Tarvitsenko todella vastuksia, kun ohjaan LED-valoja Arduinolla?

Tuhma! :-). Jos he sanovat käyttävän siellä vastusta, siihen on hyvä syy! Kytke se pois päältä NYT!

Vastus on tarkoitettu rajoittamaan LED: n virtaa. Jos jätät sen pois, nykyisen rajoituksen on oltava peräisin Arduinon lähdöstä, eikä se pidä siitä. Kuinka saat selville, minkä vastuksen on oltava? Tunnetko Ohmin lain? Jos et, kirjoita se isoilla kirjaimilla:

\ $ V = I \ cdot R \ $

Jännite on sama kuin nykyinen vastus . Tai voit sanoa

\ $ R = \ dfrac {V} {I} \ $

Se on sama asia. Tunnettu jännite: Arduino toimii 5 V: lla. Mutta kaikki eivät mene vastuksen yli. LEDillä on myös jännitehäviö, tyypillisesti noin 2 V punaiselle LEDille. Vastukselle jää siis 3 V. Tyypillisen ilmaisimen LEDin nimellisvirta on 20 mA, sitten

\ $ R = \ dfrac {5V – 2V} {20mA} = 150 \ Omega \ $

Arduino Uno käyttää ATmega328 mikrokontrolleri. Datalehden mukaan minkään I / O-nastan virran ei tulisi ylittää 40 mA, mikä tunnetaan yleisesti absoluuttisena maksimiarvona. Koska sinulla ei ole mitään rajoittaa nykyistä virtaa, vain (matala !) lähtötransistorin resistanssi. Virta voi olla niin korkea kuin 40 mA, ja mikrokontrolleri kärsii vaurioista.

edit
Seuraava kaavio ATmegan tietolomakkeesta näyttää, mitä tapahtuu, jos ajetaan LEDiä ilman virtaa rajoittavaa vastusta:

Ilman kuormitusta lähtöjännite on odotetusti 5 V. Mutta mitä suurempi virta vedetään, sitä pienempi lähtöjännite on, se laskee noin 100 mV jokaisesta ylimääräisestä 4 mA: n kuormasta. Se on sisäinen vastus 25 \ $ \ Omega \ $. Sitten

\ $ I = \ dfrac {5V – 2V} {25 \ Omega} = 120mA \ $

Kaavio ei mene niin pitkälle, vastus nousee lämpötilan mukana, mutta virta pysyy erittäin suurena. Muista, että tietolomake antoi 40 mA: n absoluuttisena maksimiarvona. Sinulla on kolme kertaa enemmän. Tämä vahingoittaa varmasti I / O-porttia, jos teet tämän pitkään. Ja luultavasti myös LED. 20mA: n ilmaisimen LEDillä on usein 30mA absoluuttisena maksimiarvona.

Kommentit

• Ei oikeastaan. 3 ja et saa ’ et saa mitään valoa, koska 3 x 2V > 5V ja 2 ’ Minulla on sama ongelma, vain 1 V putoaa 3 V: n sijaan. Lisäsin vastaukseni kytkeäksesi sen pois päältä nyt!
• Laskin, kuinka monta kertaa olen kirjoittanut kyseisen laskelman vastauksiin tähän. Minulla olisi oltava siihen skripti 🙂
• LEDit on suunniteltu toimimaan tietyllä maksimivirralla. Niiden ohjaama jännite tarkoittaa, että virtaa ei hallita. Portit on tehty tarjoamaan tietty maksimivirta. Niiden oikosulku tai ylikuormitus VOI VÄLITTÄÄ kiinnittämään IC: n tai kokonaisen IC-tuhon tai vain aiheuttaa hienovaraisia käyttöongelmia. Tai ei.
• @ JohnR.Strohm En halua ’ t kutsua sitä alan standardiksi.
• @ JohnR.Strohm – Kuten m. Alin sanoo, että ’ ei ole alan standardi. Digikey listaa 10 mA: n nimellisvalot välillä 0,4–1 000 mcd ja 20 mA: n LEDit välillä 0,1–54000 mcd. ’ siinä ei ole viivaa, eikä mitään takeita siitä, että 10 mA: n LED-valosi näkyy hyvin. Punainen LED-jännite vaihtelee tyypillisesti 1,8 – 2,2 V. Punaiselle LEDille 1,6 V on poikkeuksellisen matala.

