¿Hay algún peligro en el uso de resistencias en serie Y en paralelo para una matriz de LED?

He visto mucho sobre el uso de LED y resistencias en serie frente a paralelo, pero no encontré nada sobre la combinación de ambos, así que aquí va.

Estoy trabajando en una especie de reloj, que funcionará de manera similar a una pantalla de 7 segmentos, donde se encienden diferentes LED simultáneamente según la salida del controlador (a veces 2, a veces los 7), así que lo usaré como un ejemplo.

Para conservar la batería, busco tener un brillo bajo durante el funcionamiento "normal", con una opción de brillo alto momentáneo. Dado que esto debe ser bastante pequeño para ser portátil, por supuesto, estoy buscando minimizar el número de componentes. El costo es relevante, pero un factor mucho menor que lograr un tamaño pequeño que pueda soldarse a mano.

Se entiende ampliamente que ejecutar LED paralelos en una sola resistencia no es el mejor enfoque, y he permitido una disposición de resistencia por LED en mi diseño, pero me gustaría poder omitir ALGUNA de la resistencia temporalmente.

Lo que pensé que podría hacer es poner los pares de la serie Resistor-LED en una matriz paralela que se alimenta a una sola resistencia con un bypass, como en este esquema:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Entonces, la pregunta: ¿Sería tan malo colocar una sola resistencia en serie con una matriz de LED paralela si los LED también tuvieran resistencias en serie dedicadas y, de ser así, hay otras alternativas para el resultado tenue / brillante que estoy buscando?

Información adicional
: planeo una fuente de batería de 3v (2xAAA) que funcione con LED con un Vf de 2-2.2.
- Una vez que tenga mis LED, tengo la intención de probar diferentes valores de resistencia para el rendimiento de brillo, pero espero alrededor de 2-4 y 7-10 mA para el bajo y el alto, respectivamente.
- La matriz real tendrá 12 LED, con un máximo de 9 encendidos a la vez.
- Habrá 4 matrices de "dígitos" en total.
- Me siento cómodo trabajando con paquetes SOIC y 0805 (y algunos 0603).
- Si existe el riesgo de un brillo (ligeramente) desigual de un LED al siguiente, estará bien, ya que dará un aspecto "desgastado por la batalla" que funcionará con el diseño.

No veo ninguna razón por la que no funcionaría.
Dependiendo de su CMOS IC @ 3.3, puede tener RdsOn interno equivalente a 130 ohmios, pero los chips ARM son de 25 ohmios, por lo que esto debe incluirse en los cálculos. También los LED de 5 mm y 2 V tienen una ESR de aproximadamente 10 ohmios. ¿Ha considerado una celda LiPo de 3.7V en su lugar?
@TonyStewart.EEsince'75 Sabía que tenía que considerar el RdsOn del MOSFET (reemplazaría al S1) en la ecuación total, pero también tendré en cuenta el CMOS. Gracias por señalar esto. Estoy buscando fuentes de energía alternativas y veré qué puedo hacer con un LiPo.
También fabrican celdas LiPo delgadas y flexibles para correas de reloj con cables RdsOn de 74ALVCxxx es de 25 ohmios más o menos, más (33 ohmios típicos) con 3.0V mucho menos de 150 ohmios

Respuestas (5)

Sus LED pueden o no funcionar exactamente como espera, dependiendo de lo que espera.

El cambio de brillo al operar el interruptor variará dependiendo de si tiene 1 o 9 LED encendidos. Con 1 LED, el cambio será pequeño, con 9 LED, el cambio será grande.

Con el interruptor cerrado, cualquier número de LED tendrá el mismo brillo. Con el interruptor abierto, a medida que encienda más LED, los que ya están encendidos se volverán menos brillantes.

Si elimina R8 y PWM los LED, puede lograr un cambio de brillo constante independientemente de la cantidad de LED encendidos.

+1 para PWM, que es probablemente lo que OP necesitaba todo el tiempo.
Creo que este es el camino a seguir. ¿Hay alguna manera de (lado bajo, supongo) PWM todos los LED con un solo dispositivo/circuito? Cualquiera de los 4 arreglos, o los 4 combinados, ayudarían con los bienes raíces. Gracias.
Tuve la oportunidad de confirmar esto a través de la simulación y el protoboarding, y hace exactamente lo que pensaba, pero esperaba que no fuera así. Aunque no es tan dramático, la presencia de la resistencia en serie R8 da como resultado un cambio en el brillo a medida que los LED pasan por sus diferentes estados de encendido/apagado. Cuanto menos encendido, más brillante. Cuanto más iluminado, más tenue. Una cosa que me gustaría agregar es que cuanto más pequeño es R8 en relación con Rs1-7, menos se ven afectados, pero también menos útil se vuelve la idea. PWM es.
Por favor, no utilice PWM en los LED. Detesto absolutamente la pantalla PWM. Se ven tan horribles y baratos y distraen tanto, especialmente si me muevo y mis ojos se mueven de un lado a otro. Quizás soy más sensible que la mayoría de la gente, no lo sé, pero no puedo ser el único.
@mkeith No eres el único, yo también tengo 'ojos rápidos', puedo detectar un automóvil VW adelante por la noche (sabrás a lo que me refiero, el 95% de la población no). En los días lentos de CRT, me negaba a trabajar en un escritorio, o junto a un colega, con un monitor funcionando a 60 Hz, me convertí en un experto en encontrar las entradas relevantes en el controlador del monitor, ¡gracias a Dios por las pantallas LCD! Hemos perdido la discusión sobre los LED PWM, así que ni siquiera me molesto en mencionarlo en estos días. Recientemente construí una pantalla charlieplexed, con alrededor de 200 Hz finalmente me sentí menos incómodo con ella.

