Können LEDs oder Optokoppler ohne Widerstand verwendet werden, wenn PWM verwendet wird?

LEDs werden häufig über einen Widerstand angeschlossen, und der Zweck scheint darin zu bestehen, die Spannung an der LED auf etwa 1,8 V zu senken. Kann PWM verwendet werden, um die Spannung anstelle eines Widerstands zu senken? Wenn ja, welche Frequenz ist angemessen, um ein Ausbrennen der LED zu vermeiden?

Meine eigentliche Anwendung besteht darin, einen Optokoppler direkt an einen Mikrocontroller anzuschließen, aber ich stellte fest, dass die meisten Menschen mit LEDs besser vertraut sind und die Antwort dieselbe sein wird.

Dieses " Experiment " würde meine Frage beantworten, aber er hat seine Ergebnisse nie veröffentlicht.

Der von einer LED (oder einer beliebigen Diode) aufgenommene Strom steigt in Abhängigkeit von der Spannung exponentiell an , wobei die typische Durchlassspannung der Beginn eines exponentiellen Wachstums ist. Aus diesem Grund ist es wichtiger, sich Ihre LEDs oder Optokoppler als Geräte vorzustellen, die einen konstanten Strom anstelle einer bestimmten Spannung benötigen. Sie möchten sich von dieser exponentiellen Kurve fernhalten, nicht nur um die LED zu schützen, sondern auch um Ihren Mikrocontroller davor zu schützen, zu viel Strom zu beziehen oder zu verlieren.

Manchmal hat man Glück und der interne Ausgangs-Pin-Widerstand des Mikrocontrollers reicht gerade aus, um den Strom durch eine bestimmte LED zu begrenzen. Manchmal funktioniert es in der aktuellen sinkenden Konfiguration besser. Überprüfen Sie Ihre Datenblätter.

Mit Widerständen wird eine Strombegrenzung eingestellt. LEDs mit höherer Leistung, insbesondere solche, die zur Beleuchtung verwendet werden, können von einem Konstantstromregler angesteuert werden , um ein Flackern aufgrund geringfügiger Schwankungen der Spannungsversorgung zu vermeiden. Die Exponentialfunktion vergrößert kleine Änderungen.

Widerstände sind billiger als Schmutz, daher ist es einfacher, sie dort einzusetzen, wo sie benötigt werden, als eine Problemumgehung zu finden. Wenn Ihre Zeit etwas wert ist, können Sie bis zum Einrichten Ihres PWM-Tests mehrere hundert Widerstände kaufen. Das Experiment, auf das Sie sich beziehen, ist nicht wirklich durchdacht. Anstatt beliebige PWM-Werte zu erraten, erscheint es vernünftig anzunehmen, dass, wenn die an die LED gelieferte Gesamtenergie geringer ist als die Durchlassspannung * maximaler anhaltender LED-Strom pro PWM-Zyklus,

Es ist wahrscheinlich sicher (-ish), aber es kann immer noch Probleme aufgrund der kurzen Hochstromspitzen geben.

Wenn mir jemand in einem Vorstellungsgespräch sagen würde, dass er dieses Experiment durchgeführt hat, würde ich ihm / ihr die Tür zeigen. Die Mühe lohnt sich nicht.

Übrigens senken weder PWMs noch deren Frequenz die Spannungen. Das Tastverhältnis reduziert die übertragene Leistung. Das Erhöhen der Frequenz ermöglicht eine genauere Steuerung, aber es ist wirklich der Arbeitszyklus, der die Arbeit erledigt.

Im Allgemeinen ist NO. Der Strom ohne Widerstand (oder andere Strombegrenzung) ist "außer Kontrolle", und ein Teil der PWM-Werte von "außer Kontrolle" ist immer noch "außer Kontrolle".

Randnotiz: Der für normale LEDs zulässige Spitzenstrom liegt häufig nur geringfügig über dem Nennstrom (z. B. 30 mA gegenüber 20 mA). Überprüfen Sie daher auch bei PWM mit gesteuertem Strom das LED-Datenblatt auf den zulässigen Durchschnitt Strom und für den zulässigen maximalen (Spitzen-) Strom.

Und NICHT den absoluten Maxima-Bereich verwenden! Der einzige Abschnitt für den normalen Betrieb ist der Abschnitt "Normale Betriebsbedingungen" oder etwas ähnlich benanntes.

Nicht einfach. Der Widerstand ermöglicht eine sofortige und automatische Steuerung des LED-Stroms. PWM steuert effektiv die mittlere Spannung, daher müssten Sie den tatsächlichen Strom messen (wie? Durch Messen der Spannung über einem ... ah, Widerstand!) Und das PWM-Verhältnis steuern, um den Strom einzustellen. Viel komplexer!

Sie könnten einen Widerstand mit niedrigem Wert verwenden, um den Strom auf einen vernünftigen Wert zu begrenzen - sagen wir 20 mA (die Obergrenze für eine typische LED) und PWM von diesem ...

Im Gegensatz zu allen vorherigen Antworten hier würde ich mit JA antworten und sagen, dass dies in einigen Anwendungen sogar eine nützliche Schaltung sein kann.

Die Verwendung eines Begrenzungswiderstands führt zu einer Verlustleistung. Wenn Ihr Ausgangsstromkreis (sagen wir) 5 V und die LED 2 V beträgt, werden 60% Ihrer Leistung vom Widerstand abgeführt. In einem batteriebetriebenen Stromkreis ist dies schlecht.

Stattdessen kann PWM mithilfe eines Tiefpassfilters in analog umgewandelt werden . (Eine weitere Möglichkeit wäre, den Widerstand durch einen Abwärtswandler zu ersetzen, aber der Zugriff auf den Mikrocontroller kann dies ersetzen.)

Ein weiterer Vorteil davon ist, dass Sie durch die Steuerung von PWM in der Software den Strom über die LED sanft steuern können.

Wie wähle ich die Widerstands- und Kondensatorwerte für das Tiefpassfilter? Erstens wird beim ersten Einschalten des Systems der Kondensator entladen, so dass der Mikrocontroller-Pin einen Ausgangsstrom von hat$V_{\mathrm{cc}}/R.$ Dieser muss unter dem zulässigen Spitzenstrom liegen, der einen Mindestwert für bestimmt $R$. Andererseits wird bei einem Arbeitszyklus von$t$Der Widerstand verbraucht (im Durchschnitt) Leistung $((1-t)V_{\mathrm{cc}})^2 / R$, was ein weiterer Grund ist, eine große zu wählen $R$. Und schließlich ist die Zeitkonstante des Filters$\tau = RC$ Dies muss (a) größer als die PWM-Frequenz sein, um den Welligkeitseffekt zu begrenzen, und (b) gibt auch die Reaktionszeit für Ihre Schaltung an (und Sie möchten wahrscheinlich, dass diese niedrig ist).

Ich habe die Werte für eine typische Atmel-MCU nachgeschlagen, mit der gefahren wurde $V_{\mathrm{cc}} = 5 \mathrm{V}$: Der maximal zulässige Strom beträgt 40 mA. Sie möchten also einen Widerstand von mindestens 100 Ω. Sie könnten etwa 1 kΩ verwenden. Da diese Chips PWM mit etwa 16 MHz betreiben können, benötigen Sie auch$RC \geqslant 10^{-6} \mathrm{s}$;; Sie könnten zum Beispiel verwenden$C \simeq$ 10 nF.