Dettagli sulla tensione dei LED - Come conoscere la corrente di funzionamento
Spesso, un riparatore o un hobbista mette le mani su un LED senza documentazione tecnica. L'uso corretto dei dispositivi a semiconduttore richiede la conoscenza delle loro caratteristiche, altrimenti un rapido fallimento dell'elemento di emissione della luce è inevitabile. Anche se il parametro di controllo per i LED è la corrente, conoscere la tensione operativa è importante - se viene superata, la vita della giunzione p-n non durerà a lungo.
Come scoprire quale LED è nella lampada
L'opzione più semplice è se la lampada è completamente funzionale. In questo caso basta misurare la caduta di tensione attraverso uno qualsiasi degli elementi. Se uno o più elementi non si accendono quando si applica la corrente (o tutti), bisogna prendere un'altra strada.
Se la lampada è costruita con un circuito driver, la tensione di uscita è indicata sul driver come limite superiore e inferiore. Questo perché il driver stabilizza la corrente. Per fare questo, ha bisogno di cambiare la tensione entro certi limiti. La tensione reale dovrà essere misurata con un multimetro e assicurarsi che sia entro i limiti normali. Poi visivamente (dalle tracce del PCB) determinare il numero di catene parallele di LED nella matrice e il numero di elementi nella catena. Tensione dell'autista deve essere diviso per il numero di elementi collegati in serie. Se la tensione non è segnata sul driver, può essere misurata solo dalla tensione effettiva.
Se l'apparecchio è costruito con una resistenza di alimentazione e la sua resistenza è nota (o può essere misurata), la tensione del LED può essere determinata tramite calcolo. Per fare questo, è necessario conoscere la corrente di funzionamento. In questo caso è necessario calcolare:
- caduta di tensione attraverso il resistore - Uresistor=Irab*Rresistor;
- caduta di tensione sulla catena di LED - Uled=Upply - Uresistor;
- Dividere Uled per il numero di dispositivi nella catena.
Se Irab non è noto, si può supporre che sia 20-25 mA (il circuito di resistenze è usato per le lanterne a bassa potenza). La precisione sarà accettabile ai fini pratici.
Quanti volt è la tensione diretta del LED
Se studiate una caratteristica volt-ampere standard di un LED, noterete diversi punti caratteristici su di essa:
- Al punto 1 la giunzione p-n inizia ad aprirsi. Una corrente comincia a scorrere attraverso di essa e il LED comincia a brillare.
- Man mano che la tensione aumenta, la corrente raggiunge un valore operativo (in questo caso 20 mA) e al punto 2 la tensione è operativa per il LED, la luminosità diventa ottimale.
- Man mano che la tensione aumenta ulteriormente, la corrente cresce e raggiunge il suo valore massimo ammissibile al punto 3. Dopo di che fallisce rapidamente e la curva CVC cresce solo teoricamente (sezione tratteggiata).
Va notato che dopo la fine dell'inflessione e il raggiungimento della sezione lineare il CVC è più ripido, il che porta a due conseguenze:
- Con l'aumento della corrente (per esempio, quando il driver si guasta o non c'è la resistenza di zavorra) la tensione cresce debolmente, quindi possiamo parlare di una caduta di tensione costante alla giunzione p-n, indipendentemente dalla corrente di funzionamento (effetto di stabilizzazione);
- con un piccolo aumento di tensione la corrente cresce rapidamente.
Pertanto, non è possibile aumentare sensibilmente la tensione alla cella rispetto alla tensione di funzionamento.
Quanti volt si possono usare i LED
I parametri dei LED dipendono principalmente dal materiale della giunzione p-n, anche se alcune caratteristiche dipendono dal design. I valori tipici per la tensione di funzionamento e il colore della luminescenza per gli elementi a bassa potenza a 20 mA sono riassunti nella tabella:
| Materiale | Colore del bagliore | Gamma di tensione diretta, V |
|---|---|---|
| GaAs, GaAlAs | Infrarossi | 1,1 – 1,6 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Rosso | 1,5 – 2,6 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Arancione | 1,7 – 2,8 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Giallo | 1,7 – 2,5 |
| GaP, InGaN | Verde | 1,7 – 4 |
| ZnSe, InGaN | Blu | 3,2 – 4,5 |
| Fosforo | Bianco | 2,7 – 4,3 |
I LED di illuminazione ad alta potenza funzionano a correnti elevate. Il popolare chip LED 5730, per esempio, è progettato per il funzionamento continuo a una corrente di 150 mA. Ma a causa della ripida curva E-V che stabilizza la caduta di tensione, il suo Urab è di circa 3,2 V, che rientra nel valore indicato nella tabella.
Come trovare la tensione
Il metodo più ovvio per determinare la tensione di un dispositivo a semiconduttore è quello di utilizzare un alimentatore regolabile. Se l'alimentazione è regolata da zero e il controllo della corrente (o meglio ancora, la limitazione della corrente) è possibile, allora non serve altro.