Una batería de 3 V está bien para LED rojos, naranjas y amarillos con voltajes directos más bajos y no tan bien para blancos, azules y verdes. Es posible que desee considerar el uso de una sola celda de iones de litio recargable que aumentará el voltaje a 3,6 V. La curva de descarga de una celda de litio permanece por encima de 3v hasta el corte de descarga.

Las resistencias no funcionan bien para la eficiencia de la batería. El valor de la resistencia limitadora de corriente se elige para un voltaje fijo. A medida que cae el voltaje de la batería, la eficiencia disminuirá y los LED se atenuarán prematuramente. La curva de descarga de una batería AAA no funciona bien para los LED que necesitan mantener su voltaje directo.

Un regulador de corriente constante (CCR) es el equivalente a una resistencia dinámica que mantiene la corriente independientemente del voltaje.

El Microchip MIC2860 es un paquete de 1 mm x 2 mm de $0.25, controlador de LED de alta eficiencia que alimenta dos LED a hasta 30 mA. Este regulador de corriente constante mantiene la corriente con un voltaje de caída de solo 0.052 mV.

Una resistencia establece la corriente máxima y, opcionalmente, el dispositivo también tendrá un valor de control de brillo (32 niveles), lo que elimina la necesidad de una señal de atenuación PWM constante. Cuando está en modo de espera, el dispositivo consume solo 0,01 µA y seguirá manteniendo el brillo establecido. También se puede controlar con PWM usando el pin de habilitación.

Esto suena como una buena dirección para investigar los cambios de diseño. Gracias. He leído la hoja de datos, pero todavía tengo curiosidad: ¿puede cada matriz ser impulsada por un solo canal del 2860 simplemente reemplazando R8, o DEBEN organizarse 1 LED por canal y ser manejados por Vin como en el ejemplo de la hoja de datos? Para 4 matrices de 12, esto significaría que necesito 24 chips (+externos requeridos por) frente a 2.

Tus LED funcionarán exactamente como esperas. La resistencia en serie limitará las cadenas en paralelo a una corriente máxima de A/n, donde las resistencias individuales establecen realmente N. Las dos secciones se equilibrarán entre sí con una corriente que depende en gran medida del voltaje directo y la corriente directa de todos los LED. La corriente teórica a través es algo difícil de calcular, y los resultados prácticos variarán en función de la V f real frente a la I f de los LED y el voltaje de la batería, por supuesto.

Un LED, si no lo observa correctamente, puede ser más brillante que los demás, e incluso si se ven iguales, las tolerancias de la resistencia y la I f pueden significar que uno está a 9 mA mientras que otro a 6 mA. He puesto varios LED idénticos en paralelo con una resistencia. Uno parecía más brillante que el resto. Simplemente lo reemplacé con uno que coincidía con el brillo de los demás. La longevidad y la coincidencia actual no eran importantes para un proyecto único.

Pero esencialmente hará lo que piensas. Brillo completo cuando se presiona el interruptor, cortocircuitando R8 y una fracción del brillo cuando R8 está en el camino.

En cuanto a las alternativas, un microcontrolador con control PWM de los LED y un botón de entrada proporcionará un control más preciso y muchas más opciones. Muchos microcontroladores funcionan bien con 2x AAA, por lo que, como máximo, está agregando un SMD IC y tal vez un condensador de derivación de 0.1 µF. El código es mejor que la lógica discreta, en mi humilde opinión. Imagínese persiguiendo LED o patrones encima de cualquier estilo Battle Worn que se le ocurra.

Gracias por el aporte. Estoy seguro de que el µController sería más efectivo, pero a partir de ahora, estoy tratando de experimentar y aprender las raíces de EE (incluida la lógica discreta), como suposición de que me ayudará a comprender y controlar la tecnología más nueva a medida que me muevo. adelante. Esto es algo que consideraré a medida que evolucione mi conocimiento.

Es un buen diseño, en parte porque te obliga a hacerlo bien sin la resistencia en el circuito (es decir, en modo brillante). Agregar la resistencia simplemente reducirá el voltaje efectivo a todos los LED exactamente de la misma manera.

No todos los LED responderán de la misma manera a eso, por lo que es posible que tenga irregularidades en "tenue" que no tuvo en "brillante". Eso solo será un problema si la curva de voltaje-corriente de los LED no es la misma.

Si pudiera controlar los LED desde una interfaz SPI, el TLC5917 resolvería su problema y eliminaría las resistencias en serie. Este dispositivo establece la unidad actual en los siete LED mediante una sola resistencia que podría cambiarse para proporcionar un cambio en el brillo.

¿Hay algún peligro en el uso de resistencias en serie Y en paralelo para una matriz de LED?
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