Mengapa LED memiliki arus maksimum?

14

Jadi saya mengerti bahwa LED memiliki arus maksimum (seperti 20mA misalnya), tetapi secara ilmiah mengapa demikian?

Menggunakan analogi air, sepertinya tegangan tinggi adalah benda yang akan mengacaukan sesuatu (saya suka menganggapnya seperti "tekanan" besar yang meledakkan pipa atau sesuatu). Mengapa laju aliran elektron merusak sesuatu?

led theory physics

— clabacchio
sumber

3

@ IgnacioVazquez-Abrams Apa? Tegangan setiap bit sama fisiknya seperti tekanan. Ini sebenarnya analogi yang sangat baik karena mereka masing-masing memiliki potensi fisik (energi per unit barang): tekanan dapat diukur dalam joule per meter kubik, dan tegangan dalam joule per coulomb.

— Phil Frost

9

Itulah arus minimum di mana asap ajaib memiliki energi yang cukup untuk melarikan diri.

— AE

Menempel dengan analogi pipa - bagaimana dengan laju aliran air yang menyebabkan gesekan pada pipa, memakai sisi ke bawah dan akhirnya menyebabkan putus - seperti sekering listrik?

— OJFord

"Mengapa LED memiliki arus maksimum?" membuat mereka terdengar luar biasa. Cukup banyak semuanya memiliki arus maksimum. (walaupun isolator lebih mudah digambarkan memiliki tegangan maksimum)

— MSalters

Semuanya memiliki arus maksimum, tegangan (... dan daya, dV / dt, dll.), Tetapi beberapa perangkat (atau elemennya) adalah "perangkat tegangan" (mis. Mikrokontroler, kapasitor, gerbang MOSFET) dan lainnya "perangkat saat ini" (mis. dioda, LED, BJT, sumber drain MOSFET). Jauh lebih informatif untuk menuliskan maksimum dalam istilah yang relevan dengan perangkat daripada "mengubahnya" menjadi sesuatu yang lain (mis. Igs (maks)? :P).

— Nick T

32

Sulit untuk memunculkan analogi karena analogi yang biasa untuk sistem kelistrikan adalah sistem fluida. Satu hal hebat tentang sistem fluida adalah fluida yang bekerja juga bagus dalam hal pendinginan, dan pengalaman praktis kebanyakan orang dengan sistem fluida melibatkan laju aliran di mana pemanasan tidak terlalu signifikan.

Jadi mari kita coba analogi yang berbeda: senar ditarik melalui perlawanan jari-jari Anda. Jari-jari Anda adalah LED, dan drop tegangan LED analog dengan perbedaan ketegangan tali di kedua sisi jari Anda. Arus analog dengan laju penarikan senar.

Apakah jari-jari Anda akan rusak jika tali ditarik terlalu cepat? Ya: kami menyebutnya "rope burn". Ini akan terjadi bahkan jika Anda menyesuaikan tahanan jari-jari Anda untuk mempertahankan perbedaan konstan pada tegangan pada tali terlepas dari kecepatannya (analog dengan penurunan tegangan LED yang konstan).

Alasannya adalah bahwa laju pekerjaan yang dilakukan, dan dengan demikian, panas yang dihasilkan, adalah produk dari gaya jari-jari Anda berlaku untuk tali dan tingkat di mana tali bergerak melalui jari-jari Anda. Anda bisa membakar tali dengan meremas terlalu keras, atau menggerakkan tali terlalu cepat.

"Tingkat kerja" atau "tingkat energi" disebut daya . Salah satu cara untuk mendefinisikannya, untuk sistem mekanis, adalah produk gaya ( ) dan kecepatan ( $F$ $v$ ):

P = F v

$P = Fv$

Karena daya adalah tingkat energi, ia harus dalam satuan energi per waktu. Dalam satuan SI, itu joule per detik, juga dikenal sebagai watt . Jadi, betapapun cepat tali itu bergerak, dan betapapun kuatnya jari-jari Anda menerapkannya, Anda melakukan pekerjaan dengan kecepatan beberapa joule per detik. Energi ini tidak bisa hilang: ia menjadi panas di tali dan jari-jari Anda. Setelah Anda melebihi kemampuan tubuh Anda untuk memindahkan panas dari ujung jari Anda, kulit Anda menjadi terlalu panas dan Anda terbakar.

Analogi untuk sistem kelistrikan adalah bahwa daya adalah produk dari tegangan dan arus:

P = V saya

$P = VI$

$V$ $I$

— Phil Frost
sumber

Jadi LED bisa rusak jika tegangannya sangat tinggi tetapi arusnya rendah?

6

Tegangan LED ditetapkan untuk beberapa volt. Jika Anda meningkatkan voltase di luar itu, arus akan meningkat untuk menyerap semua daya yang dapat diberikan oleh catu daya Anda - hingga ia terbakar dan menjadi insulator.

— PkP

1

@Mercfh Fungsi yang menghubungkan arus dan tegangan untuk resistor adalah hukum Ohm , dan ada beberapa model untuk dioda , tergantung pada seberapa akurat Anda perlu.

