생각보다 LED가 더 낫습니까?

LED에 대한 기존의 지혜는 최대 역 전압 이 일반적으로 5V-8V 범위에서 상당히 제한적 이라고 말합니다 .$V_{R(max)}$

따라서 실험 목적으로 전류 제한 전원 공급 장치를 사용하여 LED를 제어 된 고장으로 가져오고 싶었습니다.

물론 실제 고장 전압이보고 된 보증 된 보다 다소 높을 것으로 예상했지만, 내가 찾은 결과를 기대할 수 없었습니다. 나는 다른 종류의 "el cheapo"브랜드가 아닌 중국 표시기 LED (3mm 및 5mm, 빨강, 녹색, 파랑, 노랑 및 흰색)를 사용해 보았으며 32V (내 전원이있는 곳)에서도 고장 지역에서 가져올 수 없었습니다. 공급이 최대에 도달했습니다!)$V_{R(max)}$

따라서 나는 내 가정을 다시 확인하고 싶었고 다른 제조업체 (예 : Vishay, Nichia, Kingbright, Fairchild, Cree)의 현재 장치 (표시기 및 조명 애플리케이션 용 표준 3mm 및 5mm LED)에 대한 많은 데이터 시트 (약 40 개)를 체계적으로 탐색했습니다. . 거의 모두 로보고 되었으며 일부 Vishay 장치는 6V로 평가되었습니다.$V_{R(max)}=5V$

나는 매우 당황했다. 제조업체는 보수적 인 경향이 있지만 25V를 초과하는 마진은 약간 높은 것으로 보입니다. 결국 (또는 이와 유사한 것)를 보장하면 LED가 유용한 응용 분야에 적합한 후보가되거나 회로 단순화가 가능할 수 있습니다 (예 : 저전압 역 스파이크로부터 LED를 보호 할 필요가 없음). 어쨌든, 그것은 마케팅 사람들이 자랑 할 수있는 목록의 또 다른 총알 일 것입니다!$V_{R(max)}=25V$

물론 내 테스트는 알 수없는 제조업체의 LED 12 개로 제한되었지만 평판이 좋은 소스의 LED보다 나을 수는 없다고 생각합니다. 아니면 지구상에서 그러한 기능을 가진 유일한 LED 상자를 찾은 일종의 역 머피의 법칙을 경험 했습니까?!?

질문 : 업계에서 알려진 것이 무엇입니까? 실제 장치가 훨씬 나아질 때 왜 가 낮은 LED를 계속 지정 합니까? 내가 뭔가를 그리워합니까?$V_{R(max)}$

편집하다

(실제로 설명을 제공하지 않은 의견 / 응답을 촉발했을 수있는 몇 가지 요점을 명확히하기 위해)

내가 이미 알고있는 것

• 데이터 시트에보고 절대 최대 정격 이상으로 응력이 있습니다 일반적으로 장치에 손상을, 그리고 것입니다 스트레스가 아니라 그 한계를 벗어난 경우에 치명적인 손상을 줄 수 있습니다.

• 최대 등급을 초과하면 제조업체에 아무것도 요구할 수 없습니다. 당신은 자신이 알 수없는 영역에 있습니다. 당신은 그를 고소하거나 불평 할 수 없습니다.

• 제정신 디자이너는 데이터 시트에 제공된 사양 이외의 디자인 부분을 사용하지 않습니다. 우수한 설계자는 부품이 명시된 최대 정격보다 훨씬 낮게 유지되도록합니다. 처음에 언급했듯이, 나는 의도적으로 알 수없는 땅에 들어가서 내 기대와 역 붕괴에 대한 지식을 검증하기 위해 실험 하고 있었습니다 .

내 가정 (아마도 틀렸다면 틀렸다면 이유 를 알고 싶습니다 )

• 모든 다이오드 최대 역 전압 정격의 주요 제한 요소는 항복 전압입니다. 다시 말해, 고장 (제너 또는 애벌 런치)이 발생할 때까지 원하는만큼 다이오드를 안전하게 역 바이어스 할 수 있습니다.

• 고장 자체는 파괴적이지 않습니다. 역전 류가 갑자기 증가하면 특히 높은 역 전압에서 소비 전력이 엄청나게 증가하므로 전류를 어떻게 든 제한하지 않으면 PN 접합이 파괴됩니다.

• LED 고장 메커니즘은 일반 실리콘 정류기 또는 제너와 같은 다른 PN 접합 다이오드와 다르지 않습니다.

• LED는 (제너와는 대조적으로) 고장으로 작동하도록 설계되지 않았기 때문에 BD 전압은 잘 지정된 매개 변수가 아니므로 제조 스프레드가 상당히 클 수 있습니다. 따라서 제조업체는 적절한 안전 마진을 선택하고이를 최대 역 전압으로 선언합니다.

