เหตุใด LED จึงมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุด

เมื่อทำการจ่ายไฟวงจร LED ธรรมดา (แหล่งจ่ายไฟ DC, LED, ตัวต้านทาน), แรงดันไฟเลี้ยงมีความสำคัญหรือไม่ตราบใดที่มีการคำนวณค่าตัวต้านทาน จำกัด กระแสอย่างถูกต้อง?

กล่าวอีกนัยหนึ่งมี / อาจมีบางสิ่งผิดปกติโดยการเปิดไฟ LED ที่มี 12V หรือ 24V ตราบใดที่ฉันใช้ตัวต้านทานที่ถูกต้องรู้แรงดันไปข้างหน้าของ LED รู้กระแสสูงสุดและคำนวณโดยใช้สิ่งนี้เมื่อฉันสามารถขับเคลื่อน LED เดียวกันกับอุปทาน 3.5V รู้ตัวแปรเดียวกันและใช้เว็บไซต์เดียวกันได้หรือไม่

ฉันสมมติว่ามีการ จำกัด จำนวนแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่จะใช้สำหรับ LED ที่นี่ ... เมื่อฉันดูที่แผนภูมิลักษณะไฟฟ้าสำหรับ CREE XP-G เช่นนั้นจะแสดงกระแสเป็นฟังก์ชันของแรงดันไฟฟ้าด้วย แรงดันเริ่มต้นที่ประมาณ 2.5V @ 0ma สูงสุดที่ประมาณ 3.25V @ 1500ma (ค่ากระแสไฟสูงสุดที่ LED ได้รับการจัดอันดับตามที่อธิบายไว้ในตารางคุณลักษณะในเอกสารเดียวกัน

หลังจาก 3.25V แผนภูมิแสดงให้เห็นถึงกระแสค่อนข้างเร็วเข้าใกล้อนันต์

ฉันสมมติว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับคำถามของฉันฉันแค่อยากรู้ว่ามันเกี่ยวข้องกันอย่างไร ฉันแน่ใจว่าทุกอย่างเป็นกฎพื้นฐานของโอห์มฉันแค่ขอขอบคุณการอธิบายคณิตศาสตร์ในที่ทำงาน

ไม่มีข้อ จำกัด เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าที่คุณใช้ในการจ่ายกำลังไฟของวงจรที่ขับเคลื่อนไดโอด ไดโอดจะสนใจเฉพาะสิ่งที่ไดโอดมองเห็นและจะไม่เห็นแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานที่ จำกัด ในปัจจุบัน

$I^2R$. หากคุณต้องการให้กระแสคงที่ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการลดลง R ในที่สุดก็จะมีขนาดใหญ่และมันจะกระจายพลังงานมากเกินไป กำลังของตัวต้านทานตะกั่วแกนแนวแกนของโรงสีสามารถกระจายไปได้ 1/4 วัตต์ สำหรับกระแส 20mA นั่นหมายถึงการ จำกัด พลังงานข้ามตัวต้านทานถึง 1/4 วัตต์คุณจะต้องไม่เกิน 625 โอห์มซึ่งหมายความว่าคุณสามารถปล่อย 12.5 โวลต์ได้มากที่สุดและคุณจะติดเพดานที่แหล่งจ่ายไฟประมาณ 14.5V สำหรับ LED สีแดง มันแย่กว่าสำหรับตัวต้านทาน SMD แพคเกจขนาดเล็กซึ่งมักจะ 1/8 วัตต์หรือน้อยกว่า หากคุณต้องการแรงดันไฟฟ้าตกมากขึ้นคุณจะต้องเปลี่ยนเป็นตัวต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นซึ่งอาจมีขนาดใหญ่ทางกายภาพและมีราคาแพงกว่า

ด้วยเหตุที่แรงดันไฟฟ้าที่แท้จริงใน LED ไม่เปลี่ยนแปลงมากเกินไปเนื่องจากตัวเลือกที่เหมาะสมของตัวต้านทาน จำกัด กระแสไฟวิธีหนึ่งที่สะดวกในการดูสิ่งนี้คือด้วยเทคนิค "โหลดไลน์" จากhttp://i.stack.imgur.com/1cUKU.png , (ภาพโดเมนสาธารณะจาก Wikimedia):

