Почему светодиод имеет максимальное напряжение?

Имеет ли значение напряжение питания при питании простой светодиодной цепи (источник питания постоянного тока, светодиод, резистор), если используется правильно рассчитанное значение резистора, ограничивающего ток?

Другими словами, есть ли / может быть что-то не так по своей сути, питая светодиод 12 В или 24 В, если я использовал правильный резистор, знал прямое напряжение светодиода, знал максимальный ток и вычислял его, используя что-то вроде этого , когда я мог бы питать один и тот же светодиод с напряжением 3,5 В, зная те же переменные и используя тот же веб-сайт?

Я предполагаю, что здесь есть предел максимальной величины напряжения, которое будет использоваться для светодиода ... когда я смотрю на диаграмму электрических характеристик для CREE XP-G, например, он показывает ток как функцию напряжения, с напряжение начинается примерно с 2,5 В при 0 мА, максимально до 3,25 В при 1500 мА (максимальный ток, на который рассчитан светодиод, как описано в таблице характеристик в том же документе.

После 3,25 В график показывает ток, довольно быстро приближающийся к бесконечности.

Я предполагаю, что это связано с моим вопросом, мне просто любопытно, как все это связано. Я уверен, что это все основные законные вещи Ома, я просто признателен за разъяснение математики на работе.

По сути, нет ограничений на напряжение, которое вы используете для питания цепи, которая управляет диодом. Диод заботится только о том, что диод может видеть, и он не может видеть падение напряжения на токоограничивающем резисторе.

Тем не менее, в какой-то момент вы будете заботиться о том, чтобы мощность рассеивалась на резисторе, то есть $I^2R$, Если вы хотите, чтобы ток был постоянным в случае роста требуемого падения напряжения, то R в конечном итоге станет большим и рассеет слишком много энергии. Мощность, которую может рассеивать осевые свинцовые резисторы мельницы, составляет 1/4 Вт. Для тока 20 мА, что означает ограничение мощности на резисторе до 1/4 Вт, вы не можете превышать 625 Ом, что означает, что вы можете максимально пропустить 12,5 Вольт на нем, и вы находитесь на пределе при напряжении питания около 14,5 В для красного светодиода. Это хуже для небольших корпусных SMD-резисторов, которые часто составляют 1/8 Вт или менее. Если вам нужно больше падения напряжения, вам придется перейти на резистор с более высокой номинальной мощностью, который может стать как физически большим, так и более дорогим.

Что касается того, почему фактическое напряжение на светодиоде не меняется слишком резко при правильном выборе токоограничивающего резистора, один из удобных способов взглянуть на это - метод «линии нагрузки». С http://i.stack.imgur.com/1cUKU.png (Изображение из общественного достояния из Викимедиа):

$V_D = 0$$V_{DD}/R$$V_D = V_{DD}$$V_{DD}$ менее чем резко не сместит эту точку настолько сильно, насколько вы думаете, это может быть связано с окончательным падением напряжения на диоде из-за того, насколько крутой становится диодная кривая.

Назначение последовательного резистора - регулировать ток через светодиод. Прямое напряжение светодиода входит в расчет токоограничивающего резистора.

Нет ничего принципиально неправильного в использовании более высокого напряжения, если вы подбираете резистор ограничения тока в соответствии с напряжением. В то же время вы будете больше рассеивать мощность на токоограничивающем сопротивлении. Итак, вам понадобится резистор с достаточной номинальной мощностью.

В общем, ток диода увеличивается экспоненциально с напряжением:

где с - постоянная величина, зависящая от геометрии, легирования, температуры и т. д.

Это причина, по которой светодиод высокой мощности всегда должен работать от постоянного тока, а не от источника постоянного напряжения. Крошечные изменения к c (например, изменение температуры) или U вызвали бы массовое изменение тока.

Последовательный резистор работает, потому что его сопротивление обычно намного выше, чем дифференциальное сопротивление светодиода. С точки зрения светодиода источник напряжения плюс резистор ведет себя как источник тока.

