LED verpolen

[Siro]

Hallo zusammen,
mich beschäftigt grad eine ganz simple Frage:

Wenn ich eine LED anschließe und dabei die Pins verpole, warum soll sie dann eigentglich kaputt gehen ?
Irgendwann fängt sie in Sperrichtung an zu leiten und dann verhält sie sich doch wie eine Zenerdiode.
Solange ich den Strom begrenze, sollte das doch "eigentlich" kein Problem sein.

Mir ist bewust:
Man soll, wenn eine invers gerichtete Spannung an der LED auftreten kann, einfach eine normale Diode antiparallel schalten,
die begrenzt dann die Spannung an der LED auf z.B 0,7 Volt (entsprechend der antiparallelen Dioden Flußspannung)
Aber ist das tatsächlich notwendig ?

Ich habe grad mal auf dem Steckbrett eine 5mm rote LED mit 30 Volt invers betrieben, das stört sie überhaupt nicht...
natürlich mit einen Vorwiderstand, der den maximalen Strom bei 30 Volt auf ca. 20mA begrenzen würde.

Man nutzt doch sogar den Diodendurchbruch für Rauschgeneratoren. Wobei das meist mit Transistoren (Emitter Basis Strecke) gemacht wird.

Woran sollte die LED also sterben, solange der Strom bzw. die Leistung(Wärme) nicht Überschritten wird ?


Neuer Versuch:
Nun betreibe ich die LED am Stelltrafo, also direkt mit Wechselspannung, Verpolung vom Feinsten.
Auch bei 240 Volt Wechselspannung, mit lediglich einem Vorwiderstand leuchtet sie völlig einwandfrei.

Mut kann man nicht kaufen, Ersatzteile schon.....

Wichtiger Hinweis: bitte NIEMALS Leds an Netzspannung betreiben, das ist lebensgefährlich !!

Siro

[Moppi]

Eine LED benutzt man mit Vorwiderstand, hast auch selber geschrieben. Wenn man die verpolt, leuchtet sie nicht. Weil ist ja eine Diode. Nur, wenn zu viel Strom durchfließt, geht sie kaputt. Wechselspannung 50Hz flimmert sie, nur Du siehst es nicht.

zum experimentieren:

Schließe eine LED mit Vorwidertstand parallel zu einen Lautsprecher an (Größenordnung Kofferradio). Und einmal ohne (irgendwann ist die überlastet und stirbt). Ist schon 30Jahre her, aber ich meine man kann die auch in Reihe (5 Stück ca.)) zum Lautsprecher parallel schalten. Und dann langsam Lautstärke am Radio aufdrehen

[Klebwax]

Wenn ich eine LED anschließe und dabei die Pins verpole, warum soll sie dann eigentglich kaputt gehen ?
Irgendwann fängt sie in Sperrichtung an zu leiten und dann verhält sie sich doch wie eine Zenerdiode.
Solange ich den Strom begrenze, sollte das doch "eigentlich" kein Problem sein.

Was bedeuted "Strom begrenzen"? Wenn du die Spannung langsam erhöhst, fängt Strom an zu fließen. Somit fällt an deinem Vorwiderstand eine Spannung ab, die dann garnicht mehr an der LED auftaucht. Eine Strombegrenzung ohne Spannungsverminderung gibt es nicht.

Ich habe grad mal auf dem Steckbrett eine 5mm rote LED mit 30 Volt invers betrieben, das stört sie überhaupt nicht...
natürlich mit einen Vorwiderstand, der den maximalen Strom bei 30 Volt auf ca. 20mA begrenzen würde.

Hier pfuschst du bei der Beschreibung. Die 30V liegen nicht an der LED sondern an der Hintereinaderschaltung von Widerstand, an dem pflichtgemäß eine Spannung abfällt, und der LED. Und wenn die Spannung an der LED selbst nachhaltig über dem im Datenblatt angegebenen Grenzwert liegt, wird sie auch kaputt gehen. Um das richtig beurteilen zu können, bräuchte man eigentlich einen Wert für den zulässigen Rückwärtsstrom der LED.

