मैं कुशलतापूर्वक एक एलईडी कैसे चला सकता हूं?

Question

मैं समझता हूं कि मैं एक एलईडी को सीधे बैटरी से कनेक्ट नहीं कर सकता क्योंकि यह बहुत अधिक करंट खींचेगा। इस प्रकार, वर्तमान को सीमित करने के लिए सर्किट में कुछ और होना चाहिए। क्या विकल्प हैं? क्या कुछ तरीके दूसरों की तुलना में अधिक कुशल हैं?

Answer 1

एक एलईडी को न्यूनतम वोल्टेज की आवश्यकता होती है, इससे पहले कि वह चालू हो। यह वोल्टेज एलईडी के प्रकार के साथ बदलता रहता है, लेकिन आमतौर पर 1.5V - 4.4V के पड़ोस में होता है। एक बार जब यह वोल्टेज पहुंच जाता है, तो वोल्टेज के साथ वर्तमान बहुत तेजी से बढ़ेगा, केवल एलईडी के छोटे प्रतिरोध से सीमित होगा। नतीजतन, इस से बहुत अधिक किसी भी वोल्टेज का परिणाम एलईडी के माध्यम से बहुत बड़ा वर्तमान होगा, जब तक या तो बिजली की आपूर्ति पर्याप्त वर्तमान और उसके वोल्टेज sags की आपूर्ति करने में असमर्थ होती है, या एलईडी नष्ट हो जाती है।

ऊपर एक एलईडी के लिए वर्तमान-वोल्टेज संबंध का एक उदाहरण है। चूंकि वर्तमान में वोल्टेज के साथ इतनी तेजी से वृद्धि होती है, आमतौर पर हम वर्तमान की परवाह किए बिना एक एलईडी के पार वोल्टेज मानकर अपने विश्लेषण को सरल बना सकते हैं। इस मामले में, 2V सही के बारे में देखता है।

सीधे बैटरी के पार

कोई भी बैटरी एक सही वोल्टेज स्रोत नहीं है। जैसे-जैसे इसके टर्मिनलों के बीच प्रतिरोध कम होता जाता है, और करंट ड्रॉ बढ़ता जाता है, बैटरी टर्मिनलों में वोल्टेज कम होता जाएगा। नतीजतन, वर्तमान की एक सीमा है जो बैटरी प्रदान कर सकती है। यदि बैटरी आपके एलईडी को नष्ट करने के लिए बहुत अधिक वर्तमान की आपूर्ति नहीं कर सकती है, और बैटरी को स्वयं इस बहुत से स्रोत को नष्ट करने से नष्ट नहीं किया जाएगा, तो बैटरी के पार एलईडी को सीधे रखना सबसे आसान, सबसे कुशल तरीका है।

अधिकांश बैटरी इन आवश्यकताओं को पूरा नहीं करती हैं, लेकिन कुछ सिक्के सेल करते हैं। आप उन्हें एलईडी फेंकने से जान सकते हैं ।

श्रृंखला रोकनेवाला

एलईडी वर्तमान को सीमित करने का सबसे सरल तरीका श्रृंखला में एक रोकनेवाला रखना है। हम ओम के नियम से जानते हैं कि एक प्रतिरोधक के माध्यम से विद्युत प्रवाह, प्रतिरोध द्वारा विभाजित वोल्टेज के बराबर होता है। इस प्रकार, एक रोकनेवाला के लिए वोल्टेज और वर्तमान के बीच एक रैखिक संबंध है। एलईडी के साथ श्रृंखला में एक रोकनेवाला रखने से ऊपर वोल्टेज-वर्तमान वक्र को समतल करने का कार्य करता है जिससे आपूर्ति वोल्टेज में छोटे परिवर्तन वर्तमान में मौलिक रूप से शूट करने का कारण नहीं बनते हैं। वर्तमान में अभी भी वृद्धि होगी, सिर्फ मौलिक रूप से नहीं।

