LEDs circuito combinacional serie y paralelo

Por qué no deberías usar una resistencia para limitar la corriente...

No me gusta usar resistencias como limitadores de corriente, especialmente en los casos en los que está utilizando la mayor parte del margen de voltaje con los LED y no deja casi nada para la resistencia. Si está dispuesto a desperdiciar una gran cantidad de sobrecarga de voltaje para la resistencia, entonces funcionan bien como limitadores de corriente con LED. Pero por lo demás, no . Son muy malos para usar con LED cuando hay poca o ninguna sobrecarga.

Aquí es donde me alejo por completo de las respuestas ya proporcionadas, así como de su propio pensamiento. Ni siquiera puedo ayudarme a mí mismo porque está muy mal desde el principio.

Palidezco ante la idea de dejar solo un nominal (adivinado)$1\:\text{V}$de un estimado$8\:\text{V}$para los LED. Simplemente no funcionará bien y me da una bofetada en la cara para verlo.

Puede leer los detalles aquí y aquí , la esencia de esto con respecto a la variación actual en el LED:

$$\begin{align*} \%\,I_{_\text{LED}}&=\%\,V_{_\text{CC}}\cdot \frac{1}{1-\frac{V_{_\text{LED}}}{V_{_\text{CC}}}}\tag{1}\label{1} \\\\ \%\,I_{_\text{LED}}&=-\%\,V_{_\text{LED}}\cdot \frac{1}{\frac{V_{_\text{CC}}}{V_{_\text{LED}}}-1}\tag{2}\label{2} \\\\ \%\,I_{_\text{LED}}&=-\%\,R\tag{3}\label{3} \end{align*}$$

En los casos anteriores,$V_{_\text{CC}}=9\:\text{V}$y$V_{_\text{LED}}$es el voltaje total para todos los LED colocados en serie. Así que para los propósitos de (4)$2\:\text{V}$LED (nominales),$V_{_\text{LED}}=8\:\text{V}$.

Lo anterior también asume, aunque fuera, que$V_{_\text{CC}}$es el valor medio y que$V_{_\text{LED}}$también es el valor promedio y que siempre tiene suficiente voltaje para operar los LED.

1. ecuación$\ref{1}$es interesante. En su caso con las suposiciones anteriores, la variación en la corriente del LED será$9\times$la variación en la tensión de alimentación. ¡Si el riel de suministro varía en un 5%, la corriente del LED variará en un 45%! ¡Algo sobre lo que pensar!
2. ecuación$\ref{2}$es igualmente interesante. En su caso con las suposiciones anteriores, la variación en la corriente del LED será$8\times$la variación en el voltaje del LED. ¡Si el voltaje del LED varía en un 10 %, entonces la corriente del LED variará en un 80 %! ¡Algo aún más en lo que pensar!
3. ecuación$\ref{3}$no es terriblemente importante. Todo lo que dice es que si usa resistencias nominales del 2%, la regulación de corriente del LED será de -2% (el signo negativo solo significa "en la dirección opuesta"). Estoy seguro de que esto no es motivo de preocupación. todo.

Podría mejorar las cosas dando más voltaje a la resistencia. ¿Qué pasa con solo (3) LED por cadena de serie?

4. ecuación$\ref{1}$dice ahora que la corriente del LED será$3\times$la variación en la tensión de alimentación. Si el riel de suministro varía en un 5%, la corriente del LED variará solo en un 15%. Eso es mejor.
5. ecuación$\ref{2}$es igualmente interesante. En su caso con las suposiciones anteriores, la variación en la corriente del LED será$2\times$la variación en el voltaje del LED. Si el voltaje del LED varía en un 10 %, la corriente del LED variará en un 20 %. Eso está mucho mejor.

Entonces, puede ver que la resistencia mejora cuando le arroja más voltaje. Pero creo que también puede ver que creo que está cortando cosas demasiado delgadas cuando espera usar (4) LED en la cadena.

Otra razón por la que no debe usar (4) cadenas LED en serie...

Lo anterior era todo teórico. Ahora echemos un vistazo a la hoja de datos LED :

Ya puedes ver que es posible que$V_F=2.4\:\text{V}$al operar en$I_F=20\:\text{mA}$! ¡Eso es +20%! Toda una variación. (4) tales LED, si tomas todos los incorrectos, ¡podría significar que ni siquiera se encienden para ti!

