เหตุใด LEDs จึงมีกระแสสูงสุด

ดังนั้นฉันเข้าใจว่า LED มีกระแสสูงสุด (เช่น 20mA เป็นต้น) แต่ในทางวิทยาศาสตร์แล้วทำไมถึงเป็นเช่นนั้น

การใช้การเปรียบเทียบน้ำดูเหมือนว่าแรงดันสูงจะเป็นสิ่งที่จะทำให้บางสิ่งบางอย่างยุ่งเหยิง (ฉันชอบที่จะคิดว่ามันเหมือน "แรงกดดัน" ที่พัดท่อหรืออะไรบางอย่าง) ทำไมอัตราการไหลของอิเล็กตรอนจึงสร้างความเสียหาย?

มันยากที่จะเกิดการเปรียบเทียบเพราะการเปรียบเทียบปกติสำหรับระบบไฟฟ้าคือระบบของเหลว สิ่งที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับระบบของไหลคือของเหลวในการทำงานนั้นดีในการทำความเย็นและประสบการณ์การใช้งานจริงของคนส่วนใหญ่เกี่ยวกับระบบของไหลเกี่ยวข้องกับอัตราการไหลที่ความร้อนไม่สำคัญมาก

ดังนั้นลองใช้การเปรียบเทียบที่แตกต่างกัน: สตริงที่ถูกดึงผ่านการต่อต้านนิ้วของคุณ นิ้วของคุณคือไฟ LED และแรงดันไฟฟ้าตกของ LED นั้นคล้ายคลึงกับความแตกต่างของความตึงของสายที่ปลายนิ้วทั้งสองข้าง กระแสมีความคล้ายคลึงกับอัตราการดึงสตริง

นิ้วของคุณจะเสียหายหรือไม่ถ้าดึงสายเร็วเกินไป? ใช่: เราเรียกมันว่า "การเผาเชือก" สิ่งนี้จะเกิดขึ้นแม้ว่าคุณจะปรับความต้านทานของนิ้วของคุณเพื่อรักษาความแตกต่างของความตึงเครียดบนเชือกโดยไม่คำนึงถึงความเร็ว (คล้ายกับการลดลงของแรงดันไฟฟ้าคงที่ของ LED)

เหตุผลก็คืออัตราของงานที่ทำและดังนั้นความร้อนที่เกิดขึ้นเป็นผลมาจากแรงที่นิ้วของคุณใช้กับเชือกและอัตราที่เชือกเคลื่อนผ่านนิ้วของคุณ คุณสามารถทำให้เชือกไหม้ได้โดยการบีบแรงเกินไปหรือขยับเชือกเร็วเกินไป

"อัตราของการทำงาน" หรือ "อัตราการใช้พลังงาน" เรียกว่าอำนาจ วิธีหนึ่งในการกำหนดสำหรับระบบกลไกคือผลผลิตของแรง ( ) และความเร็ว ( v ):$F$$v$

เนื่องจากพลังงานเป็นอัตราพลังงานจึงควรอยู่ในหน่วยของพลังงานต่อเวลา ในหน่วย SI, thats จูลต่อวินาทียังเป็นที่รู้จักวัตต์ อย่างไรก็ตามการเคลื่อนที่ของเชือกอย่างรวดเร็วและนิ้วของคุณบังคับใช้กับมันมากคุณกำลังทำงานในอัตราจูลต่อวินาที พลังงานนี้ไม่สามารถหายไปได้: มันจะกลายเป็นความร้อนในเชือกและนิ้วของคุณ เมื่อคุณเกินความสามารถของร่างกายในการถ่ายโอนความร้อนออกไปจากปลายนิ้วผิวของคุณร้อนเกินไปและคุณถูกไฟลวก

การเปรียบเทียบสำหรับระบบไฟฟ้าคือพลังงานเป็นผลิตภัณฑ์ของแรงดันและกระแส:

นั้นประมาณค่าคงที่สำหรับ LED แต่ถ้าคุณเพิ่มฉันมากพอคุณจะสร้างความร้อนได้เร็วกว่าที่มันจะส่องไปยังสภาพแวดล้อมรอบข้าง LED ร้อนเกินไปและเสียหาย$V$$I$

