Pourquoi une LED a-t-elle une tension maximale?

Lors de l'alimentation d'un circuit LED simple (source d'alimentation CC, LED, résistance), la tension d'alimentation est-elle importante, tant que la valeur de résistance de limitation de courant correctement calculée est utilisée?

En d'autres termes, y a-t-il / pourrait-il y avoir quelque chose d'intrinsèquement mauvais en alimentant une LED avec 12V ou 24V tant que j'utilise la bonne résistance, connaissais la tension directe de la LED, connaissais le courant maximum et le calculais en utilisant quelque chose comme ça , alors que j'aurais pu alimenter la même LED avec une alimentation 3,5V connaissant les mêmes variables et utilisant le même site web?

Je suppose qu'il y a une limite à la quantité maximale de tension à utiliser pour la LED ici ... quand je regarde le tableau des caractéristiques électriques du CREE XP-G par exemple, il montre le courant en fonction de la tension, avec tension commençant à environ 2,5 V à 0 mA, atteignant un maximum à environ 3,25 V à 1 500 mA (le courant maximal auquel la LED est évaluée, comme décrit dans le tableau des caractéristiques du même document.

Après 3,25 V, le graphique représente le courant approchant assez rapidement de l'infini.

Je suppose que cela se rapporte à ma question, je suis simplement curieux de savoir comment tout cela est lié. Je suis sûr que ce sont tous les trucs de base de la loi d'Ohm, j'apprécierais juste une clarification des mathématiques au travail.

Il n'y a pas de limite sur la tension, en soi, que vous utilisez pour alimenter le circuit qui pilote la diode. La diode ne se soucie que de ce que la diode peut voir, et elle ne peut pas voir la chute de tension à travers la résistance de limitation de courant.

$I^2R$. Si vous voulez garder le courant constant en cas de chute de tension requise croissante, alors R finira par devenir gros et il dissipera trop de puissance. La puissance que les résistances de fil axial du moulin peuvent dissiper est de 1/4 watt. Pour un courant de 20 mA, cela signifie limiter la puissance à travers la résistance à 1/4 watt, vous ne pouvez pas dépasser 625 ohms, ce qui signifie que vous pouvez laisser tomber au maximum 12,5 volts à travers elle, et vous êtes plafonné à une alimentation d'environ 14,5 V pour une LED rouge. C'est pire pour les résistances CMS de petit format, qui sont souvent 1/8 Watt ou moins. Si vous avez besoin de plus d'une chute de tension, vous devrez changer pour une résistance nominale de puissance plus élevée, qui peut devenir physiquement grande, ainsi que plus chère.

Quant à savoir pourquoi la tension réelle aux bornes de la LED ne change pas de manière trop spectaculaire si le choix de la résistance de limitation de courant est approprié, une façon pratique de voir cela est la technique de la "ligne de charge". De http://i.stack.imgur.com/1cUKU.png , (Image du domaine public de Wikimedia):

$V_D = 0$$V_{DD}/R$$V_D = V_{DD}$$V_{DD}$ moins que dramatiquement ne bougera pas ce point autant que vous le pensez en termes de chute de tension finale à travers la diode, en raison de la pente de la courbe de diode.

Le but de la résistance série est d'étrangler le courant à travers la LED. La tension directe de la LED entre dans le calcul de la résistance de limitation de courant.

Il n'y a rien de fondamentalement mauvais à utiliser une tension plus élevée si vous dimensionnez la résistance de limitation de courant de manière appropriée pour la tension. Dans le même temps, vous dissiperez plus de puissance sur la résistance de limitation de courant. Ainsi, vous aurez besoin d'une résistance avec une puissance nominale suffisante.

En général, le courant de diode augmente de façon exponentielle avec la tension:

où c est une constante en fonction de la géométrie, du dopage, de la température, etc.

C'est la raison pour laquelle une LED haute puissance doit toujours être entraînée par un courant constant et non par une source de tension constante. De minuscules variations de c (par exemple, un changement de température) ou U entraîneraient un changement massif de courant.

La résistance série fonctionne, car sa résistance est généralement beaucoup plus élevée que la résistance différentielle d'une LED. Du point de vue de la LED, la source de tension plus la résistance se comporte comme une source de courant.

la tension d'alimentation importe-t-elle tant que la valeur de résistance de limitation de courant correctement calculée est utilisée?

