Perché un LED ha una tensione massima?

Quando si alimenta un semplice circuito LED (fonte di alimentazione CC, LED, resistenza), la tensione di alimentazione è importante, purché venga utilizzato il valore della resistenza limitatrice di corrente calcolato correttamente?

In altre parole, c'è / potrebbe esserci qualcosa di intrinsecamente sbagliato alimentando un LED con 12V o 24V fintanto che ho usato la resistenza corretta, conoscevo la tensione diretta del LED, conoscevo la massima corrente e la calcolavo usando qualcosa del genere , quando avrei potuto alimentare lo stesso LED con un'alimentazione da 3,5 V conoscendo le stesse variabili e utilizzando lo stesso sito Web?

Suppongo che ci sia un limite alla quantità massima di tensione da utilizzare per il LED qui ... quando guardo la tabella delle caratteristiche elettriche per CREE XP-G, ad esempio, mostra la corrente in funzione della tensione, con tensione che inizia a circa 2,5 V a 0 mA, al massimo a circa 3,25 V a 1500 mA (la corrente massima a cui è valutato il LED, come descritto nella tabella Caratteristiche nello stesso documento.

Dopo 3,25 V, il grafico mostra la corrente che si avvicina abbastanza rapidamente all'infinito.

Suppongo che ciò si riferisca alla mia domanda, sono solo curioso di sapere come sia tutto collegato. Sono sicuro che è tutta roba di base della legge di Ohm, apprezzerei solo un chiarimento della matematica al lavoro.

Non vi è alcun limite alla tensione, di per sé, che viene utilizzata per alimentare il circuito che guida il diodo. Il diodo si preoccupa solo di ciò che può vedere il diodo e non può vedere la caduta di tensione attraverso la resistenza di limitazione della corrente.

Detto questo, ad un certo punto quello di cui ti preoccuperai è la potenza dissipata attraverso il resistore, che è$I^2R$. Se vuoi mantenere costante la corrente in caso di caduta di tensione richiesta crescente, allora R diventerà grande e dissiperà troppa potenza. La potenza che può dissipare il resistore di piombo assiale del mulino è di 1/4 watt. Per una corrente di 20 mA, ciò significa limitare la potenza attraverso il resistore a 1/4 watt, non è possibile superare 625 ohm, il che significa che è possibile far cadere al massimo 12,5 volt su di esso e si è a soffitto con un alimentatore di circa 14,5 V per un LED rosso. È peggio per i resistori SMD di piccole dimensioni, che spesso sono 1/8 Watt o meno. Se è necessaria una caduta di tensione maggiore, è necessario passare a un resistore di potenza superiore, che può diventare fisicamente grande, oltre che più costoso.

Per quanto riguarda il motivo per cui la tensione effettiva attraverso il LED non cambia in modo troppo drammatico, data la corretta scelta del resistore di limitazione della corrente, un modo conveniente per osservarlo è con la tecnica della "linea di carico". Da http://i.stack.imgur.com/1cUKU.png , (Immagine di dominio pubblico da Wikimedia):

La linea inclinata negativa rappresenta la resistenza. Se ci sarebbe di corrente attraverso il resistore, e se , allora non c'è corrente attraverso il resistore (poiché non c'è caduta di tensione attraverso il resistore). Il circuito "vive" nel punto di equilibrio in cui la linea del resistore e la curva del diodo si intersecano, in quanto DEVI avere la stessa corrente attraverso il diodo e il resistore. Notare che la modifica di R e meno drammatico non sposta questo punto tanto quanto si pensa che potrebbe in termini della caduta di tensione finale attraverso il diodo, a causa della pendenza della curva del diodo.V D D / R V D = V D D V D $V_D = 0$$V_{DD}/R$$V_D = V_{DD}$$V_{DD}$

Lo scopo del resistore serie è quello di limitare la corrente attraverso il LED. La tensione diretta del LED entra nel calcolo del resistore di limitazione corrente.

Non c'è nulla di fondamentalmente sbagliato nell'usare una tensione più alta se si dimensiona la resistenza limitatrice di corrente in modo appropriato per la tensione. Allo stesso tempo, dissiperai più potenza sull'attuale resistenza al limite. Quindi, avrai bisogno di una resistenza con una potenza nominale sufficiente.

In generale, la corrente del diodo aumenta esponenziale con la tensione:

dove c è una costante dipendente dalla geometria, dal drogaggio, dalla temperatura ecc.

Questo è il motivo per cui un LED ad alta potenza dovrebbe essere sempre guidato da una corrente costante e non da una fonte di tensione costante. Piccole variazioni a c (es. Variazione di temperatura) o U provocherebbero un grande cambiamento di corrente.