$V_D = 0$$V_{DD}/R$$V_D = V_{DD}$$V_{DD}$ น้อยกว่าอย่างมากจะไม่ย้ายจุดนี้มากเท่าที่คุณคิดว่ามันอาจเป็นในแง่ของการลดลงของแรงดันไฟฟ้าสุดท้ายในไดโอดเพราะไดโอดโค้งที่สูงชัน

วัตถุประสงค์ของตัวต้านทานซีรีย์คือการเร่งกระแสผ่าน LED แรงดันไปข้างหน้าของ LED จะเข้าสู่การคำนวณของตัวต้านทานที่ จำกัด กระแส

ไม่มีอะไรผิดปกติกับการใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นถ้าคุณปรับขนาดตัวต้านทาน จำกัด กระแสอย่างเหมาะสมสำหรับแรงดันไฟฟ้า ในเวลาเดียวกันคุณจะกระจายอำนาจมากขึ้นกับความต้านทาน จำกัด ปัจจุบัน ดังนั้นคุณจะต้องมีตัวต้านทานที่มีอัตราพลังงานเพียงพอ

โดยทั่วไปกระแสไดโอดจะเพิ่มทวีคูณด้วยแรงดัน:

โดยที่ c เป็นค่าคงที่ขึ้นอยู่กับเรขาคณิตการเติมอุณหภูมิ ฯลฯ

นี่คือเหตุผลที่ LED พลังงานสูงควรขับเคลื่อนด้วยกระแสคงที่เสมอไม่ใช่แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่ การเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ กับ c (เช่นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ) หรือ U จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในปัจจุบัน

ซีรีย์ตัวต้านทานทำงานได้ดีเนื่องจากความต้านทานมักจะสูงกว่าความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียลของ LED จากมุมมองของ LED แหล่งจ่ายแรงดันบวกตัวต้านทานจะทำงานเหมือนแหล่งจ่ายกระแส

แรงดันไฟฟ้ามีความสำคัญหรือไม่ตราบใดที่มีการคำนวณค่าตัวต้านทาน จำกัด กระแสอย่างถูกต้อง?

ไม่ไดโอดเป็นอุปกรณ์ในปัจจุบัน พวกมันมีแรงดันตกที่คุณควรคำนึงถึงในวงจรของคุณ แต่มันเป็นแรงผลักดันในปัจจุบันและตราบใดที่คุณ จำกัด กระแสอย่างเหมาะสมและทำให้ไดโอดเย็นลงถ้าจำเป็น (สำหรับ LED พลังงานสูง) ดังนั้นจึงไม่มีขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้า .

แรงดันไฟฟ้าที่ LED นั้นจะเป็นแรงดันตกของไดโอดซึ่งจะขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าผ่านไดโอดเพียงเล็กน้อย แต่ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของไดโอด การใช้แรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่เกินไปที่ขั้วไดโอด (เช่นไม่ จำกัด กระแส) จะส่งผลให้เกิดกระแสเกินขีด จำกัด ของไดโอดและจะทำให้ LED เสียหาย

ด้วยการ จำกัด กระแสไฟที่เหมาะสมคุณสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟ 1 ล้านโวลต์เพื่อจ่ายไฟ LED ถึงแม้ว่า ณ จุดนั้นคุณจะต้องตรวจสอบฉนวนที่เพียงพอระหว่างขั้วของส่วนต่าง ๆ ...

LED มี "แรงดันสูงสุด" เนื่องจากความต้านทานลดลงอย่างมากเช่นเดียวกับไดโอดอื่น ๆ เมื่อแรงดันไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นผ่านหัวเข่าของมันและแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นทั่ว LED นี้ควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของกระแสผ่าน (เนื่องจาก การลดลงของความต้านทานไปข้างหน้า) เพิ่มพลังงาน LED ที่ต้องกระจายไปและดังนั้นอุณหภูมิในการทำงาน จากนั้นหากกระแสผ่านทางแยก LED ได้รับอนุญาตให้เพิ่มขึ้นผ่านการจัดอันดับสูงสุดแน่นอนอายุการใช้งานจะสั้นลงและควันวิเศษจะหนีไม่ช้าก็เร็ว

