LED Voltage Details - Hoe de bedrijfsstroom te kennen
Vaak krijgt een reparateur of hobbyist een LED in handen zonder technische documentatie. Het juiste gebruik van halfgeleiderelementen vereist kennis van hun eigenschappen, anders is een snelle uitval van het lichtemitterende element onvermijdelijk. Hoewel de belangrijkste parameter voor LED's de stroom is, is het belangrijk de bedrijfsspanning te kennen - als deze wordt overschreden, zal de p-n-overgang niet lang meegaan.
Hoe te weten te komen welke LED in de lamp zit
De eenvoudigste optie is als de lamp volledig functioneel is. In dit geval hoeft u alleen maar de spanningsval over een van de elementen te meten. Als een of meer elementen niet oplichten wanneer de stroom wordt ingeschakeld (of alle elementen), moet u een andere weg inslaan.
Als de lamp met een drivercircuit is gebouwd, wordt de uitgangsspanning op het drivercircuit aangegeven als een boven- en ondergrens. Dat komt omdat de driver de stroom stabiliseert. Om dit te doen, moet het de spanning binnen bepaalde grenzen veranderen. De werkelijke spanning moet worden gemeten met een multimeter en er moet voor worden gezorgd dat deze binnen de normale grenzen ligt. Bepaal vervolgens visueel (aan de hand van de printsporen) het aantal parallelle ketens van LED's in de matrix en het aantal elementen in de keten. Spanning van de bestuurder moet worden gedeeld door het aantal in serie geschakelde elementen. Als de spanning niet op de driver is aangegeven, kan deze alleen worden gemeten aan de hand van de werkelijke spanning.
Indien de armatuur met een voorschakelweerstand is gebouwd en de weerstand daarvan bekend is (of kan worden gemeten), kan de LED-spanning door berekening worden bepaald. Om dit te doen, moet u de bedrijfsstroom kennen. In dit geval is het nodig om te berekenen:
- spanningsval over de weerstand - Uresistor=Irab*Rresistor;
- spanningsval op de LED-keten - Uled=U-voeding - Uresistor;
- Deel Uled door het aantal apparaten in de keten.
Indien Irab niet bekend is, kan worden uitgegaan van 20-25 mA (weerstandscircuit wordt gebruikt voor lantaarns met een laag vermogen). De nauwkeurigheid zal voor praktische doeleinden aanvaardbaar zijn.
Hoeveel volt is de voorwaartse spanning van de LED
Als u een standaard volt-ampere karakteristiek van een LED bestudeert, zult u daarop verschillende karakteristieke punten opmerken:
- Op punt 1 begint de p-n-overgang te openen. Er begint stroom door te lopen en de LED begint te schijnen.
- Naarmate de spanning toeneemt, bereikt de stroom een bedrijfswaarde (in dit geval 20 mA) en op punt 2 waar de spanning voor de LED werkzaam is, wordt de lichtsterkte optimaal.
- Naarmate de spanning verder toeneemt, neemt ook de stroom toe en bereikt bij punt 3 zijn maximaal toelaatbare waarde. Daarna valt hij snel uit en groeit de CVC-curve alleen nog theoretisch (gestippeld gedeelte).
Er zij op gewezen dat de CVC na het einde van de buiging en het bereiken van het lineaire gedeelte steiler is, hetgeen twee gevolgen heeft:
- Bij toenemende stroom (b.v. wanneer de driver uitvalt of er geen voorschakelweerstand is) neemt de spanning zwak toe, zodat we kunnen spreken van een constante spanningsval bij de p-n-overgang, ongeacht de bedrijfsstroom (stabilisatie-effect);
- bij een kleine toename van de spanning de stroom snel toeneemt.
Daarom is het niet mogelijk de spanning op de cel merkbaar te verhogen ten opzichte van de bedrijfsspanning.
Hoeveel volt LED's kunnen worden gebruikt
De parameters van LED's hangen voornamelijk af van het materiaal van de p-n-overgang, hoewel sommige kenmerken ook afhangen van het ontwerp. Typische waarden voor de bedrijfsspanning en de luminescentiekleur voor elementen met een laag vermogen bij 20 mA zijn in de tabel samengevat:
| Materiaal | Gloed kleur | Direct spanningsbereik, V |
|---|---|---|
| GaAs, GaAlAs | Infrarood | 1,1 – 1,6 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Red | 1,5 – 2,6 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Oranje | 1,7 – 2,8 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Geel | 1,7 – 2,5 |
| GaP, InGaN | Groen | 1,7 – 4 |
| ZnSe, InGaN | Blauw | 3,2 – 4,5 |
| Fosfor | Wit | 2,7 – 4,3 |
Verlichtings-LED's met een hoog vermogen werken bij hoge stromen. De populaire LED 5730 chip, bijvoorbeeld, is ontworpen voor continue werking bij een stroom van 150 mA. Maar door de steile E-V kromme die de spanningsval stabiliseert, is zijn Urab ongeveer 3,2 V, hetgeen binnen de in de tabel aangegeven waarde ligt.
Hoe vindt u de spanning
De meest voor de hand liggende methode om de spanning van een halfgeleiderapparaat te bepalen is het gebruik van een regelbare voeding. Als de voeding vanaf nul wordt geregeld en stroomregeling (of beter nog, stroombegrenzing) mogelijk is, dan is er verder niets nodig.
