Saya mengerti bahwa saya tidak dapat menghubungkan LED langsung ke baterai karena akan menarik arus terlalu banyak. Jadi, harus ada sesuatu yang lain di sirkuit untuk membatasi arus. Opsi apa yang ada? Apakah beberapa metode lebih efisien daripada yang lain?

LED membutuhkan tegangan minimum sebelum bisa menyala sama sekali. Tegangan ini bervariasi dengan jenis LED, tetapi biasanya di lingkungan 1.5V - 4.4V. Setelah tegangan ini tercapai, arus akan meningkat sangat cepat dengan tegangan, hanya dibatasi oleh resistansi kecil LED. Akibatnya, setiap tegangan yang jauh lebih tinggi dari ini akan menghasilkan arus yang sangat besar melalui LED, sampai salah satu catu daya tidak mampu memasok arus yang cukup dan sags tegangannya, atau LED hancur.

Di atas adalah contoh hubungan tegangan-arus untuk LED. Karena arus naik sangat cepat dengan tegangan, biasanya kita dapat menyederhanakan analisis kita dengan mengasumsikan tegangan pada LED adalah nilai konstan, terlepas dari arus. Dalam hal ini, 2V terlihat benar.

Lurus Di Baterai

Tidak ada baterai adalah sumber tegangan yang sempurna. Saat resistansi antara terminalnya berkurang, dan arus yang mengalir naik, tegangan pada terminal baterai akan berkurang. Akibatnya, ada batas arus baterai yang dapat disediakan. Jika baterai tidak dapat memasok arus terlalu banyak untuk menghancurkan LED Anda, dan baterai itu sendiri tidak akan dihancurkan dengan sumber arus sebanyak ini, menempatkan LED lurus di baterai adalah cara termudah, paling efisien untuk melakukannya.

Sebagian besar baterai tidak memenuhi persyaratan ini, tetapi beberapa sel koin melakukannya. Anda mungkin tahu mereka dari LED melempar .

Seri Resistor

Metode paling sederhana untuk membatasi arus LED adalah menempatkan resistor secara seri. Kami tahu dari hukum Ohm bahwa arus yang melalui resistor sama dengan tegangan yang dibagi dengan hambatan. Jadi, ada hubungan linier antara tegangan dan arus untuk resistor. Menempatkan resistor secara seri dengan LED berfungsi untuk meratakan kurva arus tegangan di atas sedemikian rupa sehingga perubahan kecil pada tegangan suplai tidak menyebabkan arus melonjak secara radikal. Saat ini masih akan meningkat, tidak secara radikal.

Nilai resistor ini mudah untuk dihitung: kurangi tegangan maju LED dari tegangan suplai Anda, dan ini adalah tegangan yang harus melintasi resistor. Kemudian, gunakan hukum Ohm untuk menemukan hambatan yang diperlukan untuk mendapatkan arus yang diinginkan dalam LED.

Kerugian besar di sini adalah bahwa resistor mengurangi tegangan dengan mengubah energi listrik menjadi panas. Kita dapat menghitung daya dalam resistor dengan semua ini:

$P = IE$
$P = I^2 R$
$P = E^2/R$

Setiap daya dalam resistor adalah daya yang tidak digunakan untuk membuat cahaya. Jadi mengapa kita tidak membuat tegangan suplai sangat dekat dengan tegangan LED, jadi kita tidak perlu resistor yang sangat besar, sehingga mengurangi kerugian daya kita? Karena jika resistor terlalu kecil, itu tidak akan mengatur arus dengan baik, dan sirkuit kita akan dikenakan variasi besar dalam arus dengan suhu, variasi manufaktur, dan tegangan suplai, sama seperti jika kita tidak memiliki resistor sama sekali. Sebagai aturan praktis, setidaknya 25% dari tegangan harus dijatuhkan di atas resistor. Dengan demikian, seseorang tidak pernah dapat mencapai efisiensi yang lebih baik dari 75% dengan resistor seri.

Anda mungkin bertanya-tanya apakah beberapa LED dapat diletakkan secara paralel, berbagi resistor pembatas arus tunggal. Anda bisa, tetapi hasilnya tidak akan stabil, satu LED mungkin memikul semua arus, dan rusak. Lihat Mengapa tepatnya tidak bisa resistor tunggal digunakan untuk banyak LED paralel? .

Sumber Arus Linier

Jika tujuannya adalah untuk memberikan arus konstan ke LED, mengapa tidak membuat sirkuit yang secara aktif mengatur arus ke LED? Ini disebut sumber saat ini , dan di sini contoh yang dapat Anda buat dengan bagian-bagian biasa:

Begini cara kerjanya: Q2 mendapatkan arus basisnya melalui R1. Saat Q2 menyala, arus besar mengalir melalui D1, melalui Q2, dan melalui R2. Ketika arus ini mengalir melalui R2, tegangan melintasi R2 harus meningkat (hukum Ohm). Jika tegangan pada R2 meningkat menjadi 0,6V, maka Q1 akan mulai menyala, mencuri arus basis dari Q2, membatasi arus di D1, Q2, dan R2.

