Consumo de energia do LED na teoria e na realidade
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Em teoria, se um LED consome 10mA, 17 LEDs paralelos consumiram 170mA, mas, na realidade, quando conecto 17 LEDs paralelos, eles consumiram apenas 100mA e não 170mA, por que há diferença entre teoria e realidade?
Quanta voltagem um LED produz quando a luz atinge seu vizinho? Será suficiente reduzir significativamente a corrente de avanço?
Andy aka
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@ Andyaka, ficaria surpreso se esse efeito fosse da mesma ordem de magnitude das questões mencionadas.
W5VO 13/03/16
Nota: A intensidade da luz registrada na imagem é visualmente maior no conjunto de 9 à esquerda dos jumpers em ponte no centro dos trilhos de força. Isso quase garante que o ponto de passagem do Passerby seja resistente em sua configuração e uma queda na tensão entre a entrada de energia e, pelo menos, o segundo conjunto de LEDs.
Makyen 14/03
Respostas:
16
Você está assumindo que cada um desses leds possui curvas IV perfeitamente idênticas. As especificações indicadas são nominais, figuras típicas e haverá variações.
Um LED pode ter 10mA a 1,9 VF, mas outro pode ter 8 ou 12 mA ou diferente no mesmo VF. Isso nem leva em consideração o brilho. Dois leds com a mesma curva IV também podem ser visivelmente diferentes em cor e brilho.
Você também deve considerar a precisão ou o arredondamento do seu suprimento. Ele mede apenas o centésimo de um amplificador. Não é suficiente para a faixa adequada de miliamperes.
Leve também em consideração a resistência da placa de ensaio que você está usando. Se você medir a tensão entre o primeiro e o último led, poderá notar uma diferença.
Você deve usar um bom amperímetro ou multímetro no modo atual e medir individualmente cada um dos leds neste circuito para ver quanto cada led está realmente consumindo.
Seu medidor de PSU possui resolução de apenas 0,01 A (10 mA). A corrente real pode estar em qualquer lugar entre 5 mA e 15 mA para o único LED.
Mude o multímetro amarelo para a faixa de mA, conecte os fios às tomadas corretas e conecte o multímetro em série com o único LED e obtenha uma medição mais precisa.
LEDs paralelos dessa maneira não são recomendados. Aqueles com queda de tensão direta mais baixa irão consumir a corrente. Conecte-os em série com uma fonte limitada de corrente ou coloque um resistor em série com cada LED para limitar a corrente.
O transistor e o Passerby deram respostas perfeitamente boas à pergunta que você fez, mas deixe-me tentar algo um pouco mais abrangente.
Você parece ter um bom número de LEDs e, se tiver algumas peças de reposição, tente esta experiência. Conduza 1 LED a 1,9 volts. Grave a corrente. Aumente a tensão para 2,0. Agora tente 2.1. Você verá que a corrente aumenta muito rapidamente e ficaria surpreso se 2,1 volts não matassem o LED. Agora substitua o LED por um resistor de 200 ohms e repita o teste. Isso estabelece que a corrente aumenta muito mais rapidamente com um LED do que com um resistor quando a tensão de ativação é atingida.
Agora, aqui está algo que você não sabe - para uma tensão fixa, a corrente através de um LED aumentará à medida que a temperatura dos LEDs aumentar.
Como está ficando mais quente, sua corrente aumentará e a temperatura também. O que, é claro, significa que sua corrente aumentará ainda mais. Você pode ver para onde isso está levando - o termo técnico é descontrolado . Portanto, isso leva à primeira e mais importante regra: nunca tente acionar um LED de uma fonte de tensão. Sempre limite a corrente. Isso é feito com mais facilidade, fornecendo uma tensão mais alta e usando um resistor de limite de corrente em série. No seu caso, uma fonte de 5 volts e um resistor de 300 ohm fornecerão cerca de 10 mA com segurança.
Além disso, sua configuração mostra que você teve sorte em escolher LEDs - todos parecem ter o mesmo brilho. Como Passerby afirmou, isso geralmente não é verdade. Portanto, não amarre um monte de LEDs e conduza-os a partir de um único resistor. Fazer isso convidará uma variedade de brilho nos LEDs. Se você não deseja brilho uniforme, pode pensar que isso é bom, mas há mais uma coisa a considerar.
Digamos que você tenha 10 LEDs em paralelo, cada desenho (você espera) 10 mA, para um total de 100 mA. Para fazer isso, use uma fonte de 5 volts e um resistor de 30 ohm. Você está bem com o brilho não uniforme. Existe algum problema?