रोकनेवाला का मान गणना करने के लिए सरल है: अपने आपूर्ति वोल्टेज से एलईडी के आगे वोल्टेज को घटाएं, और यह वह वोल्टेज है जो अवरोधक के पार होना चाहिए। फिर, एलईडी में वांछित वर्तमान प्राप्त करने के लिए आवश्यक प्रतिरोध को खोजने के लिए ओम के नियम का उपयोग करें ।

यहां बड़ा नुकसान यह है कि एक रोकनेवाला विद्युत ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित करके वोल्टेज को कम करता है। हम इनमें से किसी के साथ प्रतिरोधक में शक्ति की गणना कर सकते हैं:

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

रोकनेवाला की कोई भी शक्ति प्रकाश बनाने के लिए उपयोग नहीं की जाने वाली शक्ति है। तो क्यों हम आपूर्ति वोल्टेज को एलईडी वोल्टेज के बहुत करीब नहीं बनाते हैं, इसलिए हमें एक बहुत बड़े अवरोधक की आवश्यकता नहीं है, इस प्रकार हमारे बिजली के नुकसान को कम करना है? क्योंकि यदि अवरोधक बहुत छोटा है, तो यह करंट को अच्छी तरह से नियंत्रित नहीं करेगा, और हमारा सर्किट तापमान, विनिर्माण भिन्नता और आपूर्ति वोल्टेज के साथ वर्तमान में बड़े बदलावों के अधीन होगा, जैसे कि हमारे पास कोई रोकनेवाला नहीं था। अंगूठे के एक नियम के रूप में, कम से कम 25% वोल्टेज को रोकनेवाला के ऊपर छोड़ देना चाहिए। इस प्रकार, एक श्रृंखला रोकनेवाला के साथ कोई भी 75% से अधिक दक्षता प्राप्त नहीं कर सकता है।

आप सोच रहे होंगे कि क्या एकाधिक एल ई डी को समानांतर में रखा जा सकता है, एक एकल वर्तमान सीमित अवरोधक को साझा करना। आप कर सकते हैं, लेकिन परिणाम स्थिर नहीं होगा, एक एलईडी सभी वर्तमान को हॉग कर सकता है, और क्षतिग्रस्त हो सकता है। देखें कि कई समानांतर एल ई डी के लिए वास्तव में एक एकल अवरोधक का उपयोग क्यों नहीं किया जा सकता है? ।

रैखिक वर्तमान स्रोत

यदि लक्ष्य एल ई डी के लिए एक निरंतर वर्तमान वितरित करना है, तो एक सर्किट क्यों नहीं बनाया गया है जो एलईड को वर्तमान को सक्रिय रूप से नियंत्रित करता है? इसे एक वर्तमान स्रोत कहा जाता है , और यहां एक का एक उदाहरण आप सामान्य भागों के साथ बना सकते हैं:

यहां बताया गया है कि यह कैसे काम करता है: Q2 को R1 के माध्यम से अपना आधार वर्तमान मिलता है। जैसा कि Q2 चालू होता है, D1 के माध्यम से, Q2 के माध्यम से और R2 के माध्यम से एक बड़ा प्रवाह होता है। जैसे ही यह धारा आर 2 के माध्यम से बहती है, आर 2 के पार वोल्टेज में वृद्धि होनी चाहिए (ओम का नियम)। यदि आर 2 के पार वोल्टेज 0.6 वी तक बढ़ जाता है, तो क्यू 1 चालू करना शुरू कर देगा, क्यू 2 से बेस करंट की चोरी करेगा, डी 1, क्यू 2 और आर 2 में करंट को सीमित करेगा।

इसलिए, R2 वर्तमान को नियंत्रित करता है। यह सर्किट R2 से वोल्टेज को सीमित करके 0.6V से अधिक नहीं काम करता है। इसलिए आर 2 के लिए आवश्यक मूल्य की गणना करने के लिए, हम प्रतिरोध को खोजने के लिए ओम के नियम का उपयोग कर सकते हैं जो हमें 0.6V पर वांछित वर्तमान देता है।

लेकिन हमने क्या हासिल किया है? अब किसी भी अतिरिक्त वोल्टेज को श्रृंखला अवरोधक के बजाय केवल Q2 और R2 में गिराया जा रहा है। न अधिक कुशल, और न अधिक जटिल। हम क्यों परेशान होंगे?

