Upuszczenie diody do przodu a upuszczenie diody LED

Zawsze mówi się, że spadek napięcia przewodzenia w diodzie wynosi około 0,7 wolta. LED jest również diodą, dlaczego ma większy spadek napięcia przewodzenia o około 3 wolty?

Jaki jest model LED, który tłumaczy ten większy spadek napięcia?

Różne złącza półprzewodnikowe mają różne napięcia przednie (i odwrotne prądy upływowe i odwrotne napięcia przebicia itp.) Spadek w przód typowej diody krzemowej o małym sygnale wynosi około 0,7 wolta. To samo tylko german, około 0,3 V. Spadek do przodu diody mocy typu p (wewnętrzny, wewnętrzny, n), taki jak 1N4004, bardziej przypomina wolt lub więcej. Spadek do przodu typowego Schottky'ego o mocy 1A wynosi około 0,3 V przy niskich prądach, wyższy dla ich projektowanych prądów roboczych.

Pasmo wzbronione ma z tym wiele wspólnego - german ma niższy pasmo niż krzem, który ma niższy pasmo niż GaAs lub inne materiały LED. Węglik krzemu ma jeszcze większą przerwę pasmową, a diody Schottky'ego z węglika krzemu mają do przodu spadki czegoś w rodzaju 2V (sprawdź mój numer na tym).

Oprócz pasma wzbronionego, profil domieszkowania skrzyżowania ma również wiele wspólnego z tym - dioda Schottky'ego jest ekstremalnym przykładem, ale dioda PIN ma zwykle większy spadek do przodu (i napięcie przebicia do tyłu) niż PN węzeł. Zakres przednich spadków diod LED wynosi od około 1,5 V dla czerwonych diod LED do 3 dla niebieskich - ma to sens, ponieważ mechanizm LED zasadniczo generuje jeden foton na elektron, więc spadek napięć w woltach musi być równy lub większy niż energia emitowane fotony w woltach elektronowych.

Podstawy

Wszystkie materiały w tabeli chemicznej i cząsteczki różnych kombinacji mają unikalne właściwości elektryczne. Ale są tylko 3 podstawowe kategorie elektryczne; przewodnik , izolator (= dielektryk) i półprzewodnik . Promień orbity elektronu jest miarą jego energii, ale każdy z wielu orbit elektronowych utworzonych w pasmach może być:

• rozłożone daleko od siebie = izolatory
• zakładka lub brak przerwy = przewody
• mała przerwa = półprzewodniki .

Jest to definiowane jako energia pasma wzbronionego w woltach elektronowych lub eV .

Prawa fizyki

Poziom eV różnych kombinacji materiałów ma bezpośredni wpływ na długość fali światła i spadek napięcia do przodu. Zatem długość fali światła jest bezpośrednio związana z tą przerwą i energią czarnego ciała określoną przez prawo Plancka

Tak więc przewodniki o niższym eV mają światło o niskiej energii o większej długości fali (jak ciepło = podczerwień) i niskie napięcie progowe „Próg” lub napięcie kolana, Vt takie jak; * 1

Germanium           Ge  = 0.67eV,   Vt= 0.15V  @1mA  λp=tbd
Silicon             Si  = 1.14eV,   Vt= 0.63V  @1mA  λp=1200nm (SIR) 
Gallium Phosphide   GaP = 2.26 eV,  Vt= 1.8V   @1mA  λp=555nm (Grn)

Różne stopy z domieszek tworzą różne pasma przerw i długości fal oraz Vf.

Stara technologia LED

SiC         2.64 eV Blue
GaP         2.19 eV Green
GaP.85As.15 2.11 eV Yellow
GaP.65As.35 2.03 eV Orange
GaP.4As.6   1.91 eV Red

Oto zakres od Ge do Sch di Si niskoprądowych diod z ich krzywą VI, gdzie nachylenie liniowe wynika z Rs = ΔVf / ΔIf.

