Являются ли светодиоды лучше, чем мы думаем?

Традиционная мудрость о светодиодах говорит, что их максимальное обратное напряжение \ $ V_ {R (max)} \ $ довольно ограничено, как правило, в диапазоне 5V-8V.

Итак, для экспериментов я хотел привести светодиод в контролируемый пробой, используя мой ток-источник питания.

Конечно, я ожидал, что фактическое напряжение пробоя будет несколько выше, чем заявленное гарантированное \ $ V_ {R (max)} \ $, но я никогда не ожидал результата, который я нашел. Я пробовал с помощью различных светодиодных индикаторов «el cheapo» с китайскими индикаторами (3 мм и 5 мм, красный, зеленый, синий, желтый и белый), и я не мог привести их в зону пробоя даже на 32 В (где моя сила расход достиг своего максимального значения!)

Поэтому я хотел дважды проверить мои предположения, и я систематически просматривал многие технические данные (около 40) существующих устройств (стандартные 3 мм и 5 мм светодиоды для приложений с индикатором и освещением) от разных производителей (например, Vishay, Nichia, Kingbright, Fairchild, Cree). Почти все из них сообщили о \ V_ {R (max)} = 5V \ $, причем некоторые устройства Vishay рассчитаны на 6 В.

Я был очень озадачен. ОК, производители, как правило, консервативны, но маржа> 25 В показалась слишком высокой. В конце концов, гарантирование a \ $ V_ {R (max)} = 25V \ $ (или что-то в этом роде) может сделать светодиоды хорошими кандидатами для некоторых полезных приложений или упростить схемы (например, нет необходимости защищать светодиоды от обратного напряжения спайки). Во всяком случае, это была бы еще одна пуля в списке, о котором могли бы похвастаться маркетинговые люди!

Конечно, мой тест был ограничен дюжиной светодиодов неизвестного производителя, но я полагаю, они не могут быть лучше, чем у авторитетных источников. Или я испытал какой-то закон об обратном Мерфи, где я нашел единственную коробку светодиодов на планете с такой особенностью?!?

Вопрос (ы): Я нахожу то, что известно в этой отрасли? Почему они продолжают указывать светодиоды с таким низким значением a \ $ V_ {R (max)} \ $, когда фактические устройства кажутся намного лучше? Я что-то пропустил?

ИЗМЕНИТЬ

(чтобы прояснить некоторые моменты, которые, возможно, вызвали комментарии /ответы, которые на самом деле не дали мне объяснений, которые я хотел бы получить)

Вещи, которые я уже знаю

  • Напряжения, превышающие абсолютные максимальные значения, указанные в таблице данных могут повредить устройство, и обычно будет повреждать его, если напряжения находятся значительно ниже этих пределов. р>

  • Когда вы превышаете эти максимальные рейтинги, вы не можете требовать от производителя ничего. Вы сами по себе на неизвестной территории. Вы не можете ни судиться с ним, ни жаловаться.

  • Ни один здравомыслящий дизайнер не использовал бы часть своего дизайна за пределами спецификаций, приведенных в таблице данных. Хорошие дизайнеры будут следить за тем, чтобы часть оставалась значительно ниже заявленных максимальных оценок. Как я уже говорил в начале, я экспериментировал , , намеренно входя в неизвестную землю, чтобы проверить мои ожидания и мои знания об обратном пробое.

Мои предположения (возможно, неправильные, и если они ошибочны, я хотел бы знать why )

  • Основным ограничивающим фактором для любого номинального напряжения обратного напряжения диода является его пробивное напряжение. Другими словами, вы можете безопасно отменить смещение диода так сильно, как хотите, до тех пор, пока не начнется пробой (либо зенер, либо лавина).

  • Разрушение само по себе не является разрушительным. Резкое увеличение обратного тока приводит к огромному увеличению рассеиваемой мощности, особенно при высоких обратных напряжениях, поэтому PN-соединение будет разрушено, если вы каким-либо образом не ограничите ток.

  • Механизм пробоя светодиодов не отличается от механизма других диодов PN-перехода, таких как обычные кремниевые выпрямители или Zeners.

  • Поскольку светодиоды не разработаны (в отличие от Zeners) для работы при пробое, напряжение BD не является хорошо заданным параметром, поэтому производственный спрэд может быть довольно большим. Поэтому производители выбирают подходящий запас прочности и заявляют, что в качестве максимального обратного напряжения.

  • Хотя требуется некоторый запас прочности, он не может быть огромным. IIRC, напряжение BD зависит от уровней легирования и геометрии металлургического перехода, и эти параметры также влияют на характеристики диода при прямом смещении. Если «полезные спецификации» светодиода должны быть достаточно согласованными, то должны быть легирование и геометрия; поэтому значения напряжения BD не могут быть слишком разбросаны.