$20V / 21.5V = 93 \%$

चालू मोड चालू स्रोत

अंतिम समाधान के लिए, 100% दक्षता के साथ (सिद्धांत में, कम से कम) ड्राइव एल ई डी का एक तरीका है। इसे एक स्विच्ड मोड पावर सप्लाई कहा जाता है , और एल ई डी ड्राइव करने के लिए आवश्यक वोल्टेज को किसी भी वोल्टेज में बदलने के लिए एक प्रारंभ करनेवाला का उपयोग करता है। यह एक सरल सर्किट नहीं है, और हम इसे पूरी तरह से व्यवहार में 100% कुशल नहीं बना सकते क्योंकि कोई वास्तविक घटक आदर्श नहीं है। हालांकि, ठीक से डिज़ाइन किया गया है, यह ऊपर दिए गए रैखिक वर्तमान स्रोत की तुलना में अधिक कुशल हो सकता है, और इनपुट वोल्टेज की एक विस्तृत श्रृंखला पर वांछित वर्तमान बनाए रख सकता है।

यहाँ एक साधारण उदाहरण दिया गया है जिसे साधारण भागों के साथ बनाया जा सकता है:

मैं यह दावा नहीं करूंगा कि यह डिज़ाइन बहुत कुशल है, लेकिन यह ऑपरेशन के सिद्धांत को प्रदर्शित करने का काम करता है। यहां देखिए यह कैसे काम करता है:

U1, R1 और C1 एक वर्गाकार तरंग उत्पन्न करते हैं। R1 का समायोजन कर्तव्य चक्र और आवृत्ति को नियंत्रित करता है, और परिणामस्वरूप, एलईडी की चमक।

जब आउटपुट (पिन 3) कम होता है, तो Q1 को स्विच किया जाता है। प्रारंभ करनेवाला, एल 1 के माध्यम से वर्तमान प्रवाह। यह वर्तमान बढ़ता है क्योंकि ऊर्जा को प्रारंभ करनेवाला में संग्रहीत किया जाता है।

फिर, आउटपुट अधिक हो जाता है। Q1 स्विच ऑफ करता है। लेकिन एक प्रारंभ करनेवाला वर्तमान के लिए एक चक्का के रूप में कार्य करता है। L1 में प्रवाहित होने वाली धारा का प्रवाह जारी रहना चाहिए, और ऐसा करने का एकमात्र तरीका D1 है। L1 में संग्रहीत ऊर्जा को D1 में स्थानांतरित किया जाता है।

आउटपुट फिर से कम हो जाता है, और इस तरह सर्किट एल 1 में ऊर्जा के भंडारण और इसे डी 1 में डंप करने के बीच वैकल्पिक होता है। तो वास्तव में, एलईडी तेजी से झपकाता है, लेकिन लगभग 25kHz पर, यह दिखाई नहीं देता है।

इसके बारे में साफ बात यह है कि हमारे आपूर्ति वोल्टेज क्या है, या डी 1 के आगे वोल्टेज क्या है इससे कोई फर्क नहीं पड़ता। वास्तव में, हम D1 के साथ श्रृंखला में कई एल ई डी लगा सकते हैं और वे अभी भी प्रकाश करेंगे, भले ही एल ई डी के कुल आगे वोल्टेज आपूर्ति वोल्टेज से अधिक हो।

