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

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

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Aquí estoy tratando de usar una señal lógica de 3.3V (ilustrada como el 1 en un círculo) para cambiar los 24V 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 de 6,8 V, y su corriente directa constante máxima es de 20 mA, por lo que busqué una corriente de 10 mA a través de los LED. Dado que mi voltaje de suministro es de solo 24 V, planeé bajar unos 5,75 V en los LED para tener algo de margen para el voltaje caído en M2 y R2.

Llegué al valor de la resistencia limitadora de corriente R2 a 100 Ω usando:

R = V s − V F yo = 24 − ( 5.75 ∗ 4 ) 0.01 = 100 Ω

Antes de construir este circuito, calculé la potencia disipada por R2 de la siguiente manera:

PAG = V 2 R = 1 2 100 = 0.01 W

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

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

A partir de mis cálculos y análisis posteriores, aún no puedo entender por qué ocurrió esto. Para comprobar mi trabajo, reconstruí el circuito en un simulador que sugería que la potencia de R2 sería de hecho de 6,84 mW, que es un resultado que no puedo explicar pero, en cualquier caso, uno más pequeño que el que había calculado anteriormente.

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

Mida el voltaje real en cada uno de los LED cuando se ejecuta con su resistencia 100R y el riel de fuente de alimentación de 24V. Por si acaso, también mida el voltaje a través de la resistencia.
De acuerdo con su circuito, está poniendo 24 v en la puerta de M2. Esto no responde a su pregunta sobre la resistencia, pero una vez que esté funcionando, ¡no querrá quemar M2! No puedo obtener datos rápidamente en un FQU13P06L, pero presumiblemente lo tienes.
su cálculo de potencia no coincide con el resultado de la simulación porque no considera la caída de voltaje en el PMOS M2. ¿Cuál es la caída de voltaje de saturación a través de él?
Segundo @DwayneReid. Un multímetro debería resolver este misterio con bastante rapidez.
Gracias por el consejo sobre el voltaje de la compuerta en M2... No lo entendí en mi trabajo inicial, pero lo veo ahora. Espero tener una pregunta separada sobre cómo resolver eso después de que lo piense un poco más, aunque de todos modos necesito disminuir mi voltaje de suministro (según las respuestas a continuación), por lo que es probable que cambie el problema
Dwayne, gracias por el consejo sobre las medidas. Normalmente me dedico a investigar para encontrar la respuesta, pero estaba un poco nervioso por dejar mi circuito alimentado aquí con las resistencias ardiendo sin llama. Probablemente podría haberme ido con unos minutos más para medir, ¡pero no me sentía tan seguro en ese momento!
/escéptico sobre los LED de 6,8 V. Pondría esa cadena de LED en serie en una fuente de alimentación decente que le permita marcar en corriente constante y voltaje constante. Establezca el voltaje máximo al mínimo, la corriente máxima a 20 mA y aumente lentamente el voltaje. Habrá un punto en el que la corriente deja de subir y se fija en 20ma y la fuente de alimentación cambia al modo CC. Ese es el voltaje real de esos LED.

Respuestas (4)

6,8 voltios parece terriblemente alto para un solo LED. ¿Estás seguro de que 6,8 no es el número de los cuatro LED? Eso lo convertiría en 1,7 voltios por LED, que es más razonable para un LED rojo. Y eso significaría que actualmente está empujando 172 miliamperios, o casi 3 vatios a través de su resistencia.

