Was zerstört eine LED in umgekehrter Richtung?

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Wenn eine LED in einem Stromkreis enthalten ist, der eine Sperrspannung anlegt, die den Sperrdurchschlag überschreitet, kann ein Sperrstrom fließen und die LED kann zerstört werden. Aber was zerstört die LED tatsächlich: Ist es die Sperrspannung selbst oder der Sperrstrom, der zum Fließen gebracht wird, oder ist es einfach die Gesamtverlustleistung, die durch den Sperrstrom und die Sperrspannung verursacht wird, die die Nennleistung des Geräts überschreiten? Oder etwas anderes?

Wenn ich zum Beispiel eine 12-Volt-Quelle über einen Widerstand in Sperrrichtung an eine LED anschließe, die bei 5 Volt durchbricht, verursacht der Durchgang eines Sperrstroms einen Spannungsabfall über dem Widerstand, der wiederum die Spannung an der LED begrenzen kann Gerät auf seinen Rückwärtsdurchschlagswert (und damit den Strom, der fließen würde) einstellen - ziemlich ähnlich wie in Vorwärtsrichtung. Würde dies an sich die LED zerstören, solange die Gesamtleistung innerhalb der LED-Nennleistung liegt?

Normalerweise würde man natürlich eine normale Diode in umgekehrter Richtung parallel zur LED schalten, um die LED-Sperrspannung auf etwa 0,7 Volt zu begrenzen, aber es kann Situationen geben, in denen dies möglicherweise nicht möglich oder wirtschaftlich ist. Ich versuche nur zu verstehen, wie viel Flexibilität beim Schaltungsdesign ich haben könnte, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen.

Und wenn es möglich ist, eine LED einer Sperrspannung auszusetzen, welche Vorkehrungen sollten getroffen werden, um Schäden zu vermeiden, und welche Spezifikationsparameter sind relevant?

Paul Fryer
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Bei dem Versuch, den ESD-Schutz in RS232-Verbindungen zu verbessern, habe ich versucht, eine billige weiße LED auf den TX-Leitungen und einen durchsichtigen Fototransistor aus Kunststoff (der wie eine LED aussieht) auf den RX-Leitungen in ein 1-Zoll-Stück Kunststoffschlauch zu stecken . Es hat super funktioniert , aber ich habe beginnen ein paar LED - Ausfälle zu sehen , die mich zu dieser Diskussion führen.
chris
Ich probierte die folgende Brillensuche aus und der erste Ausschnitt aus einem Bildungsinstitut in Colorado, USA, schien interessant zu sein. Genug zu lesen, um jeden glücklich zu machen. - google.com/search?q=led+reverse+breakdown+mechanisms
KalleMP

Antworten:

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ESD scheint Schäden durch heiße Stellen oder andere lokalisierte Schäden zu verursachen. Ich habe LED-Fehler mit Heteroübergang gesehen, die teilweise zu sein scheinen.

Ein Versagen mit Gleichstrom in umgekehrter Richtung hängt wahrscheinlich mit der Verlustleistung zusammen, es kann jedoch unklug sein, davon abzuhängen. Der Durchschlag kann sehr hoch sein, daher kann der zulässige Strom sehr niedrig sein (möglicherweise weniger als 1 mA).

Am sichersten ist es, die LED-Datenblattempfehlung zu befolgen - in der Regel ist eine Rückspannung von 5 V garantiert. Viele LED-Typen haben einen viel höheren tatsächlichen Durchschlag der Sperrspannung (möglicherweise 15 V bis 70 V), aber es ist nicht ratsam, davon abzuhängen - der LED-Hersteller könnte den Chip-Lieferanten oder -Prozess wechseln oder der Kauf könnte zu einem anderen Anbieter gehen.

