Details zur LED-Spannung - Wie man den Betriebsstrom kennt
Oft bekommt ein Mechaniker oder Bastler eine LED ohne technische Dokumentation in die Hände. Der richtige Einsatz von Halbleiterbauelementen erfordert die Kenntnis ihrer Eigenschaften, da sonst ein schneller Ausfall des lichtemittierenden Elements unvermeidlich ist. Obwohl der wichtigste Parameter für LEDs der Strom ist, ist es wichtig, die Betriebsspannung zu kennen - wird sie überschritten, ist die Lebensdauer des p-n-Übergangs nicht lang.
So finden Sie heraus, welche LED in der Lampe ist
Am einfachsten ist es, wenn die Lampe voll funktionsfähig ist. In diesem Fall müssen Sie nur den Spannungsabfall über einem der Elemente messen. Wenn eines oder mehrere der Elemente nicht aufleuchten, wenn der Strom eingeschaltet wird (oder alle), müssen Sie einen anderen Weg einschlagen.
Wenn die Lampe mit einer Treiberschaltung ausgestattet ist, wird die Ausgangsspannung auf dem Treiber als Ober- und Untergrenze angegeben. Das liegt daran, dass der Treiber den Strom stabilisiert. Dazu muss er die Spannung innerhalb bestimmter Grenzen verändern. Die tatsächliche Spannung muss mit einem Multimeter gemessen werden, um sicherzustellen, dass sie innerhalb der normalen Grenzen liegt. Bestimmen Sie dann visuell (anhand der Leiterbahnen) die Anzahl der parallelen LED-Ketten in der Matrix und die Anzahl der Elemente in der Kette. Spannung des Fahrers sollte durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Elemente geteilt werden. Wenn die Spannung nicht auf dem Treiber angegeben ist, kann sie nur anhand der tatsächlichen Spannung gemessen werden.
Wenn die Leuchte mit einem Vorschaltwiderstand ausgestattet ist und dessen Widerstand bekannt ist (oder gemessen werden kann), kann die LED-Spannung durch Berechnung ermittelt werden. Dazu müssen Sie den Betriebsstrom kennen. In diesem Fall ist eine Berechnung erforderlich:
- Spannungsabfall über dem Widerstand - UWiderstand=Irab*Widerstand;
- Spannungsabfall an der LED-Kette - Uled=Upply - Uresistor;
- Teilen Sie Uled durch die Anzahl der Geräte in der Kette.
Wenn Irab nicht bekannt ist, kann man davon ausgehen, dass er 20-25 mA beträgt (die Widerstandsschaltung wird für Laternen mit geringer Leistung verwendet). Die Genauigkeit wird für praktische Zwecke akzeptabel sein.
Wie viel Volt beträgt die Durchlassspannung der LED?
Wenn Sie eine Standard-Volt-Ampere-Kennlinie einer LED untersuchen, werden Sie mehrere charakteristische Punkte feststellen:
- Am Punkt 1 beginnt sich der p-n-Übergang zu öffnen. Es beginnt ein Strom zu fließen und die LED beginnt zu leuchten.
- Mit zunehmender Spannung erreicht der Strom einen Betriebswert (in diesem Fall 20 mA) und bei Punkt 2 ist die Spannung für die LED in Betrieb, die Helligkeit wird optimal.
- Wenn die Spannung weiter ansteigt, nimmt auch der Strom zu und erreicht bei Punkt 3 seinen maximal zulässigen Wert. Nach diesem Punkt versagt sie schnell und die CVC-Kurve wächst nur noch theoretisch (gestrichelter Abschnitt).
Es ist zu beachten, dass nach dem Ende der Kurve und dem Erreichen des linearen Abschnitts die CVC steiler wird, was zwei Konsequenzen hat:
- Mit steigendem Strom (z. B. wenn der Treiber ausfällt oder kein Ballastwiderstand vorhanden ist) steigt die Spannung nur schwach an, so dass man von einem konstanten Spannungsabfall am p-n-Übergang sprechen kann, unabhängig vom Betriebsstrom (Stabilisierungseffekt);
- Bei einer geringen Erhöhung der Spannung steigt der Strom schnell an.
