Mengapa resistor LED saya menyala saat menyalakan empat LED secara seri?

17

Saya telah mencoba membuat sirkuit untuk mengganti layar LED 7-segmen besar ( LDS-CD16RI ) menggunakan sepasang MOSFET, sebagai berikut:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Di sini saya mencoba menggunakan sinyal logika 3.3V (diilustrasikan sebagai 1 dilingkari) untuk mengganti 24V untuk menggerakkan LED. Sirkuit ini diulang untuk setiap segmen tampilan.

Tegangan maju tipikal dari masing-masing LED (yang merupakan seri di dalam setiap segmen layar) adalah 6.8V, dan arus maju stabil max adalah 20mA, jadi saya bertujuan untuk arus 10mA melalui LED. Karena tegangan suplai saya hanya 24V, saya berencana untuk benar-benar menjatuhkan sekitar 5.75V di LED untuk memberi saya ruang kepala untuk tegangan jatuh di M2 dan R2.

Saya sampai pada nilai resistor pembatas arus R2 pada 100Ω menggunakan:

R=Vs-Vfsaya=24-(5.75∗4)0,01=100Ω

Sebelum membangun sirkuit ini saya menghitung daya yang dihamburkan oleh R2 sebagai berikut:

P=V2R=12100=0,01W

0,01W tampak aman di bawah batas 0,25W dari resistor lubang-lubang yang saya gunakan, jadi saya melanjutkan dengan membuat dan menguji rangkaian ini.

Singkat cerita: R2 terbakar tak lama setelah sebuah segmen menyala. Ini terjadi untuk masing-masing contoh terpisah dari rangkaian ini yang mendorong berbagai segmen tampilan, menunjukkan bahwa itu adalah kesalahan desain daripada kegagalan komponen tunggal.

Dari perhitungan saya dan analisis lebih lanjut, saya belum bisa mengerti mengapa ini terjadi. Untuk memeriksa pekerjaan saya, saya membangun kembali rangkaian dalam sebuah simulator yang menyarankan bahwa daya dari R2 sebenarnya adalah 6,84mW, yang merupakan hasil yang saya tidak dapat jelaskan tetapi dalam kasus apa pun satu lebih kecil dari apa yang telah saya hitung di atas.

Saya berharap saya telah membuat kesalahan di suatu tempat dalam perhitungan atau asumsi saya, tetapi saya tidak dapat menemukannya. Dengan asumsi masalahnya adalah bahwa resistor memang menghilangkan terlalu banyak daya, dapatkah rangkaian saya disesuaikan untuk mengatasi ini? Apakah R2 adalah herring merah di sini dan masalahnya ada di tempat lain di sirkuit saya? Apakah pendekatan saya sendiri cacat?

led resistors 7segmentdisplay Martin Atkins
sumber
6
Ukur voltase aktual di masing-masing LED saat berjalan dengan resistor 100R dan rel catu daya 24V. Untuk mengukur dengan baik, ukur juga voltase pada resistor.
Dwayne Reid
2
Menurut sirkuit Anda, Anda menempatkan 24 v di gerbang M2. Ini tidak menjawab pertanyaan resistor Anda, tetapi begitu berhasil, Anda tidak ingin membakar M2! Saya tidak dapat mengaktifkan data dengan cepat pada FQU13P06L, tetapi mungkin Anda memilikinya.
Neil_UK
perhitungan daya Anda tidak sesuai dengan hasil simulasi karena Anda tidak mempertimbangkan penurunan tegangan pada PMOS M2. Berapa drop tegangan saturasi?
Anklon
2
@DwayneReid kedua. Multimeter harus menyelesaikan misteri ini dengan cukup cepat.
Daniel
Terima kasih atas tip tegangan gerbang pada M2 ... Saya tidak mengetahui hal itu dalam pekerjaan awal saya, tetapi saya melihatnya sekarang. Saya berharap saya akan memiliki pertanyaan terpisah tentang penyelesaian itu setelah saya memikirkannya sedikit lebih banyak, meskipun saya tetap harus mengurangi tegangan suplai saya (sesuai jawaban di bawah) sehingga kemungkinan akan mengubah masalah
Martin Atkins

Jawaban:

48

6,8 volt tampaknya sangat tinggi untuk satu LED. Apakah Anda yakin bahwa 6,8 bukan angka untuk keempat LED? Itu akan membuatnya 1,7 volt per LED, yang lebih masuk akal untuk LED merah. Dan itu berarti bahwa Anda saat ini mendorong 172 miliamp, atau hampir 3 watt melalui resistor Anda.

Jika demikian, Anda harus menurunkan catu daya hingga kurang dari 20 volt (mungkin 12 volt) agar tidak merusak gerbang MosFET (M2) Anda.

