İleri diyot düşüşü vs LED'in ileri düşüşü

Diyottaki ileri voltaj düşüşünün her zaman yaklaşık 0.7 volt olduğu söylenir. LED de bir diyot, neden 3 Volt civarında daha büyük bir ileri voltaj düşüşü var?

Bu yüksek voltaj düşüşünü açıklayan LED modeli nedir?

Farklı yarı iletken kavşakların farklı ileri gerilimleri (ve ters kaçak akımları ve ters bozulma gerilimleri, vb.) Vardır. Aynı şey sadece germanyum, yaklaşık 0.3V. 1N4004 gibi bir PIN (p-tipi, içsel, n-tipi) güç diyotunun ileriye doğru düşmesi daha çok volt veya daha fazlasına benzer. Tipik bir 1A güç Schottky'nin ileri düşüşü, düşük akımlarda 0.3V gibi bir şeydir, tasarım çalışma akımları için daha yüksektir.

Bant boşluğunun bununla çok ilgisi var - germanyum, GaAs veya diğer LED malzemelerinden daha düşük bir bant boşluğuna sahip olan silikondan daha düşük bir bant boşluğuna sahiptir. Silikon karbür henüz daha yüksek bir bant boşluğuna sahiptir ve silikon karbür Schottky diyotları 2V gibi bir şeyin ileri damlalarına sahiptir (bu konuda numaramı kontrol edin).

Bant boşluğunun yanı sıra, kavşağın doping profilinin de bununla çok ilgisi vardır - Schottky diyot aşırı bir örnektir, ancak bir PIN diyotu genellikle bir PN'dan daha yüksek bir ileri düşüşe (ve ters arıza voltajına) sahip olacaktır. Kavşak noktası. LED ileriye doğru düşmeler kırmızı LED'ler için yaklaşık 1.5V ila mavi için 3 arasındadır - bu mantıklıdır, çünkü LED mekanizması temel olarak elektron başına bir foton üretmek içindir, bu nedenle voltlardaki ileri düşüşün enerjisine eşit veya daha fazla olması gerekir. elektron-voltta yayılan fotonlar.

Temelleri

Kimyasal tablodaki tüm malzemeler ve farklı kombinasyonların molekülleri benzersiz elektriksel özelliklere sahiptir. Ancak sadece 3 temel elektrik kategorisi vardır; iletken , izolatör (= dielektrik) ve yarı iletken . Bir elektronun yörünge yarıçapı enerjisinin bir ölçüsüdür, ancak bantlarda oluşan birçok elektron yörüngesinin her biri olabilir:

• birbirinden uzaklara yayılmış = izolatörler
• üst üste binme veya boşluk yok = iletkenler
• küçük boşluk = Yarı iletkenler .

Bu gibi tanımlanmıştır bir bant boşluk enerjisine olarak elektron volt veya eV .

Fizik Yasaları

Farklı malzeme kombinasyonlarının eV seviyesi, ışığın dalga boyunu ve ileri voltaj düşüşünü doğrudan etkiler. Dolayısıyla, ışığın dalga boyu doğrudan bu boşluk ve Planck Yasası tarafından tanımlanan kara cisim enerjisi ile ilgilidir.

Bu nedenle, düşük eV benzeri iletkenler, daha uzun dalga boyuna (ısı = Kızılötesi gibi) ve düşük ileri voltaj "Eşik" veya diz voltajına sahip düşük enerjili ışığa sahiptir; * 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)

Dopantlardan farklı alaşımlar farklı bant boşlukları ve dalga boyları ve Vf yapar.

Eski LED Teknolojisi

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

Burada, VI eğrisi ile Ge ila Sch ila Si düşük med akım diyotları, burada doğrusal eğim Rs = ΔVf / ΔIf'dir.

$R_s = \dfrac{k}{P_{max}}$

• Bu nedenle, 0.2 mm² çipli ve k = 1 olan 65mW 5mm'lik bir LED, ~ +% 25 / -% 10 toleranslı Rs = 1 / 65mW = 16 has değerine sahiptir, ancak daha eski olan veya reddedilenler +% 50 ve biraz daha büyük çiplere sahip daha iyi olanlardır. ~ 10Ω henüz ısı artışı için 5mm epoksi kasanın ısı yalıtımı ile sınırlıdır.
• ak = 0.25 ila 1 olan bir 1W SMD LED , S / P x by ile çarpan direncini Seri / Paralel ve Seri'deki sayıya göre voltajı ölçeklendiren Rs = 0.25 ila 1 have değerine sahip olabilir.

k benim yonga termal direnç ve verimlilik termal iletkenlik yanı sıra tasarımcının kurulu termal direnç ile ilgili satıcı kalite sabit.

Yine de k tipi. tüm diyotlar için sadece 1.5 (zayıf) ile 0.22 (en iyi) arasında değişir. Karttaki ısıyı ve eski Si kasaya monte edilmiş güç diyotlarını dağıtabilen ve ayrıca yeni SiC güç diyotlarında iyileştirilebilen yeni SMD LED'lerde daha iyi bulunur. Bu nedenle SiC, düşük akımda daha yüksek bir eV'ye sahiptir, bu nedenle yüksek voltajlı yüksek güç anahtarları için yararlı olan Si'den daha yüksek ters voltaj arızası.

Sonuç

$V_f=V_t+I_f*R_s$

$V_f=V_t+\dfrac{kI_f}{P_{max}}$

Ref

• https://en.wikipedia.org/wiki/Band_gap#List_of_band_gaps
• grafik http://www.oldradioworld.de/gollum/fig04.jpg
• eski LED'ler http://matse1.matse.illinois.edu/sc/f.html
• temel ilkeler http://matse1.matse.illinois.edu/sc/prin.html
• https://en.wikipedia.org/wiki/Planck 's_law
• Sonuç: 45 yıllık LED araştırmasından kendim

* 1

Veri sayfalarındaki Vf, bant aralığı ve iletim kaybını içeren önerilen akım derecesi olduğu için Vf'yi Vt olarak değiştirdim ancak Vt, nominal iletim kaybı Rs @ If içermiyor.

Tıpkı MOSFET'ler Vgs (th) = Vt = Id = x00uA, henüz çok yüksek Rds henüz yürütmeye başlıyor ve RdsOn'u almak için genellikle Vgs = 2 ila 2.5 x Vt olduğunda eşik voltajı.

istisnalar

Güç Diyotu MFG: Cree Silikon Karbür (SiC) 1700V PIV, @ 10A 2V @ 25'C 3.4 @ 175'C @ 0.5A 1V @ 25'C Pd max = 50W @ Tc = 110C ve Tj = 175'C

Yani Vt = 1V, Rs ¼ Ω, Vr = 1700V, k = ¼Ω * 50W = 12,5, 1.7kV PIV derecesi nedeniyle yüksektir.

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

  

Burada Vf'nin pozitif bir tempco var, PTC çoğu diyotun aksine Rs hala NTC olan bant aralığı senstive Vt'e hükmediyor. Bu, termal kaçak olmadan paralel istiflemeyi kolaylaştırır.

Öne eğimli bir kavşaktaki voltaj düşüşü malzeme seçimine bağlıdır. Ortak bir PN silikon diyotun yaklaşık 0.7V ileri voltajı vardır, ancak LED'ler farklı malzemelerden yapılır ve bu nedenle farklı ileri voltaj düşüşlerine sahiptir.