Dlaczego dioda LED ma maksymalne napięcie?

Czy podczas zasilania prostego obwodu LED (źródło prądu stałego, dioda LED, rezystor) napięcie zasilania ma znaczenie, o ile stosowana jest prawidłowo obliczona wartość rezystora ograniczającego prąd?

Innymi słowy, czy jest / może istnieć coś z natury niewłaściwego w zasilaniu diody LED napięciem 12V lub 24V, o ile użyłem właściwego rezystora, znałem napięcie przewodzenia diody LED, znałem maksymalny prąd i obliczyłem go używając czegoś takiego , kiedy mogłem zasilić tę samą diodę LED zasilaniem 3,5 V, znając te same zmienne i korzystając z tej samej strony internetowej?

Zakładam, że istnieje ograniczenie maksymalnej ilości napięcia, które można tutaj zastosować dla diody LED ... kiedy patrzę na wykres charakterystyki elektrycznej na przykład dla CREE XP-G, pokazuje prąd jako funkcję napięcia, z napięcie zaczynające się od około 2,5 V @ 0ma, maksymalne napięcie około około 3,25 V @ 1500ma (maksymalny prąd, na który dioda LED jest znamionowa, jak opisano w tabeli Charakterystyki w tym samym dokumencie.

Po napięciu 3,25 V wykres dość szybko zbliża się do nieskończoności.

Zakładam, że odnosi się to do mojego pytania, jestem tylko ciekawy, jak to wszystko jest powiązane. Jestem pewien, że to wszystko podstawowe zasady prawa Ohma, po prostu doceniłbym wyjaśnienie matematyki w pracy.

Nie ma żadnego ograniczenia napięcia, które jest używane do zasilania obwodu, który napędza diodę. Dioda dba tylko o to, co dioda może zobaczyć, i nie widzi spadku napięcia na oporniku ograniczającym prąd.

To powiedziawszy, w pewnym momencie będziesz się martwić o moc rozproszoną przez rezystor, czyli $I^2R$. Jeśli chcesz utrzymać stały prąd w przypadku rosnącego wymaganego spadku napięcia, wówczas R w końcu stanie się duży i rozproszy zbyt dużo mocy. Moc rozpraszająca osiowe oporniki ołowiane młyna może wynosić 1/4 wata. Dla prądu 20mA, co oznacza ograniczenie mocy na rezystorze do 1/4 wata, nie można przekroczyć 625 omów, co oznacza, że ​​można maksymalnie upuścić na nim 12,5 wolta, a pułap mocy wynosi około 14,5 V dla czerwonej diody LED. Gorzej jest w przypadku małych rezystorów SMD, które często mają 1/8 W lub mniej. Jeśli potrzebujesz większego spadku napięcia, musisz zmienić rezystor znamionowy o wyższej mocy, który może stać się fizycznie duży, a także droższy.

Jeśli faktyczne napięcie na diodzie LED nie zmienia się zbyt drastycznie, biorąc pod uwagę właściwy wybór rezystora ograniczającego prąd, jednym z wygodnych sposobów na sprawdzenie tego jest technika „linii obciążenia”. Od http://i.stack.imgur.com/1cUKU.png , (Obraz domeny publicznej z Wikimedia):

$V_D = 0$$V_{DD}/R$$V_D = V_{DD}$$V_{DD}$ mniej niż dramatycznie nie poruszy tego punktu, tak jak myślisz, że może to pod względem końcowego spadku napięcia na diodzie, z powodu tego, jak stroma jest krzywa diody.

Celem rezystora szeregowego jest dławienie prądu przez diodę LED. Napięcie przewodzące diody LED przechodzi do obliczania rezystora ograniczającego prąd.

Nie ma nic zasadniczo złego w stosowaniu wyższego napięcia, jeśli odpowiednio dopasujesz rezystor ograniczający prąd do napięcia. Jednocześnie będziesz rozpraszać więcej mocy na ograniczającym prąd oporze. Tak więc potrzebujesz rezystora o wystarczającej mocy znamionowej.

Ogólnie rzecz biorąc, prąd diody rośnie wykładniczo wraz z napięciem:

gdzie c jest stałą w zależności od geometrii, domieszkowania, temperatury itp.

To jest powód, dla którego dioda LED o dużej mocy powinna zawsze być napędzana stałym prądem, a nie stałym źródłem napięcia. Małe zmiany c (np. Zmiana temperatury) lub U spowodowałyby ogromną zmianę prądu.

Rezystor szeregowy działa, ponieważ jego rezystancja jest zwykle znacznie wyższa niż rezystancja różnicowa diody LED. Z perspektywy diody LED źródło napięcia i rezystor zachowują się jak źródło prądu.

czy napięcie zasilania ma znaczenie, o ile stosowana jest poprawnie obliczona wartość rezystora ograniczającego prąd?

