LED'ler düşündüğümüzden daha mı iyi?

LED'ler hakkında geleneksel bilgelik, maksimum geri voltajlarının genellikle 5V-8V aralığında oldukça sınırlı olduğunu söylüyor .$V_{R(max)}$

Bu nedenle, deneme amaçlı olarak, mevcut sınırlı güç kaynağımı kullanarak bir LED'i kontrollü bir arızaya sokmak istedim.

Tabii ki gerçek arıza geriliminin bildirilen garantili den biraz daha yüksek olmasını bekledim, ancak bulduğum sonucu beklemiyordum. Farklı türlerde "el cheapo" marka Çin göstergeli LED'lerle (3mm ve 5mm, kırmızı, yeşil, mavi, sarı ve beyaz) denedim ve arıza bölgesine 32V'da bile (güçlülüğümde) getiremedim arz maksimuma ulaştı)!$V_{R(max)}$

Bu yüzden varsayımlarımı iki kez kontrol etmek istedim ve farklı üreticilerin (örn. Vishay, Nichia, Kingbright, Fairchild, Cree) pek çok veri sayfasını (yaklaşık 40) mevcut cihazın (hem gösterge hem de aydınlatma uygulamaları için standart 3mm ve 5mm LED'ler) sistematik olarak taradım. . Neredeyse hepsi 6V olarak derecelendirilen bazı Vishay cihazlarıyla bir bildirdi .$V_{R(max)}=5V$

Çok şaşırmıştım. Tamam, üreticiler muhafazakar olma eğilimindedir, ancak> 25V'lik bir marj biraz fazla yüksek görünüyordu. Sonuçta, bir (veya bunun gibi bir şeyi) garanti etmek, LED'leri bazı faydalı uygulamalar için iyi adaylar yapabilir veya devre basitleştirmelerine izin verebilir (örneğin, LED'leri düşük voltajlı ters sivirmelerden korumaya gerek yoktur). Her neyse, bu, pazarlama çalışanlarının övünebileceği başka bir kurşun olurdu!$V_{R(max)}=25V$

Tabii ki sınavım bilinmeyen üreticiden bir düzine LED ile sınırlıydı, ancak saygın kaynaklardan daha iyi olamayacaklarını düşünüyorum. Yoksa böyle bir özelliği olan gezegendeki tek LED kutuyu bulduğum bir tür ters Murphy yasasını mı deneyimledim?

Soru (lar): Sektörde bilinen bir şey mi buluyorum? Gerçek cihazlar çok daha iyi göründüğü zaman neden kadar düşük LED'leri belirlemeye devam ediyorlar ? Bir şey mi özledim?$V_{R(max)}$

DÜZENLE

(Bana gerçekten almak istediğim açıklamaları vermeyen yorum / cevaplar veren bazı noktaları açıklığa kavuşturmak için)

Bildiğim şeyler

• Veri sayfasında bildirilen mutlak maksimum değerlendirmesi ötesinde Gerilmeler olabilir genellikle aygıta zarar ve olacaktır gerilmeler de bu sınırların ötesine ise zarar.

• Bu maksimum puanları aştığınızda üreticiden hiçbir şey talep edemezsiniz. Bilinmeyen bölgede kendi başınasınız. Ne onu dava ne de şikayet edemezsiniz.

• Aklı başında hiçbir tasarımcı, tasarımında veri sayfasında belirtilen özelliklerin dışında bir parça kullanmaz. İyi tasarımcılar, parçanın belirtilen maksimum derecelendirmelerin altında kalmasını sağlayacaktır. Başlangıçta belirttiğim gibi, deneyimlerim vardı , beklentilerimi ve tersine arıza hakkındaki bilgimi doğrulamak için bilerek bilinmeyen bir ülkeye girdim .

