¿Por qué los pequeños LEDs sólo pueden conducir ~20mA y un 1N4001 puede conducir 1A?

Question

Sé que los LEDs rojos tienen una mayor caída de voltaje hacia adelante que un diodo de silicio; esto lleva a una disipación de energía aproximadamente 2,6 veces mayor a una corriente dada y, por lo tanto, a una capacidad de corriente 2,6 veces menor, pero 20mA es camino menos de 1A. Y sin embargo, un humilde 1N4001 no se quejará de 1A, pero un LED de 5 mm (más o menos del mismo tamaño) no durará nada. ¿A qué se debe esto?

Answer 1

Se debe principalmente a las diferentes áreas de unión, el diodo de potencia tendrá una unión mucho más grande. La unión típica de un LED es de 0,28 mm x 0,28 mm. Algunos LEDs toman tanta corriente como los diodos de potencia.

Answer 2

Embalaje: Un diodo de potencia puede tener mucho material (Si y metal) para soportar el calor, mientras que un LED necesita una superficie y una carcasa transparentes para dejar salir la luz.

Disipación de energía: Como dices, los diodos de potencia están ajustados para una baja caída de tensión hacia delante (de conducción). Los diodos de silicio pueden bajar hasta 300...500 mV, frente a los 650...750 mV típicos de los diodos de señal pequeña como el 1N4148. Los LEDs tienen voltajes típicos en el rango de 1600 mV...2400 mV. Lo que molesta al chip es el calor generado por la potencia disipada: P=V*I. Supongamos (para simplificar) que un LED y un diodo de potencia toman la misma cantidad de energía. Con una tensión directa de un LED cinco veces mayor que la de un diodo "ordinario", el LED sólo puede manejar 1/5 de la corriente.

Recorte del proceso: Además, los LEDs se ajustan principalmente para obtener una buena eficiencia (salida de luz con respecto a la entrada de energía eléctrica), mientras que los diodos de potencia se ajustan para obtener la máxima capacidad de manejo de potencia. Por ello, los diodos de potencia suelen funcionar a temperaturas más elevadas que los LED. De hecho, los diodos de potencia empiezan a ser felices a temperaturas en las que los LEDs empiezan a desintegrarse.

Estas son sólo aproximaciones y la gente que trabaja en la investigación de mejores LEDs de alto rendimiento probablemente se acobarde cuando lea esto, pero los ejemplos siguen mostrando la respuesta general a su pregunta... Y muestran el objetivo de la investigación sobre los LED: Chips de alta temperatura, técnicas innovadoras de embalaje para conducir el calor fuera del chip, bajos voltajes de avance (generalmente definidos por el material y los dopantes involucrados en el proceso - recuerde que el material define el color y que no hay mucho material disponible para construir algunos colores), ...