Perché i LED hanno una corrente massima?

Quindi capisco che i LED hanno una corrente massima (come ad esempio 20 mA), ma scientificamente perché?

Usando l'analogia dell'acqua sembra che l'alta tensione sarebbe la cosa che rovinerebbe qualcosa (mi piace pensarlo come un'enorme quantità di "pressione" che spegne una tubazione o qualcosa del genere). Perché un tasso di flusso di elettroni potrebbe danneggiare qualcosa?

È difficile trovare un'analogia perché le solite analogie per i sistemi elettrici sono sistemi fluidi. Una cosa grandiosa dei sistemi a fluido è che il fluido di lavoro è anche bravo a raffreddare le cose e l'esperienza pratica della maggior parte delle persone con i sistemi a fluido comporta velocità di flusso in cui il riscaldamento non è molto significativo.

Proviamo quindi un'analogia diversa: una corda che viene tirata attraverso la resistenza delle dita. Le dita sono il LED e la caduta di tensione del LED è analoga alla differenza di tensione della corda su entrambi i lati delle dita. La corrente è analoga alla velocità con cui viene tirata la stringa.

Le tue dita saranno danneggiate se la corda viene tirata troppo velocemente? Sì: lo chiamiamo "corda bruciata". Ciò accadrà anche se si regola la resistenza delle dita per mantenere una differenza di tensione costante sulla fune indipendentemente dalla sua velocità (analoga alla caduta di tensione approssimativamente costante del LED).

Il motivo è che la velocità del lavoro svolto, e quindi il calore generato, è il prodotto della forza che le dita applicano alla corda e alla velocità con cui la corda si muove attraverso le dita. Puoi bruciare una corda stringendo troppo forte o muovendo la corda troppo velocemente.

"Tasso di lavoro" o "tasso di energia" è chiamato potenza . Un modo per definirlo, per i sistemi meccanici, è il prodotto di forza ( ) e velocità ( v ):$F$$v$

Poiché il potere è un tasso di energia, dovrebbe essere in unità di energia per volta. Nelle unità SI, si tratta di joule al secondo, noto anche come watt . Quindi, per quanto veloce si muova la corda e per quanto forza le dita vi stiano applicando, state facendo un lavoro al ritmo di un certo numero di joule al secondo. Questa energia non può svanire: diventa calore nella corda e nelle dita. Una volta superata la capacità del tuo corpo di trasferire il calore lontano dalla punta delle dita, la pelle diventa troppo calda e ti brucia.

L'analogia per i sistemi elettrici è che la potenza è il prodotto di tensione e corrente:

è approssimativamente costante per un LED, ma se aumentiabbastanza I , generi calore più velocemente di quanto possa irradiare nell'ambiente. Il LED si surriscalda e si danneggia.$V$$I$

C'è una caduta di tensione diretta di un paio di volt sul LED. Questa caduta di tensione moltiplicata per la corrente è la potenza dissipata nel dispositivo. Crea luce, ma anche calore. È il calore che uccide il LED.

TL; DR: la corrente che scorre crea calore e, per i LED, il calore uccide la parte.

Ogni volta che gli elettroni fluiscono attraverso un conduttore, si verifica il riscaldamento di Joule . Ciò è in parte dovuto al calore, alle particelle che compongono l'oggetto che si muove e che gli elettroni vengono trascinati attraverso di esso garantiscono che alcuni elettroni si scontrino in qualcosa e la sua energia venga trasferita in quella particella, riscaldandola.

Quando il LED è sovraccarico, l'eccessivo riscaldamento provocherà il fragile incollaggio e lo stampo stesso. Nessuno di questi cambiamenti è costruttivo e alla fine il calore distrugge la parte. Per i LED si bruciano e possono esplodere, per alcune altre parti possono prendere fuoco.

Ecco un altro modo di vedere cosa hanno detto alcuni altri:

La conversione della corrente in luce non è efficiente al 100%, quindi il resto dell'energia non convertita in luce è il calore.

Ogni componente elettronico ha una cosiddetta "resistenza termica" misurata in gradi Kelvin / Watt che indica con quanta facilità l '"energia di scarto" di cui sopra esce dallo stampo verso il PCB (tipicamente il catodo per un LED) sotto forma di calore. Questo è specificato nel foglio dati.

Inoltre, ogni componente elettronico ha una temperatura di giunzione massima, Tj alla quale può operare secondo il resto dei parametri specificati nella scheda tecnica.

Con queste informazioni, data una resistenza termica costante, Rth, un LED di potenza massima fisso, Pdiss_max e una fonte di alimentazione in costante aumento che guida il LED, ciò che accadrà è che guiderai la temperatura di giunzione al di sopra della sua valutazione massima e probabilmente un de-solder il filo si lega dall'interno del chip, rendendolo inutilizzabile.

Buona domanda!

C'è solo una certa quantità che quella dimensione di materiale può gestire. Prendi un filamento per esempio. La giusta dimensione per brillare ma non bruciare. Viene sopraffatto dall'elettricità, c'è solo così tanto che può gestire prima che si esaurisca. Lo stesso vale per i LED. Dipende dalla quantità e dal tipo di materiale.

Tutte belle risposte. Volevo solo aggiungere che se non ci fosse ricombinazione non radiativa nei LED, allora ci sarebbe molto meno calore e si potrebbe spingere più corrente prima che si riscaldi ... (Pensa ai nuovi LED ad alta efficienza)

In realtà ho trovato l'analogia dell'acqua piuttosto efficace. Un tubo si romperà Se una grande quantità di acqua vi transitasse. Più specificamente, si scioglierà mentre un fluido che fluisce genera una piccola quantità di calore come qualsiasi altro materiale