Uso de diodos para limitar la corriente a los LED

Debo confesar que nunca intenté esto. Pero la resistencia de la serie tiene un papel importante: está ahí para limitar la corriente a través del LED. Si no hay resistencia, la corriente puede limitarse al final a un valor demasiado alto para el LED o para el transistor del controlador. Teóricamente, debe agregar gráficamente las características U-I de los diodos y el LED, y ver en la característica resultante cuál es la corriente de su valor Vcc. Pero el problema principal es que esta corriente no se puede predecir de manera confiable, ya que las características del catálogo U-I de los diodos y LED le dan una curva típica, y esta curva también cambiará con la temperatura.

Entonces, si bien puede funcionar, no contaría con que funcione en todas las instancias. Pero es posible que reciba ayuda de un lugar inesperado: el IC que controla sus LED. A veces las salidas digitales tienen resistencias internas u otras formas de limitar la corriente de salida, para evitar sobrecargarlas. Así que revise la hoja de especificaciones para su attiny2313.

usando otro diodo para "hacer coincidir" el voltaje de la fuente con el voltaje del LED: NO NO NO!

Un LED es básicamente un sumidero de voltaje: no consume corriente hasta que el voltaje a través de él desvía la unión del diodo y, de repente, cuando se obtiene el voltaje suficiente, la corriente a través de él aumenta dramáticamente. La salida de luz de un LED depende en gran medida de la cantidad de corriente que pase a través de él: más corriente = más salida de luz. La caída de voltaje, aunque aproximadamente constante, varía con la temperatura y de un dispositivo a otro.

En casi todas las aplicaciones, desea configurar la salida de luz, y por lo tanto la corriente, a un valor fijo, independientemente de las variaciones de voltaje de suministro y las variaciones de caída de voltaje de LED. Esto significa que la fuente ideal para una carga de LED es una fuente de corriente constante - que puede implementar, es solo que es un dolor hacerlo sin algunos componentes adicionales. En la práctica, solo tendemos a utilizar una fuente de voltaje (activada y desactivada por una puerta lógica o un MOSFET o un transistor bipolar) y una resistencia para configurar la corriente.

La ecuación de tecla es V _suministro - V _LED = I _LED * R , o I _LED = (V _suministro - V _LED ) / R

El término en el lado izquierdo es la diferencia entre la tensión de alimentación y la caída de tensión del LED. Esto puede variar con la temperatura y la variación de parte a parte. Un análisis de sensibilidad aquí es bastante sencillo: ΔI = ΔV / R: el cambio en la corriente es igual a 1 / R por el cambio en el voltaje. Si quiere que la corriente de su LED sea menos sensible a los cambios en el voltaje, eso significa que el valor de R debería ser mayor ... para una corriente nominal de LED en particular (generalmente entre 5 mA y 20mA), la corriente será menos sensible a los cambios en Voltaje si el voltaje de la fuente es mayor y la resistencia es mayor.

Al reducir la tensión de alimentación con un segundo diodo, está haciendo exactamente lo contrario: para obtener la corriente deseada, debe reducir el valor de R, lo que hace que la corriente de carga sea más sensible a la variación de tensión. Y también está introduciendo otro elemento de circuito (este nuevo diodo) que tiene tolerancias de voltaje adicionales, haciendo que las variaciones de voltaje sean mayores. Usted agregaría componentes adicionales que no sirven para nada más que para hacer que la salida de luz sea más sensible a las variaciones de voltaje de suministro, temperatura y variaciones de partes.

Las únicas otras cosas que vale la pena considerar aquí son la disipación de poder. Si tiene una fuente de voltaje fijo (por ejemplo, 5V) y un LED u otro elemento del circuito que usa solo una fracción de ese voltaje (por ejemplo, 1.2V), entonces solo una fracción de la energía (1.2 / 5V = 24% en este ejemplo) es disipado en el LED, y el resto (76%) se disipa en otra cosa que necesita conectar los dos juntos. Esto es cierto para cualquier fuente de alimentación lineal (vea a continuación un comentario sobre los conmutadores). Esto se convierte en calor, que debe disiparse adecuadamente, y en la mayoría de los casos, la forma más fácil y económica de disipar una determinada cantidad de calor de forma controlada es en una resistencia. Funcionan correctamente en un rango de temperatura más alto (la mayoría de los diodos / transistores funcionan hasta aproximadamente 150 C max) y su comportamiento varía menos con la temperatura.

La excepción a todo este pensamiento es una fuente de alimentación conmutada. Muchos controladores de LED siguen la ruta del conmutador y utilizan la modulación de ancho de pulso + un transistor de conmutación y un inductor para aumentar la eficiencia. Esto permite que prácticamente toda la disipación de energía se produzca en el LED (con un poco de pérdida en un MOSFET de conmutación e inductor). Sin embargo, aún se trata al LED como un sumidero de voltaje, ya que el transistor de conmutación + el inductor actúa como una fuente de corriente, variando su ciclo de trabajo para controlar el brillo del LED (en pantallas visuales de alta calidad también hay un chip sensor de luz para que la corriente se puede variar para compensar el envejecimiento del LED a lo largo del tiempo para que la luz blanca no se desplace hacia el rojo, el verde o el azul. Sin embargo, un controlador LED de conmutación cuesta $$, por lo que, a menos que necesite la eficiencia, no me molestaría.

Línea inferior: sea simple, use la resistencia por sí misma.

Lo siento, pero toda la premisa de la pregunta no funcionará, porque los diodos no limitan la corriente. Pareces estar algo confuso en voltaje y corriente. Sin una resistencia, no habrá nada que limite la corriente. En el mejor de los casos, los LED funcionarán bien, pero se desgastarán mucho antes debido a la sobrecorriente. En el peor de los casos, sacará el LED de demasiada corriente y, en el peor de los casos, freirá su microcontrolador al intentar hundir o generar demasiada corriente.