• 약간의 안전 여유가 필요하지만 크지는 않습니다. IIRC, BD 전압은 도핑 레벨과 야금 접합의 형상에 따라 달라지며 순방향 바이어스시 다이오드 특성에 영향을줍니다. LED의 "유용한 사양"이 합리적으로 일관성이 있어야하는 경우, 도핑과 형상이 일치해야합니다. 따라서 BD 전압 값도 너무 넓게 퍼질 수 없습니다.

저를 당혹스럽게해서 LED가 고장으로 들어가는 것을 막는 것 이상의 문제가 있다고 생각하게 만들었습니다.

• 따라서 정격 최대 역 전압과 실제 BD 전압 (최소 + 400 %)의 차이가 큰 의미를 지니고 있으며 이에 대한 근거가 있어야합니다. 위의 가정을 감안할 때 동일한 모델의 LED가 BD 전압을 크게 확산시킬 수 있다고 믿을 수는 없습니다. 10V와 30V로 들어가는 다른 것 (수정되어야 함).

예, 이것은 널리 알려져 있습니다. 그것을 테스트 한 사람은 그것을 알고 있습니다. 다이 제조업체는 확실히 알고 있습니다.

그들은 5V 역 전압 이상으로 LED를 지정하지 않습니다. 판매를 크게 증가시킬 수는 없기 때문에 (즉, 그 기능이 거의 필요 하지 않기 때문에 ) 실제로 각 LED 유형과 견딜 수있는 전압 (일부 경우 12V, 아마도 다른 사람들에게는 80V). 또한 정량화가 필요하거나 완화하기 위해 LED 디자인의 변경이 필요한 장기적인 신뢰성 문제 가있을 수 있습니다.

5V 정격은 푸시 풀 드라이버가있는 5V 전원 공급 장치의 매트릭스에서 구동되는 LED가 경험하는 역 전압에서 비롯됩니다. 이는 의도적으로 LED를 역 바이어스하는 경우 중 하나입니다 (AC 입력 광 커플러의 백투백 LED 참조). 다른 LED 최악의 경우 순방향 전압 또는 약 -1.2V).

시장의 대부분이 요구하지 않기 때문에 지정되지 않은 (일반적인 데이터 또는 전혀 데이터가없는) 많은 매개 변수가 있습니다. 예를 들어, 역 베타, BJT의 Vbe 고장, 표시기 LED의 Vf 온도 계수.

일반 LED의 실제 기능은 핫 캐리어로 인해 LED에 점진적인 손상을 유발하는 역 바이어스 전압의 증거가 있습니다. 예를 들어 DOI 10.1109 / LED.2009.2029129는 -40V가 적용된 녹색 LED의 손상을 나타내므로 높은 역 전압 항복에 의존하는 것을 맹목적으로 설계하는 것은 현명하지 않습니다.

번개 폭풍 속에서 나무 아래 서서 살아남 았다면 중요한 의미가 있습니까? 이는 LED> -5V를 역 바이어스하는 것과 다소 비슷합니다.

그래프, 의례 ESD에 노출 된 역방향 및 순방향 바이어스에서 LED의 감도를 보여줍니다. Vr이 -5V 아래로 떨어지면 왼쪽에 훨씬 더 민감합니다.

(PD (Partial Discharge)와 BDV (Breakdown Voltage)에 관한 책을 쓸 수는 있지만이 편집을 더 짧게 유지하겠습니다.)

PN 접합이 역 바이어스되면 (구문 선 구름과 같은) 전하 구름은 결함이 이동성 전하 (오염물 입자) 인 곳에서 높은 전자장 전하 밀도를 생성하여 입자를 폭발시킬 경로를 형성하기 위해 가속된다 (PD에 의해) BDV 치명적인 사건이 발생하기 전에 장치를 "상처"하거나 (MVA 변압기 절연) 스 트리머 경로를 만듭니다. (예 : 번개처럼 조용함)

역 바이어스 된 LED를 제외하고 제가 추측하고있는 E-field는 5V / um 정도입니다 (거의 공기 스파크의 경우 5kV / mm와 같음). Er 상수가 약간 낮은 분자 불순물은 E-가 더 큽니다. 백색 LED가 작은 칩에서 -5V로 지정되는> | -10uA | 전류의 흐름에 의해 충전이 형성된다.

일화

내가 스카 버러의 변압기 공장에서 조사한 부상당한 5 MVA 배전 변압기는 $ m의 책임 문제가 있었지만 완벽한 전력 연구 성능 현장 테스트를 받았지만 BUT는 빈번한 용해 가스 (DGA) 분석으로 입증 된 수소 가스를 용해했습니다). 이 H2는 DIAC Relaxation 오실레이터와 같이 오일의 각 PD 이벤트에 의해 생성 된 후 잘 알려진 (해당 업계의 사람들에게) 폭발성 수준의 임계 값에 도달했습니다 (4 %는 낮은 폭발성 임계 값이므로 즉시 사용되었습니다) 서비스가 중단 된 후 근본 원인을 찾아 철저한 테스트를 수행하여이 유전체에서 예상되는 정상적인 23kV 전위에서 오염 문제를 해결했지만 16V / um보다 큰 입자에서 비정상적인 전자장을 일으켜 주변의 오일 분자가 방출 및 폭발하여 긴 CxHy 탄화수소H2를 방출하는 사슬 .

