Чому світлодіод має максимальну напругу?

Під час живлення простого світлодіодного контуру (джерело постійного струму, світлодіод, резистор) чи має значення напруга живлення, якщо використовується правильно розраховане значення обмежувача струму?

Іншими словами, чи не може бути щось по суті не так, якщо живити світлодіод 12В або 24В, доки я використовував правильний резистор, знав пряму напругу світлодіода, знав максимальний струм і розраховував, використовуючи щось подібне , коли я міг живити той же світлодіод із джерелом живлення 3,5 В, знаючи ті самі змінні та використовуючи той самий веб-сайт?

Я припускаю, що існує обмеження на максимальний об'єм напруги, який слід використовувати для світлодіода тут ... коли я дивлюся, наприклад, графік електричних характеристик для CREE XP-G, він показує струм як функцію напруги, з напруга починається приблизно від 2,5 В @ 0 мА, максимумується приблизно на рівні 3,25 В @ 1500 мА (максимальний струм, на який визначається світлодіод, як описано в таблиці Характеристики цього ж документа.

Після 3,25 В на графіку зображено струм, що досить швидко наближається до нескінченності.

Я припускаю, що це стосується мого питання, мені просто цікаво, як це все пов'язано. Я впевнений, що це всі основні закони Ома, я просто вдячний за уточнення математики на роботі.

Не існує обмеження щодо напруги, якою ви користуєтесь для живлення ланцюга, що управляє діодом. Діод дбає лише про те, що може бачити діод, і він не може бачити падіння напруги через обмежуючий резистор струму.

Це сказало, що в якийсь момент те, про що ти будеш піклуватися, - це сила, що розсіюється через резистор, а це $I^2R$. Якщо ви хочете, щоб струм був постійним у разі зростаючого необхідного падіння напруги, тоді R врешті-решт стане великим, і він розвіяє занадто велику потужність. Потужність, що працює на осьових свинцевих резисторах фрези, може розсіюватися, становить 1/4 Вт. Для струму 20 мА, що означає обмеження потужності через резистор до 1/4 Вт, ви не можете перевищувати 625 Ом, а значить, ви можете максимально скинути на нього 12,5 вольт, і ви перекрите живленням близько 14,5 В для червоного світлодіода. Гірше для невеликих пакетних SMD-резисторів, які часто становлять 1/8 Вт або менше. Якщо вам потрібно більше падіння напруги, вам доведеться перейти на резистор більш високої потужності, який може стати фізично великим, а також дорожчим.

Щодо того, чому фактична напруга на світлодіоді не змінюється занадто різко, якщо правильно вибрати вибір резистора, що обмежує струм, один зручний спосіб поглянути на це - техніка "навантажувальної лінії". З http://i.stack.imgur.com/1cUKU.png , (Зображення загальнодоступного домену з Вікімедії):

$V_D = 0$$V_{DD}/R$$V_D = V_{DD}$$V_{DD}$ менш ніж різко не змістить цю точку настільки, наскільки ви думаєте, що може бути з точки зору остаточного падіння напруги на діоді через те, наскільки крута діодна крива.

Призначення серійного резистора - придушити струм через світлодіод. Передня напруга світлодіода переходить у розрахунок обмежувального резистора струму.

Немає нічого принципового поганого використання високої напруги, якщо розмір струмообмежуючого резистора відповідним чином напрузі. У той же час ви будете витрачати більше енергії на обмежувальний опір струму. Отже, вам знадобиться резистор з достатньою потужністю.

Взагалі діодний струм збільшується в експоненціальному напрузі:

де c - постійна залежно від геометрії, допінгу, температури тощо.

Це причина, чому світлодіод високої потужності завжди повинен управляти постійним струмом, а не джерелом постійної напруги. Невеликі перепади до c (наприклад, зміна температури) або U можуть спричинити значну зміну струму.

Серійний резистор працює, тому що його опір зазвичай набагато вище, ніж диференціальний опір світлодіода. З точки зору світлодіода джерело напруги плюс резистор поводиться як джерело струму.