Varsayımlarım (muhtemelen yanlış; eğer yanlışsa nedenini bilmek isterdim )

• Herhangi bir diyot maksimum ters voltaj değeri için ana sınırlayıcı faktör, bozulma voltajıdır. Başka bir deyişle, bir diyodu, arıza (Zener veya çığ) devreye girene kadar istediğiniz kadar güçlü bir şekilde tersine çevirebilirsiniz.

• Bozulma başlı başına yıkıcı değildir. Ters akımdaki ani artış, özellikle yüksek ters voltajlarda, harcanan güçte muazzam bir artışa neden olur, bu nedenle akımı bir şekilde sınırlandırmadığınız sürece PN kavşağı tahrip olur.

• LED'lerin bozulma mekanizması, normal silikon doğrultucular veya Zenerler gibi diğer PN bağlantı diyotlarından farklı değildir.

• LED'ler (Zeners'in aksine) bozulmayacak şekilde tasarlanmadığından, BD gerilimi iyi tanımlanmış bir parametre değildir, bu nedenle üretim yayılımı oldukça büyük olabilir. Bu nedenle üreticiler uygun bir güvenlik marjı seçerler ve bunu maksimum ters voltaj olarak ilan ederler.

• Bazı güvenlik marjları gerekli olmasına rağmen, çok büyük olamaz. IIRC, BD gerilimi, doping seviyelerine ve metalurjik kavşağın geometrisine bağlıdır ve bu parametreler, ileri eğimli olduğunda diyot özelliklerini de etkiler. LED'in "kullanışlı özellikleri" makul ölçüde tutarlı olmak zorundaysa, doping ve geometri; dolayısıyla BD voltaj değerleri çılgınca yayılamaz.

Beni şaşırtan ve bir LED'in bozulmaya karşı korunmasının ötesinde daha fazla sorun olduğunu düşündürmemi sağladı.

• Bu yüzden, nominal maksimum ters voltaj ve gerçek BD voltaj (en az% + 400) arasındaki büyük fark, bir anlam ifade etmeli ve arkasında bir mantık olmalıdır. Yukarıdaki varsayımlar göz önüne alındığında, aynı LED modelinin o kadar büyük bir BD gerilim yayılımına sahip olabileceğine inanamıyorum, yani aynı işlemin (farklı gruplar arasında bile) parçalanmaya giren bir parçayı verebileceğine inanamıyorum. 10V ve 30V'a giren başka biri (düzeltilmeye hazırım).

Evet, bu yaygın olarak bilinir. Bunu test etmiş olan herkes bunu biliyor. Kalıp üreticileri kesinlikle bunu biliyor.

5V'den fazla ters voltaj için LED'leri belirtmezler, çünkü satışları ölçülebilir bir şekilde artırmaz (yani, bu kapasiteye çok az ihtiyaç duyar ) ve her bir LED türünü ve hangi voltajın dayanabileceğini (belki 12 V diğerleri için belki 80V). Ayrıca, azaltılması için niceliklendirme veya LED tasarımında değişiklik yapılması gereken uzun vadeli güvenilirlik sorunları olabilir.

5V değeri, bir LED'i kasıtlı olarak önyargılı bıraktığınızdan birkaç kez biri olan itmeli-çekmeli sürücülere sahip bir 5V beslemeden matriks ile tahrik edilen bir LED tarafından yaşanan ters voltajdan gelir (AC giriş optokuplörlerinde arka arkaya LED'ler, bkz. diğer LED'lerin ileri voltajı en kötü durum veya -1,2V civarındadır).

Belirtilmeyen birçok parametre vardır (tipik veriler veya hiç veri yok) veya yalnızca piyasada çok fazla talep bulunmadığından, gevşek olarak belirtilmiş. Örneğin, ters beta, BJT'lerde Vbe arızası, gösterge LED'lerinde Vf sıcaklık katsayısı.

