Зависит ли (и когда, как) срок службы светодиода от частоты ШИМ

25

Давайте предположим два варианта управления стандартным светодиодом при номинальном токе.

  1. ШИМ установлен на 50%, рабочий цикл при 10 кГц
  2. ШИМ установлен на 50%, рабочий цикл при 50 кГц

Технически оба светодиода будут излучать одинаковое количество света, и «мигающий» не будет виден человеческому глазу или камере (за исключением, может быть, высокоскоростной камеры ...)

led pwm lifetime Гилад
источник
Хороший вопрос +1, я собирался задать что-то похожее. Я был бы обеспокоен на очень низкой частоте, такой как выпрямленные 50 Гц, из-за термоциклирования небольшого перехода. Мы будем ждать ответов.
Аутизм
3
Кстати, некоторые из нас , людей , есть глаза , которые на самом деле являются чувствительными к PWM мигающим. И поэтому некоторые производители мониторов и телевизоров создают панели без мерцания без ШИМ для затемнения.
Базилик Бурк
Под «его номинальным током» вы подразумеваете ток, который течет во время «включенной» части рабочего цикла, или вы имеете в виду средний ток за весь цикл? Если в последнем случае, очевидно, есть какая-то частота, на которой светодиод, можно сказать, пульсирует, включается и выключается, так что светодиод эффективно перегружается в течение этого времени, вопрос заключается в том, каков механизм повреждения и как медленно это должно происходить. быть.
Крис Страттон
Это может быть неуместно, но последнее предложение («Технически оба светодиода будут излучать одинаковое количество света ...») не совсем верно; светодиод с более высокой частотой будет излучать меньше света, чем светодиод с более низкой частотой. Я узнал об этом здесь на Электроники Stack бирже :) electronics.stackexchange.com/a/86942/30973
Аяне

Ответы:

12

Позвольте мне открыть мой верный MIL-HDBK-217F и посмотреть, что он говорит о светодиодах и их долговечности: -

введите описание изображения здесь

Основным фактором, влияющим на частоту отказов на миллион часов, является температура.

Интересно, что если я прочитаю следующий раздел о лазерных диодах, в них учитывается пульсация рабочего цикла, но их вывод (на стр. 6-21) заключается в том, что при коэффициенте заполнения 50:50 частота отказов лазерных диодов составляет около 25% от этого. когда постоянно везут.

Они также заключают (на стр. 6-22), что если вы работаете с лазерным диодом при выходной мощности света 50% от его номинальной мощности, он будет работать в десять раз дольше, чем при работе на 95% его номинальной выходной мощности.

Энди ака
источник
Это увлекательно, но мне интересно, как были получены эти базовые показатели отказов. Почему «фототранзистор», «фотодиод» и «IRLED» выходят из строя гораздо чаще, чем «светодиод» (и ни один из них не указан по типу или применению)? Каков доверительный интервал для любого из этих значений? Почему температурный фактор одинаков для всех устройств? Это вовсе не умаляет ваш ответ - источник четко говорит, что говорит. Но я не могу не думать, что эти расчеты - как худшие значения ок. 1991 год в неопределенных условиях - может быть действительно значимым только для военных США.
Александр Р.
@OleksandrR. Вы с момента написания этого комментария провели какое-либо исследование о валидности стандарта mil?
Энди ака
К сожалению нет. Я не знаю, с чего начать, потому что в документе ничего не упомянуто, чтобы можно было это оценить. На самом деле, большинство из них выглядит вполне разумно - но для этих очень похожих устройств с такими низкими базовыми показателями отказов, похоже, что существует некоторый неподтвержденный эффект приложения, который искажает указанные значения. Если IRLEDs являются яркими, например, используются в ИК-осветителях. А оптоизоляторы могут легко выходить из строя из-за напряжения тока или напряжения, а не из-за перегорания светодиодов, поэтому выходы фототранзисторов выходят из строя чаще.
Александр Р.
1
Извините меня. Я только что увидел раздел ссылок в конце. Светодиоды описаны в RADC-TR-88-97, где отмечается, что только 22 светодиода вышли из строя в течение 4827 миллионов часов работы, а нулевые (!) IRLED - в течение 39 миллионов часов. При таких малых (или несуществующих) размерах выборки причина нечетных значений очевидна. RADC-TR-88-97 также подробно описывает статистические методы и результаты. В целом этот документ выглядит гораздо более значимым, чем MIL-HDBK-217F.
Александр Р.
@OleksandrR. Может быть, рассмотреть вопрос о том, чтобы сделать это ответ?
Энди ака
6

