Question:
Utilisation de diodes pour limiter le courant aux LED
edebill
2009-11-07 10:46:28 UTC
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Je suis en train de configurer un attiny2313 pour piloter un tableau de LED et les faire clignoter selon différents modèles. Plutôt que de mettre une résistance série en ligne avec chaque LED (elles seront contrôlées séparément, donc je ne peux pas faire d'astuces comme les mettre en série les unes avec les autres), je me posais la question d'utiliser simplement quelques diodes pour faire baisser la tension à la bonne plage.

Le système fonctionne à 3,3 V (avec un régulateur pour le maintenir assez constant), et deux diodes 1N4001 le feront baisser à 1,9 V - juste en ligne avec l'extrémité inférieure de les 1,8 à 2,2 V pour lesquels ces LED sont spécifiées. Étant donné que les diodes voudront toujours maintenir la même chute de tension entre elles, je n'ai pas à m'inquiéter du changement de tension lorsque j'allume ou éteint les LED. Dans l'ensemble, j'enregistre 6 composants.

Est-ce que quelqu'un d'autre a essayé quelque chose comme ça? Des pièges que j'ai oubliés? Je me rends compte que les diodes devront dissiper tout le courant de toutes les LED, mais pour cette petite quantité de courant qui ne semble pas être un problème.

(modifier: je mets ceux-ci diodes entre la cathode commune des LED et la masse)

Je pensais juste que je mettrais à jour et noterais que tout semble fonctionner, mais pas aussi parfaitement que je pourrais le souhaiter. En fait, j'atteins la limite de courant de mon régulateur lorsque trop de LED sont allumées en même temps, ce qui les fait faiblir un peu.
Onze réponses:
Jason S
2009-11-26 12:35:59 UTC
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en utilisant une autre diode pour "faire correspondre" la tension de la source à la tension de la LED: NON NON NON!

Une LED est essentiellement un puits de tension: elle ne tire aucun courant jusqu'à ce que le la tension à travers elle polarise en direct la jonction de la diode, puis tout à coup, lorsque vous obtenez une tension suffisante, le courant à travers elle augmente considérablement. Le rendement lumineux d'une LED dépend fortement de la quantité de courant que vous y mettez: plus de courant = plus de rendement lumineux. La chute de tension, bien qu'approximativement constante, varie avec la température et d'un appareil à l'autre.

Dans presque toutes les applications, vous souhaitez régler la puissance lumineuse, et donc le courant, à une valeur fixe, indépendante de la tension d'alimentation variations et variations de chute de tension des LED. Cela signifie que la source idéale pour une charge LED est une source de courant constant - que vous pouvez implémenter, c'est juste que c'est pénible de le faire sans quelques composants supplémentaires. En pratique, nous avons juste tendance à utiliser une source de tension (activée et désactivée par une porte logique ou un MOSFET ou un transistor bipolaire) et une résistance pour régler le courant.

L'équation clé est V supply - V LED = I LED * R , ou I LED = (V alimentation - V LED ) / R

Le terme sur le côté gauche est la différence entre la tension d'alimentation et la chute de tension de la LED. Cela peut varier en fonction de la température et des variations d'une pièce à l'autre. Une analyse de sensibilité est ici assez simple: ΔI = ΔV / R - le changement de courant est égal à 1 / R fois le changement de tension. Si vous voulez que le courant de votre LED soit moins sensible aux changements de tension, cela signifie que la valeur de R doit être plus élevée ... pour un courant nominal de LED particulier (généralement entre 5mA et 20mA), le courant sera moins sensible aux changements de tension si la tension de source est plus élevée et la résistance est plus élevée.

En baissant la tension d'alimentation à l'aide d'une deuxième diode, vous faites exactement le contraire: pour obtenir le courant souhaité, vous devez réduire la valeur de R, ce qui rend le courant de charge plus sensible à la variation de tension. ET vous introduisez également un autre élément de circuit (cette nouvelle diode) qui a des tolérances de tension supplémentaires, ce qui rend ces variations de tension plus importantes. Vous ajouteriez des composants supplémentaires qui ne serviraient à rien d'autre que de rendre le flux lumineux plus sensible aux variations de tension, de température et de pièces.

Les seules autres choses qui méritent d'être prises en compte voici la dissipation de puissance. Si vous avez une source de tension fixe (par exemple 5 V) et une LED ou un autre élément de circuit qui n'utilise qu'une fraction de cette tension (par exemple 1,2 V), alors seule une fraction de la puissance (1,2 / 5 V = 24% dans cet exemple) est dissipé dans la LED, et le reste (76%) est dissipé dans quelque chose d'autre dont vous avez besoin pour connecter les deux ensemble. C'est vrai pour toute alimentation linéaire (voir ci-dessous pour un commentaire sur les commutateurs). Cela se transforme en chaleur, qui doit être correctement dissipée, et dans la plupart des cas, le moyen le moins cher de dissiper une quantité donnée de chaleur de manière contrôlée est d'utiliser une résistance. Ils fonctionnent correctement sur une plage de températures plus élevée (la plupart des diodes / transistors fonctionnent jusqu'à environ 150 C max) et leur comportement varie moins avec la température.