Die typische Situation, in der LEDs einer Sperrspannung ausgesetzt sind, besteht darin, dass sie in einer Multiplex-Konfiguration betrieben werden und umgekehrt bis zur Versorgungsspannung sehen. Es ist nicht wirklich eine gute Idee für die Effizienz, die Versorgungsspannung viel höher als die Summe der LED-Durchlassspannungen der Serie zu machen (oft, aber nicht immer, wird nur eine LED verwendet). Beispielsweise können Sie 5 V für ein einzelnes 2-3 V-LED-Array oder 12 V für ein Array von Reihenfolgen mit 6-9 V pro Zeichenfolge verwenden. Da die einzelnen LEDs jeweils 5 V aufnehmen können (normalerweise garantiert), ist dies in beiden Fällen in Ordnung.

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Spehro Pefhany
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Hmm, wenn Sie durch ESD lokale Heizung einschließen könnten, dann glaube ich es.
George Herold
@GeorgeHerold Nun, ich habe es klugerweise vermieden, andere gepulste Schäden als ESD zu diskutieren, aber ich denke, dass es ähnliche Probleme gibt, die durch wiederholten Überstrom verursacht werden können, möglicherweise Schäden an Metall sowie an Halbleitern.
Spehro Pefhany
Ich stelle mir vor, dass die hohe Energie, die mit dem umgekehrten Zusammenbruch einhergeht (insbesondere wenn sie sich in der Nähe der Oberfläche befindet), zu Versetzungen führen, neue Ladungsfallen einführen und die SRH-Rekombination fördern und so die Photonenemission reduzieren könnte.
Zulu
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Ich bin auf einen alten (2007) Usenet-Post von Don Klipstein gestoßen, der der Meinung war, dass selbst relativ kleine Energie / Leistung (weniger als einige mW) Probleme bei GaN- und InGaN-LEDs verursachen könnten (die meisten LEDs mit einer kürzeren Wellenlänge als grün). Ich habe mit grünen LEDs bei hoher Sperrspannung / -stromstärke gespielt, würde dies jedoch in einem Produkt ohne weitere Nachforschungen nicht tun.
Spehro Pefhany
@SpehroPefhany, Am meisten Spaß ich mit umgekehrter voreingenommen LED gehabt haben ist hier, teachspin.com/newsletters/TeachSpin_MAY13FINALFOR%20WEB.pdf LED ist entweder eine AND113-R oder AND114-R (die 113 hat einen klareren Fall und ist mehr empfindlich.)
George Herold
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Die meisten Datenblätter von bekannten und angesehenen Herstellern, einschließlich Vishay und anderen, zeigen eine Durchschlagspannung von 5 V und einen Rückstrom von 10 bis 50 uA. Das ist nicht wahr. Ich habe gerade weiße, rote und grüne LEDs mit einem 0-30-V-Netzteil und einem 1-k-Widerstand in Reihe getestet, wobei die Spannung über der LED und der Strom im Stromkreis gemessen wurden. Dies ist das Ergebnis: Weiß 9 V = 0,4 uA, 13 V = 1 uA / Rot 5,3 V = 0,3 uA, 6,7 V = 0,5 uA, 12,5 V = 1 uA / Grün 5,11 V = 0,3 uA, 6,5 V = 0,5 uA, 9,9 V = 1 uA . Wie die Hersteller angaben, präsentierte also keine LED bei 5 V etwas in der Nähe eines halben Mikro-Ampere, und erst unmittelbar nach 10 V präsentierten sie EINEN Mikro-Ampere. Das reicht nicht aus, um das Bauteil zu beschädigen. Nach dem, was ich gelesen habe, müsste mindestens 1 mA umgekehrt werden, um die Verarmungsfläche zu vergrößern.

Wagnerlip

Wagnerlip
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Ich glaube nicht, dass Sie verstehen, was das Datenblatt Ihnen sagt. Das Datenblatt besagt, dass unter diesen Bedingungen keine der LEDs jemals bei einer Sperrspannung von weniger als 5 V ausfallen oder einen Sperrstrom von mehr als 50 uA leiten wird. Es hört sich so an, als ob alle Ihre LEDs dem Datenblatt entsprechen.
Elliot Alderson
2

Dioden haben Eigenschaften, die einen sogenannten Verarmungsbereich erzeugen. Dies ist die Barriere, die verhindert, dass Strom mit einer Durchlassvorspannung über sie fließt, bis der Verarmungsbereich minimiert ist (Durchlassspannungsabfall).