Что меня озадачило и заставило меня думать, что есть больше проблем, кроме защиты светодиода от входа в пробой

  • Значительная разница между номинальным максимальным обратным напряжением и фактическим напряжением BD (не менее + 400%) должна означать что-то и должна иметь обоснование. Учитывая предположения выше, я не могу поверить, что одна и та же модель светодиодов может иметь большое напряжение BD, т. Е. Я не могу поверить, что один и тот же процесс (даже в разных партиях) может дать одну часть, которая входит в разбивку, скажем, 10V и еще один, который входит в него на 30V (я стоюисправлено).
49 голосов | спросил Lorenzo Donati 3 AMpTue, 03 Apr 2018 05:08:45 +030008Tuesday 2018, 05:08:45

5 ответов


33

Да, это широко известно. Любой, кто его протестировал, знает это. Производители умирают, конечно же, знают об этом.

Они не указывают светодиоды для более чем 5 В обратного напряжения, потому что это не приведет к значительному увеличению продаж (т. е. очень немногие нуждаются в этой возможности ) и потребует от них фактического рассмотрения каждого типа светодиодов и того, что которое может выдержать (возможно, 12 В для некоторых, возможно, 80 В для других). Также могут быть долгосрочные проблемы надежности , которые потребуют количественной оценки или, возможно, изменения дизайна светодиодов для смягчения.

Рейтинг 5V исходит от обратного напряжения, испытываемого светодиодом, приводимым в матрицу от источника питания 5 В с помощью двухтактных драйверов, что является одним из немногих случаев, когда вы намеренно меняете смещение светодиода (спина к спине в AC- входные оптопары видят прямое напряжение другого наихудшего светодиодного светодиода или около -1,2 В).

Существует множество параметров, которые не определены (типичные данные или вообще отсутствуют данные) или только слабо указаны, потому что основная часть рынка не требует этого. Например, обратная бета, разбивка по Vbe на BJT, температурный коэффициент Vf на индикаторных светодиодах.


Что касается фактической возможности обычных светодиодов, есть свидетельства обратного напряжения смещения, вызывающего постепенное повреждение светодиода из-за горячих носителей. Например, DOI 10.1109 /LED.2009.2029129 указывает на повреждение зеленых светодиодов при использовании -40В, поэтому было бы неразумно слепо проектировать что-то, что зависело от высокого напряжения обратного напряжения.

 введите описание изображения здесь>> </a> </p></div>
					 
						<div class=

ответил Spehro Pefhany 3 PMpTue, 03 Apr 2018 16:59:33 +030059Tuesday 2018, 16:59:33
24

Если вы стоите под деревом в грозе, и вы выжили, значит ли это что-то значимое? Это похоже на обратное смещение светодиода> -5V.

 введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> <a href= График, любезно предоставленный Это показывает чувствительность светодиодов как при обратном, так и в прямом смещении, подверженных воздействию ОУР. Примечание ниже, что он намного более чувствителен к левому, когда Vr опускается ниже -5 В

 введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p>  (Я мог бы написать книгу на тему частичного разряда (PD) и напряжения пробоя (BDV), но я буду держать это редактирование короче;)  </p>

<hr>
<p> В случае, когда PN-соединение обратное смещение облака заряда (например, кучево-дождевое облако) создает высокую плотность заряда E-поля, где дефекты представляют собой подвижные заряды (частицы-загрязнители), которые ускоряются, образуя путь, который будет либо детонировать частицы ( от PD) и «намотать» устройство (даже изоляцию трансформатора MVA) или создать дорожку до катастрофического события BDV. (например, молнии, но молчание) </p>

<blockquote>
  <p> За исключением обратного смещенного светодиода, E-поле, которое я предполагаю, имеет порядок 5 В /мкм (например, 5 кВ /мм для почти искры в воздухе. Тогда молекулярные примеси со слегка более низкой константой Er будут иметь большее E-поле и заряжать его, чем его сосед. Заряд, создаваемый потоком тока> | -10uA |, в котором белые светодиоды специфицированы на -5В в небольших микросхемах. </p>
</blockquote>

<H2> Анекдотические </h2>

<p> Раненный распределительный трансформатор 5 МВА, который я исследовал на трансформаторном заводе в Скарборо, имел проблему с обязательствами в размере $ m, но у него была отличная полевая проверка эффективности исследования мощности, но был растворен водородный газ, доказанный частым анализом растворенного газа (DGA)). Этот H2 генерировался каждым событием PD в масле, как и осциллятор релаксации DIAC, а затем достиг известного (для тех, кто в этой отрасли) пороговых уровней взрывчатых веществ (4% - нижний порог взрываемости, поэтому он был быстро взят после чего я провел исчерпывающее тестирование, чтобы найти Корневую причину и устранить проблему загрязнения из нормальных потенциалов 23 кВ, ожидаемых в этом диэлектрике, но вызвал аномальные поля E в частицах> 16 В /м, вызывая разрядку и детонацию молекул масла вокруг нее, таким образом, длинные CxHy углеводородные цепи  , высвобождающие H2. </p>

