Warum die LED nicht direkt in den Strombegrenzungswiderstand integriert werden kann
2022-02-11 08:55:56
Kurze Einführung: Beim Einsatz von LEDs ist es notwendig, einen Strombegrenzungskreis im Schaltkreis zu entwerfen (kann ein Strombegrenzungswiderstand oder ein Konstantstromkreis sein), um sicherzustellen, dass der LED-Strom den maximalen Betriebsstrom der LED nicht überschreitet. Die Verwendung von Strombegrenzungswiderständen ist die gängigste praktische Schaltung in gängigen LED-Anwendungen. Es gibt auch ausgefeiltere, integrierte LED-Chips, die verwendet werden können. In diesem Artikel wird erläutert, warum die frühen Einzel-LEDs nicht direkt mit dem Strombegrenzungswiderstand integriert waren.
01 LED-Strombegrenzungswiderstand
1.1 Strombegrenzungswiderstand
Wie wir wissen, im Prozess der Verwendung
LED-Stromversorgung, schließen Sie die LED nicht direkt an beiden Enden der Stromversorgung an [1], da sonst die Gefahr besteht, dass zu viel Strom die LED durchbrennt. Normalerweise wird ein Strombegrenzungswiderstand an den Pin der LED angeschlossen, um den durch die LED fließenden Strom innerhalb des entsprechenden Betriebsbereichs zu regeln.
Die Größe dieses Stromwiderstandes muss auf folgenden Faktoren basieren:
Versorgungsspannung:
Druckabfall in der LED-Röhre, der durch die Farbe der LED bestimmt wird;
Fahrstrombereich:;
Drei Faktoren bestimmen die Größe des Strombegrenzungswiderstandes.
1.2 LED-Einschaltspannung
Volt-Ampere-Kennlinien mehrerer LEDs mit unterschiedlichen Farben [2] geben die tatsächlich gemessenen Volt-Ampere-Kennlinien mehrerer LEDs mit unterschiedlichen Farben an. Es ist ersichtlich, dass die VA-Kennlinien von LEDs denen von gewöhnlichen Dioden sehr ähnlich sind, mit der Ausnahme, dass die Schaltspannung bei unterschiedlichen LED-Farben variiert.
▲ Abbildung 1.2 VA-Kennlinien von LEDs mit unterschiedlichen Farben
In einigen Sonderfällen, wenn die Spannung der LED im Wesentlichen der angelegten Spannung entspricht und der Innenwiderstand der Batterie relativ groß ist, kann die Batterie die LED auch direkt antreiben.
Interaktives digitales Whiteboard mit einer Nintendo Wii-Fernbedienung und einem Infrarot-LED-Stift. Für Schulen zeigt HOWTO[3] die Anwendung einer direkten Infrarot-LED-Verbindung zur Batterie Nr. 5.
Abbildung 1.2.2 Direkter Anschluss der LED an beiden Enden der Batterie
Da in den meisten Fällen der Einsatz von LEDs den Anschluss von Strombegrenzungswiderständen erfordert, warum gibt es keine LEDs mit direkt intern integriertem endlichen Stromwiderstand zu kaufen?
02 Warum?
Warum haben LEDs keine eingebauten Widerstände? [4], und die Antwort ist sehr ausführlich.
Als ich die ganze Nacht damit verbrachte, für ein Uni-Projekt 16 Strombegrenzungswiderstände in ein kleines Steckbrett einzubauen, fragte ich mich, warum LEDs keinen Innenwiderstand haben. Mir fallen keine Nachteile ein. Ich habe noch nie eine LED ohne einen Widerstand in Reihe angeschlossen, daher macht das für mich viel Sinn.
Dieser Fragesteller beschwerte sich, nachdem er 16 Strombegrenzungswiderstände verschweißt hatte, und fragte, warum die Mitte der LED direkt in den Strombegrenzungswiderstand integriert sei?
2.1 LED mit integriertem Strombegrenzungswiderstand
Zunächst einmal gibt es auf dem Markt noch LEDs mit eingebauten Strombegrenzungswiderständen. Beispielsweise bietet Kingbright-6.5SRD-3V mit 934 V roter LED 5 mm Durchgangsloch eine LED mit integriertem internen endlichen Stromwiderstand unter 5 V Spannung [5]. Der DURCHMESSER der LED beträgt 3 mm und sie arbeitet bei 5 V mit einem Strom von etwa 14 mA.