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

Marcos tiene razón. R2 debe ser de aproximadamente 1800 ohmios para 10 mA a 24 V.
¡Gracias! Llegué a la conclusión de que se trataba de un número por LED porque el punto decimal solo tiene dos dígitos, por lo que esperaba que no pudiera ser para los cuatro LED, pero su explicación tiene sentido en cuanto a por qué no es una conclusión válida.
Para mi propia edificación, además de volver a calcularlo, lo volví a simular con los LED a un voltaje directo de 1,7 V y confirmé que, de hecho, ~ 3 W también se disipaban en R2 en la simulación.
Bueno, eso o agregar como 8 o 9 leds más. Utilice la energía que de otro modo se desperdiciaría como calor.
@Passerby ¿Agregarlos por qué? Si tenía cien LED y planeaba controlarlos de cuatro en cuatro, entonces, por supuesto, debería ejecutar más en serie. Pero como claramente ese no es el caso, esto no es de mucha ayuda. Es como "oh, hoy están regalando comida para perros, así que necesito comprar un perro". :)
@Graham porque es mejor que tengas más luz en lugar de más calor. Hace que el número de 'eficiencia' suba :)
@hobbs "Eficiencia" es una medida de cuánta energía se dedica a lo que quieres que haga en comparación con la cantidad que usas. Si la energía se destina a algo que no desea, no importa si se trata de calor, luz o cualquier otra cosa, sigue siendo igualmente ineficiente. El OP no necesita más luz, por lo que no necesita más LED. Y si está tirando componentes sin una buena razón, su eficiencia en el costo se reduce.
@Graham era una broma :P

Veo tu problema. Su circuito muestra cómo está conduciendo 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, cubriendo el segmento.

Donde te equivocaste es asumiendo que hay una caída de voltaje directo de 6.8V por LED. No hay tal LED rojo. Por lo general, un LED rojo tendrá una caída de voltaje directo de alrededor de 1.6V-1.8V, y esa es una característica de la física involucrada, por lo que realmente no hay mucho margen para la variación. Esto me dice que tiene una caída de voltaje directo de 6.8V para los cuatro LED en ese segmento en serie .

Entonces, con una caída de voltaje de 6,8 V y un suministro de 24 V, está cayendo 17,2 V en el 100R. Como dice Mark, esto le proporciona una disipación de potencia de 172 mA y 2,96 W en la resistencia. No es saludable para una resistencia de 0.25W.

De hecho, tiene suerte de que la resistencia de 0,25 W básicamente se convierta en un fusible en esas condiciones y se queme casi de inmediato. Si no lo hubiera hecho, poner 172 mA a través de la pantalla lo quemaría bastante rápido, y una pantalla grande de 7 segmentos será un poco más costosa que una resistencia. Si hubiera usado una resistencia de mayor potencia, se preguntaría por qué la pantalla brilló brevemente y luego se quedó en negro para siempre.

¡Gracias por esta respuesta! Acepté la respuesta de Mark porque era anterior, pero ambas fueron excelentes respuestas y desearía haber aceptado ambas. La aclaración de que la resistencia actuó como fusible en este caso fue útil para pensar en lo que sucedió aquí.
@MartinAtkins Bastante justo. Mark estuvo allí primero, solo agregué un poco más de detalle alrededor de los bordes. :) Me alegro de que haya sido útil.
@MartinAtkins Hablando en general sobre SE, no este hilo específicamente: no debe aceptar una respuesta simplemente porque es la primera. Vea los muchos hilos en SE donde la primera respuesta es extremadamente pobre y, a menudo, se elimina una vez que se vuelve evidente. Si aparece uno más tarde que responde mejor a su pregunta, entonces puede, y probablemente debería , cambiar su respuesta aceptada.

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 6.8Vy no 6.8V * 4o5.xV *4

Por lo tanto, la resistencia tiene que lidiar con 17.2Vy no 0..2V.

Así se .17Adisipa la corriente y la potencia ~4W.

¿Qué agrega exactamente esta respuesta que otras respuestas aún no descubrieron?
Buena pregunta. Creo que esta respuesta es concisa y precisa.

depende de la potencia nominal (resistencia interna) y el color del led (Vf), la resistencia de 100 ohmios tiene que soportar todo el voltaje extra de 24 - 4xVf -4Ir... Vf ~ 3V para blanco, 2V para otro color. La mayoría de los LED tienen alta resistencia, excepto los LED de potencia como los de Cree... Si la resistencia tiene 12 V, la potencia será ~ v2/r 1,5 W watt... agregue más cadena de LED.

¡Bienvenido a EE.SE! Su respuesta es muy difícil de leer y no parece responder de manera efectiva a la pregunta. Vuelva a formatear su respuesta y asegúrese de que responda con precisión a la pregunta.
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