LED ดีกว่าที่เราคิดหรือไม่?

ภูมิปัญญาดั้งเดิมเกี่ยวกับไฟ LED บอกว่าแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับสูงสุดค่อนข้าง จำกัด โดยปกติจะอยู่ในช่วง 5V-8V$V_{R(max)}$

ดังนั้นเพื่อการทดลองฉันต้องการนำ LED เข้าสู่การแยกย่อยโดยใช้แหล่งจ่ายไฟที่ จำกัด ในปัจจุบันของฉัน

แน่นอนฉันคาดว่าแรงดันพังทลายที่เกิดขึ้นจริงจะค่อนข้างสูงกว่ารายงานที่รับประกันแต่ฉันไม่สามารถคาดหวังผลลัพธ์ที่ฉันพบ ฉันลองใช้ไฟ LED แสดงสถานะ "el cheapo" แบบต่าง ๆ ของจีน (3 มม. และ 5 มม., แดง, เขียว, น้ำเงิน, เหลืองและขาว) และฉันไม่สามารถนำพวกมันไปอยู่ในภูมิภาคพังทลายได้ที่ 32V (ที่กำลังของฉัน) ซัพพลายถึงค่าสูงสุด)!$V_{R(max)}$

ดังนั้นฉันจึงต้องการตรวจสอบสมมติฐานของฉันอีกครั้งและฉันเรียกดูเอกสารข้อมูลจำนวนมาก (ประมาณ 40) ของอุปกรณ์ปัจจุบัน (ไฟ LED มาตรฐาน 3 มม. และ 5 มม. สำหรับทั้งตัวบ่งชี้และการประยุกต์ใช้แสง) จากผู้ผลิตที่แตกต่างกัน (เช่น Vishay, Nichia, Kingbright, Fairchild, Cree) . เกือบทั้งหมดรายงานว่าโดยมีอุปกรณ์ Vishay บางรุ่นที่ 6V$V_{R(max)}=5V$

ฉันงงมาก ตกลงผู้ผลิตมีแนวโน้มที่จะอนุรักษ์นิยม แต่อัตรากำไรขั้นต้น> 25V ดูเหมือนสูงเกินไป ท้ายที่สุดการรับประกัน (หรือบางอย่างเช่นนั้น) สามารถทำให้ LEDs ตัวเลือกที่ดีสำหรับแอปพลิเคชั่นที่มีประโยชน์หรืออนุญาตให้ใช้งานวงจรได้ง่าย (เช่นไม่จำเป็นต้องปกป้อง LED จากแรงดันต่ำย้อนกลับ) อย่างไรก็ตามนั่นจะเป็นอีกสัญลักษณ์หนึ่งในรายการที่นักการตลาดสามารถพูดถึง!$V_{R(max)}=25V$

แน่นอนการทดสอบของฉันถูก จำกัด ให้กับผู้ผลิตที่ไม่รู้จักโหล LED แต่ฉันคิดว่าพวกเขาไม่สามารถดีกว่าที่มาจากแหล่งที่เชื่อถือได้ หรือฉันได้สัมผัสกับกฎของเมอร์ฟี่ที่กลับด้านที่ฉันพบกล่องไฟ LED ดวงเดียวในโลกที่มีคุณสมบัติดังกล่าว?!?

คำถาม: การค้นพบสิ่งที่ฉันรู้จักในอุตสาหกรรมหรือไม่? เหตุใดพวกเขาจึงระบุ LED ที่มีค่าเมื่ออุปกรณ์จริงดูเหมือนจะดีกว่ามาก? ฉันพลาดอะไรไปหรือเปล่า?$V_{R(max)}$

แก้ไข

(เพื่อชี้แจงบางประเด็นที่อาจแสดงความคิดเห็น / คำตอบที่ไม่ได้ให้คำอธิบายที่ฉันต้องการ)

สิ่งที่ฉันรู้แล้ว

• ความเค้นเกินกว่าระดับสูงสุดที่รายงานในแผ่นข้อมูลอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายและโดยปกติจะเกิดความเสียหายหากความเค้นนั้นเกินขีด จำกัด เหล่านั้น