कुछ अतिरिक्त सर्किटरी के साथ, हम एक प्रतिक्रिया लूप बना सकते हैं जो डी 1 में वर्तमान की निगरानी करता है और हमारे लिए प्रभावी रूप से आर 1 को समायोजित करता है, इसलिए एलईडी आपूर्ति वोल्टेज की एक विस्तृत श्रृंखला पर समान चमक बनाए रखेगा। हांडी, अगर आप चाहते हैं कि एलईडी उज्ज्वल रहे तो बैटरी कम हो जाती है। U1 को एक माइक्रोकंट्रोलर से बदलें और इसे और अधिक कुशल बनाने के लिए यहां और वहां कुछ समायोजन करें, और आपके पास वास्तव में कुछ है।

Comments

डिवाइस की निरंतर रेटिंग की तुलना में एक उच्च शिखर वर्तमान पर ड्राइविंग करते समय पैकेज की कल्पना के भीतर थर्मल लोड को सीमित करने के लिए भी प्रारंभ करनेवाला कम पीडब्लूएम है। इस तकनीक का उपयोग करके कम औसत शक्ति के लिए उच्च कथित चमक का दावा किया गया है। इस मामले में किसी प्रकार की वर्तमान सीमा अभी भी आवश्यक है, चाहे वह बैटरी प्रतिबाधा, श्रृंखला अवरोधक या वर्तमान स्रोत हो।

— हाइकऑनपास

@ हाईकॉन्स्ट को कवर किया गया है

— फिल फ्रॉस्ट

अच्छा जवाब। हो सकता है कि "श्रृंखला अवरोधक" खंड को भी इंगित करना चाहिए, कि इस तरह से कई समानांतर एल ई डी ड्राइव करना एक बुरा विचार है। वास्तविक दुनिया के डायोड में एक जैसी विशेषताएं नहीं होती हैं और फिर जो होता है वह यह है कि सबसे कम फॉरवर्ड वोल्टेज वाला डायोड अधिकांश करंट का संचालन करेगा और यह सबसे तेज गति करेगा।

— रेव .1.0

+1 - यह पोस्ट किसी गैलरी या हर किसी के लिए ऐसी चीज़ में चिपकी या लटका दी जानी चाहिए, जो कभी भी "एक एलईडी को कैसे प्रकाश में लाए" या एक ही सवाल पर सभी हजारों विविधताएं।

— जॉन यू

gnuplot

— फिल फ्रॉस्ट

Answer 2

एक और तरीका है, बहुत कम देखा जाता है। एक एलईडी के लिए अच्छा है, बहुत सरल है, आप उस पर लगभग 4v से 20v तक कुछ भी फेंक सकते हैं, और यह खुशी से एलईडी को एक बहुत अच्छा वर्तमान देता है।

ब्लू इनपुट वोल्टेज है, 20 वी से 4 वी। ग्रीन एलईडी के लिए चालू है, लगभग 12mA। लाल जेएफईटी, डेटाशीट द्वारा यहां प्रसारित की गई शक्ति है ।

Comments

यह कौन सा जादू टोना है? यह भी कैसे काम करता है?

— येरेक टी

यद्यपि यह JFET के लिए एक अपरंपरागत उपयोग है , लेकिन इस आशय को डेटाशीट में "जीरो-गेट-वोल्ट ड्रेन करंट" रेटिंग द्वारा समझाया जा सकता है। गेट सीधे स्रोत से बंधे होने के साथ, गेट हमेशा 0v के रूप में दिखाई देता है, इसलिए JFET व्यवहार करता है जैसे कि यह "चालू" है। JFET के अंदर चालन चैनल पर्याप्त संकीर्ण है कि यह प्रभावी रूप से उस प्रवाह की मात्रा को सीमित करता है जो इसके माध्यम से प्रवाह कर सकता है। यह घटना अलग-अलग जेएफईटी और यहां तक ​​कि एक ही बैच के उपकरणों के साथ भिन्न होती है। (2N3819 को 2-20mA रेट किया गया; 12mA एक विशिष्ट मूल्य है।)

