ฟอร์เวิร์ดดร็อปข้างหน้าเทียบกับการลดลงของ LED

มีการกล่าวเสมอว่าแรงดันตกไปข้างหน้าในไดโอดประมาณ 0.7 โวลต์ LED เป็นไดโอดด้วยเหตุใดจึงมีแรงดันไปข้างหน้าลดลงประมาณ 3 โวลท์

LED รุ่นใดที่อธิบายแรงดันไฟฟ้าตกที่สูงกว่านี้?

จุดแยกเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันมีแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าแตกต่างกัน (และกระแสการรั่วไหลย้อนกลับและแรงดันย้อนกลับที่ผิดปกติ ฯลฯ ) การลดลงไปข้างหน้าของไดโอดซิลิคอนสัญญาณขนาดเล็กทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 0.7 โวลต์ สิ่งเดียวเท่านั้นเจอร์เมเนียมประมาณ 0.3V การเลื่อนไปข้างหน้าของ PIN (p-type, intrinsic, n-type) แบบไดโอดแบบลดลงเช่น 1N4004 นั้นเหมือนกับโวลต์หรือมากกว่า การตกไปข้างหน้าของพลังงาน 1A แบบทั่วไปชอตกี้คืออะไรเช่น 0.3V ที่กระแสต่ำสูงขึ้นสำหรับการออกแบบกระแสการทำงานของพวกเขา

ช่องว่างของวงมีส่วนเกี่ยวข้องกับมันมาก - เจอร์เมเนียมมีช่องว่างของวงดนตรีที่ต่ำกว่าซิลิคอนซึ่งมีช่องว่างของวงดนตรีที่ต่ำกว่า GaAs หรือวัสดุ LED อื่น ๆ ซิลิคอนคาร์ไบด์มีช่องว่างของย่านความถี่ที่สูงขึ้นและไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์Schottkyมีแรงโน้มถ่วงลดลงเช่น 2V (ตรวจสอบหมายเลขของฉัน)

นอกเหนือจากช่องว่างของวงดนตรีโปรไฟล์การต่อเติมของทางแยกมีส่วนเกี่ยวข้องกับมันเช่นกัน - Schottky diode เป็นตัวอย่างที่รุนแรง แต่โดยทั่วไปแล้ว PIN diode จะมีการตกไปข้างหน้าสูงกว่า (และแรงดันพังทลาย) ทางแยก LED ไปข้างหน้าลดลงอยู่ในช่วงประมาณ 1.5V สำหรับ LED สีแดงถึง 3 สำหรับสีน้ำเงิน - นี่เป็นเหตุผลเพราะกลไก LED นั้นโดยทั่วไปจะสร้างโฟตอนหนึ่งต่ออิเล็กตรอนดังนั้นการลดลงไปข้างหน้าในโวลต์จะเท่ากับหรือมากกว่าพลังงานของ โฟตอนที่ปล่อยออกมาเป็นอิเล็กตรอนโวลต์

ความรู้พื้นฐาน

วัสดุทั้งหมดในตารางเคมีและโมเลกุลของชุดค่าผสมที่แตกต่างกันมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ไม่ซ้ำกัน แต่มีเครื่องใช้ไฟฟ้าพื้นฐานเพียง 3 ประเภทเท่านั้น ตัวนำ , ฉนวนกันความร้อน (= อิเล็กทริก) และเซมิคอนดักเตอร์ รัศมีการโคจรของอิเล็กตรอนนั้นเป็นมาตรวัดพลังงาน แต่วงโคจรอิเล็กตรอนจำนวนมากที่เกิดขึ้นในแถบนั้นสามารถ:

• กระจายห่าง = ฉนวน
• ทับซ้อนหรือไม่มีช่องว่าง = ตัวนำ
• ช่องว่างขนาดเล็ก = อุปกรณ์กึ่งตัวนำ