Menandai
sumber
Mark sudah benar. R2 harus sekitar 1800 ohm untuk 10 mA pada 24 V.
winny
Terima kasih! Saya telah menyimpulkan bahwa ini adalah angka per-LED karena titik desimal hanya memiliki dua digit dan jadi saya berharap itu tidak bisa untuk keempat LED, tetapi penjelasan Anda masuk akal mengapa itu bukan kesimpulan yang valid.
Martin Atkins
1
Untuk edifikasi saya sendiri serta menghitung ulang, saya mensimulasikan ulang dengan LED pada tegangan maju 1,7V dan mengkonfirmasi bahwa memang ~ 3W menghilang pada R2 dalam simulasi juga.
Martin Atkins
1
Nah, itu atau tambahkan seperti 8 atau 9 led lebih. Gunakan kekuatan yang seharusnya terbuang sebagai panas.
Pejalan kaki
1
@Passerby Tambahkan mereka untuk alasannya? Jika dia memiliki seratus LED dan berencana mengendarainya empat sekaligus, maka tentu saja dia harus menjalankan lebih banyak seri. Tetapi karena itu jelas bukan masalahnya, ini tidak banyak membantu. Ini seperti "oh, mereka membagikan makanan anjing hari ini, jadi saya perlu membeli seekor anjing". :)
Graham
39

Saya melihat masalah Anda. Sirkuit Anda menunjukkan bagaimana Anda mengendarai satu segmen LED. (Saya kira Anda kemudian memiliki 7 sirkuit ini, satu untuk setiap segmen.) Lembar data menunjukkan 4 LED secara seri, yang mencakup segmen tersebut.

Di mana Anda salah mengasumsikan ada penurunan tegangan maju 6,8V per LED. Tidak ada LED merah seperti itu. Biasanya LED merah akan berada di sekitar penurunan tegangan maju 1,6V-1,8V, dan itu adalah karakteristik fisika yang terlibat sehingga tidak ada banyak ruang untuk variasi. Ini memberitahu saya bahwa Anda memiliki drop tegangan maju 6.8V untuk keempat LED di segmen tersebut secara seri .

Jadi dengan penurunan tegangan 6.8V dan pasokan 24V, Anda menjatuhkan 17.2V melintasi 100R. Seperti yang dikatakan Mark, ini memberi Anda daya 172mA dan 2.96W pada resistor. Tidak sehat untuk resistor 0,25W.

Bahkan Anda beruntung bahwa resistor 0,25W pada dasarnya menjadi sekering di bawah kondisi itu dan langsung terbakar habis. Jika tidak, menempatkan 172mA melalui tampilan akan membakar itu cukup cepat, dan tampilan 7-segmen besar akan menjadi sedikit lebih mahal daripada sebuah resistor. Jika Anda menggunakan resistor bertenaga lebih tinggi, Anda akan bertanya-tanya mengapa tampilan sebentar berkedip sangat cerah dan kemudian menjadi hitam selamanya.

Graham
sumber
Terima kasih atas jawaban ini! Saya menerima jawaban Markus karena itu sebelumnya tetapi keduanya adalah jawaban yang bagus dan saya berharap saya bisa menerima keduanya. Klarifikasi bahwa resistor bertindak sebagai sekering dalam kasus ini sangat membantu untuk memikirkan apa yang terjadi di sini.
Martin Atkins
@ MartinAtkins Cukup adil. Mark ada di sana dulu - saya baru saja menambahkan sedikit lebih detail di sekitar tepi. :) Senang itu membantu.
Graham
2
@ MartinAtkins Berbicara secara umum tentang SE, bukan utas ini secara khusus: Anda tidak boleh menerima jawaban murni karena itu yang pertama. Lihat banyak utas di seluruh SE di mana jawaban pertama sangat buruk dan sering dihapus begitu menjadi jelas. Jika ada yang datang kemudian yang lebih baik menjawab pertanyaan Anda, maka Anda dapat - dan mungkin harus - mengubah jawaban Anda yang diterima.
underscore_d
0

Anda salah.

Tegangan maju dalam lembar data adalah untuk serangkaian LED , bukan untuk LED individual.

Jadi tegangan jatuh pada LED adalah 6.8Vdan tidak 6.8V * 4atau5.xV *4

Jadi resistor harus berurusan dengan 17.2Vdan tidak 0..2V.

Dengan demikian, arus .17Adan daya hilang ~4W.

Dima Tisnek
sumber
7
Apa tepatnya yang ditambahkan oleh jawaban ini sehingga jawaban lain belum mengetahuinya?
Thomas Weller
Pertanyaan bagus. Saya pikir jawaban ini ringkas dan akurat.
Dima Tisnek
-2

tergantung pada peringkat daya (resistansi internal) dan warna led (Vf), resistor 100 ohm harus menanggung semua tegangan ekstra 24 - 4xVf -4Ir ... Vf ~ 3V untuk putih, 2V untuk warna lain. Kebanyakan LED memiliki daya tahan tinggi kecuali daya LED seperti jenis dari Cree ... Jika Resistor memiliki 12 V, daya akan ~ v2 / r 1,5W watt ... tambahkan lebih banyak string LED.

kelingking
sumber
1
Selamat datang di EE.SE! Jawaban Anda sangat sulit dibaca dan sepertinya tidak secara efektif menjawab pertanyaan itu. Harap format ulang jawaban Anda dan pastikan jawaban itu menjawab pertanyaan dengan akurat.
user2943160