Чи світлодіоди краще, ніж ми думаємо?

Звичайна мудрість щодо світлодіодів говорить, що їх максимальна зворотна напруга досить обмежена, як правило, в діапазоні 5V-8V.$V_{R(max)}$

Отже, для експериментальних цілей я хотів привести світлодіод у контрольований пробій, використовуючи джерело живлення з обмеженим струмом.

Звичайно, я очікував, що фактична напруга пробою буде дещо вищою, ніж повідомляється гарантоване , але я ніколи не міг очікувати результату, який я знайшов. Я спробував різні китайські індикаторні індикатори "el cheapo" (3 мм і 5 мм, червоний, зелений, синій, жовтий і білий), і я не міг принести їх у зону поломки навіть у 32 В (де моя потужність пропозиція досягла свого максимуму)!$V_{R(max)}$

Тому я хотів ще раз перевірити свої припущення, і я систематично переглядав багато таблиць (приблизно 40) поточних пристроїв (стандартні 3-мм і 5-мм світлодіоди, як для індикаторів, так і для освітлення) від різних виробників (наприклад, Vishay, Nichia, Kingbright, Fairchild, Cree) . Майже всі вони повідомили, що , деякі пристрої Vishay оцінюються в 6V.$V_{R(max)}=5V$

Я був надзвичайно спантеличений. Гаразд, виробники, як правило, консервативні, але запас> 25 В здавався трохи зависоким. Зрештою, гарантування (або щось подібне) може зробити світлодіоди хорошими кандидатами для деяких корисних програм або дозволити спрощення ланцюга (наприклад, не потрібно захищати світлодіоди від низьких напруг зворотних шипів). У будь-якому разі, це була б ще одна куля у списку, якою могли похвалитися люди, що займаються маркетингом!$V_{R(max)}=25V$

Звичайно, мій тест був обмежений десяткам світлодіодів невідомого виробника, але я вважаю, що вони не можуть бути кращими, ніж ті, що знаходяться з авторитетних джерел. Або я зазнав свого роду перевернутого закону Мерфі, де я знайшов єдину коробку світлодіодів на планеті з такою особливістю?!?

Питання: Чи я знаходжу щось, що відомо в галузі? Чому вони продовжують вказувати світлодіоди з таким низьким значенням коли фактичні пристрої здаються набагато кращими? Я щось сумую?$V_{R(max)}$

EDIT

(щоб уточнити деякі моменти, які, можливо, підказали коментарі / відповіді, які насправді не дали мені пояснень, які я хотів би отримати)

Речі, які я вже знаю

• Напруги, що перевищують абсолютні максимальні показники, повідомлені в аркуші даних, можуть пошкодити пристрій і, як правило , пошкодити його, якщо напруження будуть значно перевищувати ці межі.

• При перевищенні цих максимальних показників ви нічого не можете вимагати від виробника. Ви знаходитесь самостійно на невідомій території. Ви не можете ні його пред'явити, ні скаржитися.

• Жоден розумний дизайнер не використовував би частину в своєму дизайні поза специфікаціями, наведеними в аркуші. Хороші дизайнери переконаються, що частина залишиться значно нижче зазначених максимальних оцінок. Як я заявляв на початку, я експериментував , навмисно в’їжджаючи в невідому землю, щоб перевірити мої сподівання та мої знання про зворотній пробій.

Мої припущення (можливо, неправильні; і якщо вони помиляються, я хотів би знати чому )

• Основним обмежуючим фактором для будь-якого диодного максимального зворотного напруги є напруга пробою. Іншими словами, ви можете сміливо змінювати зміщення діода настільки сильно, як хочете, до тих пір, поки не вступить поломка (або Зенер, або лавина).

• Поломка сама по собі не руйнує. Раптове збільшення зворотного струму викликає величезне збільшення розсіяної потужності, особливо при високих зворотних напругах, тому перехід PN буде зруйнований, якщо ви якось не обмежите струм.

• Механізм пробою світлодіодів не відрізняється від механізмів інших діодів ПЗ, наприклад звичайних кремнієвих випрямлячів або ценерів.

• Оскільки світлодіоди не розроблені (на відміну від Zeners) для роботи в режимі пробою, напруга BD не є точно заданим параметром, тому розкид виробництва може бути досить великим. Тому виробники вибирають відповідний запас міцності і заявляють, що це максимальне зворотне напруга.

