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为什么LED内不集成限流电阻呢?

2023-5-21 20:25| 发布者: 开心| 查看: 72| 评论: 0

摘要: {本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}使用LED的过程中,需要在电路中设计有限流电路(可以是限流电阻,或者恒流电路)以保证LED流过的电流不要超过LED最大工作电流。使用限流电阻是在普通的LED应用中的最常见方便的电路。现在还存在着 一些更加 ...
    {本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}使用LED的过程中,需要在电路中设计有限流电路(可以是限流电阻,或者恒流电路)以保证LED流过的电流不要超过LED最大工作电流。使用限流电阻是在普通的LED应用中的最常见方便的电路。现在还存在着 一些更加复杂,集成有更多功能的LED芯片可以使用。本文讨论了为什么早期单个LED内部不直接集成限流电阻的原因。


01 LED限流电阻


1.1 限流电阻


我们知道,在使用 LED的过程中,不要直接将LED连接在电源两端[1] ,因为这存在过大的电流将LED烧坏的危险。通常情况下需要在LED的管脚上连接一个限流电阻,控制流过LED的电流在合适的工作范围。
  
这个电流电阻的大小需要根据:


●    供电的电压:

●    LED管压降
,这由LED的颜色确定;
●    驱动电流范围:

  
三个因素来确定限流电阻
的大小。




图1.1  不同颜色的LED


1.2 LED导通电压


在 几款不同颜色LED的伏安特性[2] 给出了实际测量到的几种不同颜色的LED的伏安特性。可以看到LED的V-A特性与普通的二极管很相似,只是导通电压随着不同的颜色LED而不同。



图1.2  不同颜色的LED的V-A 特性
  
在一些特殊的情况下,如果LED的导通电压与施加的电压基本相同,而且电池的内阻相对比较大,也可以直接将电池驱动LED。
  
比如下面的电路来自于 Interactive digital whiteboard with a Nintendo Wii remote controler and infrared LED pen. For schools HOWTO[3] 显示了直接将红外LED连接在五号电池上的应用情况。



图1.2.2 直接将LED连接在电池两端
  
既然在大多数情况下,使用LED都需要连接限流电阻,那么为什么市面上没有直接内部集成有限流电阻的LED出售呢?


02 为什么呢?


在 Why dont LEDs have built-in resistors?[4] 中有人提出了这个疑问,后面的回答倒是非常丰富。


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.
  
这个提问者是在自己焊接了16个限流电阻之后发出怨念,提问为什么LED中部直接集成限流电阻呢?


2.1 存在集成限流电阻的LED


首先,市面上还是存在这种集成有内部限流电阻的LED的。比如在 6.5 V Red LED 3mm Through Hole, Kingbright L-934SRD-5V给出了一款 应用在5V电压下内部集成有限流电阻的LED[5] ,LED直径3mm,工作在5V下,电流大约14mA。



图2.1.1 内部集成有电阻的+5V工作红色LED
  
在 LP377GWH1-40G[6] 中给出了中国深圳YunSun公司出品的工作在+5V下5mm直径绿色LED的规格,在+5V下工作电流20mA。
  
实际上,现在已经存在集成有更复杂内部电路的LED,它们不仅仅集成有限流电路,可能还会有闪烁控制电路,调光电路等等。比如 WS2812串行可控彩色LED灯珠[7] 就集成有串行接口电路以及三色PWM控制电路,使得仅仅使用一个IO端口就可以控制多达1024个LED灯的颜色和亮度。



图2.1.2  WS2812灯带点亮后的效果


2.2 LED集成限流电阻问题


前面我们看到集成有限流电阻的LED产品实际上已经诞生很长时间,但在市场反应来看这是一个失败的产品(从使用百分比和市场渗透率),主要问题包括:


●    发光效率问题: 实际上用于照明的LED大都工作在没有限流电阻的情况,通过特殊的恒流电路使得LED发光效率达到最大。


●    LED串联问题: 很多应用场合需要将多个LED串联形成更大面积的显示灯,如果带有限流电阻则需要更大的驱动电压才行。此时往往使用恒流电路来驱动这些串联的LED;


●    不同的工作电压和电流: 前面我们知道决定LED限流电阻大小是由多个因素组成,一旦按照某种条件集成有限流电阻,则就限制了LED使用的场合;


●    散热问题: 如何有效将限流电阻上的功耗散掉也是影响LED内部集成限流电阻的因素;


●    低工作电压: 现在的电路工作电压 越来越低,从原来的5V逐步过渡到3.3V,甚至更低,这就使得集成有LED的器件无法适应多种工作电压;


●    使用表贴限流电阻很方便:  还是在现实中,电路中增加一个表贴限流电阻比较省事,就使LED可以适应各种工作条件了。对于高电压(比如+12V)可以串联多个LED来工作。



图2.2.1 LED串联的限流电阻


※ 总  结 ※


使用LED的过程中,需要在电路中设计有限流电路(可以是限流电阻,或者恒流电路)以保证LED流过的电流不要超过LED最大工作电流。使用限流电阻是在普通的LED应用中的最常见方便的电路。现在还存在着 一些更加复杂,集成有更多功能的LED芯片可以使用。本文讨论了为什么早期单个LED内部不直接集成限流电阻的原因。



图3.1 9V电池通过限流电阻点亮LED


参考资料


[1]LED的过程中,不要直接将LED连接在电源两端: https://electronicsclub.info/leds.htm#:~:text=Never%20connect%20an%20LED%20directly%20to%20a%20battery,if%20your%20supply%20voltage%20is%2012V%20or%20less.
[2]几款不同颜色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]应用在5V电压下内部集成有限流电阻的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灯珠: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120871808


来源:TsinghuaJoking

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