Uso de diodos para limitar la corriente a los LED

Debo confesar que nunca probé esto. Pero la resistencia en 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. En teoría, debe agregar gráficamente las características de la interfaz de usuario de los diodos y el LED, y ver en la característica resultante cuál es la corriente para su valor de Vcc. Pero el principal problema es que esta corriente no se puede predecir de forma fiable, ya que las características del catálogo de la interfaz de usuario de los diodos y el 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 todos los casos. Pero es posible que reciba ayuda de un lugar inesperado: el circuito integrado 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 consulte la hoja de especificaciones de 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 polariza hacia adelante la unión del diodo, y luego, de repente, cuando obtiene suficiente voltaje, 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 pasa 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, solo que es una molestia hacerlo sin algunos componentes adicionales. En la práctica, solo tendemos a usar una fuente de voltaje (encendida y apagada por una puerta lógica o un MOSFET o un transistor bipolar) y una resistencia para establecer la corriente.

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

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

Al dejar caer el voltaje de suministro usando 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 voltaje. Y también está introduciendo otro elemento del circuito (este nuevo diodo) que tiene tolerancias de voltaje adicionales, lo que hace que esas variaciones de voltaje sean más grandes. Estaría agregando componentes adicionales que no tienen otro propósito que hacer que la salida de luz sea más sensible a las variaciones de voltaje, temperatura y variaciones de piezas.

Las únicas otras cosas que vale la pena considerar aquí son la disipación de energía. Si tiene una fuente de voltaje fijo (por ejemplo, 5 V) y un LED u otro elemento de circuito que usa solo una fracción de ese voltaje (por ejemplo, 1,2 V), entonces solo se necesita una fracción de la potencia (1,2/5 V = 24 % en este ejemplo). disipado en el LED, y el resto (76%) se disipa en algo más que necesita para conectar los dos juntos. Eso es cierto para cualquier fuente de alimentación lineal (consulte a continuación un comentario sobre conmutadores). Esto se convierte en calor, que debe disiparse adecuadamente y, en la mayoría de los casos, la forma más barata y fácil de disipar una cantidad determinada de calor de manera 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 máx.) y su comportamiento varía menos con la temperatura.

La excepción a todo este pensamiento es una fuente de alimentación conmutada. Muchos controladores de LED están optando por el conmutador y utilizan modulación de ancho de pulso + un transistor de conmutación y un inductor para aumentar la eficiencia. Esto permite que esencialmente toda la disipación de energía ocurra en el LED (con un poco de pérdida en un MOSFET de conmutación y un inductor). Sin embargo, aún trata el LED como un sumidero de voltaje, con el transistor de conmutación + el inductor actuando como una fuente de corriente, variando su ciclo de trabajo para controlar el brillo del LED (en las 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 con el tiempo, de modo que la luz blanca no cambie de color 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.

En pocas palabras: manténgalo simple, use la resistencia por sí sola.

Lo siento, pero toda la premisa de la pregunta no funcionará, porque los diodos no limitan la corriente. Parece que estás confundiendo un poco el voltaje y la 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, hará estallar el LED debido a 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 necesita limitar la corriente usando resistencias, a menos que esté usando un IC de controlador de LED especial que lo maneje por usted (a menudo llamado 'sumidero de corriente constante' o 'fuente de corriente constante').

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

Se me ocurre que una buena propiedad de las resistencias en serie es que cuando el voltaje de entrada comienza a disminuir (por ejemplo, cuando las baterías se agotan), gradualmente representarán menos del voltaje total a medida que cae la corriente a través de los LED. Eso tendrá el efecto de hacer que los LED permanezcan 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...) Así que no regulas 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 de 40 mA. A veces, esto es limitado y, a veces, cerrará la uc. Por eso a veces se puede conectar un LED directamente a una uc.

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

Suponiendo que está limitando la fuente de alimentación a, por ejemplo, 40 mA, si no usa una resistencia para cada LED, la corriente se distribuirá, por lo que si enciende un diodo, será muy brillante y cuando encienda 10 LED, lo harán. ser diez veces más tenue.

Es por eso que cada tutorial de 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 una cierta cantidad de energía al resistir el flujo de corriente, incluso cuando los LED normalmente no consumirían demasiado. Un espejo de corriente, o fuente de corriente constante, es mucho más eficiente y le permite seleccionar una corriente específica para ejecutar.

Además, puede considerar usar un chip de controlador como el ULN2803, enlace: ULN2803

Descubrirá que puede manejar mucha más corriente que un microcontrolador y le permite manejar algunas cargas bastante grandes.

Si puede ejecutar su circuito completo con el voltaje directo 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, puede usar los diodos entre el cátodo común de los LED y tierra, nuevamente sin problemas.

En su hoja de datos de LED, debe 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 real... ¡y podemos usar esto a nuestro favor!

Elegí un voltaje que da una corriente que es la mitad de la clasificación máxima. Rebusqué entre los diodos hasta que encontré una combinación que redujo el voltaje de 5v a 2,8v, para este LED resultó en una corriente medida de 9,2mA, menos de la mitad de la clasificación máxima. El brillo era normal. El método, aunque no es el ideal, funciona bien, incluso al 100 % del ciclo de trabajo.

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

Cuando se usa un diodo como cuentagotas de voltaje para LED, la capacidad del diodo podría ser un problema al encenderse y permitir una corriente de LED muy breve pero alta antes de que el diodo conduzca. Las comprobaciones de alcance de las corrientes de LED al encender 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 una amplia gama 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 en una cantidad notable. Los diodos zener de 5,1 V son los más independientes de la temperatura debido a los parámetros físicos, pero un 1,8 también puede serlo.

El LED que está utilizando tiene un rango de operación decentemente 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 cual las personas normalmente usan resistencias, como un limitador de potencia, pero a menudo lo medimos como una corriente /dispositivo limitador de tensión.

Lo que me preocupa que pase por alto es la corriente máxima que su microcontrolador puede generar, pero esto se mencionó en otras publicaciones.

Usar un Zener para bajar un voltaje a un rango operativo para otro dispositivo es una práctica común sobre la que leí y que he usado yo mismo. Estoy seguro de que estarás feliz con el resultado.