แรงดันไฟฟ้าตกไปข้างหน้าสองสามโวลต์บน LED แรงดันไฟฟ้าตกนี้คูณด้วยกระแสไฟฟ้าที่กำลังกระจายในอุปกรณ์ มันสร้างแสง แต่ยังให้ความร้อน มันคือความร้อนที่ฆ่า LED

TL; DR:กระแสที่ไหลสร้างความร้อนและสำหรับ LED ความร้อนจะฆ่าชิ้นส่วน

เมื่อใดก็ตามที่อิเล็กตรอนไหลผ่านตัวนำJoule จะให้ความร้อนเกิดขึ้น ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความร้อนที่แท้จริงอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุเคลื่อนที่ไปมาและการดึงอิเล็กตรอนเข้ามาก็รับประกันได้ว่าอิเล็กตรอนบางตัวจะชนกันเป็นบางสิ่งและมีการถ่ายโอนพลังงานไปยังอนุภาคนั้นทำให้ร้อนขึ้น

เมื่อไฟ LED ทำงานหนักเกินไปความร้อนที่มากเกินไปจะทำให้พันธะที่เปราะบางและตัวตายเปลี่ยนไป ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่สร้างสรรค์และในที่สุดความร้อนจะทำลายชิ้นส่วน สำหรับไฟ LED พวกมันจะไหม้และอาจแตกเป็นเสี่ยง ๆ สำหรับชิ้นส่วนอื่น ๆ ที่พวกมันสามารถระเบิดได้

นี่คืออีกวิธีในการดูสิ่งที่คนอื่นพูด:

การแปลงกระแสเป็นแสงไม่ได้มีประสิทธิภาพ 100% ดังนั้นส่วนที่เหลือของพลังงานที่ไม่ถูกแปลงเป็นแสงคือความร้อน

ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แต่ละชิ้นมีสิ่งที่เรียกว่า "ความต้านทานความร้อน" ที่วัดเป็นองศาเคลวิน / วัตต์ซึ่งบอกว่า "พลังงานขยะ" ด้านบนนั้นง่ายเพียงใดที่จะออกจากความตายไปยัง PCB (โดยทั่วไปคือแคโทดสำหรับ LED) สิ่งนี้ระบุไว้ในแผ่นข้อมูล

นอกจากนี้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แต่ละตัวมีอุณหภูมิทางแยกสูงสุด Tj ซึ่งสามารถทำงานได้ตามพารามิเตอร์ที่เหลือในแผ่นข้อมูล

ด้วยข้อมูลนี้เมื่อได้รับความต้านทานความร้อนคงที่, Rth, คะแนนพลังงานสูงสุดคงที่, Pdiss_max, และแหล่งพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในการขับขี่ LED, สิ่งที่จะเกิดขึ้นคือคุณจะขับอุณหภูมิทางแยกสูงกว่าระดับสูงสุด การผูกลวดจากภายในชิปทำให้ไม่สามารถใช้งานได้

คำถามที่ดี!

มีเพียงจำนวนหนึ่งที่วัสดุขนาดนั้นสามารถรองรับได้ ยกตัวอย่างเช่น เพียงขนาดที่เหมาะสมในการเรืองแสง แต่ไม่ไหม้ มันเต็มไปด้วยไฟฟ้ามีเพียงมากพอที่จะจัดการก่อนที่มันจะไหม้ เหมือนกันกับไฟ LED ขึ้นอยู่กับปริมาณและประเภทของวัสดุ

ทุกคำตอบที่ดี ฉันแค่อยากจะเพิ่มว่าหากไม่มีการรวมตัวกันอีกครั้งที่ไม่ใช่การแผ่รังสีใน LED ก็จะมีความร้อนน้อยลงและหนึ่งสามารถผลักดันกระแสได้มากขึ้นก่อนที่มันจะร้อนขึ้น ... (คิดว่า LED ประสิทธิภาพสูงใหม่)

ที่จริงฉันพบว่าการเปรียบเทียบน้ำค่อนข้างมีประสิทธิภาพ ท่อจะแตกเป็นชิ้น ๆ หากมีน้ำจำนวนมากผ่านเข้ามา โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันจะละลายลงเมื่อของเหลวไหลทำให้เกิดความร้อนในปริมาณเล็กน้อยเช่นเดียวกับวัสดุอื่น ๆ