LED-Spannung im Detail - So ermitteln Sie den Betriebsstrom
Oftmals fallen LEDs ohne Vorlage einer technischen Dokumentation in die Hände eines Handwerkers oder eines Funkamateurs. Für den richtigen Einsatz von Halbleiterbauelementen ist es notwendig, deren Eigenschaften zu kennen, da sonst der frühzeitige Ausfall des lichtemittierenden Elements unvermeidlich ist. Obwohl der Steuerparameter für eine LED der Strom ist, ist es wichtig, die Betriebsspannung zu kennen - wenn sie überschritten wird, wird die Lebensdauer des p-n-Übergangs kurz sein.
So finden Sie heraus, welche LED in der Lampe steckt
Am einfachsten ist es, wenn die Lampe voll funktionsfähig ist. In diesem Fall müssen Sie nur den Spannungsabfall an einem der Elemente messen. Wenn beim Anlegen der Spannung ein oder mehrere Elemente nicht leuchten (oder alle), müssen Sie in die andere Richtung gehen.
Wenn die Lampe nach dem Schema mit einem Treiber gebaut ist, wird die Ausgangsspannung auf dem Treiber in Form von Ober- und Untergrenzen angezeigt. Dies liegt daran, dass der Treiber den Strom stabilisiert. Dazu muss er die Spannung in gewissen Grenzen verändern.Die tatsächliche Spannung muss mit einem Multimeter gemessen und sichergestellt werden, dass sie normal ist. Als nächstes bestimmen Sie visuell (entlang der Leiterbahnen der Leiterplatte) die Anzahl der parallelen LED-Ketten in der Matrix und die Anzahl der Elemente in der Kette. Stromspannung Treiber muss durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Elemente geteilt werden. Wenn die Spannung am Treiber nicht angezeigt wird, kann sie nur tatsächlich gemessen werden.
Wenn die Leuchte nach der Schaltung mit Ballastwiderstand aufgebaut ist und dessen Widerstand bekannt ist (oder gemessen werden kann), dann kann die LED-Spannung rechnerisch ermittelt werden. Dazu müssen Sie den Betriebsstrom kennen. In diesem Fall müssen Sie berechnen:
- Spannungsabfall am Widerstand - Uresistor \u003d Irab * Rresistor;
- Spannungsabfall über der LED-Kette – Uled=Usupply – Uresistor;
- Teilen Sie Uled durch die Anzahl der Geräte in der Kette.
Wenn Iwork unbekannt ist, kann es gleich 20-25 mA genommen werden (eine Schaltung mit einem Widerstand wird für Lampen mit geringer Leistung verwendet). Die Genauigkeit ist für praktische Zwecke akzeptabel.
Wie viel Volt hat die Durchlassspannung der LED?
Wenn Sie die Standard-Strom-Spannungs-Kennlinie der LED untersuchen, können Sie mehrere charakteristische Punkte daran erkennen:
- An Punkt 1 p-n beginnt sich der Übergang zu öffnen. Durch sie fließt Strom und die LED beginnt zu leuchten.
- Wenn die Spannung ansteigt, erreicht der Strom den Arbeitswert (in diesem Fall 20 mA), und bei Punkt 2 arbeitet die Spannung für diese LED, die Helligkeit des Glühens wird optimal.
- Bei weiterer Spannungserhöhung steigt der Strom an und erreicht am Punkt 3 seinen maximal zulässigen Wert. Danach versagt es schnell und die CVC-Kurve wächst nur noch theoretisch (gestrichelter Bereich).
Zu beachten ist, dass die IV-Kennlinie nach Ende der Wende und Erreichen des linearen Abschnitts eine große Steilheit aufweist, was zu zwei Konsequenzen führt:
- Wenn der Strom ansteigt (z. B. wenn der Treiber ausfällt oder kein Ballastwiderstand vorhanden ist), steigt die Spannung leicht an, sodass wir unabhängig vom Betriebsstrom von einem konstanten Spannungsabfall am pn-Übergang sprechen können (Stabilisierungseffekt);
- Bei einem kleinen Anstieg der Spannung steigt der Strom schnell an.
Daher ist es unmöglich, die Spannung am Element relativ zum Arbeitselement signifikant zu erhöhen.
Wie viel Volt haben LEDs
Die Parameter von LEDs hängen hauptsächlich von dem Material ab, aus dem der pn-Übergang besteht, obwohl einige der Eigenschaften immer noch vom Design abhängen. Typische Werte der Betriebsspannung und der Farbe des Glühens für Low-Power-Elemente bei einem Strom von 20 mA sind in der Tabelle zusammengefasst:
| Material | Leuchtfarbe | Vorwärtsspannungsbereich, 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 |
Leistungsstarke Leucht-LEDs arbeiten mit hohen Strömen. So ist der Kristall der beliebten LED 5730 für den Dauerbetrieb bei einem Strom von 150 mA ausgelegt.Aber aufgrund des steilen CVC, der den Spannungsabfall stabilisiert, liegt seine Uwork bei etwa 3,2 V, was in den in der Tabelle angegebenen Wert passt.
So bestimmen Sie die Spannung
Die naheliegendste Methode zur Bestimmung der Spannung eines Halbleiterbauelements ist die Verwendung einer geregelten Stromversorgung. Wenn die Stromversorgung von Grund auf geregelt ist und gleichzeitig eine Stromregelung möglich ist (und noch besser - ihre Begrenzung), dann wird nichts anderes benötigt.