Das gilt aber auch in anderen Fällen. Nur weil ein Pin eines 3,3V µC über einen Widerstand mit einer höheren Spannung verbunden ist, geht nichts kaput. Selbst wenn nichts anderes, kein weiterer Widerstand, im Spiel ist, fängt die Substratdiode im µC bei Spannungen über der Versorgung an zu leiten und die Spannung am Pin begrenzt sich selbst. Läßt nun der Widerstand bei gegebener Differenzspannung keinen höheren Strom zu, als die Diode verträgt, kann nichts passieren.

Ob man seine Schaltung so auslegen sollte, daß das der Normalfall ist, steht auf einem anderen Blatt.

MfG Klebwax

[Siro]

Ersteinmal Danke für eure Anteilnahme.

@Klebwax:
Ich habe das eventuell schlecht beschrieben
Anbei mal eben die Schaltung und etwas Text.



Im Normalfall fällt die meiste Spannung am Vorwiderstand ab und an der LED die entsprechende Flußspannung UF z.B. 1,8 Volt
Es fliesst ein identischer Strom durch die LED und dem Vorwiderstand. rund 10mA

LED verpolt:
Wenn die LED keinen Leckstrom aufweisen würde bzw. komplett sperrt, würde die gesamte Spannung an der LED abfallen,
also die vollen 24 Volt. Gemessen hab ich 23,88V. Also fließt ein Strom von rund 54 Mikroampere rückwärts durch die LED.
Es kann aber maximal ein Strom durch die LED fleißen von 24 / 2K2 als 10,9mA selbst wenn sie intern einen Kurzschluss bilden würde.
und da bin ich der Meinung, dass es der LED niemals schaden kann.

Machen wir den Versuch mit 300 Volt
und als Vorwiderstand 300-1,8 / 10mA rund 30 KiloOhm

Wenn die Led in Flussrichtung geschaltet ist, fallen am Widerstand 300-1,8 also 298,2 Volt ab
und an der Led wieder die 1,8 Volt Flußspannung.

Wenn ich nun die LED verpole:
Fallen maximal an der LED 300 Volt ab, wenn sie komplett sperren würde, keinen Leckstrom hat ....
Es könnte aber sein, und das wird auch so sein, dass sie der Spannung nicht standhält und leitend wird.
Dann kann aber maximal ein Rückwärtsstrom von rund 10mA fließen, bedingt durch den Vorwiderstand
und genau da bin ich der Meinung, was auch meine bisherigen Versuchen bestätigen, dass es der LED nicht weh tut.

Du hast völlig recht, das die LED mit Sicherheit einen maximalem Reverse Current haben wird.
Der scheint in Datenblättern aber nicht unbedingt aufzutauchen.

Es wird meist eine Reverse Voltage angegeben. z.B 5 Volt
Wenn diese nun überschritten wird, verhält sich die Diode sicherlich unkontrolliert und wird mit steigender Spannung
immer leitender. (Das meinte ich mit Zener Effekt). Solange aber der maximale Strom (reverse current) nicht überschritten wird, sollte das kein Problem sein.
Ich vermute mal, das der maximale Reverse Curent sogar dem maximalen Forward Current entspricht,
hätte zumindest keine Erklärung warum dies nicht so sein sollte.

Siro

ich habe grad noch einen ähnlichen Artikel gefunden:
https://electronics.stackexchange.com/questions/173283/what-destroys-a-led-in-the-reverse-direction

http://www.candlepowerforums.com/vb/...ls-the-LED-why

eigentich möchte ich es nur verstehen woran die LED sterben soll,
weil sie tut es ja nicht....

[Siro]

Ich habe mal die Spannung an der LED Oszillographiert.