L'exception à toute cette réflexion est une alimentation à découpage. De nombreux pilotes de LED empruntent la voie du commutateur et utilisent une modulation de largeur d'impulsion + un transistor de commutation et une inductance pour augmenter l'efficacité. Cela permet essentiellement à toute la dissipation de puissance de se produire dans la LED (avec un peu de perte dans un MOSFET de commutation et une inductance). Vous traitez toujours la LED comme un puits de tension, cependant, avec le transistor de commutation + inducteur agissant comme une source de courant, faisant varier son cycle de service pour contrôler la luminosité de la LED (dans les affichages visuels de haute qualité, il existe également une puce de capteur de lumière afin que le courant peut être varié pour compenser le vieillissement de la LED dans le temps afin que la lumière blanche ne dérive pas de couleur vers le rouge ou le vert ou le bleu). Un pilote de LED à commutation coûte $$, cependant, donc à moins que vous n'ayez besoin de l'efficacité, je ne m'en soucierais pas.

En résumé: restez simple, utilisez la résistance seule.

Je comprends votre point ici, mais correctement conçu, vous pouvez utiliser une diode Zener à la place de 5 ou 10 résistances. Ils conservent la même tension sur une plage de courants extrêmement large. la résistance de vos fils et une source d'alimentation semi-stable fonctionnent parfaitement. Ce n'est pas le système le plus intelligent par rapport à un système de commutation, mais il fait le travail.Vous pouvez abuser à moindre coût de la tension sur une LED et PWM l'allumer et l'éteindre et il accomplira la même tâche, mais de manière beaucoup moins contrôlable .
Le zener ne change pas le fait que vous contrôleriez la tension - dont dépend le courant de la LED, mais avec une sensibilité extrême qui rend le système intrinsèquement instable.
Les diodes chutent de VOLTS elles ne limitent pas (résistent) au COURANT.
@JohnU: à qui parlez-vous et à quoi parlez-vous?
@JasonS - Je parlais à Kortuk qui semble nier les lois de la physique.
+1 pour la source de courant contrôlée.Il est techniquement vrai que toute source de courant pratique doit en fin de compte contrôler sa tension de sortie, mais la variable détectée est le courant, et c'est ce qui protégera l'appareil.
icabrindus
2009-11-08 09:11:27 UTC
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Je dois avouer que je n'ai jamais essayé ça. Mais la résistance série a un rôle important: elle est là pour limiter le courant traversant la LED. S'il n'y a pas de résistance, le courant peut être limité à la fin à une valeur trop élevée pour la LED ou pour le transistor pilote. Théoriquement, vous devez ajouter graphiquement les caractéristiques U-I des diodes et de la LED, et voir sur la caractéristique résultante quel est le courant pour votre valeur Vcc. Mais le principal problème est que ce courant ne peut pas être prédit de manière fiable, car les caractéristiques du catalogue d'interface utilisateur des diodes et des LED vous donnent une courbe typique, et cette courbe se déplacera également avec la température.

Donc, même si cela peut travail, je ne compterais pas sur son fonctionnement dans tous les cas. Mais vous pouvez avoir de l'aide d'un endroit inattendu: le circuit intégré qui pilote vos LED. Parfois, les sorties numériques ont des résistances internes ou d'autres moyens de limiter le courant de sortie, afin d'éviter de les surcharger. Consultez donc la fiche technique de votre attiny2313.

Ooooh. Je n'avais pas pensé à la façon dont la température change les choses. J'espère que ce serait assez stable pour 50-90F, mais ces LED super bon marché (ledshoppe.com) ne sont pas livrées avec beaucoup de spécifications. L'attiny2313 ne semble pas avoir de résistances de protection de sortie. Je peux revenir aux résistances pour des raisons de sécurité. Cependant, les diodes étaient bien pratiques sur la planche à pain.
davr
2009-11-10 01:57:02 UTC
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Désolé, mais toute la prémisse de la question ne fonctionnera pas, car les diodes ne limitent pas le courant. Vous semblez être quelque peu déroutant tension et courant. Sans résistance, il n'y aura rien pour limiter le courant. Dans le meilleur des cas, les LED fonctionneront bien, mais s'useront beaucoup plus tôt en raison d'une surintensité. Dans le pire des cas, cela fera éclater la LED de trop de courant, et dans le pire des cas, il fera frire votre microcontrôleur en essayant de couler ou de générer trop de courant.