Non. Les diodes sont des appareils actuels. Ils ont une chute de tension que vous devez prendre en compte dans votre circuit, mais ils sont alimentés en courant et tant que vous limitez le courant de manière appropriée et refroidissez la diode si nécessaire (pour les LED haute puissance), il n'y a pas de limite de tension d'alimentation .

La tension à la LED elle-même sera la chute de tension de la diode, qui dépendra un peu du courant traversant la diode, mais surtout de la composition de la diode. L'application d'une tension trop élevée aux bornes de la diode (c'est-à-dire sans limitation de courant) entraînera un courant supérieur à la limite de la diode et endommagera la LED.

Avec la limitation de courant appropriée, vous pouvez utiliser une alimentation d'un million de volts pour alimenter une LED. Bien qu'à ce stade, vous devrez vérifier l'isolation adéquate entre les bornes des différentes pièces ...

Une LED a une "tension maximale" car sa résistance diminue considérablement - comme dans toute autre diode - lorsque sa tension directe est augmentée au-delà de son genou, et cette augmentation de la tension à travers la LED couplée à l'augmentation du courant qui la traverse (en raison de la diminution de sa résistance directe) augmente la puissance que la LED doit dissiper et donc sa température de fonctionnement. Ensuite, si le courant passant par la jonction de la LED dépasse le maximum absolu, sa durée de vie sera raccourcie et la fumée magique s'échappera tôt ou tard.

Dans le cas du CREE XP-G auquel vous avez fait référence, j'ai pris le tracé de tension directe VS courant actuel de la fiche technique et l' ai recouvert avec le tracé dérivé de tension directe VS résistance directe comme indiqué ci-dessous. Plutôt grossier parce que je n'ai fait aucun ajustement de courbe, mais il est facile de voir l'énorme changement de résistance directe pour le petit changement de 250 millivolts de la tension directe de 2,5 à 2,75 volts.

En raison de cette extrême sensibilité à la tension et parce que l'emplacement du genou d'une diode ne peut pas être prévu avec une grande certitude, les LED ne sont généralement pas entraînées par des sources de tension brutes, mais par des sources de courant constant ou à courant limité conçues pour ne jamais permettre au produit du courant à travers la LED et la tension a chuté par la LED pour dépasser la puissance nominale de la LED.

Pour les LED haute puissance et peu coûteuses comme le XP-G, une alimentation en courant constant peut être utilisée à bon escient car elle maintiendra le courant à travers la LED fixe quelles que soient les variations de la LED Vf ou de l'entrée de tension du courant constant la fourniture. Le plus souvent, cependant, une résistance est utilisée en série avec une source de tension afin de limiter le courant à travers la LED.

La valeur de la résistance est déterminée en soustrayant le Vf minimum spécifié de la LED de la tension de sortie maximale de la source, puis en divisant cette différence par le courant de LED souhaité. Cette résistance garantira que la "tension maximale" de la LED ne sera jamais dépassée, et vous pouvez voir qu'il n'y a pas de limite (enfin ...) à la tension de source autorisée car la résistance se débarrassera de tout ce dont la LED n'a pas besoin .

Je vais couvrir la tension inverse de crête (parfois considérée comme la tension inverse) de la diode. Le PIV est la tension à laquelle la jonction de diode commence à se rompre lorsqu'elle est polarisée en inverse (c'est-à-dire que la tension est inversée). Pour la plupart des LED, il est relativement faible (5V est typique - j'ai fait une recherche rapide et trouvé 3 fabricants différents qui avaient tous 5V). Selon la source d'alimentation, cela peut ne pas avoir d'importance (une batterie basse tension en fait un point relativement discutable). D'autres sources d'alimentation telles que les convertisseurs AC / DC peuvent avoir une tension élevée avec la polarité opposée de conception pendant un bref instant lorsque la source ou les appareils contrôlés tels que les relais sont allumés et éteints.
Par conséquent, toute application qui a une source d'alimentation supérieure à 5 V devrait avoir une protection inverse pour la LED. Cela peut être une diode polarisée inversée à travers la LED pour une protection simple ou d'autres techniques plus avancées.