LEDに最大電圧があるのはなぜですか？

単純なLED回路（DC電源、LED、抵抗）に電力を供給する場合、正しく計算された電流制限抵抗値が使用されている限り、供給電圧は問題になりますか？

言い換えれば、正しい抵抗器を使用し、LEDの順方向電圧を知り、最大電流を知り、このようなものを使用して計算する限り、12Vまたは24VでLEDに電力を供給することによって本質的に何か問題があるかどうか、同じ変数を認識し同じWebサイトを使用する3.5V電源で同じLEDに電力を供給できた場合

私はここでLEDに使用する電圧の最大量に制限があると仮定しています...たとえば、CREE XP-Gの電気特性チャートを見ると、電圧の関数として電流が表示されます電圧は、0maあたり2.5V付近から始まり、1500maあたり3.25V付近で最大になります（同じドキュメントの特性表に記載されているように、LEDの定格電流です）。

3.25Vの後、チャートは電流が非常に急速に無限に近づいていることを示しています。

これは私の質問に関連していると思いますが、そのすべてがどのように関連しているかに興味があります。私はその基本的なオームの法則のすべてを確信している、私はちょうど仕事で数学の明確化に感謝します。

ダイオードを駆動する回路に電力を供給するために使用する電圧自体に制限はありません。ダイオードは、ダイオードが何を見ることができるかだけを考慮し、電流制限抵抗の両端の電圧降下を見ることができません。

とはいえ、ある時点で気になるのは、抵抗器で消費される電力、つまり$I^2R$。必要な電圧降下が大きくなった場合に電流を一定に保ちたい場合、Rは最終的に大きくなり、消費電力が大きくなりすぎます。ミルのアキシャルリード抵抗器の動作で消費できる電力は1/4ワットです。20mAの電流の場合、これは抵抗器の電力を1/4ワットに制限することを意味し、625オームを超えることはできません。つまり、最大で12.5ボルトを落とすことができ、電源の上限は約赤色LEDの場合は14.5V。多くの場合1/8ワット以下である小型パッケージのSMD抵抗器の場合はさらに悪くなります。より多くの電圧降下が必要な場合は、電力定格の高い抵抗に変更する必要があります。これは物理的に大きくなり、さらに高価になる可能性があります。

電流制限抵抗を適切に選択した場合、LEDの実際の電圧があまり大きく変化しない理由については、「負荷ライン」技術を使用すると便利です。http://i.stack.imgur.com/1cUKU.png、（ウィキメディアからパブリック・ドメイン画像）：

負の傾斜線は抵抗を表します。場合が存在するであろう抵抗器を流れる電流の、及び場合 、その後、抵抗器を通る電流は存在しない（抵抗両端の電圧降下がないように）。回路は、抵抗線とダイオード曲線が交差する平衡点で「存続」します。これは、ダイオードと抵抗に同じ電流を流す必要があるためです。Rと劇的に小さく変更しても、ダイオードの曲線が急になるため、ダイオード全体の最終的な電圧降下に関して、このポイントはそれほど大きく移動しません。$V_D = 0$$V_{DD}/R$$V_D = V_{DD}$$V_{DD}$

直列抵抗の目的は、LEDを流れる電流を調整することです。LEDの順方向電圧は、電流制限抵抗の計算に入ります。

電流制限抵抗のサイズを電圧に合わせて適切に設定すれば、より高い電圧を使用しても根本的に問題はありません。同時に、電流制限抵抗により多くの電力を消費します。そのため、十分な電力定格の抵抗が必要になります。

一般に、ダイオード電流は電圧とともに指数関数的に増加します。

cは、ジオメトリ、ドーピング、温度などに依存する定数です。

これが、高出力LEDを常に定電圧源ではなく定電流で駆動する必要がある理由です。c（温度変化など）またはUのわずかな変動により、電流が大幅に変化します。

直列抵抗は、その抵抗が通常LEDの微分抵抗よりもはるかに高いため、機能します。LEDから見ると、電圧源と抵抗器は電流源のように動作します。

正しく計算された電流制限抵抗値が使用されている限り、供給電圧は重要ですか？

いいえ。ダイオードは現在のデバイスです。回路内で考慮する必要がある電圧降下がありますが、電流駆動であり、電流を適切に制限し、必要に応じてダイオードを冷却する限り（高出力LEDの場合）、電源電圧制限はありません。

LED自体の電圧は、ダイオードの電圧降下になります。これは、ダイオードを流れる電流に多少依存しますが、ほとんどはダイオードの構成に依存します。ダイオード端子に大きすぎる電圧をかけると（つまり、電流制限なしで）、ダイオードの制限を超える電流が発生し、LEDが損傷します。

ただし、適切な電流制限により、100万ボルトの電源を使用してLEDに電力を供給することができます。その時点で、さまざまな部品の端子間の適切な絶縁を確認する必要がありますが...

LEDの「最大電圧」は、他のダイオードと同様に抵抗が劇的に減少するためです。順方向電圧が膝を超えて増加し、LED全体の電圧の増加とそれに伴う電流の増加（その順方向抵抗の減少）は、LEDが放散しなければならない電力、したがって、動作温度を増加させます。そして、LEDの接合部を流れる電流が絶対最大定格を超えて上昇すると、その寿命が短くなり、遅かれ早かれ魔法の煙が逃げます。

参照したCREE XP-Gの場合、データシートから順方向電圧VS順方向電流のプロットを取得し、以下に示すように導出された順方向電圧VS順方向抵抗のプロットでオーバーレイしました。むしろカーブフィッティングを行わなかったのでかなり粗雑ですが、2.5から2.75ボルトへの順方向電圧のわずかな250ミリボルトの変化に対する順方向抵抗の大きな変化を簡単に確認できます。

電圧に対するこの極端な感度と、ダイオードのひざの位置を非常に確実に予測できないため、LEDは一般に生の電圧源ではなく、製品を決して許容しないように設計された定電流または電流制限電圧源によって駆動されますLEDを流れる電流とLEDの電圧が低下し、LEDの定格電力を超える。

XP-Gのような安価なLEDではない高出力の場合、LED Vfの変動や定電流への電圧入力に関係なくLEDを流れる電流を一定に保つため、定電流電源を使用すると効果的です。供給。ただし、最も一般的には、LEDを流れる電流を制限するために、電圧源と直列に抵抗が使用されます。

抵抗の値は、LEDの指定された最小Vfをソースの最大出力電圧から減算し、その差を目的のLED電流で割ることによって決定されます。この抵抗により、LEDの「最大電圧」を決して超えないことが保証され、LEDが必要としないすべての抵抗が抵抗器によって取り除かれるため、許容されるソース電圧に制限がないことがわかります。 。

ダイオードのピーク逆電圧（逆電圧として見られることもあります）について説明します。PIVは、ダイオードジャンクションが逆バイアス（つまり電圧が逆方向）になったときにブレークダウンを開始する電圧です。ほとんどのLEDの場合、比較的低いです（5Vが一般的です-クイック検索を行ったところ、すべて5Vの3つのメーカーが見つかりました）。電源によっては問題にならない場合があります（低電圧のバッテリーは比較的重要なポイントになります）。AC / DCコンバーターなどの他の電源は、電源またはリレーなどの制御デバイスがオンおよびオフになっている短時間、設計の逆極性で高電圧になる場合があります。
したがって、5Vを超える電源を持つアプリケーションには、LEDの逆保護が必要です。これは、単純な保護または他のより高度な技術のために、LED全体に逆バイアスされたダイオードにすることができます。