LED是否比我们想象的要好？

关于LED的传统观点认为，它们的最大反向电压非常有限，通常在5V-8V范围内。$V_{R(max)}$

因此，出于实验目的，我想使用限流电源使LED进入受控击穿状态。

当然，我期望实际的击穿电压会比报告的保证的，但是我永远都无法期望得到的结果。我尝试使用不同种类的“ el cheapo”无品牌中文指示灯（3毫米和5毫米，红色，绿色，蓝色，黄色和白色），即使在32V（我的功率在此电压下）下，也无法将它们带到击穿区域供应量达到最大值）！$V_{R(max)}$

因此，我想仔细检查一下自己的假设，并系统地浏览了来自不同制造商（例如，Vishay，Nichia，Kingbright，Fairchild，Cree）的当前设备（标准3mm和5mm LED，用于指示器和照明应用）的许多数据表（约40个） 。他们几乎都报告了，某些Vishay器件的额定电压为6V。$V_{R(max)}=5V$

我非常困惑。好的，制造商往往比较保守，但是> 25V的裕度似乎太高了。毕竟，确保（或类似的东西）可以使LED成为某些有用应用的良好候选者，或者可以简化电路（例如，无需保护LED免受低压反向尖峰的影响）。无论如何，那将是营销人员可以夸耀的清单中的另一个子弹！$V_{R(max)}=25V$

当然，我的测试仅限于十几个不明制造商的LED，但我想它们不能比信誉良好的LED更好。还是经历了墨菲定律的逆转，在那里我发现了地球上唯一具有这种功能的LED盒？！

问题（S）： 我的发现是否在业内为人所知？当实际设备看起来好得多时，为什么他们为什么继续指定这么低的LED ？我想念什么吗？$V_{R(max)}$

编辑

（澄清一些观点可能会引起评论/答案，但实际上并没有给我我想要的解释）

我已经知道的事情

• 超出数据表中报告的绝对最大额定值的压力可能会损坏设备，并且如果压力远远超出这些限制，通常会损坏设备。

• 当您超过这些最大额定值时，您将无法向制造商索要任何东西。您自己位于未知区域。你既不能起诉他，也不能抱怨。

• 除了数据表中给出的规格外，没有理智的设计师会在其设计中使用任何零件。优秀的设计人员将确保零件保持在规定的最大额定值以下。就像我一开始所说的那样，我正在做实验，目的是进入未知的土地，以验证我的期望和对反向击穿的了解。

我的假设（可能错了；如果错了，我想知道为什么）

• 任何二极管最大反向电压额定值的主要限制因素是其击穿电压。换句话说，您可以根据需要将二极管安全地反向偏置，直到击穿（齐纳二极管或雪崩）。

• 故障本身并不是破坏性的。反向电流的突然增加会导致功耗的增加，特别是在高反向电压下，因此，除非您以某种方式限制电流，否则PN结将被破坏。

• LED的击穿机理与其他PN结二极管（如常规的硅整流器或齐纳二极管）的击穿机理并无不同。

• 由于未将LED设计为与击穿电压不同（相对于齐纳二极管而言），因此BD电压不是一个明确规定的参数，因此制造范围可能会很大。因此，制造商选择合适的安全裕度，并将其声明为最大反向电压。

• 尽管需要一定的安全裕度，但它不会很大。IIRC，BD电压取决于掺杂水平和冶金结的几何形状，并且这些参数还会在正向偏置时影响二极管的特性。如果LED的“有用规格”必须合理地一致，则掺杂和几何形状必须一致。因此，BD电压值也不能过于分散。

令我感到困惑的是，让我认为除了保护LED避免故障之外，还有更多问题

• 额定最大反向电压与实际BD电压之间的差异如此之大（至少+ 400％），应该意味着某些含义，并应有其根据。鉴于上述假设，我无法相信同一型号的LED的BD电压分布会大到无法承受的程度，也就是说，我无法相信相同的过程（即使在不同批次之间）也能产生一部分进入击穿状态，例如， 10V，另一个以30V进入（我将予以纠正）。

是的，这是众所周知的。任何测试过它的人都知道。模具制造商当然知道这一点。

他们没有将反向电压指定为高于5V的LED，因为这不会显着提高销售量（即很少有需要这种功能），并且要求他们实际考虑每种LED类型及其承受的电压（对于某些LED可能为12V，对于其他人可能是80V）。可能还会存在长期的可靠性问题，需要量化或者可能需要更改LED设计以减轻影响。

5V额定值来自具有推挽驱动器的5V电源矩阵驱动的LED经历的反向电压，这是您故意对LED进行反向偏置的几次之一（交流输入光耦合器中的背靠背LED会看到另一个LED在最坏情况下的正向电压（约-1.2V）。

有许多参数是不确定的（典型数据或根本没有数据）或只是松散指定的，因为大部分市场都不需要它。例如，反向beta，BJT上的Vbe击穿，指示灯LED上的Vf的温度系数。