• เมื่อคุณให้คะแนนมากที่สุดคุณจะไม่สามารถเรียกร้องอะไรจากผู้ผลิต คุณอยู่ในอาณาเขตที่ไม่รู้จัก คุณไม่สามารถฟ้องเขาหรือบ่นได้

• ไม่มีนักออกแบบสติจะใช้ส่วนหนึ่งในการออกแบบของเขานอกข้อกำหนดที่ระบุไว้ในแผ่นข้อมูล นักออกแบบที่ดีจะทำให้แน่ใจว่าส่วนนั้นจะอยู่ต่ำกว่าคะแนนสูงสุดที่ระบุไว้ ตามที่ระบุไว้ในตอนต้นฉันกำลังทำการทดลองโดยจงใจเข้าสู่ดินแดนที่ไม่รู้จักเพื่อตรวจสอบความคาดหวังของฉันและความรู้ของฉันเกี่ยวกับการวิเคราะห์แบบย้อนกลับ

สมมติฐานของฉัน (อาจผิดและหากพวกเขาผิดฉันต้องการรู้ว่าทำไม )

• ปัจจัย จำกัด หลักสำหรับไดโอดพิกัดแรงดันย้อนกลับสูงสุดใด ๆ คือแรงดันพังทลาย กล่าวอีกนัยหนึ่งคุณสามารถย้อนกลับไดโอดอคติอย่างรุนแรงตามที่คุณต้องการจนกว่าจะสลาย (ซีเนอร์หรือหิมะถล่ม) เตะเข้า

• การพังทลายจะไม่ทำลายในตัวเอง การเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันของกระแสย้อนกลับทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาลของกำลังงานกระจายโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่แรงดันย้อนกลับสูงดังนั้นทางแยก PN จะถูกทำลายเว้นแต่คุณจะ จำกัด กระแสอย่างใด

• กลไกการแยก LED ไม่แตกต่างจากไดโอด PN ทางแยกอื่น ๆ เช่นตัวเรียงกระแสซิลิคอนปกติหรือเซนเนอร์

• เนื่องจากไฟ LED ไม่ได้ถูกออกแบบ (ตรงข้ามกับ Zeners) เพื่อทำงานในการสลายแรงดันไฟฟ้า BD ไม่ได้เป็นพารามิเตอร์ที่ระบุไว้อย่างดีดังนั้นการแพร่กระจายการผลิตอาจมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ดังนั้นผู้ผลิตจึงเลือกค่าความปลอดภัยที่เหมาะสมและประกาศว่าเป็นแรงดันย้อนกลับสูงสุด

• แม้ว่าจะต้องมีค่าความปลอดภัยบางอย่าง แต่ก็ไม่สามารถใหญ่ได้ IIRC, แรงดัน BD ขึ้นอยู่กับระดับการเติมและรูปทรงเรขาคณิตของทางแยกโลหะและพารามิเตอร์เหล่านั้นยังมีผลต่อลักษณะไดโอดเมื่อลำเอียงไปข้างหน้า หาก "ข้อมูลจำเพาะที่เป็นประโยชน์" ของ LED ต้องสอดคล้องกันอย่างสมเหตุสมผลดังนั้นการเติมและเรขาคณิตต้องเป็นเช่นนั้น ดังนั้นค่าของแรงดัน BD ไม่สามารถแพร่กระจายอย่างรุนแรงเกินไป

สิ่งที่ทำให้ฉันงงและทำให้ฉันคิดว่ามีปัญหามากกว่าการปกป้อง LED จากการเข้าสู่การสลาย

• ความแตกต่างระหว่างแรงดันสูงสุดย้อนกลับสูงสุดกับแรงดัน BD จริง (อย่างน้อย + 400%) ควรหมายถึงบางสิ่งและควรมีเหตุผลอยู่ด้านหลัง จากสมมติฐานข้างต้นฉันไม่อยากจะเชื่อเลยว่า LED รุ่นเดียวกันสามารถมีแรงดันไฟฟ้า BD ที่ใหญ่นั่นคือฉันไม่อยากจะเชื่อกระบวนการเดียวกัน 10V และอีกอันหนึ่งที่ป้อนที่ 30V (ฉันจะแก้ไข)

