Warum kann nicht genau ein einziger Widerstand für viele parallele LEDs verwendet werden?

Warum können Sie nicht einen einzigen Widerstand für mehrere LEDs gleichzeitig anstelle von jeweils einer verwenden?

Der Hauptgrund ist, dass Sie Dioden nicht sicher parallel schalten können.

Wenn wir also einen Widerstand verwenden, haben wir eine Strombegrenzung für den gesamten Diodenabschnitt. Danach muss jede Diode den Strom steuern, der durch sie fließt.

Das Problem ist, dass reale Dioden nicht dieselben Eigenschaften haben und daher die Gefahr besteht, dass eine Diode zu leiten beginnt, während andere dies nicht tun.

Sie möchten also im Grunde Folgendes ( in Paul Falstads Schaltungssimulator öffnen ):

Und das bekommen Sie in Wirklichkeit ( geöffnet in Paul Falstad's Circuit Simulator ):

Wie Sie sehen, leiten im ersten Beispiel alle Dioden die gleichen Strommengen und im zweiten Beispiel leitet eine Diode den größten Teil des Stroms, während andere Dioden überhaupt nichts leiten. Das Beispiel selbst ist etwas übertrieben, so dass die Unterschiede ein bisschen offensichtlicher werden, aber gut demonstrieren, was in der realen Welt passiert.

Das Obige wurde unter der Annahme geschrieben, dass Sie den Widerstand so wählen, dass der Strom so eingestellt wird, dass der Strom n- mal dem gewünschten Strom in jeder Diode entspricht, wobei n die Anzahl der Dioden ist und der Strom tatsächlich größer als der ist Strom, den eine einzelne Diode sicher leiten kann. Was dann passiert, ist, dass die Diode mit der niedrigsten Durchlassspannung den größten Teil des Stroms leitet und sich am schnellsten abnutzt. Nach dem Erlöschen (wenn er als offener Stromkreis erloschen ist) leitet die Diode mit der nächstniedrigen Durchlassspannung den größten Teil des Stroms und erloschen sogar schneller als die erste Diode usw., bis Ihnen die Dioden ausgehen.

Ein Fall, den ich mir vorstellen kann, wo Sie einen Widerstand verwenden können, der mehrere Dioden speist, wäre, wenn der maximale Strom, der durch den Widerstand fließt, klein genug ist, dass eine einzelne Diode mit vollem Strom arbeiten kann. Auf diese Weise stirbt die Diode nicht, aber ich selbst habe noch nicht damit experimentiert, sodass ich nicht beurteilen kann, wie gut die Idee ist.

OK, lass uns die Berechnung machen.

Ein vereinfachtes Modell für eine LED ist eine Festspannungsquelle in Reihe mit einem kleinen Widerstand. Lassen Sie uns diese LED von Kingbright auswählen.

Die Steilheit beträgt 20mA / 100mV, der Innenwiderstand also 5 . Die LED-Eigenspannung beträgt 1,9V. Nehmen wir an, dass die LEDs 20 mA benötigen und unsere Stromversorgung 5 V beträgt.$\Omega$

Dann beträgt die LED-Spannung 1,9V + 5 20mA = 2V. Unser einziger Vorwiderstand$\Omega$ $\cdot$

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

Das ist, wenn beide LEDs gleich sind. Nehmen wir nun an, dass es eine leichte Diskrepanz zwischen den LEDs gibt und dass die 1,9 V für die zweite LED tatsächlich 1,92 V betragen, nur ein Unterschied von 1%.

