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為什么LED內(nèi)不集成限流電阻呢?

發(fā)布時(shí)間:2022-01-17 來(lái)源:卓晴 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】使用LED的過程中,需要在電路中設(shè)計(jì)有限流電路(可以是限流電阻,或者恒流電路)以保證LED流過的電流不要超過LED最大工作電流。使用限流電阻是在普通的LED應(yīng)用中的最常見方便的電路。現(xiàn)在還存在著 一些更加復(fù)雜,集成有更多功能的LED芯片可以使用。本文討論了為什么早期單個(gè)LED內(nèi)部不直接集成限流電阻的原因。


01 LED限流電阻


1.1 限流電阻


我們知道,在使用 LED的過程中,不要直接將LED連接在電源兩端[1] ,因?yàn)檫@存在過大的電流將LED燒壞的危險(xiǎn)。通常情況下需要在LED的管腳上連接一個(gè)限流電阻,控制流過LED的電流在合適的工作范圍。

??

這個(gè)電流電阻的大小需要根據(jù):


●    供電的電壓:1642398051569281.png;

●    LED管壓降1642398035932135.png,這由LED的顏色確定;

●    驅(qū)動(dòng)電流范圍:1642398018357704.png;

??

三個(gè)因素來(lái)確定限流電阻1642398004279169.png的大小。


1642397976417504.png

28.png

圖1.1  不同顏色的LED


1.2 LED導(dǎo)通電壓


在 幾款不同顏色LED的伏安特性[2] 給出了實(shí)際測(cè)量到的幾種不同顏色的LED的伏安特性??梢钥吹絃ED的V-A特性與普通的二極管很相似,只是導(dǎo)通電壓隨著不同的顏色LED而不同。


1642397946718232.png

圖1.2  不同顏色的LED的V-A 特性

??

在一些特殊的情況下,如果LED的導(dǎo)通電壓與施加的電壓基本相同,而且電池的內(nèi)阻相對(duì)比較大,也可以直接將電池驅(qū)動(dòng)LED。

??

比如下面的電路來(lái)自于 Interactive digital whiteboard with a Nintendo Wii remote controler and infrared LED pen. For schools HOWTO[3] 顯示了直接將紅外LED連接在五號(hào)電池上的應(yīng)用情況。


30.jpg

圖1.2.2 直接將LED連接在電池兩端

??

既然在大多數(shù)情況下,使用LED都需要連接限流電阻,那么為什么市面上沒有直接內(nèi)部集成有限流電阻的LED出售呢?


02 為什么呢?


在 Why dont LEDs have built-in resistors?[4] 中有人提出了這個(gè)疑問,后面的回答倒是非常豐富。


A night of struggling to fit 16 current limiting resistors into a small breadboard for a uni project made me wonder why LEDs don't have any kind of internal resistance? I can't think of any downsides. I've never connected an LED without a resistor in series so it makes a lot of sense to me.

??

這個(gè)提問者是在自己焊接了16個(gè)限流電阻之后發(fā)出怨念,提問為什么LED中部直接集成限流電阻呢?


2.1 存在集成限流電阻的LED


首先,市面上還是存在這種集成有內(nèi)部限流電阻的LED的。比如在 6.5 V Red LED 3mm Through Hole, Kingbright L-934SRD-5V給出了一款 應(yīng)用在5V電壓下內(nèi)部集成有限流電阻的LED[5] ,LED直徑3mm,工作在5V下,電流大約14mA。


1642397895933049.png

圖2.1.1 內(nèi)部集成有電阻的+5V工作紅色LED

??

在 LP377GWH1-40G[6] 中給出了中國(guó)深圳YunSun公司出品的工作在+5V下5mm直徑綠色LED的規(guī)格,在+5V下工作電流20mA。

??

