Là đèn LED tốt hơn chúng ta nghĩ?

Sự khôn ngoan thông thường về đèn LED cho biết điện áp ngược cực đại khá hạn chế, thường là trong phạm vi 5V-8V.$V_{R(max)}$

Vì vậy, với mục đích thử nghiệm, tôi muốn đưa một đèn LED vào sự cố có kiểm soát, sử dụng nguồn điện giới hạn hiện tại của tôi.

Tất nhiên tôi dự kiến ​​điện áp sự cố thực tế sẽ cao hơn một chút so với được bảo đảm , nhưng tôi không bao giờ có thể ngờ được kết quả mà tôi tìm thấy. Tôi đã thử với các loại đèn LED chỉ báo không thương hiệu Trung Quốc "el cheapo" khác nhau (3 mm và 5 mm, đỏ, xanh lá cây, xanh dương, vàng và trắng) và tôi không thể mang chúng trong khu vực sự cố, ngay cả ở 32V (nơi có sức mạnh của tôi cung cấp đạt tối đa)!$V_{R(max)}$

Do đó, tôi muốn kiểm tra lại các giả định của mình và tôi đã duyệt một cách có hệ thống nhiều datasheets (khoảng 40) thiết bị hiện tại (đèn LED tiêu chuẩn 3 mm và 5 mm, cho cả các ứng dụng chỉ báo và chiếu sáng) từ các nhà sản xuất khác nhau (ví dụ Vishay, Nichia, Kingbright, Fairchild, Cree) . Hầu như tất cả trong số họ đã báo cáo , với một số thiết bị Vishay được xếp hạng 6V.$V_{R(max)}=5V$

Tôi vô cùng hoang mang. OK, các nhà sản xuất có xu hướng bảo thủ, nhưng biên độ> 25V có vẻ hơi quá cao. Rốt cuộc, việc đảm bảo (hoặc đại loại như thế) có thể làm cho đèn LED trở thành ứng cử viên tốt cho một số ứng dụng hữu ích hoặc cho phép đơn giản hóa mạch (ví dụ: không cần bảo vệ đèn LED khỏi các xung ngược điện áp thấp). Dù sao, đó sẽ là một viên đạn khác trong danh sách mà những người tiếp thị có thể tự hào!$V_{R(max)}=25V$

Tất nhiên thử nghiệm của tôi chỉ giới hạn ở một tá đèn LED của nhà sản xuất không rõ, nhưng tôi cho rằng chúng không thể tốt hơn đèn LED từ các nguồn có uy tín. Hay tôi đã trải nghiệm một loại định luật Murphy đảo ngược, nơi tôi tìm thấy hộp đèn LED duy nhất trên hành tinh có tính năng như vậy?!?

Câu hỏi: Có phải tôi đang tìm kiếm thứ gì đó được biết đến trong ngành không? Tại sao họ cứ chỉ định đèn LED với quá thấp khi các thiết bị thực tế có vẻ tốt hơn nhiều? Tôi có bỏ lỡ điều gì không?$V_{R(max)}$

BIÊN TẬP

(để làm rõ một số điểm có thể khiến bình luận / câu trả lời không thực sự mang lại cho tôi những lời giải thích tôi muốn nhận)

Những điều tôi đã biết

• Các ứng suất vượt quá xếp hạng tối đa tuyệt đối được báo cáo trong biểu dữ liệu có thể làm hỏng thiết bị và thường sẽ làm hỏng thiết bị nếu ứng suất vượt quá các giới hạn đó.

• Khi bạn vượt quá các xếp hạng tối đa đó, bạn không thể yêu cầu bất cứ điều gì từ nhà sản xuất. Bạn đang ở một mình trong lãnh thổ không xác định. Bạn không thể kiện anh ta cũng không phàn nàn.

• Không có nhà thiết kế lành mạnh nào sẽ sử dụng một phần trong thiết kế của mình ngoài các thông số kỹ thuật được đưa ra trong biểu dữ liệu. Các nhà thiết kế giỏi sẽ đảm bảo phần này sẽ ở dưới mức xếp hạng tối đa đã nêu. Như tôi đã nói lúc đầu, tôi đã thử nghiệm , cố tình đi vào vùng đất chưa biết để xác minh những kỳ vọng của tôi và kiến ​​thức của tôi về sự cố ngược.

