Warum hat eine LED eine maximale Spannung?

Ist bei der Stromversorgung einer einfachen LED-Schaltung (Gleichstromquelle, LED, Widerstand) die Versorgungsspannung von Bedeutung, solange der korrekt berechnete Strombegrenzungswiderstandswert verwendet wird?

Mit anderen Worten, es ist / könnte es durch Einschalten einer LED mit 12V oder 24V so lange etwas von Natur aus falsch sein , wie ich den richtigen Widerstand verwendet wird , die Vorwärtsspannung der LED wußte, kannte den maximalen Strom, und es berechnet etwas mit , wie dies , wenn ich dieselbe LED mit einer 3,5-V-Versorgung hätte betreiben können, die dieselben Variablen kennt und dieselbe Website verwendet?

Ich gehe davon aus, dass die maximale Spannung für die LED hier begrenzt ist. Wenn ich mir zum Beispiel die Tabelle mit den elektrischen Eigenschaften des CREE XP-G ansehe, wird der Strom als Funktion der Spannung mit angezeigt Die Spannung beginnt bei etwa 2,5 V bei 0 mA und beträgt maximal etwa 3,25 V bei 1500 mA (der maximale Strom, mit dem die LED bewertet wird, wie in der Tabelle mit den Merkmalen im selben Dokument beschrieben.

Nach 3,25 V zeigt das Diagramm einen Strom, der sich ziemlich schnell der Unendlichkeit nähert.

Ich gehe davon aus, dass dies mit meiner Frage zusammenhängt. Ich bin nur neugierig, wie das alles zusammenhängt. Ich bin mir sicher, dass es alles grundlegende Ohmsche Gesetze sind. Ich würde mich nur über eine Klarstellung der Mathematik bei der Arbeit freuen.

Die Spannung an sich, mit der Sie die Schaltung betreiben, die die Diode ansteuert, ist unbegrenzt. Die Diode kümmert sich nur darum, was die Diode sehen kann, und sie kann den Spannungsabfall über dem Strombegrenzungswiderstand nicht sehen.

Das heißt, irgendwann werden Sie sich um die Verlustleistung kümmern, die über den Widerstand verteilt wird, nämlich $I^2R$. Wenn Sie den Strom im Falle eines wachsenden erforderlichen Spannungsabfalls konstant halten möchten, wird R schließlich groß und es wird zu viel Leistung verbraucht. Die Leistung, die die axialen Leitungswiderstände der Mühle verbrauchen können, beträgt 1/4 Watt. Bei einem Strom von 20 mA, dh um die Leistung über den Widerstand auf 1/4 Watt zu begrenzen, dürfen Sie 625 Ohm nicht überschreiten, was bedeutet, dass Sie maximal 12,5 Volt über den Widerstand abfallen können, und Sie haben eine maximale Stromversorgung 14,5 V für eine rote LED. Es ist schlimmer für SMD-Widerstände mit kleinen Gehäusen, die oft 1/8 Watt oder weniger sind. Wenn Sie einen stärkeren Spannungsabfall benötigen, müssen Sie auf einen Widerstand mit höherer Nennleistung umsteigen, der sowohl physisch groß als auch teurer werden kann.

Eine bequeme Möglichkeit, dies zu betrachten, ist die "Lastleitungs" -Technik, um festzustellen, warum sich die tatsächliche Spannung an der LED bei richtiger Wahl des Strombegrenzungswiderstands nicht zu dramatisch ändert. Von http://i.stack.imgur.com/1cUKU.png (gemeinfreies Bild aus Wikimedia):

$V_D = 0$$V_{DD}/R$$V_D = V_{DD}$$V_{DD}$ Weniger als dramatisch wird dieser Punkt nicht so stark verschoben, wie Sie denken, was den endgültigen Spannungsabfall an der Diode betrifft, da die Diodenkurve steiler wird.

Der Zweck des Vorwiderstands besteht darin, den Strom durch die LED zu drosseln. Die Durchlassspannung der LED fließt in die Berechnung des Strombegrenzungswiderstands ein.

Es ist grundsätzlich nichts Falsches daran, eine höhere Spannung zu verwenden, wenn Sie den Strombegrenzungswiderstand entsprechend der Spannung dimensionieren. Gleichzeitig verbrauchen Sie mehr Leistung für den Strombegrenzungswiderstand. Sie benötigen also einen Widerstand mit ausreichender Nennleistung.

Im Allgemeinen steigt der Diodenstrom exponentiell mit der Spannung an:

Dabei ist c eine Konstante in Abhängigkeit von Geometrie, Dotierung, Temperatur usw.

Dies ist der Grund, warum eine Hochleistungs-LED immer von einem konstanten Strom und nicht von einer konstanten Spannungsquelle angetrieben werden sollte. Winzige Variationen von c (z. B. Temperaturänderung) oder U würden eine massive Stromänderung verursachen.

Der Vorwiderstand funktioniert, weil sein Widerstand normalerweise viel höher ist als der Differenzwiderstand einer LED. Aus Sicht der LED verhält sich die Spannungsquelle plus Widerstand wie eine Stromquelle.

spielt die Versorgungsspannung eine Rolle, solange der korrekt berechnete Strombegrenzungswiderstandswert verwendet wird?

