¿Por qué se quemó mi resistencia de LED mientras encendía cuatro LED en serie?

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He intentado crear un circuito para cambiar una gran pantalla LED de 7 segmentos ( LDS- CD16RI ) utilizando un par de MOSFET, de la siguiente manera:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Aquí estoy tratando de usar una señal lógica de 3.3 V (ilustrada como el círculo 1) para cambiar los 24 V para controlar los LED. Este circuito se repite para cada uno de los segmentos de la pantalla.

El voltaje directo típico de cada uno de los LED (que están en serie dentro de cada segmento de la pantalla) es 6.8V, y su corriente directa máxima constante es de 20mA, por lo que apunté a una corriente de 10mA a través de los LED. Como la tensión de alimentación es de solo 24 V, planifiqué una caída de aproximadamente 5.75 V a través de los LED para obtener un margen para la caída de voltaje en M2 y R2.

Llegué al valor para la resistencia limitadora de corriente R2 a 100Ω usando: $$ R = \ frac {V_s - V_f} {I} = \ frac {24 - (5.75 * 4)} {0.01} = 100Ω $ $

Antes de construir este circuito, calculé la potencia disipada por R2 de la siguiente manera: $$ P = \ frac {V ^ 2} {R} = \ frac {1 ^ 2} {100} = 0.01 \ mathrm {W} $ $

0.01W parecía estar por debajo del límite de 0.25W de las resistencias de orificio pasante que utilicé, así que procedí a construir y probar este circuito.

Para abreviar una larga historia: R2 se quemó poco después de que se iluminó un segmento. Esto ocurrió para cada una de las instancias separadas de este circuito que controla los distintos segmentos de la pantalla, lo que sugiere que se trató de un error de diseño en lugar de una falla de un solo componente.

Por mis cálculos y más análisis, todavía no puedo entender por qué ocurrió esto. Para verificar mi trabajo, reconstruí el circuito en un simulador que sugería que la potencia del R2 sería de hecho 6,84 mW, que es un resultado que no puedo explicar, pero en cualquier caso uno más pequeño que el que calculé anteriormente.

Espero haber cometido un error en alguna parte de mis cálculos o mis suposiciones, pero no he podido localizarlo. Suponiendo que el problema es que la resistencia de hecho está disipando demasiada energía, ¿se puede ajustar mi circuito para solucionar esto? ¿Es R2 una pista falsa aquí y el problema existe en otra parte de mi circuito? ¿Es mi enfoque defectuoso?

    
pregunta Martin Atkins

4 respuestas

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6.8 voltios parece muy alto para un solo LED. ¿Está seguro de que 6.8 no es el número para los cuatro LED? Eso lo convertiría en 1.7 voltios por LED, lo que es más razonable para un LED rojo. Y eso significaría que actualmente estás presionando 172 miliamperios, o casi 3 vatios a través de tu resistencia.

Si ese es el caso, debes bajar tu fuente de alimentación a menos de 20 voltios (quizás 12 voltios) para evitar destruir la puerta de tu MosFET (M2).

    
respondido por el Mark
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Veo tu problema. Tu circuito muestra cómo conduces un solo segmento de LED. (Supongo que entonces tiene 7 de estos circuitos, uno para cada segmento). La hoja de datos muestra 4 LED en serie, que cubren el segmento.

Lo que ha hecho mal es suponer que hay una caída de tensión directa de 6.8V por LED. No hay un LED rojo de este tipo. Por lo general, un LED rojo estará alrededor de una caída de tensión directa de 1.6V-1.8V, y esa es una característica de la física involucrada, por lo que realmente no hay mucho margen de variación. Esto me dice que tiene una caída de tensión directa de 6.8V para los cuatro LED en ese segmento en serie .

Entonces, con una caída de voltaje de 6.8V y una fuente de alimentación de 24V, está bajando 17.2V en el 100R. Como dice Mark, esto le proporciona una disipación de potencia de 172mA y 2.96W en la resistencia. No es saludable para una resistencia de 0.25W.

De hecho, tienes suerte de que la resistencia de 0.25W básicamente se convierta en un fusible en esas condiciones y se queme casi de inmediato. Si no hubiera sido así, poner 172mA a través de la pantalla lo quemaría bastante rápido, y una pantalla grande de 7 segmentos va a ser un poco más cara que una resistencia. Si hubieras usado una resistencia de mayor potencia, te estarías preguntando por qué la pantalla brilló brevemente y luego se volvió negra para siempre.

    
respondido por el Graham
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Lo entendiste mal

El voltaje directo en la hoja de datos es para series de LED , no para LED individuales.

Por lo tanto, la caída de voltaje en los LED es 6.8V y no 6.8V * 4 o 5.xV *4

Por lo tanto, la resistencia debe lidiar con 17.2V y no con 0..2V .

Por lo tanto, la corriente es .17A y la potencia disipada ~4W .

    
respondido por el Dima Tisnek
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depende de la potencia nominal (resistencia interna) y del color del led (Vf), la resistencia de 100 ohmios debe soportar toda la tensión adicional de 24 - 4xVf -4Ir ... Vf ~ 3V para blanco, 2V para otro color. La mayoría de los LED tienen una alta resistencia, excepto los LED de potencia como los de Cree ... Si la resistencia tiene 12 V, la potencia será ~ v2 / r 1.5W vatios ... agregue más cadenas de LED.

    
respondido por el pinky

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