Giả định của tôi (có thể sai; và nếu chúng sai tôi muốn biết tại sao )

• Yếu tố giới hạn chính cho bất kỳ đánh giá điện áp ngược tối đa diode là điện áp đánh thủng của nó. Nói cách khác, bạn có thể đảo ngược một cách an toàn một diode mạnh như bạn muốn cho đến khi sự cố (Zener hoặc tuyết lở) khởi động.

• Sự đổ vỡ không phải là sự phá hủy trong chính nó. Sự gia tăng đột ngột của dòng điện ngược gây ra sự gia tăng lớn về công suất tiêu tán, đặc biệt là ở điện áp ngược cao, do đó đường giao nhau PN sẽ bị phá hủy, trừ khi bạn giới hạn dòng điện bằng cách nào đó.

• Cơ chế phá vỡ đèn LED không khác biệt so với các điốt tiếp giáp PN khác, như bộ chỉnh lưu silicon thông thường hoặc Zeners.

• Do đèn LED không được thiết kế (trái ngược với Zeners) để hoạt động trong sự cố, điện áp BD không phải là thông số được chỉ định rõ, do đó, chênh lệch sản xuất có thể khá lớn. Do đó, các nhà sản xuất chọn một mức an toàn phù hợp và tuyên bố rằng đó là điện áp ngược tối đa.

• Mặc dù một số giới hạn an toàn là cần thiết, nó không thể lớn. Điện áp IIRC, BD phụ thuộc vào mức pha tạp và hình dạng của mối nối luyện kim và các tham số đó cũng ảnh hưởng đến các đặc tính của diode khi phân cực thuận. Nếu "thông số kỹ thuật hữu ích" của đèn LED phải phù hợp một cách hợp lý, thì phải pha tạp và hình học; do đó, các giá trị điện áp BD không thể quá rộng.

Điều khiến tôi bối rối và khiến tôi nghĩ rằng có nhiều vấn đề hơn ngoài việc bảo vệ đèn LED khỏi sự cố

• Vì vậy, một sự khác biệt lớn giữa điện áp ngược tối đa định mức và điện áp BD thực tế (ít nhất + 400%) có nghĩa là một cái gì đó và nên có một lý do đằng sau nó. Với các giả định ở trên, tôi không thể tin rằng cùng một kiểu đèn LED có thể có điện áp BD lan rộng đến mức đó, tức là tôi không thể tin cùng một quy trình (thậm chí trên các lô khác nhau) có thể tạo ra một bộ phận bị hỏng, giả sử, 10V và một số khác nhập vào nó ở 30V (tôi sẽ được sửa).

Vâng, điều này được biết đến rộng rãi. Bất cứ ai đã thử nó đều biết điều đó. Các nhà sản xuất chết chắc chắn biết điều đó.

Họ không chỉ định đèn LED cho điện áp ngược hơn 5V vì nó sẽ không thể tăng doanh số (nghĩa là rất ít cần khả năng đó ) và sẽ yêu cầu họ phải xem xét từng loại đèn LED và điện áp nào có thể chịu được (có thể là 12 V đối với một số, có thể 80V cho người khác). Cũng có thể có các vấn đề về độ tin cậy lâu dài sẽ yêu cầu định lượng hoặc có thể thay đổi thiết kế LED để giảm thiểu.

Xếp hạng 5V xuất phát từ điện áp ngược được trải nghiệm bởi đèn LED được điều khiển trong ma trận từ nguồn cung cấp 5V với trình điều khiển kéo đẩy, đây là một trong số ít lần bạn cố tình đảo ngược đèn LED (đèn LED quay ngược trở lại trong bộ ghép quang đầu vào AC điện áp chuyển tiếp của trường hợp xấu nhất LED khác, hoặc khoảng -1,2V).

Có nhiều tham số không được chỉ định (dữ liệu điển hình hoặc hoàn toàn không có dữ liệu) hoặc chỉ được chỉ định một cách lỏng lẻo vì phần lớn thị trường không yêu cầu nó. Ví dụ, đảo ngược beta, phân tích Vbe trên các BJT, hệ số nhiệt độ của Vf trên đèn LED chỉ báo.

