LED 分档（按正向电压分档）内正向电压的分布是什么？

在我们之前的文章典型功率 LED 的正向电压偏差是多少？中，我们讨论了 LED 的典型正向电压容差。在本文中，我们将讨论相关考虑因素。注意这不是基于实际分布数据，因为我找不到任何数据，但是它基于实际数据手册和实际 LED。

由于 LED 是分档的，如果我们假设数据手册中承诺的内容实际上是真实的，则以下假设可以被认为是真实的：

• 由于每个 LED 的正向电压都是实际测量的（这是 LED 的方式），没有 LED 在分档范围之外
• LED 是从未知的基础 LED 分布中分档的。注意，在一个分档中生产比另一个分档更多的 LED、丢弃一部分 LED 或…是完全允许的

一级模型：截断均匀分布

**作为一级模型，我们可以假设 LED 在分档的正向电压范围内均匀分布。**换句话说，对于 2.90V 到 3.0V 的分档（参见上一篇文章），拥有 Vf=2.91V LED 的可能性与 Vf=2.97V 完全相同，但拥有 Vf=2.88V LED 的可能性为零。

二级模型：无偏非均匀基础分布

典型的制造分布不是均匀分布的，而是由工艺施加的某种形状 - 例如正态分布。为简单起见，我们可以假设正向电压分布是以最低和最高可能正向电压的平均值为中心的无偏正态分布（最低分档的最低电压加上最高分档的最高电压，除以 2）。

在此二级模型中，**低于分布中心的分档将具有更高可能性的较高电压之一。**例如，2.60V 到 2.70V 分档将比抽取 Vf=2.61V LED 稍有更高的可能性抽取 Vf=2.69V LED。对于电压高于分布中心的分档，抽取较低电压 LED 的可能性将稍高。可能性的差异大小不仅取决于未知的基础分布，因此我们不能对此做太多假设。但考虑到制造商将严格避免不必要地丢弃 LED。所以以下考虑中至少有一个必须为真：

• 由于正向电压考虑而丢弃的 LED 是不可销售的
  • 可能是因为在实际分档之外生产的 LED 数量太少，不值得引入另一个分档
  • 可能是因为这些 LED 被认为有缺陷或不可测试（例如由于它们的光输出不在规格范围内）
• 总体而言，制造商将尝试优化工艺以最小化要丢弃的 LED 数量，因为它们消耗资源（制造资源和测试时间）但被丢弃
  • 一个合理的基本假设是分拣出的 LED 数量在低个位数百分比。如果缺乏更好的数据，假设为 2%，各制造商之间有高变异性。
• 被分拣出的 LED 以次要（“非高端”）品牌销售，至少在某些参数上具有更高的容差

三级模型：考虑容差和舍入模式

拥有 2.70V 正向电压的 LED 是什么意思 - 实际正向电压 2.701V 会将 LED 放入 2.60V 到 2.70V 的分档 A 还是 2.70V 到 2.80V 的分档 B？如果我们认为测量 100% 准确，显然它将被放入分档 B。

然而，即使是我们之前文章中的 OSRAM 数据手册也列出了

The Forward voltage is measured during a current pulse duration of typically 1 ms with a tolerance of ± 0.05V .

注意 ±50mV 是相当大的容差。由于我们不知道测量设备的实际偏差是多少，我们需要考虑分档电压的 ±50mV 容差。例如，分档 B 可能具有 Vf 从 2.65V 到 2.85V 的 LED。而不是 ±1.8% 的偏差（从 2.70V 到 2.80V，相对于其中心 Vf），此过程导致 ±2.65% 的偏差 - 大约是我们在之前模型中看到的容差的两倍。

通常，此类测量中的误差主要由偏移而非噪声驱动（我们在这里讨论的是几十毫伏的测量，你不需要计量级设备来做这个）。一直校准设备需要花费大量金钱，因此定义稍高的容差可以节省大量金钱。如果你要保证更高的容差，你需要考虑由于 Vf 的温度系数而在分档过程中进行更严格的温度控制，精度到个位数度数，并且你必须更频繁地校准和调整你的设备。

如果我们假设只有一个测试设备测试了我们的设备，未知偏移会稍微移动截断电压分布，但不超过任一方向上指定的 50mV 偏差（当然取决于制造商，并不总是在数据手册中找到）。换句话说，标称 2.70V 到 2.80V 的分档 B 可能是 2.66V 到 2.76V，没有 LED 超出该范围。然而，该范围是未知的

进一步考虑

然而我们仍然需要考虑大多数 LED（当然除了一些非常昂贵的）是超大批量、低成本产品，大量生产。你只能在经济上将生产机器加速到一定程度 - 超过该点，最好将执行相同制造步骤的多台机器并排放置。虽然这当然不能保证，但也不能假设单个零件号的所有 LED 都由同一台机器生产。因此，我们不能假设偏移在单个分档内是恒定的。一台分档机器可能有 +0.03V 的偏移，而下一台可能有 -0.04V 的偏移。

然而，有一些论据表明在单个卷盘上销售的任何东西可能来自单台分档机器 - 换句话说，从你信任的人那里购买连续的 LED 卷盘或带，给你全新的卷盘而不是连接在一起的独立卷盘的混合，你有更高的可能性实际电压更像是 ±1.8% 而不是 ±2.65%，因为它已经过测试。但是，如果没有明确保证，你无法保证来自不同机器的 LED 分档不会被扔进同一个物理分档中。由于大多数优质制造商尝试实施某种形式的可追溯性系统，以将现场出现的错误追溯到导致它们的任何工艺或机器，连续带比仅相同零件号的 LED 稍有更少的 Vf 偏差的可能性更大。

即使在单个卷盘内，你可以看到相邻 LED 的偏差比从卷盘一端到另一端比较 LED 时的偏差稍小 - 比如说，因为分档过程中的温度变化非常非常小，通过 Vf 温度系数影响测量的 Vf。

我们到目前为止没有考虑的一个方面是异常值。许多优质制造过程在设计时考虑了五西格玛容差（即每 350 万个 LED 中最多有一个不符合规格）。这意味着即使制造和分档过程有效地对 LED 进行 100% 测试，至少偶尔你会产生一个异常值 - 无论是每 100 万、每 1000 万还是每万亿个零件。在实践中，达到五西格玛很难，罕见错误的原因几乎无处不在。因此，即使分档具有电压超出指定 Vf 范围的 LED 的概率极低，比如 0.00002%，它也不是零。注意，即使 LED 仅超出规格一毫伏，技术上也被视为异常值，而且大多数异常值只是刚好是异常值 - 即使在异常值中，也只有一小部分远远超出容差。除了一组：实际有缺陷的 LED。

考虑这个场景：如果线键合由于某种原因有间歇性接触，并且在测试期间它工作。这将产生一个异常值，在组装到 PCB 上后可能甚至工作几年。但是当 LED 通过正常操作一次又一次地温度循环时，它可能在某个时候失效 - 也可能不会。这里要记住的要点是，不仅生活受统计影响，生活本身就是统计。因此你应该将保证视为某人有理由相信某事件极不可能发生，但你永远不会达到 0% 或 100%。