Tại sao đèn LED có dòng điện tối đa?

Vì vậy, tôi hiểu rằng đèn LED có dòng điện tối đa (ví dụ như 20mA), nhưng về mặt khoa học thì tại sao lại như vậy?

Sử dụng phép tương tự nước có vẻ như điện áp cao sẽ là thứ gây rối thứ gì đó (tôi muốn nghĩ về nó giống như một "áp lực" khổng lồ thổi ra một đường ống hoặc thứ gì đó). Tại sao một tốc độ dòng điện tử làm hỏng một cái gì đó?

Thật khó để đưa ra một sự tương tự bởi vì các chất tương tự thông thường cho các hệ thống điện là các hệ thống chất lỏng. Một điều tuyệt vời về hệ thống chất lỏng là chất lỏng làm việc cũng rất tốt trong việc làm mát mọi thứ và hầu hết kinh nghiệm thực tế của mọi người với hệ thống chất lỏng liên quan đến tốc độ dòng chảy trong đó việc sưởi ấm không đáng kể.

Vì vậy, hãy thử một cách tương tự khác: một chuỗi được kéo qua sức cản của ngón tay của bạn. Các ngón tay của bạn là đèn LED và độ sụt điện áp của đèn LED tương tự như sự khác biệt về độ căng của dây ở hai bên ngón tay của bạn. Hiện tại tương tự như tốc độ mà chuỗi đang được kéo.

Ngón tay của bạn sẽ bị hư nếu dây được kéo quá nhanh? Có: chúng tôi gọi nó là "đốt dây". Điều này sẽ xảy ra ngay cả khi bạn điều chỉnh điện trở của ngón tay để duy trì sự chênh lệch lực căng không đổi trên dây bất kể tốc độ của nó (tương tự như sự sụt giảm điện áp xấp xỉ của đèn LED).

Lý do là tốc độ công việc được thực hiện, và do đó, nhiệt tạo ra, là sản phẩm của lực mà ngón tay của bạn tác dụng lên sợi dây và tốc độ mà sợi dây di chuyển qua ngón tay của bạn. Bạn có thể bị bỏng dây bằng cách bóp quá mạnh hoặc di chuyển dây quá nhanh.

"Tỷ lệ công việc" hay "tỷ lệ năng lượng" được gọi là sức mạnh . Một cách để xác định nó, đối với các hệ thống cơ học, là tích của lực ( ) và vận tốc ( v ):$F$$v$

Vì năng lượng là một tỷ lệ năng lượng nên tính theo đơn vị năng lượng mỗi lần. Trong các đơn vị SI, đó là joules mỗi giây, còn được gọi là watt . Vì vậy, tuy nhiên sợi dây đang di chuyển rất nhanh, và tuy nhiên nhiều ngón tay của bạn đang tác dụng lên nó, bạn đang thực hiện công việc với tốc độ của một số joules mỗi giây. Năng lượng này không thể biến mất: nó trở thành nhiệt trong sợi dây và ngón tay của bạn. Khi bạn vượt quá khả năng truyền nhiệt của cơ thể ra khỏi đầu ngón tay, da bạn sẽ quá nóng và bạn bị bỏng.

Sự tương tự cho các hệ thống điện là năng lượng là sản phẩm của điện áp và dòng điện:

xấp xỉ không đổi đối với đèn LED, nhưng nếu bạn tăng I đủ, bạn tạo ra nhiệt nhanh hơn mức có thể tỏa ra môi trường xung quanh. Đèn LED quá nóng và bị hỏng.$V$$I$

Có sự sụt giảm điện áp về phía trước của một vài volt trên đèn LED. Điện áp rơi này nhân với dòng điện là Công suất tiêu tán trong thiết bị. Nó tạo ra ánh sáng, nhưng cũng nhiệt. Đó là sức nóng giết chết đèn LED.

TL; DR: Dòng chảy tạo ra nhiệt và đối với đèn LED, nhiệt sẽ giết chết bộ phận.

Bất cứ khi nào các electron chảy qua một dây dẫn, quá trình đốt nóng Joule xảy ra. Điều này một phần là do nhiệt thực sự là gì, các hạt tạo nên vật thể chuyển động xung quanh và có các electron kéo qua nó đảm bảo rằng một số electron sẽ va chạm vào một thứ gì đó và năng lượng của nó truyền vào hạt đó, làm nóng nó.

Khi đèn LED bị quá tải, quá trình làm nóng quá mức sẽ khiến liên kết dễ vỡ cũng như bản thân khuôn thay đổi. Không ai trong số những thay đổi đó là mang tính xây dựng và cuối cùng sức nóng phá hủy một phần. Đối với đèn LED, chúng bị cháy và có thể bị thổi ra, đối với một số bộ phận khác, chúng có thể bốc cháy.

Đây là một cách khác để xem những gì một số người khác đã nói:

Việc chuyển đổi dòng điện thành ánh sáng không hiệu quả 100%, vì vậy phần năng lượng còn lại không chuyển đổi thành ánh sáng là nhiệt.

Mỗi thành phần điện tử có một thứ gọi là "điện trở nhiệt" được đo bằng độ Kelvin / watt, cho biết "năng lượng lãng phí" ở trên dễ dàng thoát ra khỏi khuôn như thế nào đối với PCB (thường là cực âm cho đèn LED) dưới dạng nhiệt. Điều này được chỉ định trong biểu dữ liệu.

Ngoài ra, mỗi thành phần điện tử có nhiệt độ tiếp giáp tối đa, Tj mà tại đó nó có thể hoạt động theo phần còn lại của các tham số đã chỉ định trong biểu dữ liệu.

Với thông tin này, với điện trở nhiệt không đổi, Rth, đèn LED xếp hạng công suất tối đa cố định, Pdiss_max và nguồn năng lượng liên tục tăng khi điều khiển đèn LED, điều gì sẽ xảy ra là bạn sẽ điều khiển nhiệt độ tiếp giáp trên mức tối đa của nó và có khả năng khử hàn các liên kết dây từ bên trong chip, khiến nó không thể hoạt động.

Câu hỏi hay!

Chỉ có một số lượng nhất định mà kích thước của vật liệu có thể xử lý. Lấy một dây tóc chẳng hạn. Chỉ cần kích thước phù hợp để phát sáng nhưng không cháy lên. Nó đang bị quá tải điện, chỉ có rất nhiều nó có thể xử lý trước khi nó bị cháy. Tương tự với đèn LED. Phụ thuộc vào số lượng và loại vật liệu.

Tất cả các câu trả lời tốt đẹp. Tôi chỉ muốn nói thêm rằng nếu không có sự tái hợp không bức xạ trong đèn LED, thì sẽ có ít nhiệt hơn và người ta có thể đẩy nhiều dòng điện hơn trước khi nó nóng lên ... (Hãy nghĩ rằng đèn LED hiệu suất cao mới hơn)

Thật ra tôi thấy tương tự nước khá hiệu quả. Một đường ống sẽ vỡ ra Nếu một lượng lớn nước sẽ chảy vào nó. Cụ thể hơn, nó sẽ tan chảy khi một chất lỏng chảy tạo ra một lượng nhiệt nhỏ như bất kỳ vật liệu nào khác làm