Ahora, admitámoslo, es poco probable. Pero, ¿son estos los tipos de riesgos que desea tomar?

Voltaje de la batería...

EDITAR: Acabo de notar que escribiste en un comentario que "Estamos usando un adaptador de corriente de 9V como nuestra fuente de voltaje". Por lo tanto, lo siguiente puede no ser aplicable. Dicho esto, puede ser útil para otros que realmente están usando una batería. Así queda, entiendo que no se aplica directamente en su caso.

Una cosa más. El voltaje de la batería de$9\:\text{V}$. Veamos una batería ENERGIZER 522 -- 9 V típica :

Desde el principio se puede ver que apenas permiten alrededor$60\:\text{mA}$dibujar. Tal vez. (Están clasificados en las otras curvas por mucho menos sorteo). Entonces, seguro. Puedes usar uno.

Pero, ¿y el voltaje? Tenga en cuenta que el gráfico anterior especifica$4.8\:\text{V}$? ¿Esperas usar uno con ese voltaje? Lo dudo.

Ahora piensa un momento. Ya sabe que es posible que tenga una cadena de (3) LED en serie que requiera tanto como$7.2\:\text{V}$. Claro, no esperas más que$6\:\text{V}$, típicamente. Pero no diseñas para "típicamente". (O no deberías).

Puede bajar a solo (2) LED, en serie. Pero creo que debe planificar un voltaje de batería que no sea $9\:\text{V}$en tu diseño.

Veamos otra curva de esa hoja de datos:

Vea qué tan rápido cae el voltaje a$8\:\text{V}$?? Y aún no está cerca de agotarse. podría elegir$7\:\text{V}$como mi voltaje mínimo de diseño. Tienes que elegir tu propio número. Y luego quédate con eso.

¿Cuántos LED, ahora?

(Por supuesto, es posible que en realidad esté utilizando una alta calidad$9\:\text{V}$fuente de alimentación. Pero no lo has dicho en tu pregunta. He optado por asumir lo obvio, en respuesta.)

Temperatura

¡ Olvidé mencionar la temperatura ! El voltaje del LED variará significativamente con las variaciones de temperatura, ambiente y de otro tipo. Y si su voltaje varía, como ya sabe, la resistencia suministrará más (o menos) corriente a medida que cambia la caída en la resistencia para adaptarse a los cambios del LED debido a la temperatura.

Otra razón más para que no te gusten las resistencias.

Utilice la normativa vigente.

Finalmente, probablemente realmente desee utilizar la regulación actual utilizando BJT. Esto es realmente fácil de adaptar a las circunstancias y le dará un resultado uniforme incluso cuando el voltaje de la batería disminuya e incluso con diferentes voltajes de LED en sus cadenas. El problema con la idea es que también requiere cierta sobrecarga de voltaje. Pero el beneficio es que, a diferencia de una resistencia, requiere menos sobrecarga de voltaje para una buena regulación de corriente. Entonces, al menos, está en mejores circunstancias con un limitador de corriente activo frente a uno pasivo.

Si quieres ver todos los detalles sangrientos del diseño de uno, mira aquí .

Pero no puedo ayudarte con eso porque necesitas tomar algunas decisiones.

Si decide optar por la regulación actual activa...

Aquí está el esquema en el que estoy pensando, ahora mismo:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Asumo anteriormente que su MCU no puede soportar altos voltajes. Así que he incluido la opción 1 para conducir el circuito. Puede haber otras opciones a considerar. (Me viene a la mente un NFET). Pero nuevamente, necesitaría más detalles y sus pensamientos sobre NFET vs BJT.

(En estos niveles actuales, me gustan más los BJT: son más baratos y más fáciles de obtener y no tengo que preocuparme de si estoy agarrando uno con el derecho o no).$V_{_\text{GS}}$. Pero eso no significa que no usaría un NFET si uno fuera de la caja de chatarra y estuviera a mano).

