Mengapa LED menyala meskipun tegangan pasokan <Tegangan ke depan

Saya memiliki LED yang menetapkan tegangan maju tipikal 3,5V dan tegangan maju maksimum 3,9V.

Saya menerapkan 3.3V di atasnya dengan resistor 300 Ohm secara seri. Mengapa itu menyala?

Saya bertanya-tanya apakah saya dapat memilih LED ini sebagai pilihan yang dapat diandalkan untuk desain saya (yang tercatat berjalan pada pasokan 3.3V di seluruh papan).

Pemikiran saya:

Datasheet LED memiliki kurva Forward voltage vs current (Saya juga bingung mengapa mereka mengedepankan arus pada sumbu Y dan bukan X, mengingat bahwa arus yang akan bervariasi di sini). Bagaimanapun, kurva menunjukkan penurunan tegangan maju pada arus yang lebih kecil; mungkin ini penjelasannya?

Berikut ini adalah lembar data PDF yang dapat diunduh untuk LED ini (ini adalah LED tiga warna dan dalam pertanyaan ini, saya merujuk pada spesifikasi untuk Biru dan Hijau).

Anda benar - tegangan maju tergantung pada arus maju.

Tegangan maju yang Anda lihat pada tabel nilai-nilai tipikal adalah untuk arus 20mA, yang terlalu tinggi ketika ketiga warna digunakan pada waktu yang sama (catatan kaki dua pada tabel penilaian absolut pada halaman 3 - 15mA adalah maksimum dalam kasus).

Ketika Anda melihat diagram 2 dalam lembar data , Anda dapat melihat hubungan antara tegangan maju dan arus maju. Apa yang Anda lihat di sini adalah bahwa untuk tegangan maju 3.3V, arus maju 20mA dapat diharapkan. Dengan 3V, itu akan menjadi 8mA. Nilai resistor yang lebih tinggi tidak membuat ini lebih dapat diandalkan, itu hanya membuat LED lebih gelap. Anda ingin memiliki resistor sekecil mungkin.

Resistor harus hanya cukup besar untuk menjatuhkan tegangan maju ke sekitar 3.1V dengan arus 15mA - ini berarti nilai sekitar 13,3 Ohm (yang untuk LED merah harus lebih besar, meskipun).

Apakah LED ini dapat digunakan untuk Anda tergantung pada kecerahan yang Anda butuhkan. Jika Anda tidak memerlukannya untuk menyala sepenuhnya (atau Anda menggunakan versi dengan intensitas lebih tinggi, lihat halaman 4), itu akan berhasil. Jika Anda ingin memastikan Anda dapat menggunakan intensitas penuh, Anda perlu menggunakan yang lain. Olin benar - variasi antar batch juga dapat berarti bahwa beberapa lebih terang daripada yang lain. Untuk memastikan kecerahan yang seragam, Anda perlu mengontrol arus yang mengalir melalui LED.

"Khas" dalam lembar data tidak berarti sesuatu yang bermanfaat. Itu sebagian besar angka pemasaran dan biasanya vendor berusaha membuat diri mereka terlihat baik.

Spesifikasi min dan maks adalah masalah. Tidaklah mengherankan bahwa LED yang biasanya memiliki 3,6 V melewatinya pada arus operasi penuh akan agak menyala di 3,3 V. Arus mungkin jauh lebih sedikit daripada arus penuh, tetapi beberapa LED sangat terang sehingga mereka masih mudah terlihat pada bangku Anda di sebagian kecil dari arus maksimum.

Tidak, LED model ini tidak dapat diandalkan menyala dari 3,3 volt. Anda menemukan satu yang berhasil, dan 1000 berikutnya yang Anda dapatkan mungkin juga, tetapi 10.000 berikutnya setelah itu mungkin terlalu redup. Kecuali lembar spesifikasi secara eksplisit memberi tahu Anda apa yang Anda dapatkan pada 3,3 V, Anda harus mengasumsikan tidak ada jaminan. Pada kenyataannya Anda mungkin akan mendapatkan cahaya pada 3,3 V, tetapi jumlah cahaya itu dapat dengan mudah sangat bervariasi dari bagian ke bagian.