Sıradan LED'lerin gerçek kabiliyetinin ne olduğu kadarıyla, sıcak taşıyıcılar nedeniyle LED'in kademeli olarak zarar görmesine neden olan ters ön gerilim voltajı kanıtı vardır. Örneğin, DOI 10.1109 / LED.2009.2029129, -40V uygulanmış yeşil LED'lere zarar verdiğini gösterir, bu nedenle yüksek ters voltaj bozulmasına bağlı bir şeyi kör bir şekilde tasarlamak akıllıca olmaz.

Şimşek fırtınasında bir ağacın altında durursanız ve hayatta kalırsanız, bu önemli bir şey ifade ediyor mu? Bu bir LED'i -5V'a ters çevirmek gibi bir şey.

Grafik, izniyle Bu, LED'lerin ESD'ye maruz kalan hem ileri hem de önyargıdaki hassasiyetini gösterir. Aşağıda, Vr -5V altına düştüğünde sola daha duyarlı olduğunu not edin

(Kısmi Deşarj (PD) ve Arıza Gerilimi (BDV) konusunda bir kitap yazabilirim, ancak bu düzenlemeyi daha kısa tutacağım;)

Bir PN kavşağı ters eğilimli olduğunda, bir şarj bulutu (bir cumulonimbus bulutu gibi), kusurların ya parçacıkları (PD ile) patlatacak bir yol oluşturmak üzere hızlandırılmış hareketli yükler (kirletici parçacıklar) olduğu yüksek bir E-alanlı yük yoğunluğu yaratır ve cihazı ("MVA trafo izolasyonu bile)" sarmak veya BDV felaket olayından önce bir flama yolu oluşturmak. (örneğin yıldırım gibi ama sessiz)

Ters önyargılı bir LED dışında, tahminimce E-alanı 5V / um büyüklüğündedir (neredeyse bir kıvılcım için 5kV / mm gibi). O zaman biraz daha düşük bir Er sabitine sahip moleküler kirlilikler daha büyük bir E - değerine sahip olacaktır. Alan ve komşusundan daha fazla şarj: Beyaz LED'lerin küçük yongalarda -5V'de verildiği akım akımının> | -10uA |

anekdot

Scarborough'daki bir transformatör fabrikasında araştırdığım bir yaralı 5 MVA dağıtım transformatörü, bir milyon dolarlık sorumluluk problemine sahipti, ancak mükemmel bir güç çalışması performans alanı testine sahipti, ancak BUT sık sık çözünmüş gaz (DGA) analizi ile kanıtlanmış Hidrojen gazını çözdü. Bu H2, bir DIAC Gevşeme osilatörü gibi, yağdaki her PD olayı tarafından üretildi ve sonra iyi bilinen (o sektördeki kişiler için) patlayıcı seviyelerinin eşiğine ulaştı (% 4 daha düşük Patlayıcı eşik olduğu için derhal alındı. hizmet dışı kaldıktan sonra, Kök Sebebini bulmak ve bu problemi gidermek için normal 23kV potansiyellerden kaynaklanan kirlenme problemini gidermek için kapsamlı testler yaptım ancak 16V / um parçacıklarda anormal E alanlarının oluşmasına neden oldu, bunun sonucunda yağ moleküllerinin deşarjına neden oldu. uzun CxHy hidrokarbonH2'yi serbest bırakan zincirler .

Benzer ancak farklı bir kirletici madde (normal Nitride, Gallium Phosphide ve Arsenic dağılımı ile karıştırılır), ters taraflı bir PN bağlantısında anormal E-alanlar tarafından hızlandırılır ve LED'in yaşam süresini olumsuz yönde etkiler.

Bu yük, kusurlar ve kaçak akımla ilişkisini gösterir, ancak yaralı bir kavşak homojen kirletici maddelerin aksine yoğundur, bu nedenle BDV öngörülemezdir, ancak gerilme seviyesinin birçok PN kavşağı için başladığı yer bilinir (Vbe ve LED'ler, yapımda bu farklı arıza mekanizmasını farklı görmelerine rağmen) farklı derecelerde hızlandırılmış hassasiyet.