Bem possível. Assim como os LEDs não têm brilho uniforme para a mesma voltagem, eles também não extraem a mesma corrente na mesma voltagem.
Digamos que um dos LEDs consuma naturalmente um pouco mais de corrente que os outros na tensão comum. Isso significa que, como a energia é igual à tensão vezes a corrente, ela dissipa mais energia que as outras, e isso significa que ficará mais quente. Por sua vez, isso diminui mais sua voltagem e consome mais corrente. Na pior das hipóteses, o LED mais fraco consumirá cada vez mais corrente até que se queime e provavelmente falhará na abertura. Isso significa que o próximo LED mais fraco começará a sobrecarregar a corrente e, na pior das hipóteses, o processo continuará até que todos os LEDs estejam mortos. Esse processo também pode ocorrer com outros componentes e ganhou o apelido de "modo de fogos de artifício". Isso é possível neste caso por um limite de corrente definido muito alto: ou seja,
Isso leva à outra regra que você deve seguir: limite a corrente para cada LED separadamente. Isso geralmente significa um resistor por LED ou sequência de LEDs em série. Por exemplo, se você tiver uma fonte de 12 volts, poderá colocar 4 ou 5 LEDs em série e usar um único resistor para limitar a corrente na cadeia. Muitas vezes, você pode contornar isso para um pequeno número de LEDs, desde que esteja ciente das consequências. Com 2 LEDs em paralelo, você provavelmente não precisa se preocupar com falhas no modo de fogos de artifício, pois poucos LEDs morrem com o dobro da corrente operacional normal, mas você provavelmente ainda terá brilho desigual. Quanto mais LEDs você colocar em paralelo, maiores serão as chances de falhas catastróficas. A escolha é sua, e você provavelmente desejará se arriscar até ser queimado algumas vezes.
"O bom julgamento vem da experiência. A experiência vem do mau julgamento".
A resposta simples é o erro de arredondamento, com apenas "1 número significativo" em 0,01 A, que deve ser 0,0058 A
Mas agora você pode calcular a corrente 100/17 = 5,8mA por LED devido à falta de 3 números significativos de uma única leitura de LED.
Além disso, você pode prever o aumento da corrente com o aumento da tensão. O LED Ultrabright nominal de 5 mm possui ESR interno de 15 Ω. Com 15 LEDs em //, o ESR seria ~ 1Ω. (& 17 um pouco menos.) Portanto, todo aumento preciso de 0,10 V resulta em um aumento de ~ 0,10A, o que sugere que o "joelho" da curva Vf é de 1,8V, onde a VHS sobe dinamicamente.
Para proteger contra ESR incompatível em LEDs, recomendo adicionar um mínimo de 50% do ESR ou aproximadamente 8Ω ao conduzi-los ao máximo em paralelo.
Isso afeta Vf vs If e pode ter uma tolerância estreita <1% de um único lote ou ampla tolerância no lado alto de lotes mistos. Portanto, isso afeta o compartilhamento atual e só se torna significativo quando o auto-aquecimento reduz o Vf. Essa diferença é acelerada com o aumento da corrente acima de 20mA, especialmente onde a tensão limite interna reduz (Efeito Shockley), portanto, a tensão na resistência a granel ESR interna aumenta e extrai mais corrente da tensão constante da fonte.
Com efeito, os LEDs são tão precisos quanto os Zeners de baixa tensão, que também têm tolerâncias semelhantes, muitas vezes piores, devido a melhorias crescentes na qualidade do fornecedor em LEDs de alta luminância.
A fórmula aproximada para este LED VERMELHO se torna
Vf = 1,8 + Se * VHS
A adição natural de uma série de séries pequenas R elimina a sensibilidade induzida pela incompatibilidade por "fuga de calor térmico do diodo de compartilhamento de corrente".
Naturalmente, a eficiência é perdida pela adição de uma pequena série R, mas com o benefício de estabilizar a corrente esperada.
Agora a fórmula se torna;
Vout = 1,8 + Se * (ESR '+ Rs)
... onde Vout é um driver ou Vcc que também possui ESR que pode ser incluído com o ESR 'acima. por exemplo, 5V CMOS é ~ 50Ω enquanto CMOS <= 3,3 Vcc máx é ~ 25Ω ESR.
. então escolha If e resolva para Rs.