Das Sperren einer Diode erhöht den Verarmungsbereich und wirkt wie eine Einwegetür. Wenn Sie jedoch genügend Spannung anlegen, bricht der Mechanismus zusammen und der Strom fließt in beide Richtungen, normalerweise nachdem der PN-Übergang kurzgeschlossen und die Diode effektiv zerstört wurde.

Grundsätzlich zerstört die Diode die Verlustleistung oder was auch immer dazu führt, dass die Diode physikalisch verändert wird. Das umgekehrte Vorwärtsgehäuse kann typischerweise die normale Verlustleistung des Vorwärtsgehäuses überschreiten, bevor es das Gerät beschädigt.

Es gibt jedoch bestimmte Arten von Dioden, wie Zenerdioden, die bei einer bestimmten Spannung in Sperrrichtung durchbrechen, wodurch sie als Spannungsreferenzen und -begrenzer nützlich sind.

Für den 12-V-Fall einer 5-V-LED sollte theoretisch die Verwendung eines Begrenzungswiderstands zur Reduzierung des Stroms (und trotzdem zum Verringern der Sperrspannung) die LED theoretisch nicht zerstören. Einige verzeihen mehr als andere.

Bei Ihrer letzten Frage frage ich mich, in welchem ​​Szenario die Sperrspannung angewendet werden würde. Normalerweise wird ein Schutz angewendet, bevor die LED erreicht wird.

Korozjin
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LED's sind immer noch Dioden, in Sperrrichtung werden sie Lawine.
(Obwohl ich noch keine gründliche Suche durchgeführt habe, habe ich noch nie eine LED gefunden, die bei weniger als 20 V rückwärts ausfällt.)
Ich vermute, dass es die Wärme- / Verlustleistung ist, die eine LED in Reverese töten würde. Solange Sie den Strom so begrenzen, dass die Leistung weniger als ~ 10 mW beträgt, können LEDs die Sperrvorspannung IME verarbeiten

George Herold
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Nach meiner Erfahrung können die standardmäßigen roten 3 mm- und 5 mm-LEDs 12 V problemlos blockieren. Daher habe ich sie als Verpolungsschutz in 12 V-Systemen verwendet, in denen der Strom etwa 10 mA beträgt. Verwenden Sie sie NICHT in einem 24-Volt-System. 30V

Autistisch
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Ist es also gut, wenn ich eine LED in die entgegengesetzte Richtung schiebe, um eine falsche Polarität zu erkennen? Ich meine, ich habe die LED in einer Schaltung umgekehrt. Ich möchte, dass die LED aufleuchtet, wenn ich die Polarität der Schaltung vertauscht habe. Die Schaltung ist 5V 1A. Verlischt die LED, wenn ich das tue?
Oki Erie Rinaldi
Bei 5V ist es in Ordnung, Sie werden kein Problem haben.
Autistic
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Durch die Wahl des Vorwiderstands (in diesem Fall erforderlich) wird die LED (eine Diode mit einer anderen Funktion) in einem Wechselstromkreis oder in Sperrrichtung geschützt. Wählen Sie diesen Widerstand basierend auf dem Datenblatt für Ihre spezielle LED.

Mike H
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Willkommen bei EE.SE. Das ist nicht ganz richtig. Ein Widerstand begrenzt den Strom, sobald ein Durchbruch in Sperrrichtung auftritt. Andernfalls kann die LED mit voller Sperrspannung versorgt werden. Betrachten Sie den Fall eines Widerstands mit hohem Widerstand und einer Reihen-LED über der Netzversorgung. Es ist unwahrscheinlich, dass es anhält. Ich habe mehr über das Thema geschrieben hier . Sie können jedoch "Glück" haben, abhängig von der Anzahl der LEDs. (Ich habe nicht abgelehnt.)
Transistor