¿Por qué exactamente no se puede usar una sola resistencia para muchos LED paralelos?

La razón principal es porque no puede conectar diodos en paralelo de manera segura.

Entonces, cuando usamos una resistencia, tenemos un límite de corriente para toda la sección del diodo. Después de eso, depende de cada diodo controlar la corriente que lo atraviesa.

El problema es que los diodos del mundo real no tienen las mismas características y, por lo tanto, existe el peligro de que un diodo comience a conducir mientras que otros no.

Así que básicamente quieres esto ( abrir en el simulador de circuito de Paul Falstad ):

Y en realidad obtienes esto ( abierto en el simulador de circuito de Paul Falstad ):

Como puede ver, en el primer ejemplo, todos los diodos conducen cantidades iguales de corriente y en el segundo ejemplo, un diodo conduce la mayor parte de la corriente, mientras que otros diodos apenas conducen nada. El ejemplo en sí es un poco exagerado para que las diferencias sean un poco más obvias, pero demuestran muy bien lo que sucede en el mundo real.

Lo anterior está escrito suponiendo que elegirá la resistencia de tal manera que establezca la corriente de modo que la corriente sea n veces la corriente que desea en cada diodo, donde n es el número de diodos y que la corriente es en realidad mayor que la corriente que un solo diodo puede conducir con seguridad. Lo que sucede entonces es que el diodo con el voltaje directo más bajo conducirá la mayor parte de la corriente y se desgastará más rápido. Después de morir (si muere como circuito abierto), el diodo con el siguiente voltaje directo más bajo conducirá la mayor parte de la corriente y morirá incluso más rápido que el primer diodo y así sucesivamente hasta que se quede sin diodos.

Un caso en el que puedo pensar en el que puede usar una resistencia que alimenta varios diodos sería si la corriente máxima que pasa por la resistencia es lo suficientemente pequeña como para que un solo diodo pueda funcionar con corriente completa. De esta manera, el diodo no morirá, pero yo mismo no he experimentado con eso, así que no puedo comentar qué tan buena idea es.

Bien, hagamos el cálculo.

Un modelo simplificado para un LED es una fuente de tensión fija en serie con una pequeña resistencia. Elijamos este LED de Kingbright.

La pendiente es 20mA/100mV, por lo que la resistencia interna es 5$\Omega$. El voltaje intrínseco del LED es de 1,9 V. Supongamos que los LED necesitan 20mA y que nuestra fuente de alimentación es de 5V.

Entonces el voltaje del LED es 1.9V + 5$\Omega$ $\cdot$20mA = 2V. Nuestra resistencia de serie única

$R = \dfrac{5V - 2V}{2 \cdot 20mA} = 75 \Omega$.

Eso es si ambos LED son iguales. Ahora suponga que hay una ligera discrepancia entre los LED y que los 1,9 V del segundo LED son en realidad 1,92 V, solo una diferencia del 1 %.

Ahora no está claro de inmediato cuál será el voltaje a través de los LED. Averigüémoslo, y llámalo$V_L$. Hay una sola corriente$I_R$a través del 75$\Omega$resistor:

$I_R = \dfrac{5V - V_L}{75 \Omega}$

La corriente a través del primer LED:

$I_1 = \dfrac{V_L - 1.9V}{5 \Omega}$

y lo mismo para el LED 2:

$I_2 = \dfrac{V_L - 1.92V}{5 \Omega}$

Ahora$I_R = I_1 + I_2$, asi que

$\dfrac{5V - V_L}{75 \Omega} = \dfrac{V_L - 1.9V}{5 \Omega} + \dfrac{V_L - 1.92V}{5 \Omega}$

De esto encontramos que$V_L$= 2.01 V. Luego, completando este valor en las ecuaciones anteriores para las corrientes de LED encontramos

$I_1 = 21.94 mA$y$I_2 = 17.94 mA$

conclusión

Solo la discrepancia más pequeña en el voltaje del LED (1 %) ya da como resultado una diferencia del 18 % en la corriente del LED. IRL, la diferencia puede ser mayor y puede haber una diferencia visible en el brillo. El efecto será peor para resistencias internas más bajas.

Vea mi respuesta detallada reciente aquí

La corriente se dividirá de manera desigual debido a la dispersión en las características del LED.

Aquellos que dibujan más de lo que les corresponde se calentarán más y dibujarán aún más.

Aquellos que dibujan menos de lo que les corresponde se enfriarán y dibujarán menos.

Si tiene, digamos, 10 LED y los conecta en paralelo y los maneja con una sola resistencia a aproximadamente la corriente nominal para los 10, entonces:

• Con los LED típicos de bajo costo, la coincidencia de Vf/If será lo suficientemente pobre como para que los LED de Vf más bajos puedan consumir 2, 3 o 4 veces su corriente nominal.

• Los LED de sobrecorriente morirán rápidamente.

• Ahora hay 9 LEDS para compartir suficiente corriente para 10. La corriente PROMEDIO es 110%. El LED de Vf más bajo se sobrecargará nuevamente y fallará, pero esta vez sucederá aún más rápido, ya que hay más corriente disponible por LED.

• El siguiente... :-) - reacción en cadena.

Fíjese en una típica linterna multi-LED barata asiática*.
Tenga en cuenta los LED que son más brillantes. Opere la antorcha por un tiempo y luego vuelva a observar.
Después de no mucho tiempo, los LED más brillantes estarán más tenues o apagados.
Observe los LED más brillantes...

• Digo "asiático barato" ya que la mayoría de las linternas multi-LED son de origen chino y la mayoría son de bajo costo, por lo que su precio es difícil de superar. Construyen en gran parte a "lo que soportará el mercado" y el mercado soportará basura. Las luces LED de otros países con múltiples LED O luces fabricadas en China con un diseño adecuado cuestan más y son menos populares. Hay una razón para el costo adicional.

LEDs en serie (2 grupos).
Unidad de corriente constante.
Cuesta más.

Eso funcionaría si todos los LED tuvieran características idénticas. Desafortunadamente, ese no es el caso. y tendrán diferentes corrientes fluyendo a través de ellos. Por supuesto, varios LED en serie pueden tener una sola resistencia limitadora de corriente.

TLDR;

Si la resistencia limita la corriente a 15 ma, entonces, a medida que se encienda cada LED, la corriente se compartirá y se reducirá entre ellos, lo que significa que se atenuarán a medida que se encienda más.

Bueno, esto no es ESTRICTAMENTE cierto.

Con frecuencia uso una placa de prueba con 8 LED para la depuración integrada. La diferencia es que, si bien tengo los 8 LED conectados a tierra a través de una sola resistencia (fue más rápido derribar la PCB de esta manera), la corriente se suministra desde pines de microcontroladores separados. Depende de lo que quieras decir con 'paralelo', ¡supongo!