ใช่มันเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง ทุกคนที่ทดสอบแล้วจะรู้ว่า ผู้ผลิตแม่พิมพ์รู้แน่นอน

พวกเขาไม่ได้ระบุไฟ LED สำหรับแรงดันย้อนกลับมากกว่า 5V เพราะมันจะไม่เพิ่มยอดขาย (เช่นต้องการความสามารถนั้นน้อยมาก ) และต้องการให้พวกเขาพิจารณาแต่ละประเภทของไฟ LED จริง ๆ และแรงดันไฟฟ้าใดที่มันอาจทนได้ อาจจะ 80V สำหรับคนอื่น ๆ ) อาจมีปัญหาความน่าเชื่อถือในระยะยาวที่จะต้องใช้ปริมาณหรืออาจมีการเปลี่ยนแปลงในการออกแบบ LED เพื่อลด

การจัดอันดับ 5V มาจากแรงดันย้อนกลับที่เกิดขึ้นจาก LED ที่ขับเคลื่อนในเมทริกซ์จากแหล่งจ่ายไฟ 5V พร้อมกับตัวผลักดันแบบดึงซึ่งเป็นหนึ่งในไม่กี่ครั้งที่คุณจงใจไบแอสแบบย้อนกลับ (ย้อนกลับไปด้านหลัง แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED อีกตัวที่แย่ที่สุดหรือประมาณ -1.2V)

มีพารามิเตอร์จำนวนมากที่ไม่ได้ระบุไว้ (ข้อมูลทั่วไปหรือไม่มีข้อมูลเลย) หรือระบุอย่างเดียวเนื่องจากตลาดส่วนใหญ่ไม่ต้องการ ตัวอย่างเช่น reverse beta, Vbe breakdown บน BJTs, ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ Vf บน LED แสดงสถานะ

เท่าที่ความสามารถที่แท้จริงของไฟ LED ทั่วไปคือมีหลักฐานของแรงดันไบอัสย้อนกลับที่ก่อให้เกิดความเสียหายอย่างค่อยเป็นค่อยไปต่อ LED เนื่องจากผู้ให้บริการที่ร้อน ตัวอย่างเช่น DOI 10.1109 / LED.2009.2029129 บ่งชี้ความเสียหายต่อไฟ LED สีเขียวที่มีการใช้ -40V ดังนั้นมันจะไม่ฉลาดในการออกแบบสิ่งที่ขึ้นอยู่กับการแยกแรงดันย้อนกลับสูง

หากคุณยืนอยู่ใต้ต้นไม้ในพายุฟ้าคะนองและรอดชีวิตมาได้นั่นหมายความว่าอะไรมีความหมายหรือไม่? นี่เป็นเหมือนการให้น้ำหนักแบบกลับด้าน LED> -5V

กราฟมารยาทของสิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความไวของไฟ LED ในทั้งไบอัสแบบย้อนกลับและแบบไปข้างหน้าที่สัมผัสกับ ESD หมายเหตุด้านล่างนี้จะอ่อนไหวไปทางซ้ายมากขึ้นเมื่อ Vr ต่ำกว่า -5V

(ฉันสามารถเขียนหนังสือเกี่ยวกับเรื่อง Partial Discharge (PD) และ Breakdown Voltage (BDV) แต่ฉันจะทำให้การแก้ไขสั้นลงเรื่อย ๆ )

เมื่อทางแยก PN กลับลำเอียงประจุเมฆ (เช่นเมฆคิวมูโลนิมบัส) สร้างความหนาแน่นประจุสนาม E สูงซึ่งข้อบกพร่องคือประจุเคลื่อนที่ (อนุภาคสารปนเปื้อน) ที่เร่งให้เกิดเส้นทางที่จะระเบิดอนุภาค (โดย PD) และ "ปิดแผล" อุปกรณ์ (แม้แต่ฉนวนหม้อแปลง MVA) หรือสร้างเส้นทางลำแสงก่อนเหตุการณ์ BDV ที่รุนแรง (เช่นชอบฟ้าผ่า แต่เงียบ)