— rdtsc

"एक और तरीका है, बहुत कम देखा जाता है।" JFET एक CCS बनाता है, इसलिए वैचारिक रूप से यह उन दृष्टिकोणों से अलग नहीं है जिन पर पहले चर्चा की गई थी। यह दो कारणों से बहुत कम उपयोग किया जाता है: 1) JFETs में डिवाइस से डिवाइस तक बहुत खराब स्थिरता है; 2) JFET पर बिजली अपव्यय आसानी से इसकी रेटिंग को पार कर सकता है।

— दानीफ

इसलिए मैंने कहा "आप इस पर 4v से 20v तक कुछ भी फेंक सकते हैं" । बेशक बिजली अपव्यय को ध्यान में रखा जाना चाहिए, और ~ 20 वी इस डिवाइस के लिए अधिकतम है। कुशल? ज़रुरी नहीं। लेकिन काफी उपयोगी है। यदि आप एक एलईडी को 4v से 20v तक +/- 0.3mA की धारा के साथ ड्राइव करने का एक सरल तरीका पा सकते हैं, तो हम इसे देखना पसंद करेंगे।

— rdtsc

स्रोत (एलईडी पक्ष) के साथ श्रृंखला में एक रोकनेवाला आरएस जोड़ने से वीजीएस = 0 पर अधिकतम उपलब्ध वर्तमान I_DSS के नीचे वर्तमान विनियमन की अनुमति मिलती है। RS के पार वोल्टेज ड्रॉप को -VGS के बराबर बनाया जाता है और सर्किट को कम वर्तमान में एक संतुलन मिलेगा: बड़ा RS वर्तमान को कम करता है, जब तक कि वांछित नहीं।

— andrea

Answer 3

यहां एलईडी ड्राइवर विकल्पों का एक संग्रह है, जिसके साथ आप खेल सकते हैं।

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

Answer 4

यह बिल्कुल सच नहीं है - क्योंकि यह बहुत सारे कारकों पर निर्भर करता है।

एलईड के साथ मुद्दा यह है कि 1) एक बार जब वे आचरण करना शुरू करते हैं, तो वोल्टेज में थोड़ी सी वृद्धि से वर्तमान में जबरदस्त वृद्धि होगी। सही संयोजन के साथ, इसका मतलब नुकसान हो सकता है; 2) चूंकि एलईड्स गर्म होते हैं, उनके आगे वोल्टेज ड्रॉप में गिरावट आती है, जिसके कारण करंट ऊपर जाता है। बदले में एल ई डी पर बिजली अपव्यय का कारण बनता है, और एल ई डी गर्मी। यह एक दुष्चक्र के लिए नेतृत्व करता है।

तो इससे बचने का एक तरीका नकारात्मक प्रतिक्रिया को पेश करना है ताकि जब करंट में करंट ऊपर जाए तो लेड्स में वोल्टेज कम हो जाए।

ऐसा करने के कई तरीके। प्रतिरोधक, सेंसर, सक्रिय नियंत्रण आदि।

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"यह बिल्कुल सच नहीं है": क्या, बिल्कुल? किसी भी मामले में वर्तमान सोर्सिंग का उपयोग करके एलईडी वोल्टेज के परिवर्तन की वर्तमान की आवश्यक मात्रा की आपूर्ति करता है। यदि तापमान के साथ एलईडी करंट को कम किया जाएगा, तो शायद अधिक गर्मी से बचने के लिए, यह एक और मामला है और शायद कोई डिज़ाइन मार्जिन नहीं है। "ऐसा करने के कई तरीके स्पष्ट करने के लिए। प्रतिरोधक, सेंसर, सक्रिय नियंत्रण, आदि": यह जेनेरिक है, इलेक्ट्रॉनिक्स की एक पूरी दुनिया, "सही" और "गलत", जैसा कि मूल प्रश्न पूछा गया है।

— andrea