$R_s = \dfrac{k}{P_{max}}$

• Tak więc 65mW 5 mm LED z chipem 0,2 mm² i k = 1 ma Rs = 1 / 65mW = 16 Ω z tolerancją ~ + 25% / - 10%, ale starsze lub odrzucone były + 50% i lepsze z nieco większymi chipami ~ 10 Ω, ale wciąż ograniczone przez izolację termiczną obudowy epoksydowej 5 mm na wzrost ciepła.
• wówczas 1W SMD LED z ak = 0,25 do 1 może mieć Rs = 0,25 do 1 Ω z macierzami skalującymi rezystancję szeregowo / równolegle uwzględnianą przez S / P x Ω i napięcie według liczby szeregowo.

k jest stałą związaną z jakością mojego dostawcy związaną z przewodnością cieplną oporu cieplnego i skuteczności chipa, a także oporem cieplnym płyty projektanta.

Jeszcze k typ. zmienia się tylko od 1,5 (słaba) do 0,22 (najlepsza) dla wszystkich diod. Im niższe, tym lepsze są nowsze diody LED SMD, które mogą rozpraszać ciepło na płycie i stare diody mocy zamontowane w obudowie Si, a także ulepszone w nowych diodach mocy SiC. SiC ma więc wyższy eV, a więc wyższy Vt przy niskim prądzie, ale znacznie wyższy współczynnik przebicia napięcia wstecznego niż Si, co jest przydatne w przypadku wysokonapięciowych przełączników dużej mocy.

Wniosek

$V_f=V_t+I_f*R_s$

$V_f=V_t+\dfrac{kI_f}{P_{max}}$

Nr ref

• https://en.wikipedia.org/wiki/Band_gap#List_of_band_gaps
• wykres http://www.oldradioworld.de/gollum/fig04.jpg
• stare diody LED http://matse1.matse.illinois.edu/sc/f.html
• podstawowe zasady http://matse1.matse.illinois.edu/sc/prin.html
• https://en.wikipedia.org/wiki/Planck 's_law
• wnioski: moje własne z 45 lat badań LED

* 1

Zmieniłem Vf na Vt, ponieważ Vf w arkuszach danych to zalecana bieżąca ocena, która obejmuje pasmo wzbronione i straty przewodzenia, ale Vt nie obejmuje znamionowej straty przewodzenia Rs @ If.

Podobnie jak MOSFET Vgs (th) = Vt = napięcie progowe, gdy Id = x00uA, który wciąż jest bardzo wysoki Rds, ale wciąż zaczyna przewodzić i zwykle potrzebujesz Vgs = 2 do 2,5 x Vt, aby uzyskać RdsOn.

wyjątki

Dioda mocy MFG: węglik krzemu Cree (SiC) 1700 V PIV, przy 10 A 2 V przy 25 ° C 3,4 przy 175 ° C przy 0,5 A 1 V przy 25 ° C Pd max = 50 W przy Tc = 110 ° C i Tj = 175 ° C

Tak więc Vt = 1 V, Rs ¼ Ω, Vr = 1700 V, k = ¼Ω * 50 W = 12,5 jest wysokie z powodu wartości znamionowej PIV 1,7 kV.

• @ Tj = 175'C = (3,4-1,0) V / (10-0,5) A = ¼ Ω, k = Rs * Pmax

  

Tutaj Vf ma dodatnią tempco, PTC w przeciwieństwie do większości diod ze względu na to, że R dominują nad wyczuwalną pasmowo Vt, która wciąż jest NTC. To sprawia, że ​​można go łatwo układać równolegle bez uciekania termicznego.

Spadek napięcia na złączu z tendencją do przodu zależy od wyboru materiałów. Wspólna dioda krzemowa PN ma napięcie przewodzenia około 0,7 V, ale diody LED są wykonane z różnych materiałów, a zatem mają różne spadki napięcia przewodzenia.