ยกเว้นใน LED แบบลำเอียงแบบย้อนกลับ E-field ที่ฉันคาดเดานั้นอยู่ที่ขนาด 5V / um (เช่น 5kV / mm สำหรับจุดประกายในอากาศจากนั้นสิ่งเจือปนในโมเลกุลที่มีค่าคงที่ Er ต่ำกว่าเล็กน้อยจะมี E- มากขึ้น และประจุข้ามมันมากกว่าเพื่อนบ้านค่าถูกสร้างขึ้นโดยกระแส | | -10uA | กระแสที่มีหลอด LED สีขาวระบุที่ -5V ในชิปขนาดเล็ก

เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย

หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่าย 5 MVA ที่ได้รับบาดเจ็บที่ฉันตรวจสอบที่โรงงานหม้อแปลงไฟฟ้าในสการ์เบอโรมีปัญหาหนี้สิน $ m แต่มันมีการทดสอบภาคสนามที่สมบูรณ์แบบ แต่ BUD มีการละลายก๊าซไฮโดรเจนที่พิสูจน์แล้วโดยการวิเคราะห์ก๊าซละลาย (DGA) H2 นี้ถูกสร้างขึ้นโดยเหตุการณ์ PD แต่ละรายการในน้ำมันเช่นเดียวกับ DIAC Relaxation oscillator และจากนั้นไปถึงเกณฑ์ที่เป็นที่รู้จัก (สำหรับผู้ที่อยู่ในอุตสาหกรรมนั้น) ระดับระเบิด (4% เป็นเกณฑ์ระเบิดที่ต่ำกว่าดังนั้นจึงถ่ายทันที หลังจากนั้นฉันได้ทำการทดสอบอย่างละเอียดเพื่อหาสาเหตุรากและแก้ไขปัญหาการปนเปื้อนจากศักยภาพ 23kV ปกติที่คาดว่าจะเกิดในไดอิเล็กทริกนี้ แต่ทำให้เกิดสนาม E ผิดปกติในอนุภาค> 16V / um ทำให้เกิดการปล่อยและระเบิดของโมเลกุลน้ำมัน ยาว CxHy ไฮโดรคาร์บอนโซ่ปล่อย H2

สารปนเปื้อนที่คล้ายกัน แต่แตกต่างกัน (ผสมกับการแจกแจงปกติของไนไตรด์, แกลเลียมฟอสไฟด์และสารหนู) ถูกเร่งด้วยฟิลด์ E ที่ผิดปกติในทางแยก PN ลำเอียงแบบย้อนกลับและส่งผลเสียต่ออายุขัยของ LED

ค่าใช้จ่ายนี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์กับข้อบกพร่องและกระแสรั่วไหล แต่รอยต่อที่บาดเจ็บนั้นหนาแน่นไม่เหมือนสารปนเปื้อนที่เป็นเนื้อเดียวกันดังนั้น BDV จึงไม่อาจคาดเดาได้ แต่ทราบว่าระดับความเครียดเริ่มต้นที่จุดแยก PN (Vbe และ LED) กับองศาที่แตกต่างของความไวเร่ง

เพื่อสรุปถ้า PN ทางแยกมีความอดทนสูงกว่าในการย้อนกลับของอคติจากการทดสอบมันไม่ได้หมายความว่ามันจะไม่ได้รับบาดเจ็บเพียงแค่ว่ามันมีความหนาแน่นของอนุภาคสิ่งเจือปนในส่วนต่อล้านต่ำกว่า ความเร่งของประจุไม่ตรงกับความหนาแน่นของสารปนเปื้อน แต่เป็นลอการิทึม เป็นพลังงานจลน์ที่ส่งผลกระทบต่อความเสียหายขนาดเล็กหรือขนาดนาโน

สิ้นสุดการแก้ไข

เมื่อเอนเอียงย้อนกลับกระแสจะถูกจัดอันดับโดยปกติ 1 usuallyA สำหรับ RY และ 10 µA สำหรับสี BGW

ลองจินตนาการว่าการวางตำแหน่งแบบย้อนกลับนั้นเป็นพลังงานไมโครมากและวัดได้และหากไม่มีตัวหนีบ ESD ที่บางสิ่งบางอย่างของคำสั่งของ 100 µW มีกำลังมากขึ้นต่อไมโครเมตรต่อตารางเมตร