Il resistore serie funziona perché la sua resistenza è generalmente molto più elevata della resistenza differenziale di un LED. Dal punto di vista del LED, la sorgente di tensione più il resistore si comporta come una sorgente di corrente.

è importante la tensione di alimentazione, purché venga utilizzato il valore del resistore di limitazione della corrente calcolato correttamente?

No. I diodi sono dispositivi attuali. Hanno una caduta di tensione che dovresti prendere in considerazione nel tuo circuito, ma sono pilotati dalla corrente e finché limiti la corrente in modo appropriato e raffreddano il diodo se necessario (per i LED ad alta potenza), quindi non esiste un limite di tensione di alimentazione .

La tensione sul LED stesso sarà la caduta di tensione del diodo, che dipenderà leggermente dalla corrente attraverso il diodo, ma principalmente dalla composizione del diodo. L'applicazione di una tensione troppo grande ai terminali del diodo (cioè, senza limitazione di corrente) comporterà una corrente superiore al limite del diodo e danneggerà il LED.

Con la limitazione di corrente appropriata, tuttavia, è possibile utilizzare un alimentatore da un milione di volt per alimentare un LED. Anche se a quel punto dovrai verificare un adeguato isolamento tra i terminali delle varie parti ...

Un LED ha una "tensione massima" perché la sua resistenza diminuisce drasticamente - proprio come in qualsiasi altro diodo - poiché la sua tensione diretta viene aumentata oltre il suo ginocchio e questo aumento di tensione attraverso il LED accoppiato con l'aumento della corrente attraverso di esso (a causa di la diminuzione della sua resistenza in avanti) aumenta la potenza che il LED deve dissipare e, quindi, la sua temperatura operativa. Quindi, se si consente alla corrente attraverso la giunzione del LED di superare il suo valore massimo assoluto, la sua durata sarà ridotta e il fumo magico fuggirà, prima o poi.

Nel caso del CREE XP-G a cui hai fatto riferimento, ho preso il grafico della tensione diretta VS Forward Forward dalla scheda tecnica e l'ho sovrapposto con il grafico derivato Forward Voltage VS Forward Resistance come mostrato di seguito. Piuttosto grezzo perché non ho fatto alcun adattamento alla curva, ma è facile vedere l'enorme cambiamento nella resistenza in avanti per la piccola variazione di 250 millivolt nella tensione in avanti da 2,5 a 2,75 volt.

A causa di questa estrema sensibilità alla tensione e poiché la posizione del ginocchio di un diodo non può essere prevista con grande certezza, i LED non sono generalmente guidati da fonti di tensione non elaborate, ma da fonti di tensione costante in corrente o corrente limitata progettate per non consentire mai al prodotto della corrente attraverso il LED e la tensione caduta dal LED per superare la potenza nominale del LED.

Per LED ad alta potenza e non economici come XP-G, un'alimentazione a corrente costante può essere utilizzata con un buon vantaggio perché manterrà la corrente attraverso il LED fissa indipendentemente dalle variazioni del LED Vf o dall'ingresso di tensione alla corrente costante fornitura. Più comunemente, tuttavia, un resistore viene utilizzato in serie con una sorgente di tensione per limitare la corrente attraverso il LED.

Il valore del resistore viene determinato sottraendo il Vf minimo specificato dal LED dalla massima tensione di uscita della sorgente e quindi dividendo tale differenza per la corrente del LED desiderata. Tale resistenza assicurerà che la "massima tensione" del LED non sarà mai superata e si può vedere che non vi è alcun limite (bene ...) alla tensione di sorgente consentita poiché la resistenza si sbarazzerà di tutto ciò di cui il LED non ha bisogno .

Coprirò la tensione inversa di picco (a volte vista come tensione inversa) del diodo. Il PIV è la tensione alla quale la giunzione del diodo inizia a rompersi quando è polarizzata al contrario (ovvero la tensione è all'indietro). Per la maggior parte dei LED è relativamente basso (5 V è tipico - ho fatto una ricerca veloce e ho trovato 3 diversi produttori che avevano tutti 5 V). A seconda della fonte di alimentazione potrebbe non avere importanza (una batteria a bassa tensione lo rende un punto relativamente controverso). Altre fonti di alimentazione come i convertitori CA / CC possono avere un'alta tensione con la polarità opposta del design per un breve periodo in cui la sorgente o i dispositivi controllati come i relè sono accesi e spenti.
Pertanto, qualsiasi applicazione che abbia una fonte di alimentazione superiore a 5 V dovrebbe avere una protezione inversa per il LED. Questo può essere un diodo polarizzato invertito attraverso il LED per una protezione semplice o altre tecniche più avanzate.