Mas a maioria das pessoas simplesmente usa o Vf nominal a 20mA e calcula o RS de
Rs = (Vcc-Vf) / Se
escolha Se e resolva para Rs usando o Vcc máximo do pior caso.
ESR é simplesmente um termo conveniente para resistência diferencial, também conhecido como RdsOn em CMOS e MOSFET.
Para LEDs brancos de 5 mm
é Vf = 2,85 + Se * 15Ω
para peças boas nominais com tolerâncias semelhantes.
Eu acho que a resistência do LED individual é maior e à medida que os conectamos em paralelo. Portanto, a resistência paralela diminui do valor individual, por isso a corrente de 10 LED é menor. 1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + ..........
Sua explicação explicaria por que os LEDs em paralelo devem consumir mais corrente, não menos. Os resistores em paralelo têm uma resistência total mais baixa, portanto mais corrente fluirá.
Respostas:
Você está assumindo que cada um desses leds possui curvas IV perfeitamente idênticas. As especificações indicadas são nominais, figuras típicas e haverá variações.
Um LED pode ter 10mA a 1,9 VF, mas outro pode ter 8 ou 12 mA ou diferente no mesmo VF. Isso nem leva em consideração o brilho. Dois leds com a mesma curva IV também podem ser visivelmente diferentes em cor e brilho.
Você também deve considerar a precisão ou o arredondamento do seu suprimento. Ele mede apenas o centésimo de um amplificador. Não é suficiente para a faixa adequada de miliamperes.
Leve também em consideração a resistência da placa de ensaio que você está usando. Se você medir a tensão entre o primeiro e o último led, poderá notar uma diferença.
Você deve usar um bom amperímetro ou multímetro no modo atual e medir individualmente cada um dos leds neste circuito para ver quanto cada led está realmente consumindo.
fonte
Seu medidor de PSU possui resolução de apenas 0,01 A (10 mA). A corrente real pode estar em qualquer lugar entre 5 mA e 15 mA para o único LED.
Mude o multímetro amarelo para a faixa de mA, conecte os fios às tomadas corretas e conecte o multímetro em série com o único LED e obtenha uma medição mais precisa.
LEDs paralelos dessa maneira não são recomendados. Aqueles com queda de tensão direta mais baixa irão consumir a corrente. Conecte-os em série com uma fonte limitada de corrente ou coloque um resistor em série com cada LED para limitar a corrente.
fonte
O transistor e o Passerby deram respostas perfeitamente boas à pergunta que você fez, mas deixe-me tentar algo um pouco mais abrangente.
Você parece ter um bom número de LEDs e, se tiver algumas peças de reposição, tente esta experiência. Conduza 1 LED a 1,9 volts. Grave a corrente. Aumente a tensão para 2,0. Agora tente 2.1. Você verá que a corrente aumenta muito rapidamente e ficaria surpreso se 2,1 volts não matassem o LED. Agora substitua o LED por um resistor de 200 ohms e repita o teste. Isso estabelece que a corrente aumenta muito mais rapidamente com um LED do que com um resistor quando a tensão de ativação é atingida.
Agora, aqui está algo que você não sabe - para uma tensão fixa, a corrente através de um LED aumentará à medida que a temperatura dos LEDs aumentar.
Como está ficando mais quente, sua corrente aumentará e a temperatura também. O que, é claro, significa que sua corrente aumentará ainda mais. Você pode ver para onde isso está levando - o termo técnico é descontrolado . Portanto, isso leva à primeira e mais importante regra: nunca tente acionar um LED de uma fonte de tensão. Sempre limite a corrente. Isso é feito com mais facilidade, fornecendo uma tensão mais alta e usando um resistor de limite de corrente em série. No seu caso, uma fonte de 5 volts e um resistor de 300 ohm fornecerão cerca de 10 mA com segurança.
Além disso, sua configuração mostra que você teve sorte em escolher LEDs - todos parecem ter o mesmo brilho. Como Passerby afirmou, isso geralmente não é verdade. Portanto, não amarre um monte de LEDs e conduza-os a partir de um único resistor. Fazer isso convidará uma variedade de brilho nos LEDs. Se você não deseja brilho uniforme, pode pensar que isso é bom, mas há mais uma coisa a considerar.
Digamos que você tenha 10 LEDs em paralelo, cada desenho (você espera) 10 mA, para um total de 100 mA. Para fazer isso, use uma fonte de 5 volts e um resistor de 30 ohm. Você está bem com o brilho não uniforme. Existe algum problema?