มันไม่เหมือนไดโอดซีเนอร์ที่ถูก จำกัด ด้วยพลังในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ช่องว่างของแถบความถี่อาจล้มเหลวอย่างกระทันหันหรือเบา ๆ

ดังนั้นความเครียดจะมองไม่เห็นและทำให้รอยแยกแตกต่างกัน ผลที่ได้สามารถมองเห็นได้ด้วยความจุทางแยกที่สูงขึ้นหรือสีเข้มหรือความเข้มต่ำหรือได้รับบาดเจ็บเพื่อลด MTBF อย่างมีนัยสำคัญ

ไม่ว่าจะสามารถทนได้ชั่วครู่หรือชั่วขณะหรือไม่เกี่ยวข้องก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญเข้าใจระดับความเครียดลดความน่าเชื่อถือหรือประสิทธิภาพ

หากคุณไม่เข้าใจว่าทำไมมีการจัดอันดับสูงสุดอย่างสมบูรณ์อย่าเพิกเฉยหรือสงสัยมันหรือเมื่อคุณคาดหวังน้อยที่สุด ... อืมมันไม่ทำงาน

คำแนะนำทางวิศวกรรมที่ฉันทำกับลูกค้าในปี 2548 ก่อนที่ฉันจะไปเยี่ยมชมไซต์เพื่อแก้ไขปัญหา ESD และปัญหาที่เกิดจากการบัดกรีทำให้เกิดความล้มเหลวของฟิลด์ 1% ได้รับการแก้ไขในภายหลังโดยคำแนะนำในการปรับปรุงกระบวนการ

บทความวิจัยเรื่องแรงดันย้อนกลับในไดโอด

การทดสอบเรื่องไม่สำคัญ

ทำไมนี่เป็นความคิดที่ไม่ดี

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

เกินจำนวนสูงสุดที่แน่นอนจากแผ่นข้อมูลไม่ได้แปลว่าจะเกิดความล้มเหลวในทันที หมายความว่าคุณได้เข้าสู่ภูมิภาคที่ผู้ผลิตไม่เห็นว่าเหมาะสมที่จะรับประกันว่าอุปกรณ์จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกต่อไปตลอดระยะเวลาที่เหลือของอุปกรณ์

นี่หมายถึงว่ามันจะไม่ทำงานเพื่อสเป็ค? ไม่หมายความว่าผู้ผลิตไม่รับประกันว่าจะปฏิบัติตามข้อกำหนดอีกต่อไป

นอกจากนี้เนื่องจากการทดสอบของคุณดำเนินการกับ LED ของ "การผลิตที่ไม่เป็นที่รู้จัก" คุณจึงไม่ทราบว่าจะได้รับการจัดประเภทอย่างไร

ใส่เพียงแค่ใช้แรงดันย้อนกลับสูงกับไฟ LED ใหม่ไม่กี่นาทีไม่ได้ทดสอบข้อสรุป กระแสย้อนกลับใน LED เพิ่มขึ้นตามอายุ ( 1 ) และฉันคาดหวังว่าแรงดันพังทลายจะลดลงเช่นกัน ในตอนท้ายของอายุการใช้งานไฟ LED มากขึ้นจะแตกที่ค่าแรงดันย้อนกลับลดลง

มันจะลดผลผลิตโดยไม่จำเป็น

เมื่อคุณระบุแรงดันพังทลายที่สูงกว่าที่จำเป็น (สำหรับการใช้งาน LED) คุณจะต้องปฏิเสธ (หรือขายเป็นเกรดที่แตกต่างกัน) ผลผลิตการผลิตใด ๆ ที่ไม่ตรงตามข้อกำหนดนั้น แต่ทำงานเป็น A-OK เป็น LED ถ้าผู้ใช้ไม่ต้องการ LED ที่สามารถทำหน้าที่สองอย่างเป็นเครื่องปรับได้นี่จะทำให้ต้นทุนและ / หรือความซับซ้อนของแคตตาล็อกสูงขึ้นเท่านั้น