<p> <strong> Подобный, но различный загрязнитель (смешанный с нормальным распределением нитрида, галлия фосфида и мышьяка) ускоряется аномальными E-полями в обратном смещенном PN-соединении и отрицательно сказывается на ожидаемой продолжительности жизни светодиодов. </strong> </p>

<p>  Этот заряд показывает взаимосвязь с дефектами и током утечки, но раневое соединение плотно, в отличие от однородных загрязнений, поэтому BDV непредсказуем, но известно, где уровень напряжения начинается для многих PN-переходов (Vbe и светодиоды, хотя и различны в конструкция демонстрирует этот общий механизм отказа с разной степенью ускоренной чувствительности.  </p>

<p> <strong> Итак, чтобы суммировать </strong>, если PN-переход имеет более высокий толерант к обратному смещению от тестирования, это не означает, что он все еще не ранен, просто он имеет меньшую плотность загрязняющих частиц в частях на миллион. Ускорение заряда не является линейным с плотностью загрязняющих веществ, а скорее логарифмическим. Это кинетическая энергия удара, которая детонирует микро- или наноразмерный ущерб. </p>

<h2> end edit </h2>

<p> При обратном смещении ток оценивается обычно 1Â ÂμA для RY и 10Â ÂμA для цветов BGW. </p>

<p> Представьте себе, что обратное смещение является экстремальной микроэнергетикой и измеряет его, и если нет зажима ESD, то что-то порядка 100 ÂμW имеет большую мощность на квадратный микрометр, чем прямой смещенный ток 100 мВт на квадратный миллиметр, потому что путь МНОГО РАЗЛИЧНО. </p>

<p> Это не похоже на стабилитрон, ограниченный мощностью в любом направлении. Полоса пробелов может внезапно терпеть неудачу или мягко. </p>

<p> Таким образом, стресс невидим и по-разному ранит переходы. Результат можно увидеть с более высокой емкостью соединения или с нечеткой или меньшей интенсивностью или ранеными, чтобы значительно уменьшить MTBF. </p>

<p> Может ли он выдержать это ненадолго или какое-то время или нет, не имеет значения. Эксперты понимают, что уровень стресса снижает надежность или производительность. </p>

<p> Если вы не понимаете, почему существуют абсолютные максимальные оценки, не игнорируйте их или не сомневайтесь в этом или когда вы меньше всего этого ожидаете ... хм, он не работает. </p>

<p> Инженерное руководство, которое я сделал клиенту в 2005 году, прежде чем я отправился на сайт, чтобы решить проблемы с ESD и пайкой, вызвав 1% отказов полей, исправленных позже нашими рекомендациями по улучшению процесса.
<a href = введите описание изображения здесь>> </a>
<a href= введите описание изображения здесь

статья исследования на обратный стресс напряжения в диодах

Тест на перенос

Почему это плохая идея?

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

ответил Tony EE rocketscientist 3 AMpTue, 03 Apr 2018 05:21:18 +030021Tuesday 2018, 05:21:18
11

Превышение абсолютных максимумов из листов данных не обязательно означает немедленный катастрофический сбой. Это означает, что вы попали в регион, для которого производство больше не считает нужным гарантировать, что устройство будет когда-либо выполнять спецификации снова в течение оставшейся части срока службы устройства.

Означает ли это, что не будет выполнять спецификацию? Нет, это означает, что производитель больше не гарантирует, что он будет выполнять спецификации.

Кроме того, поскольку ваши тесты были выполнены на светодиодах «некачественного производства», вы не представляете, как они оцениваются.

ответил Scott Seidman 3 PMpTue, 03 Apr 2018 15:18:23 +030018Tuesday 2018, 15:18:23
6

Проще говоря, применение высокого обратного напряжения для новых светодиодов в течение нескольких минут не является убедительным тестом. Обратный ток в светодиодах увеличивается с возрастом ( 1 ), и я бы ожидайте, что напряжение пробоя также уменьшится. К концу их жизни больше светодиодов будет ломаться при более низких значениях обратного напряжения.

ответил Dmitry Grigoryev 3 PMpTue, 03 Apr 2018 18:01:23 +030001Tuesday 2018, 18:01:23
3

Это излишне снизило бы производственный доход.

Как только вы укажете напряжение пробоя выше, чем необходимо (для использования светодиодов), вам придется отклонить (или продать в качестве другого класса) любой выпуск продукции, который не соответствует этой спецификации, но в противном случае работает A-OK в качестве светодиода , Если пользователю не нужен светодиод, который может выполнять двойную функцию в качестве выпрямителя, это только повысит стоимость и /или сложность каталогов.

ответил rackandboneman 3 PMpTue, 03 Apr 2018 22:03:31 +030003Tuesday 2018, 22:03:31

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132