Notwendig LED anschließen zur Quelle, streng beobachten Polarität. Als nächstes müssen Sie die Spannung gleichmäßig erhöhen (bis zu 3..3,5 V). Ab einer bestimmten Spannung blinkt die LED mit voller Kraft. Dieser Pegel entspricht ungefähr dem Betriebsstrom, der auf einem Amperemeter abgelesen werden kann. Wenn das Gerät kein eingebautes Amperemeter hat, ist es sehr wünschenswert, den Strom mit einem externen Gerät zu steuern.
Dieses Verfahren ist auf Geräte im optischen Bereich anwendbar. Das Leuchten von UV- und IR-LEDs ist für das menschliche Auge nicht sichtbar, aber im letzteren Fall können Sie das Einschalten der LED durch die Kamera des Smartphones beobachten. Auf diese Weise kann das Auftreten von Infrarotstrahlung verfolgt werden.
Wichtig! Bei steigender Spannung darf die Grenze von 3..3,5 V nicht überschritten werden! Leuchtet die LED unter diesen Bedingungen nicht, ist das Gerät möglicherweise verpolt angeschlossen. Es kann aufgrund der Überschreitung der Rückwärtsspannungsgrenze ausfallen.
Wenn keine geregelte Quelle vorhanden ist, können Sie ein herkömmliches Netzteil mit einer festen Ausgangsleistung nehmen, die offensichtlich höher ist als die erwartete LED-Spannung. Oder sogar eine 9-V-Batterie, aber in diesem Fall kann nur eine Schwachstrom-LED überprüft werden.Damit der Strom in der Schaltung die Obergrenze nicht überschreitet, muss ein Widerstand in Reihe zum Leuchtelement gelötet werden. Wenn davon ausgegangen wird, dass die LED stromsparend ist und mit einem Strom von nicht mehr als 20 mA arbeitet, sollte der Widerstand für eine Quelle mit einer Ausgangsspannung von 12 V etwa 500 Ohm betragen. Wenn Sie eine leistungsstarke Leuchte (z. B. Größe 5730) mit einem Strom von 150 mA verwenden (die Batterie liefert nicht immer einen solchen Strom), sollte der Widerstand etwa 10 Ohm betragen. Es ist notwendig, die Schaltung an eine Konstantspannungsquelle anzuschließen, sicherzustellen, dass die LED aufleuchtet, und den Spannungsabfall darüber zu messen.
Es gibt alternative Möglichkeiten, um herauszufinden, wie viel Volt berechnete LED.
Multimeter
Bei einigen Multimetern ist die an den Klemmen angelegte Spannung im Diodentestmodus hoch genug, um die LED zum Leuchten zu bringen. Mittels einer solchen Messeinrichtung kann die Betriebsspannung der LED bestimmt und gleichzeitig die Pinbelegung des Halbleiterelements überprüft werden. Wenn der p-n-Übergang korrekt angeschlossen ist, beginnt der Übergang zu leuchten und der Tester zeigt einen gewissen Widerstand (je nach LED-Typ). Das Problem bei dieser Methode ist, dass ein zweites Multimeter benötigt wird, um den tatsächlichen U-Arbeitswert an den LED-Pins zu messen. Und noch ein Punkt: Die Messspannung des Multimeters wird wohl kaum ausreichen, um die LED auf den aktuellen Arbeitspunkt zu bringen. Optisch macht sich dies durch ein zu helles Leuchten bemerkbar und bedeutet messtechnisch, dass die LED den linearen Teil des CVC nicht erreicht hat und der tatsächliche Wert der Betriebsspannung höher liegt.
Nach Aussehen
Die Betriebsspannung kann anhand des Aussehens und der Farbe des LED-Glimmens ungefähr abgeschätzt werden (manchmal kann die Farbe auch ohne Stromversorgung des Geräts bestimmt werden). Dazu können Sie die obige Tabelle verwenden. Es ist jedoch unmöglich, die Spannung anhand der Farbe des LED-Glimmens eindeutig zu bestimmen. Häufig tönen die Hersteller die Verbindung, so dass die Farbe der Strahlung des p-n-Übergangs mit der Farbe der Linse gebildet wird und ein neuer Farbton erhalten wird. Darüber hinaus gibt es auch innerhalb der gleichen Farbe eine Streuung der Parameter (siehe Tabelle) für LEDs verschiedener Typen. Bei einer weißen LED kann die Spannungsdifferenz also mehr als 50 % erreichen.
So finden Sie heraus, für welchen Strom eine LED ausgelegt ist
All dies gilt für gewöhnliche LEDs, die ohne zusätzliche eingebaute Elemente funktionieren. Vorhandene Technologien ermöglichen es Ihnen, zusätzliche Komponenten in das Gerätegehäuse einzubetten. Zum Beispiel Löschwiderstände. So werden LEDs für eine höhere Spannung erhalten - 5,12 oder 220 V. Es ist fast unmöglich, die Zündspannung solcher Geräte visuell zu bestimmen.. Daher gibt es nur einen Weg.
Wenn die vorherigen Methoden nicht funktioniert haben und Sie sicher sind, dass die LED funktioniert, sollten Sie versuchen, eine erhöhte Spannung an sie anzulegen. Zuerst 5 V, dann die Spannung auf 12 V erhöhen, wenn es kein Ergebnis gibt, können Sie versuchen, weiter zu erhöhen, bis zu 220 V. Aber es ist besser, nicht bis zu solchen Werten zu experimentieren - diese Spannung ist für den Menschen gefährlich. Außerdem können Sie im Fehlerfall die Zerstörung des LED-Gehäuses bekommen. In diesem Fall kann es zu einem leichten Knallen, Schmelzen der Kabelisolierung, Feuer usw. kommen.Gegenwärtig ist die Technologie weit fortgeschritten, und die LED ist nicht so teuer, dass dadurch Ausrüstung und Gesundheit gefährdet werden.
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