40 juoni,

Minun on sanottava, että LED: n ajaminen ilman vastusta EI OLE SUOSITELTU, ellet tiedä mitä olet tekemässä. Jos kuitenkin ymmärrät LED: n käyttäytymisen, voit ajaa sitä turvallisesti ilman vastusta. Itse asiassa LEDin käyttäminen ilman virtaa rajoittavaa vastusta on usein parempi.

Miksi ajaisit LEDiä ilman vastusta? Yksinkertainen, tehden piiristäsi energiatehokkaamman.

Pitäisikö sinun ajaa LEDiäsi PWM: n ollessa vakiona (ts. 5 V PWM 34%: n teholla keskimääräinen jännite 1,7 V)?

Kyllä ja ei. PWM: n käyttö voi toimia yhtä hyvin kuin tietyn jännitteen käyttäminen (jos olet varovainen), mutta on olemassa parempia tapoja. Huolestuttavat asiat PWM-lähestymistavassa.

1. PWM: n taajuus on tärkeä.Kun käytät PWM: ää tässä skenaariossa, luotat piirisi komponenttien kykyyn käsitellä väliaikaisesti suuria virtoja. Suurimmat huolesi ovat, kuinka LED käsittelee väliaikaista suurta virtaa ja miten sirusi lähtöpiiri pystyy käsittelemään väliaikaisesti suuri virta.Jos kyseisiä tietoja ei ole määritelty taulukkolomakkeessa, taulukon kirjoittajat olivat laiskoja. MUTTA! Jos nämä tiedot on määritelty taulukkoon, voit käyttää niitä turvallisesti. Esimerkiksi LED, joka minulla on seuraavaksi Minulla on maksimivirta 40mA. Sillä on kuitenkin myös ” huippuvirta ” 200 mA, huomautuksella että virta ei voi pysyä 200mA: ssa pidempään kuin 10 us. Soooo … Voin ajaa LEDiä 1,7 V: lla (datalehdestä tyypilliset eteenpäin suuntautuvat LEDit) .Käyttösykli on 34% ja virtalähde 5V (34 % jännitteestä 5 V = 1,7 V) tuottaa keskimääräisen jännitteen 1,7 V, minun on vain varmistettava, että PWM-aikani on 10us tai vähemmän. n-ajan, LEDin läpi kulkeva virta todennäköisesti nousee noin 58mA: iin (58mA = tyypillinen virranotto 1,7 V diodillani jaettuna 34%: lla). 58mA ylittää LEDien vakiovirran maksimiarvon 40mA 18 mA: lla. Lopuksi … Tarvitsen vähintään 33,3 kHz: n PWM-taajuuden, jotta voisin ajaa LEDiäni turvallisesti (33,3 kHz = [10us ON -ajan käänteinen jaettuna 34%: lla PWM-jakson saamiseksi]). Todellisuudessa voisin turvallisesti käyttää PWM: ää virran saamiseksi LED-laitteelleni hitaammalla PWM-taajuudella. Syynä on tämä: Taulukot eivät yleensä määritä kaikkia komponentin voimassa olevia toimintaskenaarioita. Ne eivät täsmennä näitä skenaarioita, koska myyjä ei halua investoida aikaa komponenttiensa tarkentamiseen ja tukemiseen kulmakäyttöön Esimerkiksi LEDilläni, jos voin käyttää LEDiä 40mA: lla ikuisesti (40mA on tasavirran maksimiluokka) ja voin käyttää LEDiä 200mA: lla 10us. Sitten voin olla 99,99999% varma, että pystyn Käytä LEDiä turvallisesti 100mA: lla jonkin aikaa yli 10 us, todennäköisesti lähellä 20 us.