• Хоча потрібен певний запас безпеки, він не може бути величезним. Напруга IIRC, BD залежить від рівнів легування та геометрії металургійного з'єднання, і ці параметри також впливають на характеристики діода при зміщенні вперед. Якщо "корисні характеристики" світлодіода повинні бути досить послідовними, то допінг та геометрія повинні бути; отже, також значення BD напруги не можуть бути надто дико розкинуті.

Що мене спантеличило і змусило подумати, що існує більше проблем, крім захисту світлодіода від поломки

• Настільки велика різниця між номінальною максимальною зворотною напругою та фактичною напругою BD (принаймні + 400%) повинна щось означати і повинна мати обґрунтування. Зважаючи на припущення, наведені вище, я не можу повірити, що однакова модель світлодіодів може мати такий великий розкид напруги BD, тобто я не можу повірити, що той самий процес (навіть у різних партіях) може призвести до тієї частини, яка впадає в поломку, скажімо, 10В і ще один, який входить у нього на 30В (я виправдовуюсь).

Так, це широко відомо. Кожен, хто це перевірив, знає це. Виробники штампів це, безумовно, знають.

Вони не визначають світлодіоди для зворотного напруги більше 5 В, оскільки це не може помітно збільшити продажі (тобто дуже мало потребує такої можливості ), і вимагатиме від них фактично враховувати кожен тип світлодіодів і яку напругу він може витримати (можливо, 12В для деяких, можливо 80В для інших). Також можуть виникнути проблеми з надійністю, які потребують кількісної оцінки або, можливо, зміни світлодіодної конструкції для пом'якшення.

Рейтинг 5В походить від зворотної напруги, яку відчуває світлодіод, керований в матриці від джерела живлення 5В із драйверами, що піднімають поштовхи, що є одним із небагатьох випадків, коли ви навмисно повертаєте зміщення світлодіода (див. Назад до заднього світлодіода в оптопарах змінного струму див. напруга вперед іншого світлодіода в гіршому випадку або приблизно -1,2 В).

Існує багато параметрів, які не визначені (типові дані або взагалі відсутні дані) або лише визначені, тому що більша частина ринку цього не вимагає. Наприклад, зворотна бета-версія, поломка Vbe на BJT, коефіцієнт температури Vf на індикаторних світлодіодах.

Що стосується реальної здатності звичайних світлодіодів, є дані про зворотне зміщення напруги, що спричиняє поступове пошкодження світлодіода через гарячі носії. Наприклад, DOI 10.1109 / LED.2009.2029129 вказує на пошкодження зелених світлодіодів із застосованим -40V, тому було б нерозумно сліпо розробити щось, що залежало від високої пробивки зворотного напруги.

Якщо ви стоїте під деревом у грозовій грозі і вижили, чи це означає щось значне? Це дещо схоже на зворотний зміщення світлодіода> -5В.

Графік, ввічливість Цей показник показує чутливість світлодіодів як у зворотному, так і вперед зміщенні, підданому впливу ОУР. Зауважте нижче, що він набагато чутливіший зліва, коли Vr опускається нижче -5V

(Я міг би написати книгу на тему "Часткове розряджання" (PD) та напруга пробою (BDV), але я буду редагувати це коротше;)

Коли PN-перехід є зворотним зміщенням зарядного хмари (як хмара кумулонімбуса) створює високу щільність заряду Е-поля, де дефекти - рухливі заряди (забруднюючі частинки), які прискорюються, утворюючи шлях, який або підірве частинки (за PD) і "намотати" пристрій (навіть ізоляцію трансформатора MVA) або створити стримерний шлях до катастрофічної події BDV. (наприклад, як блискавка, але тиха)

За винятком світлодіодного зворотного зміщення, E-поле, як я здогадуюсь, набуває порядку 5В / мкм (як 5 кВ / мм для майже іскри в повітрі. Тоді молекулярні домішки з дещо нижчою константою Er матимуть більше E- поле і заряд через нього, ніж у сусіда. Заряд, накопичений струмом> | -10uA | струму, де білі світлодіоди мають специфіку при -5 В невеликими мікросхемами.