чи має значення напруга живлення, якщо використовується правильно розраховане значення резистора, що обмежує струм?

Ні. Діоди - це пристрої струму. У них падіння напруги, яке ви повинні враховувати у своїй схемі, але вони керуються струмом і, якщо ви належним чином обмежуєте струм, і охолоджуйте діод, якщо потрібно (для світлодіодів високої потужності), тоді немає обмеження напруги живлення .

Напруга на самому світлодіоді буде падінням напруги діода, яке буде трохи залежати від струму через діод, але переважно від складу діода. Застосування занадто великої напруги на діодних клемах (тобто без обмеження струму) призведе до струму, що перевищує межу діода, і пошкодить світлодіод.

Однак при відповідному обмеженні струму ви можете використовувати джерело живлення мільйон вольт для живлення світлодіода. Хоча в цей момент вам доведеться перевірити наявність достатньої ізоляції між клемами різних деталей ...

Світлодіод має "максимальну напругу", тому що його опір різко зменшується - як і в будь-якому іншому діоді, - коли його напруга вперед збільшується за коліном, а це збільшення напруги на світлодіоді поєднується зі збільшенням струму через нього (через зменшення його прямого опору) збільшує потужність, яку повинен розсіювати світлодіод, і, таким чином, його робочу температуру. Тоді, якщо струму, що проходить через світлодіодний перехід, дозволено піднятися за межі його абсолютного максимального значення, його термін експлуатації скорочується, і чарівний дим рано чи пізно вийде.

У випадку CREE XP-G, про який ви згадували, я взяв графік напруги прямого напруги переднього струму з інформаційного аркуша і наклав його на отриманий графік випереджувальної напруги VS Forward Resistance, як показано нижче. Досить сирий, тому що я не робив жодної кривої підгонки, але легко помітити величезну зміну опору переднього руху для невеликої зміни 250 мілівольт напруги вперед від 2,5 до 2,75 вольт.

Через цю надзвичайну чутливість до напруги та через те, що розташування колін діода не можна передбачити з великою впевненістю, світлодіоди, як правило, не керуються джерелами сирого напруги, а постійними джерелами напруги або обмеженими струмами, обмеженими для того, щоб ніколи не дозволяти продукт струму через світлодіод, і напруга, що падає на світлодіод, перевищує показник потужності світлодіода.

Для потужних, недешевих світлодіодів, таких як XP-G, джерело постійного струму може використовуватися з користю, оскільки він буде тримати струм через світлодіод фіксованим незалежно від коливань світлодіода Vf або введення напруги до постійного струму постачання. Однак найчастіше резистор використовується послідовно із джерелом напруги для обмеження струму через світлодіод.

Значення резистора визначається вирахуванням вказаного мінімуму Vf світлодіода від максимальної вихідної напруги джерела, а потім діленням цієї різниці на потрібний світлодіодний струм. Цей опір гарантує, що "максимальна напруга" світлодіода ніколи не буде перевищена, і ви можете бачити, що немає обмеження (ну ...) дозволеної напруги джерела, оскільки резистор позбудеться всього, чого світлодіод не потребує .

Я збираюсь покрити пікову зворотну напругу (іноді сприймаючу як зворотну напругу) діода. PIV - це напруга, при якому діодний перехід починає руйнуватися, коли він є зворотним зміщеним (тобто напруга назад). Для більшості світлодіодів він порівняно низький (типовий 5В - я швидко здійснив пошук і знайшов 3 різних виробників, у яких у всіх 5В). Залежно від джерела живлення це може не мати значення (акумулятор низької напруги робить його відносно спорним). Інші джерела живлення, такі як перетворювачі змінного та постійного струму, можуть мати короткий час високу напругу з протилежною полярністю конструкції, коли джерело або керовані пристрої, такі як реле, включаються та вимикаються.
Тому будь-яка програма, що має джерело живлення більше 5В, повинна мати зворотний захист для світлодіода. Це може бути диод із зворотним ухилом через світлодіод для простого захисту або інших більш досконалих методів.