Fundamentals
Alle materialen in de chemische tabel en moleculen van verschillende combinaties hebben unieke elektrische eigenschappen. Maar er zijn slechts 3 elektrische basiscategorieën; geleider, isolator (= diëlektrisch) en semiconductor. De orbitale straal van een elektron is een maat voor zijn energie, maar elk van de vele elektronenbanen gevormd in banden kan zijn:
- verspreid ver uit elkaar = isolators
- overlap of geen gap = conductors
- small gap = Semiconductors.
Dit wordt gedefinieerd als de Band Gap energy in electron volt of eV.
Fysische wetten
Het eV-niveau van verschillende materiaalcombinaties heeft een directe invloed op de golflengte van het licht en de voorwaartse spanningsval. De golflengte van licht is dus direct gerelateerd aan deze kloof en de energie van het zwarte lichaam gedefinieerd door de wet van Planck
Dus lagere eV-achtige geleiders hebben energiezuinig licht met een langere golflengte (zoals warmte = infrarood) en een lage voorwaartse spanning "Threshold" of kniespanning, Vt zoals; * 1
Germanium Ge = 0,67eV, Vt = 0,15V @ 1mA λp = tbd
Silicium Si = 1,14eV, Vt = 0,63V @ 1mA λp = 1200nm (SIR)
Galliumfosfide GaP = 2,26 eV, Vt = 1,8 V @ 1 mA λp = 555 nm (Grn)
Verschillende legeringen van doteermiddelen maken verschillende bandafstanden en golflengten en Vf.
Oude LED-technologie
SiC 2,64 eV Blauw
GaP 2.19 eV Groen
GaP.85As.15 2.11 eV Geel
GaP.65As.35 2,03 eV Oranje
GaP.4As.6 1,91 eV Rood
Hier is een bereik van Ge tot Sch tot Si laagstroomdiodes met hun VI-curve, waarbij de lineaire helling het gevolg is van Rs = ΔVf / ΔIf.
Nieuwere legeringen die worden gemaakt, kunnen vergelijkbare kleuren hebben bij verschillende radii, maar vergelijkbare kleuren delen dezelfde bandafstand, maar kunnen een grotere Vf hebben, maar toch evenredig met de eV-energie die omgekeerd is aan de golflengte. Deze zijn geselecteerd vanwege verbeterde vermogensniveaus en lagere seriegeleiderweerstand, Rs die altijd omgekeerd gerelateerd is \ $ R_s = \ dfrac {k} {P_ {max}} \ $ span> .
- Dus een 65mW 5mm LED met een 0.2mm² chip en k = 1 heeft Rs = 1 / 65mW = 16 Ω met een tolerantie ~ +25% / - 10% maar oudere of afgekeurde exemplaren waren + 50% en betere met iets grotere chips ~ 10Ω maar toch beperkt door de thermische isolatie van 5 mm epoxy omhulsel voor warmtestijging.
- dan kan een 1W SMD LED met een k = 0.25 tot 1 Rs = 0.25 tot 1 Ω hebben met arrays die de weerstand schalen met serie / parallel, rekening houdend met S / P x Ω en de spanning op nummer in serie.
k is de constante van mijn leverancierskwaliteit gerelateerd aan de thermische geleidbaarheid van de thermische weerstand en efficiëntie van de chip, evenals de thermische weerstand van de printplaat.
Toch k typ. varieert slechts van 1,5 (slecht) tot 0,22 (beste) voor alle diodes. Lager, hoe beter wordt gevonden in nieuwere SMD-leds die warmte kunnen afvoeren in het bord en oude Si-behuizing gemonteerde vermogensdiodes en ook verbeterd in nieuwe SiC-vermogensdiodes. SiC heeft dus een hogere eV en dus een hogere Vt bij lage stroom, maar een veel hogere sperspanningsdoorslag dan Si, wat handig is voor hoogspanningsschakelaars met hoog vermogen.
Conclusie
Vf van elke diode is een resultaat van Band gap energy voor de drempelspanning, Vt bij de kromme knie (X-as kruising) en het geleidingsverlies, Rs zodanig dat \ $ V_f = V_t + I_f * R_s \ $ is een goede benadering van de lineaire curve bij Tjcn = 25'C.
Als we het vermogen van het pakket opnemen met een temperatuurstijging tot Tj = 85'C, kunnen we ook een schatting maken van \ $ V_f = V_t + \ dfrac {kI_f} {P_ {max}} \ $ Maar u vindt k nooit gepubliceerd in een datasheet, zoals vele andere, het is een selectiecriterium van een ontwerper (of de kwaliteitscontrole-variabele van de klant) of een figuur van verdienste (FOM) zoals gm * nF * Ω = T [ns ] voor MOSFETs RdsOn.
Zie
* 1
Ik veranderde Vf in Vt aangezien Vf in datasheets de aanbevolen stroomsterkte is, inclusief bandgap en geleidingsverlies, maar Vt exclusief nominaal geleidingsverlies Rs @ If.
Net zoals MOSFET's Vgs (th) = Vt = de drempelspanning wanneer Id = x00uA die nog steeds erg hoog is, Rds maar begint te geleiden en je meestal Vgs = 2 tot 2,5 x Vt nodig hebt om RdsOn te krijgen.
uitzonderingen
Vermogensdiode MFG: Cree Siliciumcarbide (SiC) 1700V PIV, @ 10A 2V @ 25'C 3,4 @ 175'C @ 0,5A 1V @ 25'C Pd max = 50W @ Tc = 110C en Tj = 175'C
Dus Vt = 1V, Rs ¼ Ω, Vr = 1700V, k = ¼Ω * 50W = 12,5 is hoog vanwege 1,7 kV PIV-classificatie.
Hier heeft de Vf een positieve tempco, PTC in tegenstelling tot de meeste diodes, omdat de Rs de bandgap senstive Vt domineert die nog steeds NTC is. Dit maakt het gemakkelijk om parallel te stapelen zonder thermische overbelasting.