지 않을 것입니다.

$V_{CC}$

^{이 회로를 시뮬레이션}

$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}$

먼저 단일 LED 제조업체와 부품 번호를 지정합니다. 부품마다 Vf의 범위는 제안한 것 (0.5V 아님)만큼 크지 않습니다.

둘째, 작은 밝기 변화는 눈에 쉽게 감지되지 않습니다. 따라서 단위마다 작은 변형에 대해 걱정할 필요가 없습니다.

셋째, 가능한 경우 배터리가 아닌 조절 된 전압으로 LED에 전원을 공급하여 하나의 변동 원인을 제거합니다.

넷째, 사용 가능한 유일한 전원 (예 : 배터리)이 가변적이면 전류 제한 저항이있는 전압 소스 대신 전류 소스로 LED를 구동합니다. 사용 가능한 조정 된 전압이 하나 이상인 경우 (저전압 임에도 불구하고) 하나의 트랜지스터와 몇 개의 저항 만 사용하여 LED 표시기를 구동하기에 충분한 전류원을 만드는 것이 매우 쉽습니다. 이것은 저렴하지만 공간 제약이 많은 설계에서 공간을 차지합니다.

사용 가능한 단일 조절 전압이 하나도없는 경우에도 전압 레퍼런스로 직렬로 2 개의 다이오드를 사용하여 적절한 전류원을 만들 수 있습니다.

실제 엔지니어인지 확실하지 않지만 소비자 제품을 디자인하는 동안이 모든 작업을 수행해야했기 때문에이를 처리했습니다. LED 표시기를 사용하여 실제로 얻을 수있는 또 다른 사항은 과부하로 인해 배터리 전압이 저하되는 경우입니다. 예를 들어 진동 모터 나 스피커로 인해 일부 제품에서 배터리 전압이 떨어질 수 있습니다. 이러한 처짐은 LED가 배터리에서 구동 될 때 눈에 띄게 깜박 거리거나 LED 밝기가 변할 수 있습니다. 이것이 대신 현재 소스를 사용하는 또 다른 이유입니다.

배터리에서 LED에 전원을 공급할 때 사용되는 전류 소스는 다음과 같습니다. 그러나 조절 된 전압에서 파생 된 GPIO 신호를 사용할 수 있습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

위의 회로도에서 GPIO가 조정 된 소스에서 전원을 공급받는 한 LED가 3.3V 또는 VBATT 등으로 전원이 공급되는지 여부는 중요하지 않습니다. 다른 답변에서 이것을 복사했습니다. 찾고자하는 특정 전류를 얻기 위해 이미 터 저항을 조정하려고합니다. 사용 가능한 오버 헤드가 많지 않은 경우 기본 전압이 1V 미만이되도록 R2를 줄일 수도 있습니다.

사용 가능한 조절 전압이 없을 때의 회로는 다음과 같습니다.

^{이 회로를 시뮬레이션}

위 회로에서 D1과 D2는 전압 레퍼런스로 작동합니다. 전압은 변하지 만 배터리 전압만큼 크지는 않습니다. 그러면 Q1베이스의이 정전압은 R3 양단의 정전압으로 사용되므로 정전류 컬렉터 전류 (VBATT가 매우 낮지 않으면 트랜지스터가 포화되지 않음) 실제로 프로덕션 디자인에서는이 작업을 수행하지 않았지만 정상적으로 작동한다고 생각합니다.

간단한 포화 스위치와 비교할 때 두 회로 모두 LED를 밝게 유지하기 위해 충분한 전압이 거의 없을 때에도 원하는 전류를 유지하는 데 효과적입니다.

다음은 간단한 포화 스위치와 전류 제한 저항 (D1), 전압 분배기 기준 회로 (D2) 및 2 다이오드 기준 (D5)을 비교 한 시뮬레이션 결과입니다. 이것은 3V LED입니다. 저항 값은 VBATT = 4.2V에서 약 9mA가되도록 조정되었습니다.

보시다시피, 전압 분배기 기준을 갖는 전류원은 3.35V라고하는 우수한 성능을 유지했습니다. 따라서 약 350mV의 오버 헤드 만 필요합니다.

2 개의 다이오드 기준 회로는 약 450mV의 오버 헤드 인 약 3.45V까지 양호한 성능을 유지했다.

표준 회로는 실제로 조정 된 전류를 전혀 유지하지 않습니다. 배터리 전압에 따라 전류가 선형으로 떨어집니다.

또한 2- 다이오드 기준 회로와 분압기 기준 회로는 최대 배터리 전압을 제외하고 표준 회로에 비해 모든 배터리 전압에서 더 높은 전류를 가짐에 유의하십시오.

이는 전류 제한 장치로 저항을 사용하고 LED 작동 전압 범위보다 작은 전압 거리에 불과한 전압 소스와 LED 순방향 전압 범위가 너무 넓은 일반적인 문제입니다.

먼저 설명하면, LED 순방향 전압 "범위"는 작동하도록 선택할 수있는 범위가 아니며, 올바른 전류 (순방향 전류)가 주어진 경우 LED가 작동 할 수있는 전압 범위입니다 (이 전압은 단위마다, 배치마다).

하드웨어를 변경하지 않고 회로를 설계하는 올바른 저항은 vf 범위 (2.0v)에서 가능한 가장 낮은 전압을 사용하여 계산을 수행하는 것입니다. 이는 실제 vf가 2.0v 인 장치가 최대에서 실행됨을 의미합니다. 순방향 전류와 그에 따른 밝기, 그리고 vf (> 2.0)가 더 높은 것들은이 유형의 LED의 최대 설계보다 적은 전류와 낮은 밝기에서 작동하지만,이 모델 LED의 모든 단위는 안전한 한계 내에서 작동합니다.

예를 들어, 응용 프로그램이 LED의 밝기를 낮출 수없는 경우, 3 가지 이유를 개선하거나 수정하려는 경우 다음 중 하나를 수행 할 수 있습니다. 1) 간단한 저항보다 더 나은 전류 제한 회로를 사용합니다. 이 작업을 수행하는 칩이 있습니다. 2) 순방향 전압보다 높은 전압을 사용합니다. 3) 더 좁은 순방향 전압 사양의 LED 사용.