Eingangsspannung 250 Volt Wechselspannung aus dem Trenntrafo.
Spannung an der Led liegt bei rund 50 Volt wenn die LED sperrt.
Vorwiderstand 100K



hier noch der Spannungsverlauf bei 35 Vrms Eingangsspannung:


So langsam komme ich dahinter:

Am Scheitelpunkt der Sinusschwingung messe ich laut Ossi 50V an der Led
damit fallen bei 250 Volt Eingangspannung am Vorwiderstand bei 100K 250-50=200 Volt ab.
Dies entspricht einem Strom von 200/100E3=2mA
an der LED fallen 50V ab bei einem Strom von 2mA ergibt dies eine Leistung von 100mW

Im Normalfalle, wenn die LED nicht verpolt ist, habe ich jedoch nur
250V-1,8V = 248,2V
Strom = 2,482mA
was in der LED einer Leistung von rund 4,5mW entspricht.

Das Problem kommt erst zum tragen, wenn ich z.B. 20mA fliessen lasse.
Also (250V-1,8V / 0,02 Vorwidertsnad rund 12K

wenn jetzt 50 Volt an der LED liegen habe ich:
also am Widertsand 200 Volt mit einem Strom von 16,6mA
habe ich an der LED eine Leistung von 50V * 16,6E-3 = 0,83 Watt
und damit erhitzt sie sich und schmeisst irgendwann den Löffel.....

Schwere Geburt, aber jetzt ist es mir klar geworden.
Solange ich die LEDs mit sehr kleinen Strömen betreibe kommt das Problem
garnicht nicht zum tragen.

Somit gibt die Antiparallele Diode doch Sinn.
Problem gelöst, analysiert und verstanden, es gibt dann eine Thermische Zerstörung.
Habe ich auch gleich ausprobiert.
Mein Widerstand war schneller mit dem ROT leuchten..... 1/4W ist da bissle knapp......

Siro

[Klebwax]

Damit hast du einen der drei Tode in der Elektronik kennengelernt, die thermische Überlastung. Sie passiert nicht nur bei Halbleitern, auch Spulen und Motore sterben so. Selbst Kondensatoren kann man grillen.

Aber es gibt noch zwei weitere Todesursachen: Spannung und Strom.

Wird die Spannung zwischen zwei Punkten zu hoch, kommt es zu einem Überschlag. Für die freie Luft setzt man da 1mm bei 1 kV an. Innerhalb eines festen Körpers ist die Distanz zwar größer, aber bei den geringen Abmaßen z.B. zwischen Gate und Source eines Mosfets reichen schon 20-30V. Und da hilft auch kein Widerstand. Er wirkt erst, wenn Strom fließt und dann hat der Überschlag schon stattgefunden. Das gilt auch für Spulen, wenn ein Überschlag zwischen den Windungen stattfindet. Da gehts dann aber eher um einige hundert Volt. Auch Kondensatoren, die ein dünnes Dielektrikum haben um klein zu bauen (z.B. MLCC), sind da anfällig.

Und es gibt den reinen Stromtod. Dabei erhitzt sich ein (Halb)Leiter, gern an Gitterfehlstellen, punktuell so stark, daß er verdampft. Das kann sowohl Hotspots in einem Mosfet als auch die Bonddrähte betreffen. Ich erinnere mich noch an einen Vorlesungsversuch bei dem ein auf 5kV aufgeladener Kondensator über einen dünnen Draht kurzgeschlossen wurde. Das Metall ging dabei mit einem spektakulären Knall von der festen Phase direkt in die Gasphase über.

MfG Klebwax

[Siro]

Moin Klebwax: Ja, da gibt es doch so Einiges und man lernt doch nie aus.
Ich finde es aber immer wieder spannend und interessant auch scheinbar ganz triviale Dinge mal zu hinterfragen und zu testen.