Özetle , eğer bir PN kavşağı testten ters eğilime karşı toleransı daha yüksekse, hala yaralanmadığı anlamına gelmez, sadece milyonda parçalar halinde daha düşük partikül kirletici yoğunluğuna sahip olduğu anlamına gelmez. Yükün hızlanması kirletici yoğunluğu ile doğrusal değil, logaritmiktir. Mikro veya nano boyutlu hasarı patlatan etki kinetik enerjidir.

düzenlemeyi bitir

Ters önyargılı olduğunda akım, RY için genellikle 1 µA ve BGW renkleri için 10 µA olarak derecelendirilir.

Ters eğilmenin aşırı mikro güç olduğunu ve ölçün ve ESD kelepçesinin olmaması durumunda, 100 theW'lık bir mertebede kare mikrometre başına bir güce sahip olduğu için ESD kelepçesinin olmaması durumunda, kare çok farklı olduğundan 100 mW'lık ön gerilimli akımdan daha fazla güce sahip olduğunu düşünün.

Her iki yönde de güçle sınırlı bir Zener diyotu gibi değil. Bant boşlukları aniden başarısız veya yumuşak olabilir.

Bu yüzden stres görünmez ve kavşakları farklı şekilde yaralar. Sonuç, MTBF'yi önemli ölçüde azaltmak için daha yüksek bir kavşak kapasitansı veya açık renk veya daha düşük yoğunluk veya yara ile görülebilir.

Kısaca veya bir süre dayanabileceği veya kontamayacağı önemli değil. Uzmanlar stres seviyesinin güvenilirliği veya performansı azalttığını anlıyorlar.

Mutlak maksimum derecelendirmenin neden mevcut olduğunu anlamıyorsanız, onu görmezden gelmeyin veya şüphe etmeyin ya da en azından beklediğiniz zaman ... hmm, işe yaramıyor.

Müşteriye ESD'yi çözmek için saha ziyaretine çıkmadan önce 2005 yılında müşteriye yaptığım bir mühendislik kılavuzu ve daha sonra süreç iyileştirme önerilerim tarafından düzeltilen% 1 alan arızasına yol açan sorunların çözümü.

Diyotlarda Gerilim Gerilimi Stresi Üzerine Araştırma Makalesi

Diğer bilgiler testi

Bu neden kötü bir fikir?

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Veri sayfalarından mutlak maksimum değerlerin aşılması, mutlaka acil felaket başarısızlığı anlamına gelmez. Bu, cihazın kullanım ömrünün geri kalanında, cihazın bir daha tekrarlanmayacağını garanti etmek için üretimin artık uygun olmadığı bir bölgeye girdiğiniz anlamına gelir.

Bu o demek olmaz spec gerçekleştirmek? Hayır, üreticinin şartnameye göre yerine getireceğini garanti etmediği anlamına gelir.

Ayrıca, testleriniz "bilinmeyen üretim" LED'lerinde yapıldığından, bunların nasıl derecelendirildiği hakkında hiçbir fikriniz yoktur.

Basitçe söylemek gerekirse, birkaç dakika boyunca yeni LED'lere yüksek ters voltaj uygulamak kesin bir test değildir. LED'lerdeki ters akım yaşlandıkça artar ( 1 ) ve arıza geriliminin de düşmesini beklerdim. Ömrü sona erdiğinde, daha fazla LED düşük voltaj değerlerinde kırılır.

Gereksiz yere üretim verimini düşürür.

Gerektiğinden daha yüksek (LED kullanımı için) bir arıza gerilimi belirledikten sonra, bu spesifikasyonu karşılamayan ancak A-OK'yi bir LED olarak çalışan herhangi bir üretim çıkışını reddetmeniz (veya farklı bir sınıf olarak satmanız) gerekir. Kullanıcının, redresör olarak iki katı görev yapabilen bir LED'e ihtiyacı olmadığı sürece, bu yalnızca maliyet ve / veya katalog karmaşıklığını artırabilir.