Jak równomiernie świecić różnokolorowe diody LED w szeregu?

Witam,

Chciałem połączyć szeregowo kilkanaście różnokolorowych diod LED, ale jak można się spodziewać czerwone będą mocniej świecić niż zielone.
Mają być zastosowane 5 niezależnych szeregów różnokolorowych diod, które będą włączane w różnych sekwencjach.

Jak powinno się podłączyć najlepiej szeregowo diody zielone, czerwone i żółte, aby równomiernie świeciły?

Nie chcę łączyć równolegle, ponieważ celem jest użycie jak najmniej rezystorów.

Pozdrawiam.

marycyś napisał:

Jak powinno się podłączyć najlepiej szeregowo diody zielone, czerwone i żółte, aby równomiernie świeciły?

Jeśli wszystkie szeregowo to najpierw zgodnie z zasadami sztuki wyliczamy rezystor szeregowy limitujący prąd diod, liczony na wartość prądu potrzebny najciemniejszej diodzie z kompletu. A później dokładając oporniki równoległe do diod, które potrzeba ściemnić.
Tu taki przykład. Załóżmy że żółta jest najciemniejsza i dajemy jej maksimum=30mA, czerwona wymaga redukcji do połowy czyli 15mA a zielona do 5mA :



Czyli najpierw liczymy R1 szacunkowo jak to jest w różnych miejscach opisane wielokrotnie, na założony prąd 30mA. A później dodajemy oporniki równolegle na diody które potrzeba ściemnić.
Szacunkowo łatwo się wylicza te oporniki, bo mamy określone na nich napięcia, równe wartościom charakterystycznym dla diod i prąd "obejściowy".

Ten układ w praktyce nie będzie doskonały, bo pomijamy zależności napięcia przewodzenia diod od prądu i temperatury. Przy np. zmianach temperatury, zmienią się niestety nieco proporcje prądów, ale dla niedużych "korekt" może być do przyjęcia. Tak że sugestia kolegi Koderr, czyli rozdzielenie kolorów na osobne szeregi, jest moim zdaniem poprawniejsza ale zwiększa ilość oporników i nieco komplikuje połączenia, jeśli to mają być różnokolorowe grupy.

Też nie warto liczyć dokładnie wartości oporników "obejściowych", tylko dla ustalenia rzędu, jakie wartości mają sens, bo i tak jasność ustawi się doświadczalnie.

Na próbę połączyłem kilka diod szeregowo aby sprawdzić poprawność obliczeń dla rezystora bocznikującego.
Układ przypadkowy: G-G-G-R-G-G-Y-G
G-zielona: 2V, 0,04mA
R-czerwona: 1,6V, 2,42mA
Y-żółta: 1,7V, 1,22mA
(powyższe wartości dla wystarczającego świecenia LED)

Gdy wszystkie podłączone są szeregowo bez rezystorów to świecą wyraźnie tylko zielone, dla napięcia 16V (0,04mA).

Niestety coś nie wychodzi z rezystorami bocznikującymi.
Nawet gdy równolegle do trzech zielonych podłączam rezystor 20kom, to te trzy zielone gasną i oczywiście pozostałe świecą znacznie silniej.
Napięcie ustawione dla 8 szeregowo połączonych diod około 16V.

Jak to poprawnie obliczyć?

marycyś napisał:

G-zielona: 2V, 0,04mA
R-czerwona: 1,6V, 2,42mA
Y-żółta: 1,7V, 1,22mA
(powyższe wartości dla wystarczającego świecenia LED)

Gdy wszystkie podłączone są szeregowo bez rezystorów to świecą wyraźnie tylko zielone, dla napięcia 16V (0,04mA).

Masz tu w ogólności za małe napięcie zasilania w stosunku do sumy napięć roboczych LED.
Podejrzewam nawet że zasilasz z regulowanego zasilacza bez tego R1 (patrząc na schemat wyżej) i regulujesz tak by dostać oczekiwany prąd. Ale nie tędy droga. Bo zaczyna po prostu brakować napięcia.
W praktyce taki szereg diod ma opornik na którym powinno być napięcie rzędu pojedynczych woltów z powodu tego że i napięcie zasilania może się wahać i napięcie przewodzenia LED (np. od temperatury). Bez opornika, z powodu stromej charakterystyki prądowo-napięciowej, każda taka odchyłka może przekładać się na znaczną zmianę prądu LED, nawet w rejony destrukcyjne dla LED.
Dlatego jeśli zakładasz docelowo zasilanie np. 16V to musisz rozbić LEDy na szeregi mające sumy napięć LED, gdzieś co najmniej o powiedzmy 2V niższe niż to 16V. I wtedy wyliczasz R1 według zasad sztuki tj. dzielisz ten wyliczony szacunkowo spadek napięcia na oporniku R1 przez wartość prądu. A prąd do obliczeń przyjmujesz ten dla diody o najwyższym wymaganym prądzie w danym szeregu. Czyli przykładowo do Twoich prób, to wartość prądu dla czerwonej jest ważna czyli 2,42mA, a nie jak pisałeś 0,04mA.

Druga istotna sprawa, że jak widzę w założeniach masz bardzo duży stosunek prądu dla czerwonych i zielonych (60x). Co czyni metodę bocznikowania diod zielonych bardzo niepraktyczną, bo musisz z wielką precyzją sprawić by 2,42-0,04mA czyli 2,36mA płynęło przez opornik bocznikujący zielone. I drobna odchyłka procentowa oporu i rozbieżność pomiędzy teoretycznymi a praktycznymi warunkami, sprawi że prąd diody zielonej może wyjść np. kilkukrotnie wyższy, lub wręcz zerowy.

