¿Se pueden utilizar LEDs u optoacopladores sin resistencia si se utiliza PWM?

Question

Los LEDs se conectan a menudo a través de una resistencia y el propósito de esto parece ser bajar el voltaje a través del LED a alrededor de 1,8V. ¿Se puede utilizar PWM para bajar la tensión en lugar de una resistencia? Si es así, ¿cuál es una frecuencia razonable para evitar que se queme el LED?

Mi aplicación actual es conectar un optoacoplador directamente a un microcontrolador, pero me imagino que la mayoría de la gente estará más familiarizada con los LEDs y la respuesta será la misma.

Este " experimento " respondería a mi pregunta, pero nunca publicó sus resultados.

Answer 1

La corriente que consume un LED (o cualquier diodo) aumenta exponencialmente en función de la tensión con la típica tensión de avance que es el inicio del crecimiento exponencial. Debido a esto, es más importante pensar en sus LEDs o optoacopladores como dispositivos que requieren una corriente constante, en lugar de una tensión específica. Usted quiere mantenerse alejado de esa curva exponencial, no sólo para proteger el LED, sino también para proteger su microcontrolador de la fuente o el hundimiento de demasiada corriente.

A veces, tienes suerte y la resistencia de la clavija de salida interna del microcontrolador es suficiente para limitar la corriente a través de un determinado LED. A veces funciona mejor en la configuración de disipación de corriente. Comprueba las hojas de datos.

Las resistencias se utilizan para establecer un límite de corriente. Los LEDs de mayor potencia, especialmente los utilizados para la iluminación, pueden ser accionados por un regulador de corriente constante para evitar el parpadeo debido a pequeñas variaciones en el suministro de tensión. La función exponencial magnifica los pequeños cambios.

Las resistencias son más baratas que la mierda, así que es más fácil ponerlas donde se necesitan que encontrar una solución. Si tu tiempo vale algo, podrías comprar varios cientos de resistencias para cuando hayas montado tu prueba PWM. El experimento al que haces referencia no está realmente pensado. En lugar de adivinar valores arbitrarios de PWM, parecería razonable conjeturar que si la energía total entregada al LED es menor que el voltaje delantero * la corriente máxima sostenida del LED por ciclo de PWM,

$$ {1 \over T}\int_0^T V_{pwm}(t)I_{pwm}(t)\,\mathrm{d}t < {V_{forward} I_{max}} $$

probablemente sea seguro (más o menos), pero todavía puede haber problemas por los breves picos de corriente alta.

Si alguien me dijera que ha hecho ese experimento en una entrevista de trabajo, le enseñaría la puerta. No vale la pena.

Por cierto, ni los PWM ni su frecuencia bajan los voltajes. El ciclo de trabajo reduce la potencia transmitida. El aumento de la frecuencia permite un control más preciso, pero es realmente el ciclo de trabajo el que hace el trabajo.

Answer 2

En general, NO. La corriente sin una resistencia (u otro limitador de corriente) está "fuera de control", y alguna fracción de "fuera de control" modificada por PWM sigue estando "fuera de control".

Nota al margen: la corriente máxima permitida para los LEDs normales es a menudo sólo un poco por encima de la corriente nominal (por ejemplo, 30 mA frente a 20 mA), por lo que incluso cuando haces PWM con una corriente controlada comprueba la hoja de datos del LED, tanto para la corriente media permitida como para la corriente máxima (pico) permitida.

¡Y NO utilices la sección de máximos absolutos! La única sección para el funcionamiento normal es la de "condiciones normales de funcionamiento" o algo parecido.

Answer 3

No es fácil. La resistencia proporciona un control inmediato y automático de la corriente del LED. El PWM controla efectivamente el voltaje medio, por lo que requeriría medir la corriente real (¿cómo? midiendo el voltaje a través de una ... ah, ¡resistencia!) y controlar la relación PWM para establecer la corriente. Mucho más complejo.

Podrías utilizar una resistencia de bajo valor para limitar la corriente a un valor razonable - digamos 20ma (el límite superior para un LED típico) y PWM abajo de eso...

Answer 4

Contrariamente a todas las respuestas anteriores aquí, yo respondería SI y dicen que incluso puede ser un circuito útil en algunas aplicaciones.

El uso de una resistencia limitadora disipa energía. Si tu circuito de salida está a (digamos) 5V y el LED está a 2V, entonces el 60% de tu energía es disipada por la resistencia. En un circuito alimentado por batería, esto es malo.

En cambio, el PWM se puede convertir en analógico a través de el uso de un filtro de paso bajo . (Otra posibilidad sería sustituir la resistencia por un convertidor buck, pero el acceso al microcontrolador puede sustituirlo).

Otra ventaja de esto es que al controlar el PWM en el software, tienes un control suave sobre la corriente a través del LED.

¿Cómo elegir los valores de la resistencia y el condensador para el filtro de paso bajo? En primer lugar, al encender inicialmente el sistema, el condensador está descargado, de modo que el pin del microcontrolador tendrá una corriente de salida de \$V_{\mathrm{cc}}/R.\$ Esta debe ser inferior a la corriente de pico permitida, que determina un valor mínimo para \$R\$ . Por otro lado, dado un ciclo de trabajo de \$t\$ la resistencia disipa (en promedio) una potencia \$((1-t)V_{\mathrm{cc}})^2 / R\$ lo que es otra razón para elegir un gran \$R\$ . Y finalmente la constante de tiempo del filtro es \$\tau = RC\$ que debe ser (a) mayor que la frecuencia PWM para limitar el efecto de ondulación, y (b) también da el tiempo de respuesta de tu circuito (y probablemente quieras que sea bajo).

Busqué los valores para una MCU típica de Atmel manejada en \$V_{\mathrm{cc}} = 5 \mathrm{V}\$ La corriente máxima permitida es de 40 mA, por lo que se necesita una resistencia de al menos 100Ω; podrías usar alrededor de 1 kΩ. Como estos chips pueden manejar PWM a unos 16 MHz, también necesitas \$RC \geqslant 10^{-6} \mathrm{s}\$ ; se podría, por ejemplo, utilizar \$C \simeq\$ 10 nF.