Theo như khả năng thực tế của đèn LED thông thường, có bằng chứng về điện áp phân cực ngược gây ra thiệt hại dần dần cho đèn LED do các sóng mang nóng. Ví dụ, DOI 10.1109 / LED.2009.2029129 biểu thị thiệt hại cho đèn LED màu xanh lá cây với -40V được áp dụng, do đó sẽ không khôn ngoan khi thiết kế một cách mù quáng một cái gì đó phụ thuộc vào sự cố điện áp ngược cao.

Nếu bạn đứng dưới gốc cây trong cơn bão sét và bạn sống sót, điều đó có ý nghĩa gì không? Điều này có phần giống như xu hướng ngược với đèn LED> -5V.

Biểu đồ, lịch sự của Điều này cho thấy độ nhạy của đèn LED ở cả độ lệch ngược và hướng thuận tiếp xúc với ESD. Lưu ý bên dưới, nó nhạy hơn nhiều so với bên trái khi Vr xuống dưới -5V

(Tôi có thể viết một cuốn sách về chủ đề Xả một phần (PD) và Điện áp đánh thủng (BDV) nhưng tôi sẽ giữ bản chỉnh sửa này ngắn hơn;)

Khi một điểm nối PN bị phân cực ngược, đám mây tích điện (như đám mây tích lũy) tạo ra mật độ điện tích trường E cao trong đó các khuyết tật là điện tích di động (các hạt gây ô nhiễm) được gia tốc để tạo thành một đường dẫn sẽ kích nổ các hạt (bởi PD) và "xử lý" thiết bị (thậm chí cách điện máy biến áp MVA) hoặc tạo đường truyền phát trước sự kiện thảm khốc của BDV. (ví dụ như sét nhưng im lặng)

Ngoại trừ đèn LED phân cực ngược, trường E tôi đoán là ở cường độ 5V / um (như 5kV / mm đối với gần như tia lửa trong không khí. Sau đó, tạp chất phân tử có hằng số Er thấp hơn một chút sẽ có E- lớn hơn trường và điện tích trên nó so với hàng xóm của nó. Điện tích được tạo ra bởi dòng chảy> | -10uA | trong đó đèn LED trắng được chỉ định ở mức -5V trong các chip nhỏ.

Không hoàn toàn đúng

Một máy biến áp phân phối 5 MVA bị thương mà tôi đã điều tra tại một nhà máy biến áp ở Scarborough có vấn đề về trách nhiệm pháp lý $ m nhưng nó đã có một bài kiểm tra hiệu suất nghiên cứu năng lượng hoàn hảo, BUT đã hòa tan khí Hydrogen được chứng minh bằng phân tích khí hòa tan thường xuyên (DGA)). H2 này được tạo ra bởi mỗi sự kiện PD trong dầu, giống như bộ tạo dao động Thư giãn DIAC, và sau đó đạt đến ngưỡng nổi tiếng (đối với những người trong ngành đó) về mức độ nổ (4% là ngưỡng nổ thấp hơn nên đã được xử lý kịp thời hết dịch vụ, sau đó tôi đã thực hiện kiểm tra toàn diện để tìm Nguyên nhân gốc rễ và khắc phục vấn đề ô nhiễm từ điện thế 23kV bình thường dự kiến ​​trong chất điện môi này nhưng gây ra các trường E bất thường trong các hạt> 16V / um gây ra sự phóng điện và kích nổ các phân tử dầu xung quanh nó. hydrocarbon CxHy dàichuỗi giải phóng H2.

Một chất gây ô nhiễm tương tự nhưng khác nhau (trộn lẫn với phân phối bình thường của Nitride, Gallium Phosphide và Asen) được tăng tốc bởi các trường E bất thường trong đường nối PN sai lệch ngược và ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ của đèn LED.

Điện tích này cho thấy mối quan hệ với khuyết tật và dòng rò nhưng mối nối bị tổn thương dày đặc không giống như các chất gây ô nhiễm đồng nhất, do đó, BDV không thể đoán trước được mức độ căng thẳng bắt đầu đối với nhiều nút giao PN (Vbe và LED, mặc dù khác nhau trong xây dựng thể hiện cơ chế hỏng hóc chung này với mức độ nhạy cảm tăng tốc khác nhau.