È necessario collegare il LED alla fonte, osservando rigorosamente la polarità. Poi, la tensione deve essere aumentata delicatamente (fino a 3...3.5V). Ad una certa tensione il LED lampeggerà a piena potenza. Questo livello corrisponderà approssimativamente alla corrente di funzionamento, che può essere letta dall'amperometro. Se il dispositivo non ha un amperometro integrato, è altamente auspicabile monitorare la corrente con un misuratore esterno.
Questo metodo è applicabile agli strumenti ottici di gamma. Il bagliore dei LED UV e IR non è visibile all'occhio umano, ma in quest'ultimo caso è possibile monitorare l'accensione del LED tramite una fotocamera per smartphone. La comparsa di radiazioni infrarosse può essere monitorata con questo metodo.
Importante: non superare il limite di tensione di 3...3,5 V! Se il LED non si accende in queste condizioni, la polarità del dispositivo potrebbe essere errata. Può fallire a causa del superamento del limite di tensione inversa.
Se non è disponibile una fonte regolata, si può usare un normale alimentatore con un'uscita fissa, nota per essere superiore alla tensione prevista del LED. O anche una batteria da 9 V, ma solo un piccolo LED può essere testato. Un resistore deve essere saldato in serie all'elemento di emissione della luce in modo che la corrente nel circuito non superi il limite superiore. Se si suppone che il LED sia a bassa potenza e funzioni con una corrente non superiore a 20 mA, per una sorgente con una tensione di uscita di 12 V, la resistenza dovrebbe essere di circa 500 ohm. Se si usa un apparecchio di illuminazione ad alta potenza (per esempio la taglia 5730) con 150 mA (una batteria non fornirà sempre questa corrente), la resistenza dovrebbe essere di circa 10 Ohm. Collegare il circuito a una fonte di tensione continua, assicurarsi che il LED si accenda e misurare la caduta di tensione su di esso.
Ci sono anche modi alternativi per scoprire quanti Volts il LED è valutato per..
Usare un multimetro
Con alcuni multimetri, la tensione applicata ai terminali nella modalità di prova dei diodi è abbastanza alta da accendere il LED. Un tale misuratore può essere utilizzato per determinare la tensione di funzionamento del LED, mentre si controlla il pinout dell'elemento semiconduttore. Se collegato correttamente, la giunzione p-n comincerà a brillare e il tester mostrerà una certa resistenza (a seconda del tipo di LED). Il problema con questo metodo è che avrete bisogno di un secondo multimetro per misurare il valore U reale ai pin del LED. E un altro punto: è improbabile che la tensione di misurazione del multimetro sia sufficiente per portare il LED al suo punto di funzionamento attuale. Visivamente, questo può essere visto da un bagliore insufficientemente luminoso, mentre ai fini della misurazione significherà che il LED non ha raggiunto la parte lineare della IAC e la tensione operativa reale sarà più alta.
Per aspetto
La tensione di funzionamento può essere approssimativamente stimata dall'aspetto esterno e dal colore dei LED (a volte il colore può essere determinato anche senza alimentare il dispositivo). La tabella qui sopra può essere usata a questo scopo. Tuttavia, non è possibile determinare chiaramente la tensione dal colore del bagliore del LED. Spesso i produttori tingono il composto in modo che il colore di emissione della giunzione p-n si combini con il colore della lente per produrre una nuova tonalità. Inoltre, anche all'interno di uno stesso colore c'è una variazione dei parametri (vedi tabella) per i diversi tipi di LED. Per esempio, per un LED bianco, la differenza di tensione può essere più del 50%.
Come scoprire quanta corrente è prevista per il LED
Tutto ciò si applica ai LED convenzionali che funzionano senza componenti interni aggiuntivi. La tecnologia esistente permette l'incorporazione di componenti aggiuntivi. Per esempio, le resistenze di smorzamento. In questo modo si producono LED per tensioni più alte - 5, 12 o 220 V. Rilevare visivamente la tensione di accensione di questi dispositivi è quasi impossibile. Pertanto, c'è solo una strada da percorrere.
Se i metodi precedenti hanno fallito e sei sicuro che il LED è difettoso, dovresti provare ad applicargli una tensione più alta. Prima 5 V, poi aumentare la tensione a 12 V, se non c'è risultato - si può provare ad aumentare ulteriormente, fino a 220 В. Tuttavia, è meglio non sperimentare questa tensione, perché è pericolosa per le persone. Inoltre, in caso di errore si può distruggere l'alloggiamento del LED. Questo può causare una piccola esplosione, la fusione dell'isolamento dei fili, un incendio, ecc. Al giorno d'oggi, la tecnologia è avanzata e i LED non sono abbastanza costosi da rischiare la vostra attrezzatura e la vostra salute.
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