Jetzt ist nicht sofort klar, wie hoch die Spannung an den LEDs sein wird. Finden wir es heraus und nennen das . Es gibt einen einzelnen Strom durch den 75 Widerstand: $V_L$$I_R$$\Omega$

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

Der Strom durch die erste LED:

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

und ebenfalls für LED 2:

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

Jetzt ist , also $I_R = I_1 + I_2$

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

Daraus ergibt sich = 2,01 V. Füllen Sie dann diesen Wert in die obigen Gleichungen für die gefundenen LED-Ströme ein$V_L$

I 2 = 17,94 m $I_1 = 21.94 mA$ und$I_2 = 17.94 mA$

Fazit

Bereits die kleinste Abweichung der LED-Spannung (1%) führt zu einer Differenz des LED-Stroms von 18%. IRL der Unterschied kann größer sein und es kann ein sichtbarer Helligkeitsunterschied vorliegen. Bei niedrigeren Innenwiderständen ist der Effekt schlechter.

Siehe meine letzte ausführliche Antwort hier

Strom wird ungleich doppelt aufgeteilt, um sich in den LED-Eigenschaften zu verbreiten.

Diejenigen, die mehr als ihren Anteil ziehen, werden heißer und ziehen noch mehr.

Diejenigen, die weniger als ihren Anteil ziehen, werden kühler und ziehen weniger.

Wenn Sie sagen, 10 LEDs und Sie sie parallel anschließen und sie mit einer einzigen LED für alle 10 mit ungefähr dem Nennstrom betreiben, dann:

• Bei typischen kostengünstigen LEDs ist die Vf / If-Anpassung so schlecht, dass die niedrigsten Vf-LEDs das 2-, 3- oder 4-fache ihres Nennstroms ziehen können.

• Die Überstrom-LEDs gehen schnell aus.

• Jetzt gibt es 9 LEDs, um genug Strom für 10 zu teilen. Der DURCHSCHNITTLICHE Strom beträgt 110%. Die LED mit dem niedrigsten Vf-Wert wird erneut überlastet und fällt aus. Diesmal geschieht dies jedoch noch schneller, da mehr Strom pro LED verfügbar ist.

• Die nächste ... :-) - Kettenreaktion.

Schauen Sie sich eine typische billige asiatische * Multi-LED-Taschenlampe an.
Beachten Sie die hellsten LEDs. Lassen Sie die Taschenlampe eine Weile laufen und beobachten Sie sie dann erneut.
Nach nicht allzu langer Zeit sind die hellsten LEDs schwächer oder erloschen.
Beobachten Sie die hellsten LEDs ...

• Ich sage "billig asiatisch", da die meisten Multi-LED-Taschenlampen chinesischen Ursprungs sind und die meisten kostengünstig, so dass ihr Preis schwer zu übertreffen ist. Sie bauen größtenteils auf "was der Markt tragen wird" und der Markt wird Müll tragen. LED-Leuchten aus anderen Ländern mit mehreren LEDs ODER in China hergestellten Leuchten mit entsprechendem Design kosten mehr und sind weniger beliebt. Es gibt einen Grund für die zusätzlichen Kosten.

LEDs in Reihe (2 Gruppen).
Konstantstromantrieb.
Kostet mehr.

Das würde funktionieren, wenn alle LEDs identische Eigenschaften hätten. Das ist leider nicht der Fall. und sie werden unterschiedliche Ströme haben, die durch sie fließen. Natürlich können mehrere LEDs in Reihe einen einzigen Strombegrenzungswiderstand haben.

TLDR;

Wenn der Widerstand den Strom auf 15 mA begrenzt, wird der Strom bei jedem Einschalten der LED geteilt und über diese reduziert, was bedeutet, dass sie mit zunehmendem Einschalten schwächer werden.

Nun, das ist nicht unbedingt wahr.

Ich verwende häufig ein Steckbrett mit 8 LEDs für das eingebettete Debugging. Der Unterschied ist, dass ich zwar alle 8 LEDs über einen einzigen Widerstand mit Masse verbunden habe (es war schneller, die Platine auf diese Weise hochzufahren), der Strom jedoch von separaten Mikrocontroller-Pins geliefert wird. Kommt drauf an, was du mit 'parallel' meinst, denke ich!