實(shí)際上,現(xiàn)在已經(jīng)存在集成有更復(fù)雜內(nèi)部電路的LED,它們不僅僅集成有限流電路,可能還會(huì)有閃爍控制電路,調(diào)光電路等等。比如 WS2812串行可控彩色LED燈珠[7] 就集成有串行接口電路以及三色PWM控制電路,使得僅僅使用一個(gè)IO端口就可以控制多達(dá)1024個(gè)LED燈的顏色和亮度。


32.jpg

圖2.1.2  WS2812燈帶點(diǎn)亮后的效果


2.2 LED集成限流電阻問題


前面我們看到集成有限流電阻的LED產(chǎn)品實(shí)際上已經(jīng)誕生很長(zhǎng)時(shí)間,但在市場(chǎng)反應(yīng)來(lái)看這是一個(gè)失敗的產(chǎn)品(從使用百分比和市場(chǎng)滲透率),主要問題包括:


●    發(fā)光效率問題: 實(shí)際上用于照明的LED大都工作在沒有限流電阻的情況,通過特殊的恒流電路使得LED發(fā)光效率達(dá)到最大。


●    LED串聯(lián)問題: 很多應(yīng)用場(chǎng)合需要將多個(gè)LED串聯(lián)形成更大面積的顯示燈,如果帶有限流電阻則需要更大的驅(qū)動(dòng)電壓才行。此時(shí)往往使用恒流電路來(lái)驅(qū)動(dòng)這些串聯(lián)的LED;


●    不同的工作電壓和電流: 前面我們知道決定LED限流電阻大小是由多個(gè)因素組成,一旦按照某種條件集成有限流電阻,則就限制了LED使用的場(chǎng)合;


●    散熱問題: 如何有效將限流電阻上的功耗散掉也是影響LED內(nèi)部集成限流電阻的因素;


●    低工作電壓: 現(xiàn)在的電路工作電壓 越來(lái)越低,從原來(lái)的5V逐步過渡到3.3V,甚至更低,這就使得集成有LED的器件無(wú)法適應(yīng)多種工作電壓;


●    使用表貼限流電阻很方便:  還是在現(xiàn)實(shí)中,電路中增加一個(gè)表貼限流電阻比較省事,就使LED可以適應(yīng)各種工作條件了。對(duì)于高電壓(比如+12V)可以串聯(lián)多個(gè)LED來(lái)工作。


33.jpg

圖2.2.1 LED串聯(lián)的限流電阻


※ 總??結(jié) ※


使用LED的過程中,需要在電路中設(shè)計(jì)有限流電路(可以是限流電阻,或者恒流電路)以保證LED流過的電流不要超過LED最大工作電流。使用限流電阻是在普通的LED應(yīng)用中的最常見方便的電路。現(xiàn)在還存在著 一些更加復(fù)雜,集成有更多功能的LED芯片可以使用。本文討論了為什么早期單個(gè)LED內(nèi)部不直接集成限流電阻的原因。


34.jpg

圖3.1 9V電池通過限流電阻點(diǎn)亮LED


參考資料


[1]LED的過程中,不要直接將LED連接在電源兩端: https://electronicsclub.info/leds.htm#:~:text=Never%20connect%20an%20LED%20directly%20to%20a%20battery,if%20your%20supply%20voltage%20is%2012V%20or%20less.

[2]幾款不同顏色LED的伏安特性: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/109716322

[3]Interactive digital whiteboard with a Nintendo Wii remote controler and infrared LED pen. For schools HOWTO: http://wyxs.net/web/wiimote/digital_whiteboard.html

[4]Why dont LEDs have built-in resistors?: https://electronics.stackexchange.com/questions/588345/why-dont-leds-have-built-in-resistors

[5]應(yīng)用在5V電壓下內(nèi)部集成有限流電阻的LED: https://docs.rs-online.com/1c01/0900766b80b79836.pdf

[6]LP377GWH1-40G: https://cdn.sparkfun.com/assets/b/a/1/b/6/YSL-R542G5C-5V.pdf

[7]WS2812串行可控彩色LED燈珠: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120871808


來(lái)源:TsinghuaJoking



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