¿Cuándo se convertirán en un problema las caídas de voltaje del LED en paralelo?

No es un cálculo fácil. Puede hacerse una idea de la peor de las situaciones observando las caídas de tensión directa máx./mín., la pendiente de la curva de corriente/tensión y el coeficiente de temperatura del LED de la hoja de datos del LED.

Sin estadísticas detalladas sobre las características de voltaje-corriente-temperatura del LED, será difícil adivinar lo que sucederá normalmente. Los productos de consumo baratos a menudo tienen LED en paralelo directamente sin resistencias, pero a nadie le importa mucho si un LED es un 30% más brillante que el siguiente y todo dura solo unas pocas miles de horas o menos.

Editar:

Aquí hay una simulación con la que puedes jugar. Modifiqué la corriente de saturación del modelo para D2 para aumentar el Vf en un 4 %.

La corriente de 40 mA se divide con D1 obteniendo 23,1 mA y D2 obteniendo 16,9 mA. Eso es si todos se mantienen exactamente a la misma temperatura. Si, en cambio, asumo que son térmicamente independientes y tienen un aumento nominal de 50 °C, entonces la diferencia entre los dos sería de 16 °C y si el tempco es de -1,7 mV/K, eso causaría otro 1,7 % de diferencia entre los Vf. , lo que lleva a un mayor aumento de la temperatura, etc.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

En cualquier nivel dado de corriente de excitación LED, agregar otro miliamperio aumentará el voltaje en cierta cantidad. La relación entre el voltaje marginal y la corriente marginal puede denominarse resistencia marginal. Si dos LED en paralelo tienen caídas de voltaje ligeramente diferentes, la diferencia en el flujo de corriente será aproximadamente igual a la distancia en caídas de voltaje dividida por la resistencia marginal. Si la resistencia marginal es pequeña (como ocurre con algunos LED), la diferencia de corriente será bastante grande.

Agregar, por ejemplo, una resistencia en serie de 10 ohmios aumentará la resistencia marginal de la combinación LED+resistencia en diez ohmios. Puede que no parezca mucho, pero es enorme en comparación con la resistencia marginal de algunos LED y, por lo tanto, podría reducir la variación de corriente en un orden de magnitud.

Si uno estuviera usando resistencias como los únicos dispositivos limitadores de corriente, no tendría mucho sentido usar resistencias N + 1 para LED N (en lugar de simplemente usar resistencias N). Sin embargo, el enfoque puede ser ventajoso si uno está tratando de usar un circuito basado en transistores para controlar la corriente a muchos LED paralelos. Si uno tiene diez LED paralelos alimentados por un suministro que produce 1 amperio regulado, los LED recibirán un promedio de 100 mA, pero algunos pueden recibir 150 mA y otros 50 mA. Agregar una resistencia de diez ohmios en serie con cada LED requeriría que el suministro sea capaz de producir un voltio más de lo que sería necesario, pero casi eliminaría las variaciones en la corriente de excitación.

El problema con el primer circuito es que los tres LED tienen una corriente directa diferente con el mismo voltaje directo. La caída en los tres leds será la misma. Un led no puede tomar 3 voltios mientras que su led paralelo solo toma 2. No pueden ocurrir voltajes desiguales en circuitos paralelos.

Y como cada uno tiene una corriente diferente a través de ellos, uno puede dominar la cantidad de corriente disponible y puede entrar en condiciones de fuga térmica, matándolo. Que mata al siguiente por la misma razón. Etc. Depende en gran medida de la cantidad de corriente que se pueda extraer, es decir, el valor de la resistencia.

El tercero no tiene este problema, ya que cada uno está limitado a la corriente por su resistencia individual.

La caída de voltaje en cada LED y resistencia será igual. La corriente puede variar.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Observe que V-Total es lo mismo que la fuente de voltaje, 5 voltios. Siempre será de 5V. Note que V-1 (R1 + D1), es igual a V-2 y V-3, pero A-1 tiene una corriente diferente a A-2 y A-3. Sin embargo, V-4 y los nodos V-1/2/3 son iguales a V-Total. Y A-1 + A-2 + A-3 = A-4.

Los fundamentos de los circuitos en serie y en paralelo.

Re: Tu edición:

Aplicación práctica: diseñé mi circuito original con 18 LED en paralelo, cada uno con una resistencia de 220 ohmios. Ahora, quiero cambiar el voltaje a 9 voltios (o 12 voltios). ¿Tendré que cambiar todas las matrices originales o puedo agregar una resistencia en serie?

Sí tu puedes. Debe cambiar el tamaño de R4 para que consuma la misma corriente a un voltaje más alto. La fórmula sigue siendo la misma. Ley básica de Ohm R = V / I.

Como conoce I y la nueva V, simplemente calcule para R. Asumiendo los valores anteriores, podemos cambiar R4 y la fuente de voltaje pero manteniendo la misma corriente de 15.45 mA.

R = ( _Fuente de 9 V - 1,909 V _{hacia adelante} ) / 0,01545 A = 459 Ω

Por supuesto, debe elegir la siguiente resistencia de tamaño estándar. Pero vamos a ignorar eso.

^{simular este circuito}

Si solo está agregando una resistencia a un circuito existente como 2, entonces V _Forward sería la _fuente V anterior , es decir, 5V.