Nie. Diody są obecnymi urządzeniami. Mają spadek napięcia, który należy wziąć pod uwagę w obwodzie, ale są one napędzane prądem i dopóki odpowiednio ograniczysz prąd i ochłodzisz diodę w razie potrzeby (w przypadku diod LED o dużej mocy), wtedy nie ma limitu napięcia zasilania .

Napięcie na samej diodzie LED będzie spadkiem napięcia diody, który będzie trochę zależeć od prądu przez diodę, ale głównie od składu diody. Przyłożenie zbyt dużego napięcia do zacisków diody (tj. Bez ograniczenia prądu) spowoduje wzrost prądu powyżej limitu diody i uszkodzenie diody LED.

Jednak przy odpowiednim ograniczeniu prądu można użyć zasilacza o napięciu miliona woltów do zasilania diody LED. Chociaż w tym momencie musisz sprawdzić odpowiednią izolację między zaciskami różnych części ...

Dioda LED ma „maksymalne napięcie”, ponieważ jej rezystancja dramatycznie maleje - podobnie jak w przypadku każdej innej diody - wraz ze wzrostem napięcia przewodzenia poza kolanem, a wzrost napięcia na diodzie LED w połączeniu ze wzrostem prądu przez nią (z powodu zmniejszenie jego oporności do przodu) zwiększa moc, którą dioda LED musi rozproszyć, a tym samym temperaturę roboczą. Następnie, jeśli prąd przez złącze LED może wzrosnąć powyżej swojej absolutnej wartości maksymalnej, jego żywotność zostanie skrócona, a magiczny dym uciec wcześniej czy później.

W przypadku CREE XP-G, o którym wspomniałeś, wziąłem wykres napięcia napięciowego do przodu VS z arkusza danych i nałożyłem go na pochodny wykres napięciowy do przodu VS, jak pokazano poniżej. Raczej prymitywnie, ponieważ nie dopasowałem krzywej, ale łatwo jest zobaczyć ogromną zmianę rezystancji przewodzenia dla niewielkiej zmiany 250-miliwoltowej napięcia przewodzenia z 2,5 na 2,75 wolta.

Ze względu na tę ekstremalną wrażliwość na napięcie oraz ponieważ nie można z dużą dokładnością przewidzieć położenia kolana diody, diody LED nie są generalnie zasilane przez źródła napięcia surowego, ale przez źródła prądu stałego lub ograniczonego prądu zaprojektowane tak, aby nigdy nie pozwalały na produkt prądu przez diodę LED i napięcia spadającego przez diodę LED, aby przekroczyć moc znamionową diody LED.

W przypadku niedrogich diod LED o dużej mocy, takich jak XP-G, można zastosować zasilacz stałoprądowy, aby utrzymać przewagę prądu przez diodę LED niezależnie od zmian w diodzie Vf lub napięciu wejściowym do prądu stałego Dostawa. Najczęściej jednak rezystor stosuje się szeregowo ze źródłem napięcia w celu ograniczenia prądu przez diodę LED.

Wartość rezystora określa się poprzez odjęcie określonego minimalnego Vf diody LED od maksymalnego napięcia wyjściowego źródła, a następnie podzielenie tej różnicy przez pożądany prąd diody LED. Ta rezystancja zapewni, że „maksymalne napięcie” diody LED nigdy nie zostanie przekroczone, i widać, że nie ma limitu (cóż ...) dozwolonego napięcia źródłowego, ponieważ opornik pozbywa się wszystkiego, czego dioda LED nie potrzebuje .

Zamierzam pokryć szczytowe napięcie odwrotne (czasami postrzegane jako napięcie wsteczne) diody. PIV to napięcie, przy którym złącze diody zaczyna się rozpadać, gdy jest odwrócone (tzn. Napięcie jest odwrócone). W przypadku większości diod LED jest on stosunkowo niski (5 V jest typowe - przeprowadziłem szybkie wyszukiwanie i znalazłem 3 różnych producentów, którzy mieli 5 V). W zależności od źródła zasilania może to nie mieć znaczenia (akumulator o niskim napięciu sprawia, że ​​jest to względnie sporny punkt). Inne źródła zasilania, takie jak przetworniki AC / DC, mogą mieć wysokie napięcie o przeciwnej biegunowości konstrukcji przez krótki czas, gdy źródło lub sterowane urządzenia, takie jak przekaźniki, są włączane i wyłączane.
Dlatego każda aplikacja, która ma źródło zasilania większe niż 5 V, powinna mieć zabezpieczenie przed odwróceniem diody LED. Może to być dioda LED o odwróconym napięciu w poprzek diody LED w celu zapewnienia prostej ochrony lub innych bardziej zaawansowanych technik.