HUOMAUTUS: Kaikki komponentit voivat turvallisesti käsitellä väliaikaisia virtapiikkejä suurimpien luokkiensa yläpuolella niin kauan kuin nykyiset piikit ovat PIENI PIENI . Jotkut komponentit ovat anteeksiantavampia kuin toiset, ja jos olet onnekas, komponentti ”s datasheet määrittää, kuinka hyvin se pystyy käsittelemään virtapiikkejä.

2. PWM: n jännite on tärkeä. Esitän asiani esimerkillä selityksen sijaan. Jos käytämme LEDiä, johon viittasin aiemmin, tiedämme, että 34%: n käyttöjakso 33,3 kHz: n jännitteellä 5 V: lla on turvallinen. Jos kuitenkin jännitteemme oli 12 V, meidän olisi tehtävä uudelleen laskelmamme, jotta sama määrä virtaa kulkisi LEDin läpi. Toimintajaksomme pitäisi pudota 14,167%: iin (1,7 V jaettuna 12 V: lla) ja pienin PWM-taajuus laskisi 14,285 kHz: iin 10us jaettuna 14,167%: lla]). kuitenkin! , tämä on huolestuttavaa. 5 V: n skenaariossa käytämme 5 V: tä 10us ja 12V-skenaariossa käytämme 12V 10us: lle. Yli kaksinkertaistimme jännitteen 10us: n aikana, sillä on oltava joitain seurauksia. Ja kyllä, on! LED-tietolehti ei anna minulle tarvittavia tietoja, jotta tiedän kuinka korkea jännitteestä, jota voin käyttää 10 us: n ajan, ennen kuin vahingoitan LEDiäni. Varmasti 1000 V 10us: n kohdalla paistaa LEDini.Mutta kuinka tiedän, paistavatko 5V 10us: lla LEDiäni vai 12V 10us: lla? Jos sille ei ole spesifikaatiota, otat riskin. Joten … 5 V 10us: lle on riskialtista, mutta todennäköisesti turvallista.

HUOMAUTUS: Voit lisätä piiriin kondensaattorin keskimääräisen PWM-arvon laskemiseksi ja ongelman poistamiseksi.

3. Sinun on tunnettava myös ulostulotapasi ominaisuudet, joihin olet liittänyt LED: n. Tärkein parametri on suurin lähtövirta. Arduino Unon mielestä se on 40 mA. Sinun tulisi valita PWM-käyttöjakso, jonka keskimääräinen jännite pitää LEDin läpi kulkevan virran alle 40 mA. Jotta tiedät, mitkä jännitteet tuottavat niin paljon virtaa, sinun on tarkasteltava LEDien IV käyrää (virta vs. jännitekaavio). Tyypilliselle LEDille jännite, joka on 0,7 V (tyypillinen vähimmäisjännite, joka tarvitaan valon lähettämiseen LEDistä) ja 1,25 V, on melkein varmasti turvallinen. Miksi 1.25V on todennäköisesti turvallinen? No, useimmat LEDit eivät ylitä 40mA: ta 1,25 V: lla, vaikka ilman virtaa rajoittavaa vastusta. Toinen asia, joka auttaa suojelemaan jotakuta, jos he käyttävät liikaa jännitettä, on se, että Arduinon digitaalisella lähtöpiirillä on oma lähtöimpedanssi, että lähtöimpedanssi on pieni, mutta jopa 20 ohmin lähtöimpedanssi antaisi vähäisen suojan. Arduino unon digitaalisen lähtöimpedanssin arvo on noin 250 ohmia. Pitkä tarina, jos ajoit LEDiä PWM: llä 1,0 V: n jännitteellä korkealla taajuudella, tyypilliselle LEDille, ei ole mahdollisuutta vahingoittaa digitaalista lähtöäsi Arduino Unolla.