Daher ist es nicht möglich, die Spannung an der Zelle gegenüber der Betriebsspannung spürbar zu erhöhen.
Wie viele Volt LEDs verwendet werden können
Die Parameter von LEDs hängen hauptsächlich vom Material des p-n-Übergangs ab, wenngleich einige der Eigenschaften auch vom Design abhängen. Typische Werte für die Betriebsspannung und die Lumineszenzfarbe für Low-Power-Elemente bei 20 mA sind in der Tabelle zusammengefasst:
| Material | Glühende Farbe | Gleichspannungsbereich, V |
|---|---|---|
| GaAs, GaAlAs | Infrarot | 1,1 – 1,6 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Rot | 1,5 – 2,6 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Orange | 1,7 – 2,8 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Gelb | 1,7 – 2,5 |
| GaP, InGaN | Grün | 1,7 – 4 |
| ZnSe, InGaN | Blau | 3,2 – 4,5 |
| Phosphor | Weiß | 2,7 – 4,3 |
Hochleistungs-LEDs arbeiten mit hohen Strömen. Der beliebte LED-Chip 5730 beispielsweise ist für einen Dauerbetrieb mit einem Strom von 150 mA ausgelegt. Aber wegen der steilen E-V-Kurve, die den Spannungsabfall stabilisiert, liegt sein Urab bei etwa 3,2 V, was innerhalb des in der Tabelle angegebenen Wertes liegt.
So finden Sie die Spannung
Die naheliegendste Methode zur Bestimmung der Spannung eines Halbleiterbauelements ist die Verwendung eines einstellbaren Netzteils. Wenn die Stromversorgung von Null an geregelt wird und eine Stromregelung (oder besser noch eine Strombegrenzung) möglich ist, dann ist nichts weiter erforderlich.
Es ist erforderlich, dass die LED anschließen zur Quelle, unter strikter Einhaltung der die Polarität. Als nächstes sollte die Spannung leicht erhöht werden (bis zu 3...3,5 V). Bei einer bestimmten Spannung blinkt die LED mit voller Leistung. Dieser Wert entspricht in etwa dem Betriebsstrom, der auf dem Amperemeter abgelesen werden kann. Wenn das Gerät nicht über ein integriertes Strommessgerät verfügt, ist es sehr wünschenswert, den Strom mit einem externen Messgerät zu überwachen.
Diese Methode ist auf optische Entfernungsmesser anwendbar. Das Leuchten von UV- und IR-LEDs ist für das menschliche Auge nicht sichtbar, aber im letzteren Fall ist es möglich, das Einschalten der LED über eine Smartphone-Kamera zu überwachen. Mit dieser Methode kann das Auftreten von Infrarotstrahlung überwacht werden.
Wichtig: Überschreiten Sie nicht die Spannungsgrenze von 3...3,5 V! Wenn die LED unter diesen Bedingungen nicht aufleuchtet, ist die Polarität des Geräts möglicherweise falsch. Es kann zu einem Ausfall kommen, weil die Rückspannungsgrenze überschritten wird.
Steht keine geregelte Quelle zur Verfügung, kann ein gewöhnliches Netzteil mit festem Ausgang verwendet werden, das bekanntermaßen höher als die erwartete Spannung der LED ist. Oder sogar eine 9-V-Batterie, aber nur eine kleine LED kann getestet werden. Damit der Strom in der Schaltung den oberen Grenzwert nicht überschreitet, muss ein Widerstand in Reihe mit dem lichtemittierenden Element gelötet werden. Wenn man davon ausgeht, dass die LED stromsparend ist und mit einem Strom von nicht mehr als 20 mA betrieben wird, sollte der Widerstand bei einer Quelle mit einer Ausgangsspannung von 12 V etwa 500 Ohm betragen. Wenn eine Hochleistungsleuchte (z. B. Größe 5730) mit 150 mA verwendet wird (eine Batterie wird diesen Strom nicht immer liefern), sollte der Widerstand etwa 10 Ohm betragen. Schließen Sie die Schaltung an eine Gleichspannungsquelle an, vergewissern Sie sich, dass die LED leuchtet, und messen Sie den Spannungsabfall an der LED.