In LP377GWH1-40G[6] ist die Spezifikation einer grünen LED mit 5mm Durchmesser angegeben, die von der YunSun Company in Shenzhen, China, hergestellt wird und bei +5V arbeitet, wobei der Betriebsstrom 20mA bei +5V beträgt.
Tatsächlich gibt es bereits LEDs mit komplexeren internen Schaltkreisen, nicht nur mit begrenzten Stromkreisen, sondern möglicherweise auch mit Schaltkreisen zur Flimmersteuerung, Dimmschaltungen usw. Die seriell steuerbare Farb-LED-Lampe WS2812 [7] ist beispielsweise mit einem seriellen Schnittstellenschaltkreis und einem Dreifarben-PWM-Steuerschaltkreis ausgestattet, wodurch es möglich ist, die Farbe und Helligkeit von bis zu 1024 LED-Leuchten über nur einen IO-Port zu steuern.
2.2 Problem des integrierten Strombegrenzungswiderstands bei LEDs
Wie wir bereits gesehen haben, gibt es LED-Produkte mit integrierten Finite-Flow-Widerständen schon seit langem, aber sie haben sich in Bezug auf die Marktreaktion (in Bezug auf den Prozentsatz der Nutzung und die Marktdurchdringung) als erfolglos erwiesen. Die Hauptprobleme sind:
Problem der Lichtausbeute: Tatsächlich funktionieren die meisten zur Beleuchtung verwendeten LEDs ohne endlichen Stromwiderstand. Die maximale Lichtausbeute der LED wird durch einen speziellen Konstantstromkreis erreicht.
Problem mit der Serienschaltung von LED-Stromversorgungen: In vielen Anwendungen müssen mehrere LEDs in Reihe geschaltet werden, um eine größere Fläche der Anzeigelampe zu bilden. Wenn der Stromwiderstand begrenzt ist, ist eine höhere Antriebsspannung erforderlich. Zur Ansteuerung dieser seriellen LEDs werden häufig Konstantstromschaltungen verwendet.
Unterschiedliche Betriebsspannung und -stromstärke: Wir wissen, dass die Größe des Strombegrenzungswiderstands einer LED von mehreren Faktoren abhängt. Sobald der endliche Stromwiderstand unter bestimmten Bedingungen integriert wird, kann dies die Verwendungsmöglichkeiten der LED einschränken.
Wärmeableitungsproblem: Wie der Stromverbrauch effektiv über den Strombegrenzungswiderstand abgeführt werden kann, ist auch ein Faktor, der den internen integrierten Strombegrenzungswiderstand der LED beeinflusst.
Niedrige Betriebsspannung: Die Betriebsspannung des aktuellen Schaltkreises wird immer niedriger und geht von den ursprünglichen 5 V allmählich auf 3.3 V oder sogar noch niedriger über. Dadurch kann sich das integrierte LED-Gerät nicht an unterschiedliche Betriebsspannungen anpassen.
Die Verwendung eines Strombegrenzungswiderstands in Form eines Tischstabs ist sehr praktisch: Tatsächlich ist es relativ einfach, einen Strombegrenzungswiderstand in den Schaltkreis einzufügen, sodass sich die LED an verschiedene Arbeitsbedingungen anpassen kann. Für hohe Spannungen (z. B. +12 V) können mehrere LEDs in Reihe geschaltet werden.
Gesamtknoten
Bei der Verwendung von LEDs ist es notwendig, einen Stromkreis mit begrenztem Strom (Strombegrenzungswiderstand oder Konstantstromkreis) in den Stromkreis einzubauen, um sicherzustellen, dass der LED-Strom den maximalen Betriebsstrom der LED nicht überschreitet. Die Verwendung von Strombegrenzungswiderständen ist die gängigste praktische Schaltung bei gängigen LED-Anwendungen. Es gibt auch ausgefeiltere, integrierte LED-Chips, die verwendet werden können. In diesem Artikel wird erläutert, warum die frühen Einzel-LEDs nicht direkt in den Strombegrenzungswiderstand integriert wurden.