Bem possível. Assim como os LEDs não têm brilho uniforme para a mesma voltagem, eles também não extraem a mesma corrente na mesma voltagem.
Digamos que um dos LEDs consuma naturalmente um pouco mais de corrente que os outros na tensão comum. Isso significa que, como a energia é igual à tensão vezes a corrente, ela dissipa mais energia que as outras, e isso significa que ficará mais quente. Por sua vez, isso diminui mais sua voltagem e consome mais corrente. Na pior das hipóteses, o LED mais fraco consumirá cada vez mais corrente até que se queime e provavelmente falhará na abertura. Isso significa que o próximo LED mais fraco começará a sobrecarregar a corrente e, na pior das hipóteses, o processo continuará até que todos os LEDs estejam mortos. Esse processo também pode ocorrer com outros componentes e ganhou o apelido de "modo de fogos de artifício". Isso é possível neste caso por um limite de corrente definido muito alto: ou seja,
Isso leva à outra regra que você deve seguir: limite a corrente para cada LED separadamente. Isso geralmente significa um resistor por LED ou sequência de LEDs em série. Por exemplo, se você tiver uma fonte de 12 volts, poderá colocar 4 ou 5 LEDs em série e usar um único resistor para limitar a corrente na cadeia. Muitas vezes, você pode contornar isso para um pequeno número de LEDs, desde que esteja ciente das consequências. Com 2 LEDs em paralelo, você provavelmente não precisa se preocupar com falhas no modo de fogos de artifício, pois poucos LEDs morrem com o dobro da corrente operacional normal, mas você provavelmente ainda terá brilho desigual. Quanto mais LEDs você colocar em paralelo, maiores serão as chances de falhas catastróficas. A escolha é sua, e você provavelmente desejará se arriscar até ser queimado algumas vezes.
"O bom julgamento vem da experiência. A experiência vem do mau julgamento".
fonte
led thermal runawayAlém disso, você pode prever o aumento da corrente com o aumento da tensão. O LED Ultrabright nominal de 5 mm possui ESR interno de 15 Ω. Com 15 LEDs em //, o ESR seria ~ 1Ω. (& 17 um pouco menos.) Portanto, todo aumento preciso de 0,10 V resulta em um aumento de ~ 0,10A, o que sugere que o "joelho" da curva Vf é de 1,8V, onde a VHS sobe dinamicamente.
Para proteger contra ESR incompatível em LEDs, recomendo adicionar um mínimo de 50% do ESR ou aproximadamente 8Ω ao conduzi-los ao máximo em paralelo.
Isso afeta Vf vs If e pode ter uma tolerância estreita <1% de um único lote ou ampla tolerância no lado alto de lotes mistos. Portanto, isso afeta o compartilhamento atual e só se torna significativo quando o auto-aquecimento reduz o Vf. Essa diferença é acelerada com o aumento da corrente acima de 20mA, especialmente onde a tensão limite interna reduz (Efeito Shockley), portanto, a tensão na resistência a granel ESR interna aumenta e extrai mais corrente da tensão constante da fonte.
Com efeito, os LEDs são tão precisos quanto os Zeners de baixa tensão, que também têm tolerâncias semelhantes, muitas vezes piores, devido a melhorias crescentes na qualidade do fornecedor em LEDs de alta luminância.
A fórmula aproximada para este LED VERMELHO se torna
A adição natural de uma série de séries pequenas R elimina a sensibilidade induzida pela incompatibilidade por "fuga de calor térmico do diodo de compartilhamento de corrente".
Naturalmente, a eficiência é perdida pela adição de uma pequena série R, mas com o benefício de estabilizar a corrente esperada.
Agora a fórmula se torna;
... onde Vout é um driver ou Vcc que também possui ESR que pode ser incluído com o ESR 'acima. por exemplo, 5V CMOS é ~ 50Ω enquanto CMOS <= 3,3 Vcc máx é ~ 25Ω ESR.
. então escolha If e resolva para Rs.
Mas a maioria das pessoas simplesmente usa o Vf nominal a 20mA e calcula o RS de
escolha Se e resolva para Rs usando o Vcc máximo do pior caso.
Para LEDs brancos de 5 mm
é Vf = 2,85 + Se * 15Ω
para peças boas nominais com tolerâncias semelhantes.
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Eu acho que a resistência do LED individual é maior e à medida que os conectamos em paralelo. Portanto, a resistência paralela diminui do valor individual, por isso a corrente de 10 LED é menor. 1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + ..........
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