Jadi, R2 mengontrol arus. Sirkuit ini bekerja dengan membatasi tegangan pada R2 tidak lebih dari 0,6V. Jadi untuk menghitung nilai yang dibutuhkan untuk R2, kita bisa menggunakan hukum Ohm untuk menemukan hambatan yang memberi kita arus yang diinginkan pada 0,6V.

Tapi apa yang kita dapatkan? Sekarang setiap kelebihan tegangan hanya jatuh di Q2 dan R2, bukan resistor seri. Tidak jauh lebih efisien, dan jauh lebih kompleks. Kenapa kita harus repot?

$20V / 21.5V = 93 \%$

Switched Mode Sumber Saat Ini

Untuk solusi akhir, ada cara untuk (secara teori, setidaknya) mendorong LED dengan efisiensi 100%. Ini disebut catu daya mode sakelar, dan menggunakan induktor untuk mengubah tegangan apa pun menjadi persis tegangan yang diperlukan untuk menggerakkan LED. Ini bukan sirkuit sederhana, dan kami tidak dapat membuatnya sepenuhnya 100% efisien dalam praktik karena tidak ada komponen nyata yang ideal. Namun, dirancang dengan baik, ini bisa lebih efisien daripada sumber arus linier di atas, dan mempertahankan arus yang diinginkan pada rentang tegangan input yang lebih luas.

Berikut ini contoh sederhana yang dapat dibangun dengan komponen biasa:

Saya tidak akan mengklaim bahwa desain ini sangat efisien, tetapi berfungsi untuk menunjukkan prinsip operasi. Begini cara kerjanya:

U1, R1, dan C1 menghasilkan gelombang persegi. Menyesuaikan R1 mengontrol siklus dan frekuensi tugas, dan akibatnya, kecerahan LED.

Ketika output (pin 3) rendah, Q1 dihidupkan. Arus mengalir melalui induktor, L1. Arus ini tumbuh ketika energi disimpan dalam induktor.

Kemudian, hasilnya menjadi tinggi. Q1 dimatikan. Tapi induktor bertindak sebagai roda gila untuk saat ini. Arus yang mengalir di L1 harus terus mengalir, dan satu-satunya cara untuk melakukannya adalah melalui D1. Energi yang disimpan dalam L1 ditransfer ke D1.

Output menjadi rendah lagi, dan dengan demikian rangkaian bergantian antara menyimpan energi di L1 dan membuangnya di D1. Jadi sebenarnya, LED berkedip cepat, tetapi sekitar 25kHz, itu tidak terlihat.

Yang rapi tentang hal ini adalah tidak masalah apa tegangan suplai kita, atau berapa tegangan maju D1. Bahkan, kita dapat menempatkan banyak LED secara seri dengan D1 dan mereka akan tetap menyala, bahkan jika total tegangan maju LED melebihi tegangan suplai.

Dengan beberapa sirkuit tambahan, kita dapat membuat loop umpan balik yang memantau arus dalam D1 dan secara efektif menyesuaikan R1 untuk kita, sehingga LED akan mempertahankan kecerahan yang sama pada berbagai tegangan pasokan. Praktis, jika Anda ingin LED tetap terang saat baterai hampir habis. Ganti U1 dengan mikrokontroler dan buat beberapa penyesuaian di sana-sini untuk membuatnya lebih efisien, dan Anda benar-benar memiliki sesuatu.

Ada satu cara lain, jauh lebih jarang terlihat. Bagus untuk satu LED, sangat sederhana, Anda bisa melempar apa saja dari sekitar 4v ke 20v padanya, dan dengan senang hati memberikan LED arus yang cukup konstan.

Biru adalah tegangan input, 20v hingga 4v. Hijau adalah arus ke LED, sekitar 12mA. Merah adalah kekuatan yang dihamburkan oleh JFET, lembar data di sini .

Berikut adalah kumpulan opsi driver LED yang dapat Anda mainkan.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

itu tidak sepenuhnya benar - karena itu tergantung pada banyak faktor.

masalah dengan led adalah 1) setelah mereka mulai melakukan, sedikit peningkatan tegangan akan membuat peningkatan arus yang luar biasa. dengan kombinasi yang tepat, itu bisa berarti kerusakan; 2) karena leds memanas, drop tegangan maju menurun, yang menyebabkan arus melalui leds naik. yang pada gilirannya menyebabkan disipasi daya pada leds naik, dan leds memanas. yang mengarah ke lingkaran setan.

Jadi salah satu cara untuk menghindari itu adalah dengan memperkenalkan umpan balik negatif sehingga ketika arus dalam led naik, tegangan melintasi led turun.

banyak cara untuk melakukan itu. resistor, sensor, kontrol aktif, dll.