Dlatego dla Twoich założeń, mieszanie w jednym szeregu diod o tak różnym pożądanym prądzie jest praktycznie bez sensu.
Tą metodą bocznikową możesz jedynie wyrównać jasności czerwonych względem żółtych bo różnica prądu jest nieduża.
Czyli zalecałbym diody zielone umieścić w osobnym szeregu (szeregach) i dobrać dla nich odpowiedni opornik szeregowy (j/w) na te 0,04mA. A czerwone i żółte w drugim szeregu, z opornikiem szeregowym dobranym na 2,42mA, gdzie żółte były by bocznikowane by ich prąd wyniósł pożądane 1,22mA.

Najpraktyczniej by było pójść drogą sugerowaną wyżej przez kolegę Koderr, czyli osobne szeregi dla różnych kolorów z ustawionymi prądami jak potrzeba. Wtedy problemów nie ma.
Ale nie wiem też na ile istotne w Twoim projekcie jest ważne i z czego to wynika, by te diody, różnych kolorów i prądów były koniecznie we wspólnych szeregach.

Lepiej byłoby zrobić źródło prądowe na prąd obliczony z sumy napięć diod połączonych szeregowo. Takie źródło wymaga dowolnego napięcia z pewnym zapasem, Wtedy każda dioda przyjmie napięcie nominalne na jakie została wyprodukowana i pobierze tyle prądu ile potrzebuje. To spowoduje, że diody będą świecić pełnym światłem.

Tak, zasilam zasilaczem regulowanym, ale tylko do testów sprawdzenia metody bocznikowej.
Właśnie chodzi o to, że celem jest włączenie w szereg kilkunastu różnokolorowych diod (R,G, Y) i dobranie tak układu aby całość świeciła równomiernie (wystarczy średnia wartość mocy diody).
Też trochę zaskoczyła mnie minimalna wartość 0,04mA dla diody zielonej.

tad224, nie za bardzo rozumiem, jak diody na różne prądy można zasilić ze źródła prądowego.

Koderr napisał:

Żadna dioda ani inne cuda nie są w stanie tego prądu zmienić, a tym bardziej dopasować do swoich potrzeb.

Prąd w układzie źródła prądowego ustala się rezystorem w obwodzie baza-emiter tranzystora sterującego i ten prąd jest stabilizowany napięciem.
Przez diody popłynie prąd jaki chcemy, ustalimy sami rezystorem, obliczając jego wartość. Wszystkie diody będą świeciły równo, o ile mają taki sam prąd nominalny, np. 20 mA.
Przykład : https://www.youtube.com/watch?v=7c_d5Z9LSSU

Diody nie są chyba na prąd 0,04 mA tylko 0,04 A?

Teraz dopiero zauważyłem, że są to diody o różnym prądzie. to w tej sytuacji źródło prądowe nie wchodzi w rachubę. Można by tylko zbudować ich tyle ile jest typów diod, ale jeśli mają tworzyć sekwencje o których piszesz to nie to rozwiązanie.

marycyś napisał:

Właśnie chodzi o to, że celem jest włączenie w szereg kilkunastu różnokolorowych diod (R,G, Y) i dobranie tak układu aby całość świeciła równomiernie (wystarczy średnia wartość mocy diody).

Jeśli Ci jednak bardzo zależy na tym by był to jeden długi szereg, to proponuję nieco inne rozwiązanie niż proste bocznikowanie opornikami. Przynajmniej do tych zielonych gdzie jest w takim wypadku kłopot.
Kwestię napięcia potrzebnego przy takiej ilości LED, mam nadzieję masz na względzie.
Chodzi o to że można zastosować bocznikowanie prądu na pojedynczej LED ale w sposób aktywny, tranzystorem, który stara się utrzymać stały wyznaczony opornikiem prąd diody. Czyli dużo lepiej niż zwykły opornik bocznikujący.
Tutaj przykładowe rozwiązanie na trzy LEDy, wyliczone na Twoje parametry:



Ten układ od zielonej LED, nawet złożyłem na szybko i pomierzyłem.
Z tranzystorem BC548B i opornikiem 18kΩ, ten układ stabilizował prąd płynący przez diodę na wartość 0.043mA (prąd "główny" rzędu 2mA). Oczywiście z innym egzemplarzem tranzystora, wartość prądu może się lekko różnić (bo zależy od wzmocnienia tranzystora) ale będzie zbliżona.

Co prawda nie jest to, ze względu na prostotę, jakiś szczególnie precyzyjny stabilizator, ale nawet przy dużych wahaniach prądu zewnętrznego, zmiany prądu LED są stosunkowo nieznaczne i moim zdaniem akceptowalne. Dlatego nawet jeśli byś (w rozsądnych granicach) zmieniał prąd płynący przez szereg, to zielone będą świecić prawie z niezmieniona jasnością.

Jedyna różnica przy projektowaniu całości, to przy liczeniu sumarycznego spadku napięć na LEDach, potrzebnego do wyliczenia tego głównego opornika ustalającego prąd całego szeregu, trzeba dodać gdzieś po 0,7V na każdy zastosowany tranzystor (u mnie w pomiarach było akurat 0,64V).

Dla żółtej narysowałem rozwiązanie z samym opornikiem bocznikującym, bo sytuacja na niej jest dużo mniej krytyczna, z powodu mniejszego stosunku prądów.

marycyś napisał:

Też trochę zaskoczyła mnie minimalna wartość 0,04mA dla diody zielonej.

No faktycznie, widzę tu u siebie że tak zielona świeci nawet, nawet przy tym prądzie.
Ale głównie to wynika po prostu z tego że zielone diody (szczególnie takie w odcieniu "emerald green") trafiają w maksimum czułości oka (555nm), tak że wizualnie wydają się tak jasne w porównaniu z innymi.