En gros, la réponse est que vous toujours Vous devez limiter le courant à l'aide de résistances, sauf si vous utilisez un circuit intégré de pilote de LED spécial qui le gère pour vous (souvent appelé «puits de courant constant» ou «source de courant constant»).

J'ai déjà utilisé les circuits intégrés de pilote LED d'Allegro, ils fonctionnent plutôt bien. Vous pouvez contrôler 16 LED individuelles en utilisant seulement 3 broches sur votre microcontrôleur (ou beaucoup plus si vous utilisez le matriçage ou le multiplexage). Divers autres fournisseurs fabriquent également des circuits intégrés de pilotage de LED. Ou vous pouvez le faire vous-même en utilisant simplement une combinaison de registres à décalage, de transistors et de résistances.

edebill
2009-11-07 19:49:29 UTC
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Il me semble qu'une propriété intéressante des résistances série est que lorsque la tension d'entrée commence à fléchir (par exemple lorsque les piles sont faibles), elles représenteront progressivement moins de la tension totale à mesure que le courant traversant les LED diminue. Cela aura pour effet de rendre les LED plus lumineuses plus longtemps. Les diodes n'auront pas cette flexibilité.

russ_hensel
2009-11-10 22:38:35 UTC
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davr a la meilleure réponse ici. Les diodes en polarisation directe ont un courant très sensible à la tension. (et température ...) Donc vous ne réglez pas la tension, vous réglez le courant. Une résistance est le moyen le plus simple (et peu économe en énergie de le faire).

N'oubliez pas les diodes Zener!
Les diodes Zener régulent la tension, pas le courant.
ppvi
2009-11-09 14:49:05 UTC
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Un courant maximum typique d'un microcontrôleur est de 40 mA. Parfois, cela est limité et parfois cela arrête le uc. C'est pourquoi parfois vous pouvez connecter une LED directement à un uc.

Si vous pilotez une LED, la tension n'est pas importante car elle est constante. Il laissera passer (presque) tout le courant que vous fournissez, jusqu'à rupture. C'est pourquoi vous devez le limiter d'une manière ou d'une autre et une diode ne le fera pas.

En supposant que vous limitez l'alimentation à, par exemple, 40 mA, si vous n'utilisez pas de résistance pour chaque LED, le courant sera distribué donc si vous allumez une diode, elle sera très brillante et lorsque vous allumez 10 LED, elles seront dix fois plus faibles.

C'est pourquoi chaque tutoriel LED que vous voyez sur le net régule le courant avec des résistances simples.

le courant maximum typique varie fortement selon le fabricant et la conception. Je connais de nombreux uC qui ne peuvent pas passer 4mA ou moins.
wackyvorlon
2009-11-30 04:37:30 UTC
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Je voudrais ajouter une suggestion: construire un miroir actuel. Le problème avec les résistances est qu'elles résisteront à la même quantité à tout moment. Vous perdez une certaine quantité d'énergie pour résister au flux de courant même lorsque les LED ne tirent normalement pas trop. Un miroir de courant, ou une source de courant constant, est beaucoup plus efficace et vous permet de sélectionner un courant spécifique à utiliser.

De plus, vous pouvez envisager d'utiliser une puce pilote comme l'ULN2803, linky: ULN2803

Vous constaterez qu'il peut gérer beaucoup plus de courant qu'un microcontrôleur, et vous permet de conduire des charges assez importantes.

les miroirs de courant ne sont pas plus efficaces que les résistances. Tout circuit linéaire traversé par une quantité de courant donnée et qui fait chuter une quantité de tension donnée a la même consommation d'énergie. Peu importe que ce soit une résistance ou une diode ou un transistor ou autre chose. Les sources de courant ont de la valeur dans cette situation, mais cette valeur est de pouvoir contrôler le courant de la LED, et rien à voir avec l'efficacité.
Je suis d'accord avec Jason ici. Si vous voulez plus d'efficacité qu'une résistance (ou un autre circuit qui brûle simplement l'excès de tension, comme un miroir de courant ou une source de courant utilisant un FET), vous aurez besoin de quelque chose comme un convertisseur DC-DC ou une alimentation à découpage .
JohnC
2009-11-07 15:23:32 UTC
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Si vous parvenez à faire fonctionner votre circuit complet à la tension directe de la led, il n'y a pas de problème - cela fonctionnera très bien. Pourquoi ne pas utiliser un régulateur variable et réduire la tension de cette façon plutôt que 3,3 V et deux diodes? Sinon, vous pouvez utiliser les diodes entre la cathode commune des leds et la masse - encore une fois pas de problème.