LED bukan dioda yang ideal, jadi titik "nyalakan" (Vf) bukan transisi yang sangat tajam. Jika kita melihat kurva IV untuk LED tipikal, kita dapat melihat ini:

Vf sering diambil pada misalnya 20mA (beberapa lembar data akan memberikan beberapa Vf pada arus yang berbeda)

Dari sini kita dapat melihat bahwa sulit untuk mengontrol LED dengan mengubah voltase di atasnya, jadi untuk kontrol terbaik diperlukan driver arus konstan. Anda dapat membeli banyak IC yang didedikasikan untuk tugas ini, atau Anda dapat memutar sumber sederhana Anda sendiri.
Dengan driver arus konstan, jika LED Vf bervariasi (proses, suhu, dll) maka driver mengkompensasi untuk menjaga arus konstan, jadi ini adalah cara untuk melakukan hal-hal jika Anda ingin arus menjadi tepat terlepas dari variabilitas bagian (catatan kecerahan di XmA mungkin berbeda, karena ini bervariasi juga)

Mengemudi LED dengan tegangan suplai di atas, di bawah atau di atas / di bawah tegangan output Anda

Ada berbagai jenis driver LED - beberapa hanya pembatas arus konstan dasar, dan beberapa menggunakan topologi penambah (atau buck) atau pompa pengisian untuk memberikan rentang kepatuhan yang lebih luas untuk arus konstan.

Driver arus konstan sederhana:

Pengemudi arus konstan sederhana akan kehilangan regulasi ketika tegangan mendekati tegangan suplai (karena penurunan melintasi elemen pembatas) Ini akan diberikan dalam lembar data (lihat overhead pasokan terendah dalam contoh ini lembar data bagian , hal.10)

Tingkatkan Driver LED

Driver LED yang menggunakan topologi penambah (seperti regulator switching tetapi diatur untuk arus konstan daripada tegangan) akan tetap memberikan arus konstan, tetapi meningkatkan tegangan di atas kisaran pasokan untuk memungkinkan mengemudi LED secara seri dengan total Vf di atas tegangan suplai:

Driver SEPIC, Buck-Boost, Cuk LED

Oke, jadi bagaimana dengan kasus ketika tegangan input Anda bervariasi di atas dan di bawah tegangan output? Kasus khas bisa ketika menggunakan baterai Li-Ion yang dapat bervariasi ~ 4.3V - ~ 2.7V dan output 3V diperlukan untuk mendorong arus yang diinginkan melalui LED.
Dalam hal ini kami menggunakan SEPIC, buck-boost atau driver Cuk. Semua dapat melakukan hal yang sama di sini tetapi memiliki topologi yang berbeda (mengapa Anda memilih satu di atas yang lain adalah bacaan lebih lanjut yang mungkin ingin Anda lakukan - banyak Catatan Buku / Aplikasi di luar sana ...)

Bagaimanapun, berikut adalah contoh sirkuit SEPIC menggunakan LM3410 :

Dan di sini adalah tabel efisiensi pada tegangan input di atas dan di bawah tegangan output, Anda dapat melihat pengaturan arus LED dipertahankan dengan sempurna:

(Saya juga bingung mengapa mereka mengedepankan arus pada sumbu Y dan bukan X, mengingat bahwa arus adalah yang bervariasi di sini).

Saya diberitahu bahwa dioda melakukan tergantung pada drop tegangan di pin. Itu sebabnya arus yang dapat mengalir berhubungan langsung dengan drop tegangan melintasi dioda (atau LED). Itu sebabnya Tegangan adalah X dan arus adalah sumbu Y.