De todos modos, hay un pensamiento a considerar. Es un circuito activo . Y funcionará bastante bien. También es estable frente a las variaciones de temperatura. (También contra variaciones en el riel de la fuente de alimentación. Siempre que haya suficiente sobrecarga y los dispositivos puedan disipar el calor desperdiciado. Pero es mejor evitar el calor desperdiciado y mantener el riel de suministro cerca de lo que se necesita, si es posible).

Probablemente puedas hacer ejercicio$R_3$dado su voltaje MCU y que solo necesita alrededor$150\:\mu\text{A}$en la base.

Resumen

Si lo anterior no lo convence de nunca más usar resistencias como limitadores de corriente LED, nada lo hará.

También hay algunos circuitos integrados maravillosos disponibles en estos días. Lo hacen aún mejor en todo esto: menor sobrecarga de voltaje, mejor control de corriente sobre la temperatura, etc.

Pero los considero boutique . Salen nuevos que son mejores y ofrecen más funciones, todo lo cual también ayuda a venderlos. Con el tiempo, los circuitos integrados más antiguos perderán volumen gradualmente y, en algún momento, serán "difíciles de conseguir".

¿Por otro lado? Los BJT son para siempre. (Y puedo obtener grandes y gruesos para corrientes altas que los circuitos integrados tampoco pueden manejar fácilmente).

EDITAR: agregado para el caso en el que solo desea (2) BJT por cadena de serie ...

Si está dispuesto a sacrificar algunos BJT por el bien común, puede usar BJT espejo en su lugar. Esto reducirá la cantidad de BJT por cadena a solo dos, en lugar de tres.

Las resistencias del lado alto de$5.6\:\Omega$están allí principalmente para limitar la corriente de la fuente con la cadena en serie que no está ENCENDIDA y para mitigar el impacto debido a la variabilidad de BJT dentro de un número de pieza y fabricante cuando la cadena está ENCENDIDA .

Las resistencias de los pines de E/S probablemente pueden ser$27\:\text{k}\Omega$, o por ahí.

^{simular este circuito}

Tenga en cuenta que decidí establecer un Darlington. Me había olvidado de lo que sucede cuando una cadena de series no está ENCENDIDA . (O si ninguno de ellos lo es...) Entonces, hay algunos BJT más en el circuito anterior. Cerciorarse$Q_1$puede disipar. Un TO-220 no vendría mal.

Finalmente, tenga en cuenta que soy un aficionado y no un experto en ningún tema de electrónica. Paso tiempo de aficionado pensando a nivel de aficionado y lo ofrezco gratis. Yo cometo errores. Echo de menos detalles importantes. Así que prueba esto con solo una cuerda, al principio. Y no lo conecte a su MCU hasta que se sienta cómodo con los resultados.

Ha agregado correctamente la resistencia en serie en cada cadena (en lugar de intentar compartir una resistencia común entre los tres). Dado que cada cadena está en paralelo con el suministro de 9 V, son, en efecto, independientes. (Es posible que vea una pequeña variación en la lectura de 9 V con una batería en buen estado al encender y apagar las cuerdas, pero probablemente no se notará.

La clasificación del transistor de 600 mA le da mucho margen.

si todas las cadenas están ENCENDIDAS y una cadena falla, las otras dos cadenas se verán afectadas drásticamente...

No. Estás alimentando desde una fuente de voltaje constante (9 V). Si se estuviera alimentando de una fuente de corriente constante, entonces sí, la corriente se dividiría en dos en lugar de tres.

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No ha mostrado cómo está manejando los transistores PNP. Tenga cuidado con la falla del controlador del lado alto.

Figura 1. Los diodos de protección en la mayoría de los chips lógicos crean un camino furtivo hacia el suministro positivo. Esto mantendrá el transistor PNP permanentemente encendido y puede dañar el chip.

Figura 2. Para controlar un transistor de lado alto desde un pin GPIO, necesitamos un traductor de nivel. Un transistor NPN hace el trabajo muy bien.

Las imágenes de mi publicación sobre el controlador del lado alto fallan , que tiene más texto sobre el problema.

Debe usar transitores NPN entre cada cadena de LED y tierra. Con los transistores PNP, el microcontrolador no podrá apagar los LED; tendría que acercar la base PNP a 9 voltios para apagarlo.

Las tres cadenas de LED deben ser independientes: una falla en una cadena no debe afectar a las otras cadenas.