Nun möchtet ihr evtl. noch wissen, wie oder warum ich überhaupt darauf gekommen bin die antiparallele Diode in Frage zu stellen

Ich habe mir einen Verpolungsschutz ausgedacht. Wenn die Versorgungspannung falsch angeschlossen wird,
soll eine rote LED leuchten ansonsten soll sie aus sein.
Was mich dann gestört hatte ist, dass die antiparalle Diode im Normalfalle, also bei richtiger Polung,
unnützen Strom zieht. Somit kam die Frage auf, brauche ich die überhaupt....

Falls Interesse besteht, kann hier weitergelesen werden: ansonsten wars das schon.

Die Idee zum Verpolungsschutz war folgender:
Man nehme eine normale Diode und eine Verpolung ist nicht mehr möglich.
Problem: An der Diode fällt eine recht hohe Spannung ab. 0,7V
Also eine Schottky Diode. 0,3V
Dann dachte ich mir, wenn die Polung okay ist, müste man die Diode kurzschließen.
Welcher elektronische Schalter hat einen niedrigen Widerstand, das war der Mosfet.
Also habe ich anfangs tatsächlich eine Standard Diode mit einem Mosfet kurzgeschlossen.
Irgendwann fiel mir ein, im Mosfet gibt es ja schon eine Diode, die Bodydiode (den PN Übergang) zwischen
Drain und Source. Leider ist die aber verkehrt rum in Sperrichtung.
Nun war ich der Meinung, warum sollte am Mosfet nicht auch Drain und Source vertauscht werden können.
Ein Versuch bestätige dann, der Strom fließt auch bei vertauschten Pins.
Nun hatte ich in einem Bauteil plötzlich die gewünschte Diode und einen niederohmigen Schalter
der im Normalfalle die Diode überbrücken soll.
Die frühere aufwendige Ansteuerung für den Mosfet wurde nun auf lediglich einen Gate Widerstand reduziert.

Zunächst war das alles in der positiven Versorgungsleitung mit eine P-Channel
Nachdem ich noch größere Ströme verpolungssicher machen wollte, stelle ich fest, daß
es bei N-Channels viel mehr Typen mit wesentlich kleinerem RDSon gibt als bei P-Channels.
So wurde nun ein N-Channel verbaut und es wird die Masseleitung unterbrochen.

Nachdem ich die Schaltung so geil fand und ich auch einen gewissen stolz nicht leugnen kann,
hab ich mal gegoogelt und muste feststellen. Ich bin nicht der erste mit dieser Idee.....

Dann wünsche ich euch jetzt allen ein schönnes Wochenende.

Achja, die Schaltung: Die Diode D1 war Zweck des Beitrages


Siro

[PICture]

Die Idee zum Verpolungsschutz war folgender:
Man nehme eine normale Diode und eine Verpolung ist nicht mehr möglich.
Problem: An der Diode fällt eine recht hohe Spannung ab. 0,7V
Also eine Schottky Diode. 0,3V
Dann dachte ich mir, wenn die Polung okay ist, müste man die Diode kurzschließen.
Welcher elektronische Schalter hat einen niedrigen Widerstand ...

Das benutze ich bis heute für max ca. 5V, weil Spannungsabfall in mV Bereich hat:

            ------>
               T
       / >----   ----> \
      |       v /       |
      |       ---       |
      |        |        |
 Ein <        .-.        > Aus
      |       | | R     |
      |       | |       |
      |       '-'       |
      |        |        |
       \ >-----+-----> /

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Siro]

Genau PICture, so habe ich das auch schon gemacht,
In der Form sogar einen Gleichrichter aufgebaut.
Dann ist es egal wie rum man den Akku anschliesst.
Und der Spannungsverlust liegt tatsächlich im mV Bereich.


Für größere Ströme und Spannugen geht es dann auch mit Mosfets hervorragend.

[PICture]

Und wie geht es mit MOSFET's ? Ich bin zum komplizierten Basteln zwar nicht mehr fähig, aber danke Dir sehr im voraus.