Vì vậy, để tóm tắt , nếu một điểm nối PN có dung sai cao hơn để đảo ngược sự kiểm tra, điều đó không có nghĩa là nó vẫn không bị thương, chỉ là nó có mật độ hạt ô nhiễm thấp hơn trong một phần triệu. Gia tốc điện tích không phải là tuyến tính với mật độ chất gây ô nhiễm mà là logarit. Đó là động năng tác động kích nổ thiệt hại vi mô hoặc nano.

kết thúc chỉnh sửa

Khi thiên vị ngược, dòng điện được xếp hạng thường là 1 PhaA cho RY và 10 PhaA cho màu BGW.

Hãy tưởng tượng rằng xu hướng ngược là cực nhỏ và đo nó và nếu không có kẹp ESD thì thứ gì đó có thứ tự 100 100W có công suất trên mỗi micromet vuông hơn so với dòng điện phân cực thuận 100 mW trên mỗi mm vuông vì đường đi là RẤT NHIỀU.

Nó không giống như một diode Zener bị giới hạn bởi sức mạnh theo cả hai hướng. Các khoảng trống của ban nhạc có thể đột ngột thất bại hoặc nhẹ nhàng.

Vì vậy, sự căng thẳng là vô hình và làm tổn thương các mối nối khác nhau. Kết quả có thể được nhìn thấy với điện dung tiếp giáp cao hơn hoặc tắt màu hoặc cường độ thấp hơn hoặc bị thương để giảm đáng kể MTBF.

Cho dù nó có thể chịu đựng được một thời gian ngắn hay không trong một thời gian hay không thì không liên quan. Các chuyên gia hiểu mức độ căng thẳng làm giảm độ tin cậy, hoặc hiệu suất.

Nếu bạn không hiểu tại sao xếp hạng tối đa tuyệt đối tồn tại, đừng bỏ qua nó hoặc nghi ngờ nó hoặc khi bạn ít mong đợi nhất ... hmm, nó không hoạt động.

Một hướng dẫn kỹ thuật tôi đã thực hiện cho khách hàng vào năm 2005 trước khi tôi truy cập trang web để giải quyết các vấn đề về hàn và hàn gây ra lỗi 1% trường sau các khuyến nghị cải tiến quy trình của tôi.

bài viết nghiên cứu về ứng suất ngược điện áp trong điốt

Kiểm tra đố

Tại sao đây là một ý tưởng tồi?

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Vượt quá mức tối đa tuyệt đối từ các bảng dữ liệu không nhất thiết có nghĩa là thất bại thảm khốc ngay lập tức. Điều đó có nghĩa là bạn đã đi vào một khu vực mà nhà sản xuất không còn thấy phù hợp để đảm bảo rằng thiết bị sẽ hoạt động trở lại để xác định lại, trong phần còn lại của thiết bị.

Điều này có nghĩa là nó sẽ không thực hiện để spec? Không, nó có nghĩa là nhà sản xuất không còn đảm bảo rằng nó sẽ thực hiện để spec.

Ngoài ra, vì các thử nghiệm của bạn được thực hiện trên đèn LED của "sản xuất không rõ ràng", bạn không biết chúng được xếp hạng như thế nào.

Nói một cách đơn giản, áp dụng điện áp ngược cao cho đèn LED mới trong vài phút không phải là một thử nghiệm kết luận. Dòng điện ngược trong đèn LED tăng khi chúng già đi ( 1 ), và tôi hy vọng rằng điện áp sự cố cũng giảm theo. Vào cuối đời, nhiều đèn LED sẽ bị vỡ ở các giá trị điện áp ngược thấp hơn.

Nó sẽ làm giảm năng suất sản xuất một cách không cần thiết.

Khi bạn chỉ định điện áp đánh thủng cao hơn mức cần thiết (đối với sử dụng LED), bạn sẽ phải từ chối (hoặc bán dưới dạng khác) bất kỳ đầu ra sản xuất nào không đáp ứng thông số kỹ thuật đó nhưng hoạt động A-OK dưới dạng đèn LED. Trừ khi người dùng cần một đèn LED có thể thực hiện nhiệm vụ kép như một bộ chỉnh lưu, điều này sẽ chỉ làm tăng chi phí và / hoặc độ phức tạp của danh mục.