имеет значение напряжение питания, если используется правильно рассчитанное значение резистора ограничения тока?

Нет. Диоды - это современные устройства. Они имеют падение напряжения, которое вы должны учитывать в своей цепи, но они управляются током, и если вы соответствующим образом ограничите ток и охладите диод, если это необходимо (для светодиодов высокой мощности), то ограничения по напряжению питания не будет. ,

Напряжение на самом светодиоде будет падением напряжения диода, которое будет немного зависеть от тока через диод, но в основном от состава диода. Подача слишком большого напряжения на клеммы диода (т.е. без ограничения тока) приведет к тому, что ток превысит предел диода и повредит светодиод.

Однако с соответствующим ограничением тока вы можете использовать источник питания на миллион вольт для питания светодиода. Хотя в этот момент вам придется проверить адекватную изоляцию между клеммами различных частей ...

Светодиод имеет «максимальное напряжение», потому что его сопротивление резко уменьшается - как и в любом другом диоде - так как его прямое напряжение увеличивается выше колена, и это увеличение напряжения на светодиоде связано с увеличением тока через него (из-за уменьшение его прямого сопротивления) увеличивает мощность, которую должен рассеивать светодиод, и, следовательно, его рабочую температуру. Затем, если ток через соединение светодиода поднимется выше его абсолютного максимального значения, его срок службы будет сокращен, и волшебный дым рано или поздно исчезнет.

В случае CREE XP-G, на который вы ссылались, я взял график Forward Voltage VS Forward current из таблицы данных и наложил его на график производного Forward Voltage VS Forward Resistance, как показано ниже. Скорее грубо, потому что я не делал никакой подгонки кривой, но легко увидеть огромное изменение прямого сопротивления для небольшого изменения прямого напряжения на 250 милливольт с 2,5 до 2,75 вольт.

Из-за этой чрезвычайной чувствительности к напряжению и из-за того, что местоположение колена диода нельзя предсказать с большой уверенностью, светодиоды обычно не приводятся в действие источниками необработанного напряжения, а являются источниками постоянного тока или источников напряжения с ограничением тока, разработанными так, чтобы никогда не допустить продукта тока через светодиод и падение напряжения на светодиоде, чтобы превысить номинальную мощность светодиода.

Для мощных недорогих светодиодов, таких как XP-G, источник постоянного тока может быть использован с хорошим преимуществом, поскольку он будет поддерживать постоянный ток через светодиод независимо от изменений в Vf светодиода или входного напряжения постоянного тока. поставка. Чаще всего, однако, резистор используется последовательно с источником напряжения, чтобы ограничить ток через светодиод.

Значение резистора определяется путем вычитания указанного минимального значения Vf светодиода из максимального выходного напряжения источника, а затем деления этой разности на требуемый ток светодиода. Это сопротивление гарантирует, что «максимальное напряжение» светодиода никогда не будет превышено, и вы можете видеть, что нет предела (хорошо ...) разрешенному напряжению источника, так как резистор избавится от всего, в чем светодиод не нуждается ,

Я собираюсь покрыть пиковое обратное напряжение (иногда рассматривается как обратное напряжение) диода. PIV - это напряжение, при котором диодный переход начинает разрушаться при обратном смещении (т. Е. Напряжение обратное). Для большинства светодиодов это относительно низкий уровень (5 В типично - я сделал быстрый поиск и нашел 3 разных производителей, у всех было 5 В). В зависимости от источника питания это может не иметь значения (низковольтная батарея делает это относительно спорным вопросом). Другие источники питания, такие как преобразователи переменного / постоянного тока, могут иметь высокое напряжение с противоположной полярностью конструкции в течение короткого времени, когда источник или управляемые устройства, такие как реле, включаются и выключаются.
Поэтому любое приложение с источником питания более 5 В должно иметь обратную защиту для светодиода. Это может быть диод с обратным смещением через светодиод для простой защиты или других более продвинутых методов.