Il ne m'est jamais venu à l'esprit de faire fonctionner le circuit à la tension directe de la LED. Malheureusement, la tension directe minimale sur cet attiny2313 que j'utilise est de 2,7V, je ne peux donc pas la réduire suffisamment.
Alors, où pensez-vous placer les diodes, je suppose que les LED sont connectées dans une anode commune ou une configuration de cathode commune - dans ce cas, tout ira bien.
Cathode commune, ce qui semble sûr, mais pour ce que dit icabrindus à propos de la dépendance à la température qui change le comportement des choses.
legionlabs
2013-01-22 15:48:33 UTC
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Sur votre fiche technique LED, il devrait y avoir un graphique intitulé "Courant LED vs tension directe". Il devrait également y avoir un quelque chose comme «rapport cyclique / courant admissible» qui peut également aider. Ces graphiques montrent la différence entre une diode "idéale" et la vôtre ... et nous pouvons l'utiliser à notre avantage!

J'ai choisi une tension qui donne un courant moitié moins élevé. J'ai fouillé dans les diodes jusqu'à ce que je trouve une combinaison qui fait chuter la tension de 5v à 2,8v, pour cette LED qui a abouti à un courant mesuré de 9,2mA, moins de la moitié de la puissance maximale. La luminosité était normale. La méthode, bien qu'elle ne soit pas idéale, fonctionne bien, même à un cycle de service de 100%.

Vous devez cependant contrôler la tension plutôt bien. Une alimentation de table variable et un ampèremètre aideront beaucoup, bien que les essais et erreurs fonctionnent bien aussi. Normalement, j'utiliserais simplement des résistances, mais je n'en ai pas et je ne peux pas en acheter plus pour le moment.

Un problème majeur avec cette approche est que peu importe la précision avec laquelle vous contrôlez la tension, la quantité de courant qu'une LED passe à une tension donnée peut varier énormément avec le lot de fabrication, la température, la phase de la lune, etc. que le courant soit de 2 mA ou 20 mA, choisir une tension qui donne 6 mA peut être bien, mais il faut être préparé à la possibilité que la LED puisse passer beaucoup plus ou moins de courant que prévu.
donald griffey
2014-04-28 22:05:34 UTC
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Lorsqu'une diode est utilisée comme compte-gouttes de tension pour les LED, la capacité de la diode peut être un problème à l'allumage et permettre un courant LED très bref mais élevé avant que la diode ne se conduise. Les contrôles de portée des courants LED à l'allumage indiqueraient si cela se produit.

Kortuk
2009-11-10 21:17:34 UTC
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J'apprécie votre idée, et je pense que c'est une excellente, je changerais juste un peu le matériel.

Si vous avez entendu parler d'une diode Zener, je pense que c'est plus ce que vous sont en train de chercher. Ils maintiennent une tension constante sur une large gamme de courants, et vous pouvez en obtenir un pour 1,8 V. Un zener est une diode qui a une tension de claquage inverse très contrôlée et ne change pas de façon notable. Les diodes Zener 5.1V sont les plus indépendantes de la température en raison des paramètres physiques, mais une 1.8 peut l'être également.

La LED que vous utilisez a une puissance de fonctionnement décemment grande, donc une variation dans votre alimentation devrait Ce n'est pas un gros problème pour le circuit, ce qui supprime la raison pour laquelle les gens utilisent normalement des résistances, comme limiteur de puissance, mais nous mesurons souvent cela comme un dispositif de limitation de courant / tension.

La chose que vous oubliez est le courant maximum que votre microcontrôleur peut produire, mais cela a été évoqué dans d'autres articles.

L'utilisation d'un Zener pour abaisser une tension à une plage de fonctionnement pour un autre appareil est une pratique courante que j'ai lue et me suis utilisé. Je suis sûr que vous serez satisfait du résultat.

Une diode Zener ne résout pas cela! Si vous regardez la courbe U / I d'une LED, vous verrez que - pour que la LED fonctionne à un certain courant - vous devez contrôler la tension ** très ** précisément. Tout écart de tension sur la LED entraîne un * énorme * changement de courant. Par conséquent, il vaut mieux contrôler directement le courant.
J'apprécie que tu dises que je devrais contrôler le courant directement, car V ou je peux être contrôlé, mais je sais ce que tu veux dire. Ma pratique standard, comme pour beaucoup, est un driver de LED ou une résistance. Pourtant, aucune raison de ne pas jouer avec un zener. Surtout si votre générateur a la résistance et la puissance de dissipation dont vous avez besoin.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 2.0 sous laquelle il est distribué.
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