Dioden sind aktuelle Geräte. Sie haben einen Spannungsabfall, den Sie in Ihrem Stromkreis berücksichtigen sollten, aber sie sind stromgesteuert. Solange Sie den Strom entsprechend begrenzen und die Diode bei Bedarf kühlen (für Hochleistungs-LEDs), gibt es keine Versorgungsspannungsgrenze .

Die Spannung an der LED selbst ist der Spannungsabfall der Diode, der ein wenig vom Strom durch die Diode abhängt, aber hauptsächlich von der Zusammensetzung der Diode. Das Anlegen einer zu großen Spannung an den Diodenanschlüssen (dh ohne Strombegrenzung) führt zu einem Strom über dem Diodengrenzwert und beschädigt die LED.

Mit der entsprechenden Strombegrenzung können Sie jedoch eine Million-Volt-Stromversorgung verwenden, um eine LED mit Strom zu versorgen. An diesem Punkt müssen Sie jedoch prüfen, ob die Klemmen der verschiedenen Teile ausreichend isoliert sind ...

Eine LED hat eine "maximale Spannung", weil ihr Widerstand - wie bei jeder anderen Diode - dramatisch abnimmt, wenn ihre Durchlassspannung über das Knie hinaus erhöht wird, und dieser Spannungsanstieg über der LED mit dem Anstieg des Stroms durch sie verbunden ist (aufgrund von Die Abnahme des Durchlasswiderstands erhöht die Leistung, die die LED verbrauchen muss, und damit die Betriebstemperatur. Wenn dann der Strom durch den LED-Übergang über seine absolute maximale Nennleistung ansteigen darf, verkürzt sich seine Lebensdauer und der magische Rauch entweicht früher oder später.

Im Fall des CREE XP-G, auf den Sie sich bezogen haben, habe ich das Diagramm Vorwärtsspannung VS Vorwärtsstrom aus dem Datenblatt entnommen und es mit dem abgeleiteten Diagramm Vorwärtsspannung VS Vorwärtswiderstand überlagert, wie unten gezeigt. Ziemlich grob, weil ich keine Kurvenanpassung durchgeführt habe, aber es ist leicht zu erkennen, dass sich der Durchlasswiderstand für die kleine Änderung der Durchlassspannung von 250 Millivolt von 2,5 auf 2,75 Volt stark geändert hat.

Aufgrund dieser extremen Spannungsempfindlichkeit und weil die Position des Knies einer Diode nicht mit großer Sicherheit vorhergesagt werden kann, werden LEDs im Allgemeinen nicht von Rohspannungsquellen angetrieben, sondern von Konstantstrom- oder Strombegrenzungsspannungsquellen, die das Produkt niemals zulassen des Stroms durch die LED und der von der LED abfallenden Spannung, um die Nennleistung der LED zu überschreiten.

Für nicht kostengünstige Hochleistungs-LEDs wie die XP-G kann eine Konstantstromversorgung von Vorteil sein, da der Strom durch die LED unabhängig von den Schwankungen der LED Vf oder der Spannungseingabe für den Konstantstrom konstant bleibt liefern. Am häufigsten wird jedoch ein Widerstand in Reihe mit einer Spannungsquelle verwendet, um den Strom durch die LED zu begrenzen.

Der Wert des Widerstands wird bestimmt, indem das spezifizierte minimale Vf der LED von der maximalen Ausgangsspannung der Quelle subtrahiert und diese Differenz dann durch den gewünschten LED-Strom dividiert wird. Dieser Widerstand stellt sicher, dass die "maximale Spannung" der LED niemals überschritten wird, und Sie können sehen, dass die zulässige Quellenspannung unbegrenzt (gut ...) ist, da der Widerstand alles entfernt, was die LED nicht benötigt .

Ich werde die maximale inverse Spannung (manchmal als die umgekehrte Spannung angesehen) der Diode abdecken. Das PIV ist die Spannung, bei der der Diodenübergang zu brechen beginnt, wenn er in Sperrrichtung vorgespannt ist (dh die Spannung ist rückwärts). Für die meisten LEDs ist es relativ niedrig (5 V sind typisch - ich habe eine schnelle Suche durchgeführt und 3 verschiedene Hersteller gefunden, die alle 5 V hatten). Abhängig von der Stromquelle spielt es möglicherweise keine Rolle (eine Niederspannungsbatterie macht es zu einem relativ strittigen Punkt). Andere Stromquellen wie AC / DC-Wandler können für kurze Zeit eine Hochspannung mit entgegengesetzter Polarität aufweisen, wenn die Quelle oder gesteuerte Geräte wie Relais ein- und ausgeschaltet werden.
Daher sollte jede Anwendung mit einer Stromquelle von mehr als 5 V einen Rückwärtsschutz für die LED haben. Dies kann eine in Sperrrichtung vorgespannte Diode über der LED sein, um einen einfachen Schutz oder andere fortgeschrittenere Techniken zu gewährleisten.