4. PWM-lähestymistapa ajaa LEDiä avoimen piirin tavalla (ja niin tekee myös 1.7 V: n virtalähde ilman PWM: ää). Käytät keskimääräistä jännitettä LED-valoon, joka on juuri oikea arvo LED-valon sytyttämiseksi, mutta ei riittävän korkea vaurioita varten LED. Valitettavasti jännitealue PÄÄLLÄ (ja riittävän kirkas nähdäksesi) vaurioituneeseen LED-valoon on hyvin pieni (Tämä alue LEDilläni on noin 0,7 V). On useita syitä, miksi käyttämäsi 1,7 V ei aina ole 1,7 V …

a. Muutokset ympäristön lämpötilassa. Entä jos sinulla olisi moottoriohjain, jännitesäädin jne. suljetussa laatikossa, joka sisälsi myös LEDin. Ei ole harvinaista, että muut komponentit nostavat ympäröivää lämpötilaa kotelon sisällä 25 ° C: sta 50 ° C: seen. Tämä lämpötilan nousu muuttaa LEDin, jännitesäätimen jne. Käyttäytymistä. Kerran turvallinen 1,7 V ei enää 1,7 V ja LED, joka ennen paisti 2,5 V: lla, paistaa nyt 2,2 V: lla.

b. Syöttöjännitteen muutokset. Entä jos tarvikkesi olisi akku. Akun tyhjentyessä jännite laskee huomattavasti. Entä jos suunnittelet piirisi toimimaan hyvin vähän käytetyn 9 V: n pariston kanssa, mutta lisäät sitten uuden 9 V: n pariston. Upouusien 9 V: n lyijyhappoakkujen todellinen jännite on 9,5 V. Riippuen piiristä, joka tuottaa PWM: lle käytetyn 5 V: n, tämä ylimääräinen 0,5 V voi nostaa 5 V PWM: n 5,3 V: iin. Entä jos käyttäisit ladattavaa akkua? Niillä on vieläkin suurempi jännitealue koko purkausjakson ajan.

c. On olemassa muita skenaarioita, kuten EMI: n aiheuttama indusoitu virta (moottorit tekevät tämän).

Virranrajoitusvastuksen säästäminen säästää monista näistä ongelmista.

PWM: n käyttäminen LED: n käyttämiseen ei ole kovin hyvä ratkaisu, onko olemassa parempi tapa, joka ei vaadi virtaa rajoittavaa vastusta?

Kyllä! Tee kotisi LED-hehkulampuissa se, mitä he tekevät. Aja LED-merkkivaloa virranohjaimella. Aseta nykyinen ohjain ajamaan virtaa, jolle ledesi on luokiteltu.

Oikealla virtasäätimellä , voidaan lisätä dramaattisesti, ja voit ajaa LEDiä turvallisesti huolimatta useimmista ongelmista, jotka liittyvät avoimen silmukan LED-ajoon.

Haittapuoli: Tarvitset nykyisen ohjaimen ja olet lisännyt piirin monimutkaisuutta 10x. Älä lannistu. Voit ostaa nykyisiä ohjainpiirejä, LED-ohjainpiirejä tai tehdä omia nykyisiä ohjattuja vahvistimen muuntimia. Se ei ole niin kovaa. Ota vähän aikaa kiireisestä aikataulustasi ja opi lisää boost- ja buck-muuntimista. Lue lisätietoja virtalähteiden vaihtamisesta. Ne ovat virtalähde tietokoneellesi ja ne ovat erittäin energiatehokkaita. Sitten joko rakenna yksi tyhjästä, tai osta edullinen mikropiiri suurimman osan työstä puolestasi.

Kuten kaikilla elektronisilla malleilla, tietysti voit aina tehdä enemmän piirisi parantamiseksi. Katso kuva 3 seuraamalla PDF-tiedostoa nähdäksesi kuinka monimutkainen jopa kotitalouksien LED-lamppu voi olla nykyään …

http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/design_guides/led_protectors/littelfuse_led_lighting_design_guide.pdf.pdf

Yhteenvetona: Sinun on itse päätettävä, kuinka suuri riski olet valmis ota mukaan piirisi. 5V PWM: n käyttäminen LED: n käyttämiseen toimii todennäköisesti hyvin (varsinkin jos lisäät kondensaattorin tasoittamaan PWM-neliöaaltoa ja maksimoimaan PWM-taajuutesi). Älä pelkää työntää elektroniikkaasi ulkopuolelle heidän tavallisesta op ehtojen poistamiseksi, ole vain tietoinen siitä, kun teet sen, tiedä ottamasi riskit.

