4つのLEDを直列に点灯中にLED抵抗器が燃えたのはなぜですか

次のように、1組のMOSFETを使用して、大きな7セグメントLEDディスプレイ（LDS-CD16RI）を切り替える回路を作成しようとしました。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ここで、LEDを駆動するために24Vを切り替えるために3.3Vロジック信号（丸で囲んだ1として示されています）を使用しようとしています。この回路は、ディスプレイのセグメントごとに繰り返されます。

各LED（ディスプレイの各セグメント内に直列にある）の典型的な順方向電圧は6.8Vであり、それらの最大定常順方向電流は20mAであるため、LEDに流れる電流は10mAを目指しました。私の電源電圧は24Vしかないため、M2とR2で降下する電圧に余裕を持たせるために、実際にLEDで約5.75V降下する予定です。

を使用して、100Ωで電流制限抵抗R2の値に到達しました。

この回路を構築する前に、次のようにR2で消費される電力を計算しました

0.01Wは、使用したスルーホール抵抗の0.25Wの制限を安全に下回るように思えたため、この回路の構築とテストを進めました。

長い話を短くするために：R2は、セグメントが照らされた直後に燃え尽きました。これは、さまざまな表示セグメントを駆動するこの回路の個別のインスタンスごとに発生し、単一のコンポーネントの障害ではなく設計エラーであることを示唆しています。

私の計算とさらなる分析から、私はまだこれが起こった理由を理解できません。作業を確認するために、シミュレータで回路を再構築し、R2からの電力が実際に6.84mWになることを提案しました。

計算や仮定のどこかでエラーを犯したと思いますが、見つけることができませんでした。問題は、抵抗器が実際にあまりにも多くの電力を消費していることであると仮定すると、これに対処するために私の回路を調整できますか？ここでR2は赤ニシンで、私の回路の他の場所に問題がありますか？私のアプローチ自体に欠陥はありますか？

単一のLEDの場合、6.8ボルトは非常に高いようです。6.8は4つのLEDすべての数ではないのですか？これにより、LEDごとに1.7ボルトになります。これは、赤色LEDの場合より妥当です。そして、それはあなたが現在あなたの抵抗を通して172ミリアンペア、またはほぼ3ワットを押していることを意味します。

その場合は、電源を20ボルト（おそらく12ボルト）未満に下げて、MosFET（M2）のゲートを破壊しないようにする必要があります。

あなたの問題が見えます。回路は、単一のLEDセグメントの駆動方法を示します。（この場合、各セグメントに1つずつ、これらの回路が7つあると思われます。）データシートには、セグメントをカバーする4つのLEDが直列に表示されています。

あなたが間違っているのは、LEDごとに6.8Vの順方向電圧降下があると仮定していることです。 そのような赤色のLEDはありません。 通常、赤色LEDは約1.6V〜1.8Vの順方向電圧降下であり、これは関連する物理学の特性であるため、変動の余地はあまりありません。これにより、直列のそのセグメントの4つすべてのLEDで 6.8Vの順方向電圧降下があることがわかります。

したがって、6.8Vの電圧降下と24Vの電源で、100R全体で17.2V降下します。マークが言うように、これは抵抗器で172mAおよび2.96Wの電力消費を与えます。0.25Wの抵抗では正常ではありません。

実際、0.25Wの抵抗は、これらの条件下で基本的にヒューズになり、ほぼすぐに燃え尽きます。そうでなかったら、ディスプレイに172mAを流すとかなり早く燃え尽き、大きな7セグメントディスプレイは抵抗器よりもかなり高価になります。高出力の抵抗器を使用していた場合、ディスプレイが実際に短時間非常に明るく点滅し、その後永遠に黒くなる理由を疑問に思うでしょう。

間違えている。

データシートの順方向電圧は、個々のLED用ではなく、一連のLED用です。

したがってLEDの両端の電圧降下が6.8Vなく、6.8V * 4又は5.xV *4

したがって、抵抗器は対処する必要が17.2Vあり0..2Vます。

したがって、電流が.17A消費され、電力が消費され~4Wます。

電力定格（内部抵抗）とLEDの色（Vf）に依存しますが、100オームの抵抗器は24-4xVf -4Ir ... Vf〜3Vのすべての追加電圧、他の色の2Vに耐えなければなりません。Cree ...のような電源LEDを除き、ほとんどのLEDは高抵抗です。抵抗が12 Vを保持する場合、電力は〜v2 / r 1.5Wワットになります... LEDのストリングを追加します。