Es gibt auch andere Möglichkeiten, um herauszufinden, wie viele Spannungen, für die die LED ausgelegt ist..
Verwendung eines Multimeters
Bei einigen Multimetern ist die an die Klemmen angelegte Spannung im Diodentestmodus hoch genug, um die LED zu zünden. Mit einem solchen Messgerät lässt sich die Betriebsspannung der LED ermitteln und gleichzeitig die Pinbelegung des Halbleiterelements überprüfen. Bei korrektem Anschluss beginnt der p-n-Übergang zu leuchten und das Prüfgerät zeigt einen gewissen Widerstand an (je nach Art der LED). Das Problem bei dieser Methode ist, dass Sie ein zweites Multimeter benötigen, um den tatsächlichen U-Wert an den Pins der LED zu messen. Und noch etwas: Die Messspannung des Multimeters reicht wahrscheinlich nicht aus, um die LED in ihren aktuellen Betriebspunkt zu bringen. Optisch macht sich dies durch ein nicht ausreichend helles Leuchten bemerkbar, während es für die Messung bedeutet, dass die LED den linearen Teil des IAC nicht erreicht hat und die tatsächliche Betriebsspannung höher ist.
Nach Aussehen
Die Betriebsspannung lässt sich anhand des äußeren Erscheinungsbildes und der Farbe der LEDs grob abschätzen (manchmal lässt sich die Farbe sogar ohne Einschalten des Gerätes bestimmen). Zu diesem Zweck kann die obige Tabelle verwendet werden. Aus der Leuchtfarbe der LED lässt sich die Spannung jedoch nicht eindeutig bestimmen. Häufig färben die Hersteller die Verbindung so ein, dass sich die Emissionsfarbe des p-n-Übergangs mit der Farbe der Linse verbindet und einen neuen Farbton erzeugt. Darüber hinaus gibt es selbst innerhalb einer Farbe unterschiedliche Parameter (siehe Tabelle) für die verschiedenen LED-Typen. Bei einer weißen LED zum Beispiel kann der Spannungsunterschied mehr als 50 % betragen.
So finden Sie heraus, für wie viel Strom die LED ausgelegt ist
All dies gilt für herkömmliche LEDs, die ohne zusätzliche interne Komponenten arbeiten. Die vorhandene Technologie ermöglicht den Einbau zusätzlicher Komponenten. Zum Beispiel Dämpfungswiderstände. Auf diese Weise werden LEDs für höhere Spannungen - 5, 12 oder 220 V - hergestellt. Die visuelle Erkennung der Zündspannung solcher Geräte ist fast unmöglich. Es gibt also nur einen Weg.
Wenn die vorherigen Methoden fehlgeschlagen sind und Sie sicher sind, dass die LED defekt ist, sollten Sie versuchen, eine höhere Spannung an die LED anzulegen. Zunächst 5 V, dann erhöhen Sie die Spannung auf 12 V, wenn es kein Ergebnis gibt - können Sie versuchen, weiter zu erhöhen, bis zu 220 В. Es ist jedoch besser, nicht mit solchen Spannungen zu experimentieren, da sie für Menschen gefährlich sind. Außerdem können Sie im Falle eines Fehlers den Körper der LED zerstören. Dies kann eine kleine Explosion, das Schmelzen der Drahtisolierung, einen Brand usw. verursachen. Heutzutage hat sich die Technologie weiterentwickelt und LEDs sind nicht mehr so teuer, dass Sie Ihre Ausrüstung und Ihre Gesundheit riskieren müssten.
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