¿Por qué un LED tiene un voltaje máximo?

No hay límite en el voltaje, per se, que se utiliza para alimentar el circuito que impulsa el diodo. El diodo solo se preocupa por lo que el diodo puede ver, y no puede ver la caída de voltaje en la resistencia limitadora de corriente.

Dicho esto, en algún momento lo que te va a importar es el poder disipado a través de la resistencia, que es \ $ I ^ 2R \ $. Si desea mantener constante la corriente en el caso de que aumente la caída de voltaje requerida, R finalmente aumentará de tamaño y disipará demasiada energía. La potencia que corren las resistencias de los cables axiales del molino puede disiparse es de 1/4 vatios. Para una corriente de 20 mA, eso significa limitar la potencia a través de la resistencia a 1/4 vatio, no puede exceder los 625 ohmios, lo que significa que puede caer 12.5 voltios a lo máximo, y tiene una fuente de alimentación de aproximadamente 14.5V para un LED rojo. Es peor para las resistencias SMD de paquetes pequeños, que a menudo son de 1/8 Watt o menos. Si necesita más una caída de voltaje, tendría que cambiar a una resistencia con mayor potencia nominal, que puede ser físicamente grande, así como más cara.

En cuanto a por qué la tensión real a través del LED no cambia demasiado dramáticamente si se elige correctamente la resistencia limitadora de corriente, una forma conveniente de ver esto es con la técnica de "línea de carga". De enlace , (imagen de dominio público de Wikimedia):

Lalíneaconpendientenegativarepresentalaresistencia.Si\$V_D=0\$habría\$V_{DD}/R\$decorrienteatravésdelaresistencia,ysi\$V_D=V_{DD}\$,entoncesnohaycorrienteatravésdelaresistencia(comonohaycaídadevoltajeatravésdelaresistencia).Elcircuito"vive" en el punto de equilibrio donde la línea de la resistencia y la curva del diodo se intersecan, ya que DEBES tener la misma corriente a través del diodo y la resistencia. Tenga en cuenta que cambiar R y \ $ V_ {DD} \ $ menos que drásticamente no moverá este punto tanto como cree que podría ser en términos de la caída final de voltaje a través del diodo, debido a la inclinación de la curva del diodo.

El propósito de la resistencia en serie es acelerar la corriente a través del LED. El voltaje directo del LED entra en el cálculo de la resistencia limitadora de corriente.

$$ R = \ frac {V_ {cc} - V_f} {I_f} $$

No hay nada fundamentalmente incorrecto en el uso de un voltaje más alto si dimensiona la resistencia limitadora de corriente de manera adecuada para el voltaje. Al mismo tiempo, disipará más potencia en la resistencia limitante actual. Por lo tanto, necesitará una resistencia con suficiente potencia nominal.

En general, la corriente del diodo aumenta exponencialmente con el voltaje:

$$ I = e ^ {cU} $$

donde c es una constante según la geometría, el dopaje, la temperatura, etc.

Esta es la razón por la que un LED de alta potencia siempre debe ser impulsado por una corriente constante, y no por una fuente de voltaje constante. Pequeñas variaciones de c (por ejemplo, cambio de temperatura) o U causarían un cambio masivo en la corriente.

La resistencia en serie funciona porque su resistencia suele ser mucho mayor que la resistencia diferencial de un LED. Desde la perspectiva del LED, la fuente de voltaje y la resistencia se comportan como una fuente de corriente.

  

¿el voltaje de suministro es importante, siempre que se utilice el valor de resistencia de limitación de corriente calculado correctamente?

No. Los diodos son dispositivos actuales. Tienen una caída de voltaje que debe tener en cuenta en su circuito, pero son de corriente y, siempre que limite la corriente adecuadamente y enfríe el diodo si es necesario (para LED de alta potencia), entonces no hay límite de voltaje de alimentación .