Nauti!

FYI: Olen yllättynyt siitä, kuinka monet ihmiset siirtyvät heti vastaukseen, ” SINUN KÄYTÖSSÄ ON VIRTAINEN RAJOITUSVASTUS ”. Se on hyvää tarkoittava, mutta liian turvallinen neuvo.

Ort

Kommentit

• I ’ yllättynyt nähdessäni, kuinka moni piti tätä vastausta arvokkaana suunnitteluneuvona. LED: n ajaminen ilman virranrajoitusta PWM: n avulla on yhtä huono LEDille kuin mitä OP tekee, ja se tuottaa EMI: n ja VCC: n aaltoilun kuin kauhea.
• @DmitryGrigoryev, tajusin, etten täysin puuttunut digitaalisen lähdön suurin lähtövirta. Lisäsin uuden luodin sen peittämiseksi. PWM SALLI jonkun turvallisesti ajaa LEDiä ilman virtaa rajoittavaa vastusta. EMI- ja VCC-aaltoilu luodaan aina, kun kuormitat digitaalisella signaalilla, mutta tämä on yleistä (esim. H Bridge, Boost Converter, Hobby Servo Control jne.), Ja tuskin on syy välttää PWM: ää. Tarvittaessa on olemassa kohtuulliset ratkaisut EMI- ja VCC-aaltoilun käsittelemiseksi. Suurin osa ihmisistä ei ’ välitä pienistä EMI- ja VCC-väreistä, jotka syntyvät ajamalla LEDiä PWM: llä.

Voit käyttää sisäänrakennettuja vastusvastuksia ehdotetulla tavalla täällä :

Vetovastukset tarjoavat riittävästi virtaa sytyttämään nastaan liitetyn LEDin himmeän valon.

Kommentit

• Ei LEDeille, tätä voidaan käyttää painikkeille, mutta LEDeille on vaara rikkoa tuotos
• jos ei ole turvallista, miksi viralliset asiakirjat sanovat niin? (Olen ’ kokeillut itseäni ja se toimi kuvatulla tavalla.)
• Lue OUTPUT, se mainitsee, että se tarvitsee sarjavastuksen: ” Tämä on riittävä virta LED-valon kirkkaaseen syttymiseen (älä ’ unohda sarjavastus) tai käytä esimerkiksi monia antureita, mutta ei tarpeeksi virtaa useimpien releiden, solenoidien tai moottoreiden käyttämiseen. ”
• @MenelaosVergis on turvallista tehdä tämä, kun tappi INPUT_PULLUP-tilassa, ei ole turvallista tehdä nastalla OUTPUT-tilassa. Tämä on selvää dokumenteissa, jos luet molemmat kohdat (ja tämän vastauksen lainatusta otteesta).

Lyhyt vastaus on kyllä ja ei, se riippuu arduinostasi ja ledin väristä. Esimerkiksi 3,3 V: n piirilevy ei vaadi vastusta sarjaan pienen vihreän LEDin kanssa, koska LEDin eteenpäin suuntautuva jännite on melko korkea, katso tämä . Sisäinen vastus on noin 25 ohmia, ota (3,3 – 3) / 25 = 12 mA, joten tämä on silti hieno, sinun ei pidä ylittää enimmäisvirtaa tappia kohti, joka on 40 mA UNO-levyillä käytetylle 328p atmel -prosessorille (ellei käytät johdannaista 328p: stä, jos se voi olla erilainen tarina). Arduinolle, joka toimii 5 V: lla, aiheutuu kuitenkin ongelmia infrapuna-LEDillä, jolla on paljon pienempi eteenpäin suuntautuva jännite, tyypillisesti 1,2 V, (5-1,2) / 25 = 150 mA, ja tämä on ehdottomasti liikaa, joten käytä virranrajoitinta, kuten vastuksena tällaisten LEDien käyttämiseksi. Arduino-levyjen nastalla 13 (tai muulla nastalla muunnoksissa) on jo led ja vastus sarjassa. Lisäksi piirilevyn virtalähteellä on enimmäisluokitus, tyypillisesti 200 mA, ja sinun on pysyttävä tämän tason alapuolella, etkä voi piirtää enempää kuin tietty määrä mA: ta nastaryhmää kohden, tämä selitetään täällä . Jos haluat ajaa monia LEDejä, harkitse matriisi-LED-ohjaimen käyttöä, joka tekee multipleksoinnin puolestasi. Katso esimerkiksi youtube-alueeltani, jossa esittelen MAX7219CNG-ohjainta. Mutta myös Arduino Uno voi tehdä multipleksoinnin puolestasi, katso infrapunalämpömittarini, jossa on 4 seitsemän segmentin LEDiä YouTubessa. Hyvää hakkerointia.

