¿Por qué se ha quemado mi resistencia LED al encender cuatro LEDs en serie?

Question

He intentado crear un circuito para conmutar una gran pantalla LED de 7 segmentos ( LDS-CD16RI ) utilizando un par de MOSFETs, como sigue:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Aquí estoy tratando de usar una señal lógica de 3.3V (ilustrada como el 1 en círculo) para conmutar los 24V para conducir los LEDs. Este circuito se repite para cada uno de los segmentos de la pantalla.

El voltaje típico de cada uno de los LEDs (que están en serie dentro de cada segmento de la pantalla) es de 6,8V, y su máxima corriente de avance constante es de 20mA, por lo que apunté a una corriente de 10mA a través de los LEDs. Dado que mi tensión de alimentación es de sólo 24V planeé dejar caer alrededor de 5,75V a través de los LEDs para darme un poco de margen para la tensión caída a través de M2 y R2.

Llegué al valor de la resistencia limitadora de corriente R2 en 100 utilizando: $$ R = \frac{V_s - V_f}{I} = \frac{24 - (5.75*4)}{0.01} = 100 $$

Antes de construir este circuito calculé la potencia disipada por R2 de la siguiente manera: $$ P = \frac{V^2}{R} = \frac{1^2}{100} = 0.01\mathrm{W} $$

0,01W parecía seguro por debajo del límite de 0,25W de las resistencias de agujero pasante que utilicé, así que procedí a construir y probar este circuito.

Para abreviar la historia: el R2 se quemó poco después de que se iluminara un segmento. Esto ocurrió en cada una de las instancias separadas de este circuito que maneja los diversos segmentos de la pantalla, lo que sugiere que fue un error de diseño en lugar de un fallo de un solo componente.

A partir de mis cálculos y análisis posteriores, aún no puedo entender por qué ha ocurrido esto. Para comprobar mi trabajo, reconstruí el circuito en un simulador que sugirió que la potencia de R2 sería de hecho de 6,84mW, que es un resultado que no puedo explicar pero en cualquier caso uno menor que el que había calculado anteriormente.

Supongo que he cometido un error en alguna parte de mis cálculos o mis suposiciones, pero no he podido localizarlo. Asumiendo que el problema es que la resistencia está disipando demasiada potencia, ¿se puede ajustar mi circuito para solucionarlo? ¿Es R2 una pista falsa y el problema existe en otra parte de mi circuito? ¿Es mi enfoque en sí mismo defectuoso?

Answer 1

6,8 voltios parece muy alto para un solo LED. ¿Estás seguro de que 6,8 no es el número para los cuatro LEDs? Eso haría 1,7 voltios por LED, lo que es más razonable para un LED rojo. Y eso significaría que actualmente estás empujando 172 miliamperios, o casi 3 vatios a través de tu resistencia.

Si ese es el caso, debes bajar tu fuente de alimentación a menos de 20 voltios (tal vez 12 voltios) para no destruir la puerta de tu MosFET (M2).

Answer 2

Ya veo tu problema. Tu circuito muestra cómo estás manejando un solo segmento de LED. (Supongo que entonces tienes 7 de estos circuitos, uno para cada segmento.) La hoja de datos muestra 4 LEDs en serie, cubriendo el segmento.

En lo que te has equivocado es en suponer que hay una caída de tensión de avance de 6,8V por LED. No hay tal LED rojo. Normalmente, un LED rojo tendrá una caída de tensión hacia delante de entre 1,6 y 1,8 V, y eso es una característica de la física implicada, por lo que no hay mucho margen de variación. Esto me dice que usted tiene 6,8V caída de tensión hacia adelante para los cuatro LEDs de ese segmento en serie .

Así que con una caída de tensión de 6,8V y una alimentación de 24V, estás dejando caer 17,2V a través de la 100R. Como dice Mark, esto te da 172mA y 2,96W de disipación de energía en la resistencia. No es saludable para una resistencia de 0,25W.

De hecho, tienes suerte de que la resistencia de 0,25W se convierta básicamente en un fusible en esas condiciones y se queme casi inmediatamente. Si no fuera así, poner 172mA a través de la pantalla la quemaría muy rápidamente, y una gran pantalla de 7 segmentos va a ser un poco más cara que una resistencia. Si hubieras utilizado una resistencia de mayor potencia, te preguntarías por qué la pantalla parpadeó brevemente de forma muy brillante y luego se volvió negra para siempre.

Answer 3

Lo has entendido mal.

La tensión directa en la hoja de datos es para serie de LEDs no para el LED individual.

Por lo tanto, la caída de tensión en los LEDs es 6.8V y no 6.8V * 4 o 5.xV *4

Por lo tanto, la resistencia tiene que lidiar con 17.2V y no 0..2V .

Así, la corriente es .17A y la potencia disipada ~4W .

Answer 4

Depende de la potencia (resistencia interna) y del color del led (Vf), la resistencia de 100 ohmios tiene que soportar toda la tensión extra de 24 - 4xVf -4Ir... Vf ~ 3V para el blanco, 2V para el otro color. La mayoría de los LEDs tienen una alta resistencia, excepto los LEDs de potencia como los de Cree... Si la resistencia tiene 12 V, la potencia será ~ v2/r 1,5W vatios... añadir más cadena de LEDs.