Анекдотичний

Поранений трансформатор розподільчої потужності 5 МВА, який я досліджував на заводі трансформаторів у Скарборо, мав проблему з відповідальністю за $ м, але в ньому було проведено ідеальне поле тестування енергоефективності, АЛЕ розчинили газ Водород, що підтверджується частим аналізом розчиненого газу (ДГА). Цей Н2 генерувався кожним подією ПД у маслі, подібно до генератора релаксації DIAC, а потім досягав загальновідомого (для тих, хто в цій галузі) порогу вибухових речовин (4% - нижній поріг вибухової речовини, тому його негайно було прийнято поза експлуатацією, після чого я провів вичерпні випробування, щоб знайти причину кореня і виправити проблему забруднення від нормальних 23 кВ потенціалів, очікуваних у цьому діелектрику, але спричинив ненормальні поля Е в частинках> 16 В / гм, спричиняючи розряд і детонацію молекул нафти навколо нього, тим самим руйнуючись. довгий CxHy вуглеводеньланцюги, що вивільняють Н2.

Подібний, але різний забруднювач (в поєднанні з нормальним розподілом нітриду, фосфіду галію та миш'яку) прискорюється ненормальними E-полями у зворотно зміщеному PN-переході і негативно впливає на тривалість життя світлодіодів.

Цей заряд показує взаємозв'язок з дефектами та струмом витоку, але поранений вузол щільний на відміну від однорідних забруднень, тому BDV є непередбачуваним, але відомо, де починається рівень напруги для багатьох переходів PN (Vbe та LED, хоча різні конструкції демонструють цей загальний механізм відмов з різним ступенем прискореної чутливості.

Отже, підсумовуючи , якщо PN-перехід має більш високу толерантність до зворотного зміщення від тестування, це не означає, що він все ще не поранений, просто що він має меншу щільність забруднень частинок частинами на мільйон. Прискорення заряду не є лінійним із щільністю забруднення, а досить логарифмічним. Саме ударна кінетична енергія детонує мікро- або нанорозмір.

завершити редагування

При зворотному зміщенні струм зазвичай оцінюється 1 мкА для RY і 10 мкА для кольорів BGW.

Уявіть, що зворотне зміщення - це надзвичайна мікроенергія, і виміряйте її, і якщо немає затискача ОУР, що щось порядком 100 мкВт має більше потужності на квадратний мікрометр, ніж струм, зміщений вперед 100 мВт на квадратний мм, тому що шлях є МОЖНО РІЗНИМ.

Це не як діод Зенера, обмежений потужністю в будь-якому напрямку. Розриви смуги можуть різко виходити з ладу або м'яко.

Так стрес невидимий і ранить стики по-різному. Результат можна побачити з більш високою ємністю з'єднання або кольором кольорів, низькою інтенсивністю або пораненням, щоб значно зменшити MTBF.

Чи може вона витримати це коротко чи на деякий час чи ні, не має значення. Експерти розуміють, що рівень стресу знижує надійність або працездатність.

Якщо ви не розумієте, чому існує абсолютний максимальний рейтинг, не ігноруйте його чи сумнівайтеся в ньому, або коли ви найменше очікуєте ... хм, це не працює.

Інженерний посібник, який я зробив клієнтові в 2005 році, перш ніж відвідати сайт, щоб вирішити проблеми ОУР і пайки, що спричинило 1% відмов поля, виправлені пізніше моїми рекомендаціями щодо вдосконалення процесу.

стаття дослідження про напругу зворотного напруги в діодах

Тест дрібниці

Чому це погана ідея?

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Перевищення абсолютних максимумів у таблицях даних не обов'язково означає негайний катастрофічний збій. Це означає, що ви потрапили в регіон, для якого виробництво вже не вважає за потрібне гарантувати, що пристрій коли-небудь буде працювати знову, до кінця терміну служби пристрою.

Чи означає це, що він не буде працювати спец. Ні, це означає, що виробник більше не гарантує, що він буде працювати на спец.

Крім того, оскільки ваші тести проводились на світлодіодних пристроях "невстановленого виробництва", ви не знаєте, як вони оцінюються.

Простіше кажучи, застосування високої зворотної напруги до нових світлодіодів протягом декількох хвилин не є переконливим тестом. Зворотний струм у світлодіодах збільшується в міру їх старіння ( 1 ), і я б очікував, що напруга пробою також зменшиться. До кінця їхнього життя більше світлодіодів зламається при менших значеннях зворотного напруги.

Це зайво знизить вихід виробництва.

Після того, як ви вкажете більш високу, ніж потрібно (для використання світлодіодів) напругу пробою, вам доведеться відхилити (або продати як інший клас) будь-яку виробничу продукцію, яка не відповідає цій специфікації, але в іншому випадку працює A-OK як світлодіод. Якщо користувачеві не потрібен світлодіод, який може виконувати подвійний режим роботи як випрямляч, це призведе до збільшення витрат та / або складності каталогу.