JOO! Se voi olla tehty.

Vaikka sanottu on oikein … on toinenkin tapa. Energiatehokkaampi tapa ajaa LED-valoja 5v: n kanssa.

Tämä on vähän dokumentaatiota ja se on tuntematon, kuluttaako ratkaisu merkkivaloja, mutta se voidaan tehdä. Teen sen itse.

PWM: n käyttäminen laitteistolla: Tässä on esimerkki :

#include <avr/io.h> #include <util/delay.h> void pwm_init() { // initialize TCCR0 as per requirement, say as follows TCCR0 |= (1<<WGM00)|(1<<COM01)|(1<<WGM01)|(1<<CS00); // make sure to make OC0 pin (pin PB3 for atmega32) as output pin DDRB |= (1<<PB3); } void main() { uint8_t duty; duty = 1; // duty cycle = 0.39% of the time (depends on the oscillator.) // initialize timer in PWM mode pwm_init(); // run forever while(1) { OCR0 = duty; } } 

PWM voidaan simuloida myös ohjelmistolla ja avrs-ajastimilla. Löydät esimerkin lufa-kirjastosta, nimeltään LEDNotifier.c.

Johtopäätökseni: On mahdollista ajaa lediä 5 voltilla.

EDUT: Ei tarvita vastusta. Vähän energiaa myös säästö (~ 50%)

Miinukset: En tiedä, onko komponentti stressaantunut, ja sen käyttöiän lyhenemisestä.

On yksi kaveri, joka teki myös tämän kokeen Stanfordissa ja lähetti tietoja hänen sivustoonsa .

Kommentit

• Tämä ei vain ole ’ ei vaikuta hyvältä ajatukselta. Sinä ’ hankimme todennäköisesti enemmän virtaa ohjaimelta kuin sille ’ luokitellaan, vaikka ’ et tekisi sitä kovin kauan.
• Kuten sanottu, tätä ei ole dokumentoitu. Arduino UNO -lähtö IO voi ajaa noin 40ma-50ma. Se on vakio. Pystyn varmasti käsittelemään hyvin lyhyitä pulsseja suuremmalla virralla. Katsokaa wikipedia .
• Arduino-ympäristössä PWM voidaan saada helpommin analogWrite() -merkillä vastaavalle tappi. Still ole varma, että tämä on hyvä idea, mutta ainakin infrapunavalojen kohdalla ’ on yleistä, että tietolehdet sallivat huomattavasti korkeammat huippuvirrat alle 100%: n työjaksoissa .
• Olen ’ m melko varma, että energiansäästöt ovat negatiivisia verrattuna vastusperusteisiin ratkaisuihin, koska LEDien tehokkuus laskee virran kasvaessa.
• @ScottSeidman Miksi ’ ei se ole hyvä idea? vain siksi, että useimmat ihmiset uskovat, että ei ole suositeltavaa käyttää LEDiä ilman vastusta? tämä vastaus osoittautui tutkinnaksi, erittäin kunnioittavaksi lähteeksi, kuten Stanfordin yliopisto, ja siitä, mitä voin kokeilla, se toimii. Rakastan ehdottomasti aliarvostettuja viestejä, koska ne kertovat, että äänestäjät ovat vain puolueellisia. Mikä paradoksi …