就普通LED的实际能力而言，有证据表明反向偏置电压由于热载流子而逐渐损坏LED。例如，DOI 10.1109 / LED.2009.2029129指示对施加-40V电压的绿色LED造成损坏，因此盲目设计一些依赖于高反向电压击穿的东西是不明智的。

如果您在雷雨中站在树下而幸免于难，那意味着重要吗？ 这有点像反向偏置LED --5V。

图表，由友情提供这显示了LED在暴露于ESD的反向和正向偏置下的灵敏度。请注意，当Vr低于-5V时，它对左侧更为敏感

（我可以写一本关于局部放电（PD）和击穿电压（BDV）的书，但是我将使编辑更短；）

当PN结被反向偏置时，电荷云（如积雨云）会产生高电场电荷密度，其中缺陷是移动电荷（污染物粒子），这些电荷被加速形成一条会引爆粒子的路径（通过PD）在BDV灾难性事件发生之前，“缠绕”设备（甚至是MVA变压器绝缘层）或创建拖缆路径。（例如，像闪电但沉默）

除了在反向偏置的LED中，我猜测电场的大小约为5V / um（对于空气中几乎有火花，约为5kV / mm。然后，Er常数稍低的分子杂质将具有较大的E-电流由|| -10uA |电流建立，其中小尺寸白色LED的额定电压为-5V。

轶事

我在斯卡伯勒的一家变压器工厂调查的一台受伤的5 MVA配电变压器存在$ m责任问题，但它具有完善的功率研究性能现场测试，但BUT已通过频繁的溶解气体（DGA）分析证明了溶解氢气）。像DIAC弛豫振荡器一样，该H2是由石油中的每个PD事件产生的，然后达到了爆炸性水平的众所周知的阈值（对于该行业的人员而言是该阈值）（爆炸下限为4％，因此应立即采取此措施）停运后，我进行了详尽的测试以找出根本原因，并从该电介质中预期的正常23kV电位修复污染问题，但在大于16V / um的粒子中引起异常E场，从而导致其周围的油分子放电和爆炸，从而破坏了长CxHy烃链释放H2。

反向偏置的PN结中的异常电场会加速类似但不同的污染物（混合有氮化物，磷化镓和砷的正态分布），并对LED的预期寿命产生不利影响。

这种电荷显示出与缺陷和泄漏电流的关系，但与均匀的污染物不同，伤口结处致密，因此BDV不可预测，但已知许多PN结（Vbe和LED的应力水平开始于何处），尽管结构不同表现出这种常见的失效机制具有不同程度的加速灵敏度。

综上所述，如果PN结对测试产生的反向偏压具有较高的容忍度，则并不意味着它仍然没有受伤，只是它具有较低的百万分之几的颗粒污染物密度。电荷加速与污染物密度不是线性关系，而是对数关系。冲击动能引爆了微米或纳米级的损伤。

结束编辑

当反向偏置时，RY的电流通常为1 µA，BGW颜色的电流通常为10 µA。

想象一下，反向偏置是极微功率，并进行测量，并且如果没有ESD钳位，则100 µW的数量级每平方微米的功率要比正向偏置电流100 mW每平方毫米的功率大，这是因为该路径的差异很大。

它不像齐纳二极管受任一方向的功率限制。带隙可能会突然失效或变软。

因此，应力是不可见的，并且会以不同的方式缠绕连接处。可以看到较高的结电容，变色或较低的强度或明显降低MTBF的伤口。

它能否短暂地承受一会儿是无关紧要的。专家了解，压力水平会降低可靠性或性能。

如果您不明白为什么存在绝对最大额定值，请不要忽略或怀疑它，或者当您最不希望它出现时...嗯，它不起作用。

我在2005年进行现场访问之前为客户制作了一份工程指南，以解决ESD和焊接问题，这些问题会导致1％的现场故障，后来通过我的工艺改进建议加以解决。

二极管反向电压应力的研究文章

琐事测试

为什么这是个坏主意？

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

超过数据手册中的绝对最大值不一定意味着立即发生灾难性故障。这意味着您进入了制造商认为不再适合的区域，以保证在设备的剩余使用寿命内，该设备将再次达到规格要求。

这是否意味着它无法达到规格要求？不，这意味着制造商不再保证其性能符合规格。

另外，由于测试是在“未知制造”的LED上进行的，因此您不知道如何对它们进行评级。

简而言之，对新的LED施加高反向电压数分钟并不是一项确定的测试。随着LED老化（1），反向电流会增加，我预计击穿电压也会下降。到使用寿命结束时，更多的LED将在较低的反向电压值下破裂。

这将不必要地降低产量。

一旦您指定了高于必要的击穿电压（对于LED使用），您将不得不拒绝（或以不同等级出售）不符合该规格但可以正常工作的任何LED输出。除非用户需要具有双重职责的LED作为整流器，否则只会增加成本和/或目录复杂性。