สิ่งนี้ถูกกำหนดให้เป็นพลังงานจากBand Gapในอิเล็กตรอนโวลต์หรือ eVeV

กฎแห่งฟิสิกส์

ระดับ eV ของการรวมกันของวัสดุต่าง ๆ มีผลกระทบโดยตรงต่อความยาวคลื่นของแสงและแรงดันตกด้านหน้า ดังนั้นความยาวคลื่นของแสงจึงเกี่ยวข้องโดยตรงกับช่องว่างนี้และพลังงานสีดำที่กำหนดโดยกฎของพลังค์

ดังนั้น eV ที่ต่ำกว่าเช่นตัวนำมีแสงพลังงานต่ำที่มีความยาวคลื่นยาวกว่า (เช่นความร้อน = อินฟราเรด) และแรงดันไปข้างหน้าต่ำ "เกณฑ์" หรือแรงดันเข่า, Vt เช่น; * 1

Germanium           Ge  = 0.67eV,   Vt= 0.15V  @1mA  λp=tbd
Silicon             Si  = 1.14eV,   Vt= 0.63V  @1mA  λp=1200nm (SIR) 
Gallium Phosphide   GaP = 2.26 eV,  Vt= 1.8V   @1mA  λp=555nm (Grn)

โลหะผสมที่แตกต่างจากสารเจือทำให้ช่องว่างของวงดนตรีและความยาวคลื่นและ Vf แตกต่างกัน

เทคโนโลยี LED เก่า

SiC         2.64 eV Blue
GaP         2.19 eV Green
GaP.85As.15 2.11 eV Yellow
GaP.65As.35 2.03 eV Orange
GaP.4As.6   1.91 eV Red

นี่คือช่วงจาก Ge ถึง Sch ถึง Si di-low ปัจจุบันไดโอดที่มีเส้นโค้ง VI ของพวกเขาซึ่งความชันเชิงเส้นเนื่องจาก Rs = ΔVf / Δ If

โลหะผสมใหม่ที่สร้างขึ้นอาจมีสีที่คล้ายกันในรัศมีที่แตกต่างกัน แต่สีที่คล้ายกันใช้ช่องว่างแถบเดียวกัน แต่อาจมี Vf ที่ใหญ่กว่า แต่ยังคงสัดส่วนกับพลังงาน eV ซึ่งตรงกันข้ามกับความยาวคลื่น สิ่งเหล่านี้ถูกเลือกด้วยเหตุผลของระดับพลังงานที่ได้รับการปรับปรุงและความต้านทานตัวนำแบบต่อเนื่องที่ต่ำกว่า Rs ซึ่งสัมพันธ์กับผกผันเสมอ $R_s = \dfrac{k}{P_{max}}$

• ดังนั้น LED ขนาด 65mW 5 มม. ที่มีชิป 0.2 มม. ²และ k = 1 มีRs = 1 / 65mW = 16 Ωที่ มีความอดทน ~ +25% / - 10% ~ 10Ωยัง จำกัด ด้วยฉนวนความร้อนของเคสอีพ็อกซี่ขนาด 5 มม. เพื่อเพิ่มความร้อน
• ดังนั้นLED SMD 1Wพร้อม ak = 0.25 ถึง 1 อาจมี Rs = 0.25 ถึง 1 Ωพร้อมอาร์เรย์ที่ปรับขนาดความต้านทานโดย Series / Parallel ที่ได้รับจาก S / P x Ωและแรงดันไฟฟ้าตามตัวเลขในซีรีย์

k คือคุณภาพของผู้ขายที่เกี่ยวข้องกับค่าคงที่ที่เกี่ยวข้องกับการนำความร้อนของความต้านทานความร้อนและประสิทธิภาพของชิปรวมถึงความต้านทานความร้อนของบอร์ดของนักออกแบบ

