为什么LED有最大电流?

电器工程 引领 理论 物理
2022-01-29 01:37:54

所以我知道 LED 有一个最大电流(例如 20mA),但科学上这是为什么呢?

使用水的类比,似乎高压会弄乱某些东西(我喜欢把它想象成巨大的“压力”吹出管道或其他东西)。为什么电子流的速率会损坏某些东西?

4个回答

很难想出一个类比,因为电气系统的常见类比是流体系统。流体系统的一大优点是工作流体还擅长冷却物体,大多数人对流体系统的实际经验都涉及到加热不是很重要的流速。

所以让我们尝试一个不同的类比:一根绳子被拉过你手指的阻力。你的手指就是 LED,LED 的电压降类似于你手指两侧的绳子的张力差异。电流类似于拉线的速率。

绳子拉得太快会不会伤到手指?是的:我们称之为“绳索烧伤”。即使您调整手指的电阻以保持绳索上的恒定张力差异(无论其速度如何)也会发生这种情况(类似于 LED 的近似恒定电压降)。

原因是做功的速度以及产生的热量是手指施加在绳索上的力和绳索通过手指移动的速度的乘积。用力挤压或移动绳子太快可能会导致绳子烧伤。

“功率”或“能量率”称为功率对于机械系统,定义它的一种方法是力 (\$F\$) 和速度 (\$v\$) 的乘积:

$$ P = Fv $$

由于功率是能量的速率,因此它应该以单位时间的能量为单位。在 SI 单位中,即焦耳每秒,也称为瓦特因此,无论绳子移动得有多快,无论你的手指对它施加多大的力,你都在以每秒几焦耳的速度做功。这种能量不会消失:它会在绳索和你的手指中变成热量。一旦你超过了身体从指尖传递热量的能力,你的皮肤就会变得太热,你就会被烫伤。

电气系统的类比是功率是电压和电流的乘积:

$$ P = VI $$

\$V\$ 对于 LED 来说几乎是恒定的,但如果您将 \$I\$ 增加得足够多,您产生的热量就会比它向周围环境辐射的速度更快。LED 过热并损坏。

LED 上有几伏的正向电压降。这个电压降乘以电流就是器件中消耗的功率。它产生光,但也产生热量。杀死 LED 的是热量。

TL;DR:流动的电流会产生热量,而对于 LED,热量会杀死部件。

每当电子流过导体时,就会发生焦耳热这部分是因为真正的热量是什么,构成物体的粒子在四处移动,并且让电子通过它可以保证一些电子会碰撞到某物并将其能量转移到该粒子中,从而加热它。

当 LED 过载时,过度加热会导致脆弱的键合以及芯片本身发生变化。这些变化都不是建设性的,最终热量会破坏零件。对于 LED,它们会烧坏并可能会爆炸,而对于其他一些部件,它们可能会起火。

这是查看其他人所说的另一种方式:

电流转化为光的效率不是 100%,因此未转化为光的剩余能量是热量。

每个电子元件都有一个以开尔文/瓦特为单位测量的称为“热阻”的东西,它表示上面的“废能”以热量的形式从芯片中流出到 PCB(通常是 LED 的阴极)的难易程度。这是在数据表中指定的。

此外,每个电子元件都有一个最高结温 Tj,在该温度下它可以根据数据表中指定的其余参数进行操作。

有了这些信息,给定一个恒定的热阻 Rth,一个固定的最大额定功率 LED,Pdiss_max,以及一个不断增加的驱动 LED 的电源,将会发生的情况是您将结温驱动到其最大额定值以上并且可能会脱焊芯片内部的引线键合,使其无法操作。

好问题!