Het is noodzakelijk om sluit de LED aan naar de bron, strikt in acht nemend de polariteit. Vervolgens moet de spanning voorzichtig worden opgevoerd (tot 3...3.5V). Bij een bepaalde spanning zal de LED op volle kracht knipperen. Dit niveau zal ruwweg overeenkomen met de bedrijfsstroom, die op de ampèremeter kan worden afgelezen. Indien het toestel niet over een geïntegreerde ampèremeter beschikt, is het zeer wenselijk de stroom met een externe meter te meten.
Deze methode is toepasbaar op instrumenten met een optisch bereik. De gloed van UV- en IR-LED's is niet zichtbaar voor het menselijk oog, maar in het laatste geval is het mogelijk om het inschakelen van de LED's te volgen via een smartphonecamera. Met deze methode kan het ontstaan van infrarode straling worden gecontroleerd.
Belangrijk: overschrijd de spanningsgrens van 3...3,5 V niet! Als de LED onder deze omstandigheden niet oplicht, kan de polariteit van het apparaat onjuist zijn. Hij kan uitvallen doordat de limiet voor de sperspanning wordt overschreden.
Indien een gereguleerde bron niet beschikbaar is, kan een gewone voeding met een vast uitgangsvermogen worden gebruikt, waarvan bekend is dat het hoger is dan de verwachte spanning van de LED. Of zelfs een 9 V batterij, maar alleen een kleine LED kan worden getest. Een weerstand moet in serie met het lichtuitstralende element worden gesoldeerd, zodat de stroom in de stroomkring de bovengrens niet overschrijdt. Als wordt aangenomen dat de LED een laag vermogen heeft en werkt met een stroom van niet meer dan 20 mA, moet de weerstand bij een bron met een uitgangsspanning van 12 V ongeveer 500 ohm zijn. Indien een verlichtingsarmatuur met een hoog vermogen (b.v. maat 5730) met 150 mA wordt gebruikt (een batterij zal deze stroom niet altijd leveren), moet de weerstand ongeveer 10 ohm zijn. Sluit de schakeling aan op een gelijkspanningsbron, controleer of de LED oplicht en meet de spanningsval erover.
Er zijn ook alternatieve manieren om uit te vinden hoeveel Volts waarvoor de LED geschikt is..
Gebruik van een multimeter
Bij sommige multimeters is de spanning die in de diodetestmodus op de aansluitklemmen wordt gezet hoog genoeg om de LED te doen ontbranden. Een dergelijke meter kan worden gebruikt om de bedrijfsspanning van de LED te bepalen, terwijl de pinout van het halfgeleiderelement wordt gecontroleerd. Indien correct aangesloten zal de p-n junctie beginnen te gloeien en de tester zal een weerstand aangeven (afhankelijk van het type LED). Het probleem met deze methode is dat u een tweede multimeter nodig hebt om de werkelijke U-waarde aan de pinnen van de LED te meten. En nog een punt: de meetspanning van de multimeter zal waarschijnlijk niet voldoende zijn om de LED op zijn huidige werkpunt te brengen. Visueel kan dit worden waargenomen door een onvoldoende felle gloed, terwijl het voor meetdoeleinden zal betekenen dat de LED het lineaire deel van de IAC niet heeft bereikt en de werkelijke bedrijfsspanning hoger zal zijn.
Bij verschijning
De bedrijfsspanning kan ruwweg worden geschat aan de hand van het uiterlijk en de kleur van de LED's (soms kan de kleur zelfs worden bepaald zonder het toestel van stroom te voorzien). De tabel hierboven kan hiervoor worden gebruikt. Het is echter niet mogelijk de spanning ondubbelzinnig te bepalen uit de kleur van de gloed van de LED. Vaak kleuren fabrikanten de verbinding zo dat de emissiekleur van de p-n-overgang samenvalt met de kleur van de lens om een nieuwe tint te produceren. Bovendien is er zelfs binnen eenzelfde kleur een variatie in parameters (zie tabel) voor verschillende types LED's. Voor een witte LED bijvoorbeeld kan het verschil in spanning meer dan 50% bedragen.
Hoe kom je te weten voor hoeveel stroom de LED geschikt is
Al het bovenstaande geldt voor conventionele LED's die zonder extra interne componenten werken. De bestaande technologie maakt de integratie van extra componenten mogelijk. Bijvoorbeeld, dempingsweerstanden. Op deze manier worden LED's voor hogere spanningen - 5, 12 of 220 V - geproduceerd. Visuele detectie van de ontstekingsspanning van dergelijke apparaten is bijna onmogelijk. Daarom is er maar één weg te gaan.
Indien de vorige methodes gefaald hebben en u zeker bent dat de LED defect is, moet u proberen er een hogere spanning op te zetten. Eerst 5 V, dan de spanning verhogen tot 12 V, als er geen resultaat is - kunt u proberen om verder te verhogen, tot 220 В. Het is echter beter niet te experimenteren met deze spanning, omdat het gevaarlijk is voor mensen. Bovendien kunt u in geval van een fout de LED-behuizing vernielen. Dit kan een kleine explosie, het smelten van draadisolatie, brand, enz. veroorzaken. Tegenwoordig is de technologie geavanceerd en zijn leds niet duur genoeg om uw apparatuur en uw gezondheid op het spel te zetten.
Versterk uw kennis met een video.