비슷하지만 다른 오염물 (질화물, 갈륨 인화물 및 비소의 정규 분포와 혼합)은 역 바이어스 된 PN 접합에서 비정상적인 전자장에 의해 가속되며 LED의 수명에 악영향을 미칩니다.

이 전하는 결함 및 누설 전류와의 관계를 보여 주지만 균질 한 오염 물질과 달리 상처가있는 접합부는 밀도가 높기 때문에 BDV는 예측할 수 없지만 많은 PN 접합 (Vbe 및 LED의 구조에 따라 응력 수준이 시작되는 위치는이 일반적인 고장 메커니즘을 나타냄)에서 예측할 수 있습니다. 다른 정도의 가속 감도로.

요약하자면 , 만약 PN 접합이 시험에서 바이어스를 역전시킬 수있는 더 높은 내성을 가지고 있다면, 그것이 여전히 상처를 입지 않았 음을 의미하는 것은 아니며, 백만 분율로 입자 오염 물질의 밀도가 더 낮다는 것을 의미합니다. 전하 가속은 오염 물질 밀도와 선형이 아니라 대수적입니다. 미세 또는 나노 크기의 손상을 폭발시키는 것은 충격 운동 에너지입니다.

편집 종료

역 바이어스시 전류는 일반적으로 RY의 경우 1µA, BGW 색상의 경우 10µA입니다.

역 바이어 싱이 극한의 마이크로 파워라고 생각하고 ESD 클램프가 없다면 경로가 MUCH DIFFERENT이기 때문에 100µW 정도의 정방형 바이어스 전류 100mW보다 제곱 마이크로 미터당 전력이 더 많다는 ESD 클램프가없는 경우를 상상해보십시오.

어느 방향으로나 전력이 제한되는 제너 다이오드와는 다릅니다. 밴드 갭이 갑자기 고장 나거나 부드럽게 나타날 수 있습니다.

따라서 스트레스는 보이지 않으며 접합부가 다르게 상처를 입습니다. 결과는 더 높은 접합 커패시턴스, 오프 컬러 또는 더 낮은 강도 또는 MTBF를 상당히 감소시키기 위해 상처를 입은 상태에서 볼 수 있습니다.

잠깐 동안 또는 잠시 동안 견딜 수 있는지 여부는 관련이 없습니다. 전문가들은 스트레스 수준이 안정성 또는 성능을 감소 시킨다는 것을 이해합니다.

절대 최대 등급이 존재하는 이유를 이해하지 못하는 경우이를 무시하거나 의심하지 않거나 예상치 못한시기에 ... 흠, 작동하지 않습니다.

현장 방문을 시작하기 전에 2005 년에 고객에게 제공 한 엔지니어링 가이드로서 프로세스 개선 권장 사항에 의해 나중에 수정 된 1 % 현장 고장을 일으키는 ESD 및 솔더 문제를 해결했습니다.

다이오드 역 전압 스트레스에 관한 연구 기사

퀴즈 테스트

왜 이것이 나쁜 생각입니까?

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

데이터 시트에서 절대 최대 값을 초과한다고해서 반드시 치명적인 오류가 발생한 것은 아닙니다. 즉, 장치 수명의 남은 기간 동안 장치가 다시 사양에 따라 성능을 보장 할 수 있도록 제조가 더 이상 적합하지 않은 지역에 들어갔다는 의미입니다.

이것이 사양에 따라 수행 되지 않음을 의미합니까 ? 아니요, 제조업체가 더 이상 사양대로 수행 할 것을 보증하지 않습니다.

또한, 테스트는 "무정 제 제조"LED에 대해 수행되었으므로 등급이 어떻게 평가되는지 모릅니다.

간단히 말해서 몇 분 동안 새로운 LED에 높은 역 전압을인가하는 것은 결정적인 테스트가 아닙니다. LED의 역전 류는 시간이 지남에 따라 증가하며 ( 1 ) 항복 전압도 감소 할 것으로 예상합니다. 수명이 다하면 더 많은 LED가 더 낮은 역 전압 값에서 차단됩니다.

불필요하게 생산 수율을 낮출 것입니다.

필요 이상으로 (LED 사용의 경우) 항복 전압을 지정하면 해당 사양을 충족하지 않지만 A-OK를 LED로 작동하는 생산 출력을 거부하거나 다른 등급으로 판매해야합니다. 사용자가 정류기로서 이중 듀티를 수행 할 수있는 LED가 필요하지 않으면 비용 및 / 또는 카탈로그 복잡성을 증가시킬뿐입니다.