Básicamente, la respuesta es que siempre debe limitar la corriente usando resistencias, a menos que esté usando un controlador de LED especial IC que lo maneje por usted (a menudo llamado "sumidero de corriente constante" o "fuente de corriente constante").

He usado IC de controlador de LED de Allegro antes, funcionan bastante bien. Puede controlar 16 LED individuales usando solo 3 pines en su microcontrolador (o muchos más si usa matriz o multiplexación). Varios otros proveedores también hacen circuitos integrados de conducción LED también. O puede hacerlo usted mismo utilizando una combinación de registros de desplazamiento, transistores y resistencias.

Se me ocurre que una buena propiedad de los resistores en serie es que cuando el voltaje de entrada comienza a ceder (por ejemplo, cuando las baterías se agotan), gradualmente tendrán menos voltaje que la corriente a través de los LED. Eso tendrá el efecto de hacer que los LED se mantengan más brillantes por más tiempo. Los diodos no tendrán esa flexibilidad.

davr tiene la mejor respuesta aquí. Los diodos en polarización directa tienen una corriente que es muy sensible al voltaje. (y temperatura ...) Para que no regules el voltaje, regulas la corriente. Una resistencia es la forma más simple (y no muy eficiente energéticamente de hacer esto).

Una corriente máxima típica de un microcontrolador es 40 mA. A veces esto es limitado y otras veces cerrará la uc. Es por eso que a veces puede conectar un LED directamente a una uc.

Si está conduciendo un LED, el voltaje no es importante porque es constante. Dejará (casi) toda la corriente que proporcione, hasta que se rompa. Por eso es que tienes que limitarlo de alguna manera y un diodo no lo hará.

Suponiendo que está limitando el suministro de energía a, por ejemplo, 40 mA, si no usa una resistencia para cada LED, la corriente se distribuirá, de modo que si enciende un diodo, será muy brillante y cuando gire 10 leds Serán diez veces más débiles.

Es por eso que cada tutorial LED que ves en la red, regula la corriente con resistencias simples.

Me gustaría agregar una sugerencia: construir un espejo actual. El problema con las resistencias es que resistirán la misma cantidad en todo momento. Pierde cierta cantidad de energía para resistir el flujo de corriente, incluso cuando los LED normalmente no atraen demasiado. Una duplicación actual, o una fuente de corriente constante, es mucho más eficiente y le permite seleccionar una corriente específica para ejecutar.

Además, puede considerar el uso de un chip de controlador como el ULN2803, linky: ULN2803

Encontrará que puede manejar mucha más corriente que un microcontrolador y le permite conducir cargas bastante grandes.

Si puede ejecutar su circuito completo a la tensión directa del led, entonces no hay problema, funcionará bien. ¿Por qué no usar un regulador variable y bajar el voltaje de esa manera en lugar de 3.3v y dos diodos? Alternativamente, podría usar los diodos entre el cátodo común de los leds y el suelo, de nuevo no hay problema.

En la hoja de datos de su LED, debería haber un gráfico etiquetado como "corriente de LED frente a voltaje directo". También debería haber algo así como "Relación del ciclo de trabajo frente a la corriente permitida" que también puede ayudar. Esos gráficos demuestran la diferencia entre un diodo "ideal" y el actual ... ¡y podemos usar esto para nuestra ventaja!

Elegí un voltaje que da una corriente que es la mitad de la calificación máxima. Revolví los diodos hasta que encontré una combinación que disminuyó el voltaje de 5v a 2.8v, para este LED que resultó en una corriente medida de 9.2mA, menos de la mitad de la calificación máxima. El brillo era normal. El método, aunque no es ideal, funciona bien, incluso con un ciclo de trabajo del 100%.

Sin embargo, tienes que controlar el voltaje bastante bien. Una fuente de alimentación de mesa variable y un amperímetro ayudarán mucho, aunque la prueba y el error también funcionan bien. Normalmente solo uso resistores, pero no tengo ninguno y no puedo comprar más en este momento.

Cuando se usa un diodo como un cuentagotas de voltaje para los LED, la capacidad del diodo podría ser un problema en el encendido y permitir una corriente de LED muy breve pero alta antes de que el diodo conduzca. Las verificaciones de alcance de las corrientes de LED en el encendido mostrarían si esto está sucediendo.

Disfruto tu idea, y creo que es excelente, solo cambiaría un poco el hardware.

Si has oído hablar de un diodo Zener, creo que es más lo que estás buscando. Mantienen un voltaje constante en un amplio rango de corrientes, y puede obtener uno para 1.8 V. Un zener es un diodo que tiene un voltaje de ruptura inverso que está muy controlado y no cambia una cantidad notable. Los diodos zener de 5.1V son los más independientes de la temperatura debido a los parámetros físicos, pero un 1.8 también puede ser.

El LED que está utilizando tiene una intensidad de funcionamiento bastante grande, por lo que una variación en su fuente de alimentación no debería ser un gran problema para el circuito, lo que elimina la razón por la que las personas normalmente usan resistores, como limitador de potencia, pero a menudo lo medimos como un dispositivo limitador de corriente / voltaje.

Lo que me preocupa de que pases por alto es la corriente máxima que puede emitir tu microcontrolador, pero esto se ha mencionado en otras publicaciones.

El uso de un Zener para reducir el voltaje a un rango operativo para otro dispositivo es una práctica común que leí y que he usado. Estoy seguro de que estarás contento con el resultado.