Светодиоды - это просто диоды, которые не «изнашиваются» с частотой. Максимальный ток и средний ток влияют на то, как изнашивается светодиод, но частота не оказывает никакого влияния, о котором я когда-либо слышал.

Кроме того, ваши частоты низкие. Рабочий цикл 50 кГц и 50% означает, что 10 мкс включен и 10 мкс выключен. Это "долгое" время для светодиода.

Олин Латроп
источник
1
Для некоторых эффектов это может занять много времени, но для термического разложения (которое, очевидно, доминирует) оно очень короткое.
Крис Х
3

Личный опыт:

Я управлял стандартным ультрафиолетовым светодиодом, рассчитанным на 3,4 В, 20 мА, с напряжением около 1 А для 5 нс с частотой 87 кГц (рабочий цикл: 1: 2300), но не наблюдал никакого «износа» с точки зрения яркости или формы импульса в течение 10 ^ 11 импульсов.

sweber
источник
1
Это около 8000 дней? Ой, извините, что это 133 дня (менее впечатляющий LOL)!
Энди ака
ОТ, но сколько светового потока он производит в этих крайне перегруженных условиях? Я полагаю, что эффективность падает довольно быстро с увеличением тока (из-за повышенной скорости рекомбинации носителей при более высоких температурах матрицы), но я не уверен в реальном поведении для коротких импульсов, подобных этому.
Александр Р.
Как вы измерили фактический ток? Похоже, было бы сложно избежать индуктивных эффектов как в драйвере, так и в самой измерительной установке.
Крис Страттон
@OleksandrR. : Был эффект насыщения, но он был почти незначительным. Кроме того, поскольку у всей установки было достаточно других причин для таких эффектов, я бы сказал, что не было никаких потерь в эффективности. Тем не менее, я не слишком заботился об этом, было просто важно, чтобы количество света можно было как-то контролировать, а 1А было чрезвычайным значением.
Sweber
@ChrisStratton: Ну, я действительно использовал очень маленький резистор в серии и один из этих хороших дифференциальных 3,5 ГГц пробников от Agilent. Конечно, резистор уменьшает ток, но интерполяция из-за количества света и оценки из измеренных данных позволяют сделать вывод, что ток должен быть около 1А. Конечно, это было сложно, и все было точно.
Sweber
2

Никакого заметного воздействия. Сам светодиод будет чувствителен только к общему сроку службы, но надежность измеряется через 10 лет.

Тепловые сбои из-за упаковки или проволочных соединений более вероятны, но вероятность сбоя все еще очень мала. Наиболее вероятный сбой для самодельной системы - это паяные соединения или провода между светодиодом и печатной платой, или печатной платой и источником питания.

Тепловые сбои вызваны различными скоростями теплового расширения, и в результате этого возникает чрезмерное напряжение на конструкции. Небольшие напряжения или циклы напряжения оказывают незначительное влияние. Учтите, что пластик светодиода, вероятно, был отлит и отвержден при +175 С - он всегда находится под напряжением.

Тепловая постоянная времени светодиода, вероятно, находится в диапазоне 10-100 мс. Езда на велосипеде быстрее, чем это, приводит к очень маленьким колебаниям температуры, которые не вызывают проблем, и езда на велосипеде медленнее, чем это, ограничивает общее количество циклов очень маленьким числом.

jp314
источник