ยัง k พิมพ์ แตกต่างกันจาก 1.5 (ไม่ดี) ถึง 0.22 (ดีที่สุด) สำหรับไดโอดทั้งหมด ที่ต่ำกว่าจะพบได้ใน LED SMD ที่ใหม่กว่าซึ่งอาจกระจายความร้อนในบอร์ดและไดโอดที่ยึดติดเคส Si เก่าและยังปรับปรุงในไดโอดพาวเวอร์ SiC ใหม่ ดังนั้น SiC มีค่า eV สูงกว่าจึงสูงกว่า Vt ที่กระแสต่ำ แต่แรงดันย้อนกลับสูงกว่าศรีซึ่งมีประโยชน์สำหรับสวิตช์พลังงานสูงแรงดันสูง

ข้อสรุป

$V_f=V_t+I_f*R_s$เป็นค่าประมาณที่ดี ของเส้นโค้งเชิงเส้นที่ Tjcn = 25'C

$V_f=V_t+\dfrac{kI_f}{P_{max}}$ แต่คุณไม่เคยพบ k ตีพิมพ์ในเอกสารข้อมูลทางเทคนิคใด ๆ เหมือนคนอื่น ๆ ก็เป็นเกณฑ์การออกแบบการเลือก (หรือตัวแปรควบคุมคุณภาพของลูกค้า) หรือรูปของบุญ (FOM) เช่นกรัม * nF * Ω = T [NS] สำหรับ MOSFETs RdsOn

อ้าง

• https://en.wikipedia.org/wiki/Band_gap#List_of_band_gaps
• กราฟhttp://www.oldradioworld.de/gollum/fig04.jpg
• ไฟ LED เก่าhttp://matse1.matse.illinois.edu/sc/f.html
• หลักการพื้นฐานhttp://matse1.matse.illinois.edu/sc/prin.html
• https://en.wikipedia.org/wiki/Planck 's_law
• ข้อสรุป: ฉันเองจาก 45 ปีของการวิจัย LED

* 1

ฉันเปลี่ยน Vf เป็น Vt เนื่องจาก Vf ในเอกสารข้อมูลเป็นคะแนนปัจจุบันที่แนะนำซึ่งรวมถึง bandgap และการสูญเสียการนำ แต่ Vt ไม่รวมการสูญเสียการนำความนิยม Rs @ If

เช่นเดียวกับ MOSFETs Vgs (th) = Vt = เกณฑ์แรงดันไฟฟ้าเมื่อ Id = x00uA ซึ่งยังคง Rds สูงมากซึ่งยังเริ่มดำเนินการและคุณต้องการ Vgs = 2 ถึง 2.5 x Vt เพื่อรับ RdsOn

ข้อยกเว้น

Power Diode MFG: Creeซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) 1700V PIV, @ 10A 2V @ 25'C 3.4 @ 175'C @ 0.5A 1V @ 25'C Pd สูงสุด = 50W @ Tc = 110C และ Tj = 175'C

ดังนั้น Vt = 1V, Rs ¼Ω, Vr = 1700V, k = ¼Ω * 50W = 12.5 สูงเนื่องจากมีค่า 1.7kV PIV

• @ Tj = 175'C = (3.4-1.0) V / (10-0.5) A = ¼Ω, k = Rs * Pmax

  

ที่นี่ Vf มีอุณหภูมิเป็นบวก PTC ซึ่งแตกต่างจากไดโอดส่วนใหญ่เนื่องจาก Rs ครอบครอง bandgap senstive Vt ซึ่งยังคงเป็น NTC สิ่งนี้ทำให้ง่ายต่อการกองซ้อนในแบบคู่ขนาน

แรงดันไฟฟ้าตกข้ามทางแยกลำเอียงไปข้างหน้าขึ้นอยู่กับการเลือกวัสดุ ธรรมดาPN ซิลิกอนไดโอดมีแรงดันไปข้างหน้าประมาณ 0.7V แต่ไฟ LED ที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกันและเพื่อให้มีหยดแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันไปข้างหน้า