ในกรณีของ CREE XP-G ที่คุณอ้างถึงฉันได้นำพล็อตแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า VS ฟอร์เวิร์ดปัจจุบันจากแผ่นข้อมูลและซ้อนทับกับพล็อตแรงดันไปข้างหน้า VS ที่ได้มาดังที่แสดงด้านล่าง ค่อนข้างหยาบเพราะฉันไม่ได้ทำข้อต่อโค้ง แต่มันง่ายที่จะเห็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในการต้านทานไปข้างหน้าสำหรับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไปข้างหน้าขนาดเล็ก 250 มิลลิโวลต์จาก 2.5 ถึง 2.75 โวลต์

เนื่องจากความไวต่อแรงดันไฟฟ้าสูงมากและเนื่องจากตำแหน่งของหัวเข่าของไดโอดไม่สามารถคาดการณ์ได้อย่างแน่นอนทำให้ไฟ LED ไม่ได้ถูกขับเคลื่อนโดยแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าดิบโดยทั่วไป แต่ด้วยแรงดันไฟฟ้าคงที่ในปัจจุบันหรือกระแสที่ จำกัด ของกระแสไฟฟ้าผ่าน LED และแรงดันไฟฟ้าที่ตกจาก LED จะเกินพิกัดพลังงานของ LED

สำหรับพลังงานที่สูงไฟ LED ไม่แพงอย่าง XP-G สามารถใช้แหล่งจ่ายกระแสคงที่เพื่อประโยชน์ที่ดีเพราะมันจะทำให้กระแสคงที่ผ่าน LED คงที่โดยไม่คำนึงถึงความผันแปรของ LED Vf หรือแรงดันไฟฟ้าเข้ากับกระแสคงที่ จัดหา. แม้ว่าโดยทั่วไปจะใช้ตัวต้านทานแบบอนุกรมกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเพื่อ จำกัด กระแสไฟฟ้าผ่าน LED

ค่าของตัวต้านทานจะถูกกำหนดโดยการลบ Vf ขั้นต่ำที่ระบุของ LED จากแรงดันเอาต์พุตสูงสุดของแหล่งที่มาแล้วหารความแตกต่างนั้นด้วยกระแสไฟ LED ที่ต้องการ ความต้านทานนั้นจะรับประกันได้ว่า LED "แรงดันสูงสุด" จะไม่เกินและคุณจะเห็นว่าไม่มีขีด จำกัด (ดี ... ) กับแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตเนื่องจากตัวต้านทานจะกำจัดทุกสิ่งที่ LED ไม่ต้องการ .

ฉันจะครอบคลุมแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของ Inverse (ซึ่งบางครั้งเรียกว่าแรงดันย้อนกลับ) ของไดโอด PIV คือแรงดันที่จุดแยกไดโอดเริ่มพังลงเมื่อมันกลับลำเอียง (แรงดันย้อนกลับคือ) สำหรับ LED ส่วนใหญ่มันค่อนข้างต่ำ (5V เป็นเรื่องธรรมดา - ฉันทำการค้นหาอย่างรวดเร็วและพบผู้ผลิต 3 รายที่ต่างก็มี 5V) มันอาจไม่สำคัญขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงาน (แบตเตอรี่แรงดันต่ำทำให้เป็นจุดที่สงสัย) แหล่งพลังงานอื่น ๆ เช่นตัวแปลง AC / DC สามารถมีแรงดันสูงด้วยขั้วตรงข้ามของการออกแบบในช่วงเวลาสั้น ๆ เมื่อแหล่งที่มาหรืออุปกรณ์ควบคุมเช่นรีเลย์เปิดและปิด
ดังนั้นแอปพลิเคชันใด ๆ ที่มีแหล่งพลังงานมากกว่า 5V ควรมีการป้องกันแบบย้อนกลับสำหรับ LED นี่อาจเป็นไดโอดแบบกลับด้านข้าม LED เพื่อการป้องกันที่ง่ายหรือเทคนิคขั้นสูงอื่น ๆ