El voltaje en el propio LED será la caída de voltaje del diodo, que dependerá un poco de la corriente a través del diodo, pero principalmente de la composición del diodo. La aplicación de un voltaje demasiado grande en los terminales del diodo (es decir, sin la limitación de corriente) dará como resultado una corriente por encima del límite del diodo, y dañará el LED.

Sin embargo, con la limitación de corriente adecuada, puede utilizar una fuente de alimentación de un millón de voltios para alimentar un LED. Aunque en ese momento tendrá que verificar el aislamiento adecuado entre los terminales de las distintas partes ...

Un LED tiene un "voltaje máximo" porque su resistencia disminuye drásticamente, al igual que en cualquier otro diodo, ya que su voltaje directo aumenta más allá de su rodilla, y este aumento en el voltaje a través del LED junto con el aumento de corriente a través de él. (debido a la disminución de su resistencia directa) aumenta la potencia que el LED debe disipar y, por lo tanto, su temperatura de funcionamiento. Luego, si se permite que la corriente a través de la unión del LED suba más allá de su calificación máxima absoluta, su vida útil se acortará y el humo mágico se escapará, tarde o temprano.

En el caso del CREE XP-G al que te refieres, he tomado el gráfico de corriente de Voltage VS Forward Forward de la hoja de datos y la superpone con el gráfico de Resistencia directa VS derivada derivada como se muestra a continuación. Más bien crudo porque no hice ningún ajuste de curva, pero es fácil ver el enorme cambio en la resistencia delantera para el pequeño cambio de 250 milivoltios en el voltaje directo de 2.5 a 2.75 voltios.

Debidoaestaextremasensibilidadalvoltajeydebidoaquelaubicacióndelarodilladeundiodonosepuedepredecircongrancerteza,losLEDgeneralmentenoestáncontroladosporfuentesdevoltajebrutas,sinoporfuentesdevoltajeconstanteodecorrientelimitadadiseñadasparanuncapermitirqueelproductodelacorrienteatravésdelLEDylatensióndisminuidaporelLEDexcedanlapotencianominaldelLED.

ParaLEDdealtapotencia,noeconómicoscomoelXP-G,sepuedeusarunafuentedecorrienteconstanteparaobtenerunabuenaventaja,yaquemantendrálacorrienteatravésdelLEDfijaindependientementedelasvariacionesenelLEDVfolaentradadevoltajealSuministrodecorrienteconstante.Sinembargo,lamayoríadelasveces,unaresistenciaseusaenserieconunafuentedevoltajeparalimitarlacorrienteatravésdelLED.

ElvalordelaresistenciasedeterminarestandoelVfmínimoespecificadodelLEDdelatensióndesalidamáximadelafuente,yluegodividiendoesadiferenciaporlacorrientedelLEDdeseada.Esaresistenciaaseguraráquenuncaseexcederáel"voltaje máximo" del LED, y se puede ver que no hay límite (bueno ...) al voltaje de fuente permitido ya que la resistencia eliminará todo lo que el LED no necesita .

Voy a cubrir el voltaje inverso máximo (a veces visto como el voltaje inverso) del diodo. El PIV es el voltaje en el cual la unión del diodo comienza a descomponerse cuando se polariza inversamente (es decir, el voltaje es inverso). Para la mayoría de los LED, es relativamente bajo (5V es típico; hice una búsqueda rápida y encontré 3 fabricantes diferentes que todos tenían 5V). Dependiendo de la fuente de alimentación, puede que no importe (una batería de bajo voltaje lo convierte en un punto relativamente discutible). Otras fuentes de alimentación, como los convertidores de CA / CC, pueden tener un alto voltaje con la polaridad opuesta del diseño durante un breve período de tiempo cuando la fuente o los dispositivos controlados, como los relés, se activan y desactivan. Por lo tanto, cualquier aplicación que tenga una fuente de alimentación superior a 5 V debe tener protección inversa para el LED. Este puede ser un diodo polarizado invertido en el LED para una protección simple u otras técnicas más avanzadas.