— Phil Frost

7

Jika Anda ingin tetap berpegang pada analogi air maka roda air atau turbin adalah model yang baik. Gerakkan air terlalu cepat dan Anda akan merusak bantalan (terlalu panas)

— slebetman

3

+1. Saya belum pernah mendengar analogi string / ketegangan sebelumnya, dan sangat menyukainya!

— Shamtam

16

Ada penurunan tegangan maju beberapa volt melintasi LED. Penurunan Tegangan ini kali Arus adalah Daya dihamburkan dalam perangkat. Ini menciptakan cahaya, tetapi juga panas. Panaslah yang membunuh LED.

— PkP
sumber

Jika Anda menjatuhkan LED standar di sumber tegangan sambil memegangnya di kepala, itu kadang-kadang menghasilkan panas yang cukup sebelum mati untuk terasa hangat. Jangan lakukan ini dengan LED daya tinggi!

— Warren Young

12

TL; DR: Arus yang mengalir menciptakan panas, dan untuk LED, panas membunuh bagian itu.

Setiap kali elektron mengalir melalui konduktor, pemanasan Joule terjadi. Ini sebagian karena apa sebenarnya panas itu, partikel-partikel yang membentuk objek yang bergerak di sekitar, dan memiliki elektron yang melewatinya menjamin bahwa beberapa elektron akan bertabrakan menjadi sesuatu dan energinya ditransfer ke dalam partikel itu, memanaskannya.

Ketika LED kelebihan beban pemanasan berlebihan akan menyebabkan ikatan rapuh dan mati itu sendiri berubah. Tak satu pun dari perubahan itu yang konstruktif dan akhirnya panas menghancurkan bagian itu. Untuk LED mereka terbakar dan mungkin meledak terpisah, untuk beberapa bagian lain mereka dapat terbakar.

— Maxthon Chan
sumber

2

Berikut cara lain untuk melihat apa yang dikatakan orang lain:

Konversi arus menjadi cahaya tidak 100% efisien, sehingga sisa energi yang tidak dikonversi menjadi cahaya adalah panas.

Setiap komponen elektronik memiliki sesuatu yang disebut "tahan panas" diukur dalam derajat Kelvin / Watt yang mengatakan betapa mudahnya "energi limbah" di atas keluar dari cetakan ke PCB (biasanya katoda untuk LED) sebagai panas. Ini ditentukan dalam lembar data.

Selain itu, setiap komponen elektronik memiliki suhu persimpangan maksimum, Tj di mana ia dapat beroperasi sesuai dengan sisa parameter yang ditentukan dalam lembar data.

Dengan informasi ini, mengingat ketahanan termal yang konstan, Rth, LED peringkat daya maksimum tetap, Pdiss_max, dan sumber daya yang terus meningkat menggerakkan LED, yang akan terjadi adalah Anda akan menggerakkan suhu persimpangan di atas peringkat maksimum dan kemungkinan de-solder ikatan kawat dari dalam chip, membuatnya tidak bisa dioperasikan.

Pertanyaan bagus!

— cowboydan
sumber

1

Hanya ada jumlah tertentu yang bisa ditangani oleh ukuran material itu. Ambil filamen misalnya. Ukuran yang tepat untuk bersinar tetapi tidak terbakar. Itu sedang dibanjiri dengan listrik, hanya ada begitu banyak yang bisa ditangani sebelum terbakar. Sama dengan LED. Tergantung pada jumlah dan jenis bahan.

— Kenny Hawkins
sumber

Sejauh ini benar sejauh yang saya kira, saya pikir tidak ada gunanya memikirkannya dalam hal ukuran. Lead pada LED 3mm standar mungkin memiliki arus sekering 20-30 amp. LED bertenaga tinggi tidak jauh lebih besar dari yang standar; terutama, ia memiliki heat sink yang lebih baik. Ukuran hanya berkorelasi longgar dengan kapasitas penanganan saat ini.

— Warren Young

Membandingkan LED yang menyala dengan filamen pijar menyiratkan bahwa mereka mungkin memiliki teori operasi yang sama, padahal kenyataannya, mereka sebalik mungkin. Pada suhu tetap, dioda adalah non-linear, sedangkan filamen (mengabaikan efek parasit) murni linier. Selain itu, filamen memiliki koefisien termal negatif, dan umpan balik negatif ini memungkinkan operasi yang stabil pada rentang tegangan. Sebaliknya, semikonduktor umumnya memiliki koefisien termal positif, dan menunjukkan pelarian termal ketika diberi energi berlebih.

— bcrist

1

Semua jawaban yang bagus. Saya hanya ingin menambahkan bahwa jika tidak ada rekombinasi non-radiatif dalam LED, maka akan ada jauh lebih sedikit panas dan satu dapat mendorong lebih banyak arus sebelum memanas ... (Bayangkan LED efisiensi tinggi baru)

— George Herold
sumber

0

Sebenarnya saya menemukan analogi air cukup efektif. Sebuah pipa akan pecah jika sejumlah besar air akan mengalir ke dalamnya. Lebih khusus, itu akan meleleh karena cairan yang mengalir menghasilkan sejumlah kecil panas seperti bahan lainnya

— Gianluca Ghettini
sumber