Мне бы хотелось, чтобы в качестве источника света использовалась стробоскопическая лампа с использованием светодиодов RGB. Я хочу пульсировать светодиоды импульсами очень короткой длительности (в идеале микросекунды или меньше) при частоте около 100 Гц.
Общее время включения светодиодов в секунду, вероятно, будет меньше 1/1000 секунды. Если светодиоды работают при номинальной мощности, общая светоотдача будет низкой, а результирующая освещенность будет очень плохой. Меня интересует идея пропуска очень коротких импульсов через светодиоды, которые имеют постоянную мощность, но с током, значительно превышающим номинальный. В идеале, в 10 раз или даже в 100 раз выше номинального.
Резьба здесь: High Current Pulse on LED говорит о том, что несколько раз больше номинального тока для коротких импульсов, вероятно, хорошо, но я думаю, что они говорят о более длинных импульсах, чем я себе представляю.
Кто-нибудь может прокомментировать, могут ли светодиоды выжить достаточно долго, чтобы быть полезным? Я не против резко уменьшенной полной жизни. Пока они выживут в течение нескольких десятков часов использования (всего вовремя, вероятно, менее часа), это нормально.
Ответы:
Для практического ответа на вопрос потребуется разрушительное испытание, по крайней мере, одного светодиода , предпочтительно нескольких.
В широком смысле:
Светодиоды в основном разрушаются от тепла , а не от тока. В зависимости от внутренней конструкции светодиода и его кратковременного рассеивания тепла, светодиод может выдерживать 100-кратный номинальный ток. Точно так же, если отвод тепла от соединения не является достаточно быстрым, светодиод может быть разрушен всего лишь в 5 раз больше номинального тока.
Учитывая желаемую длительность импульса, упомянутую в вопросе, я просто попробовал следующее:
У меня есть дешевый красный светодиод без имени 20 мА, который пульсирует при 0,8 Ампер при 12 В, с длительностью импульса 5 мкс , рабочим циклом 1/256 ( 0,39% ). Он не взорвался за последние 15 минут, на самом деле провода даже заметно не теплые. Однако он не очень ярко освещен, что может быть отчасти из-за спада при переключении сигналов.
При аналогичных требованиях к перегрузке светодиодов, я соблюдаю практическое правило, согласно которому номинальная средняя мощность светодиодов снижается на 10% на каждые 100% увеличения тока привода по сравнению с номинальным. Я считаю, что это слишком консервативно, но я добился успеха с номинальным током в 30 раз больше для приложений типа «вспышка камеры», использующих белые светодиоды Piranha.
Будет ли это превышение номинальных значений считаться приемлемым инженерным решением? Отнюдь не.
Обновить:
После испытания с красным светодиодом, описанным выше, частота ШИМ была уменьшена таким образом, что каждый импульс «вкл» становился равным 20 микросекундам по сравнению с предыдущими 4,88 микросекундами, сохраняя рабочий цикл таким же, как и раньше.
Результатом стало настоящее разрушительное испытание: светодиод эффектно взорвался , верхняя половина до сих пор не найдена.
Гипотеза : с длительностью импульса, сравнимой с временем нарастания светодиода, светодиод на самом деле не сильно загорается, и при этом он не проявляет ожидаемых термических катастрофических эффектов.
При сохранении длительности импульса 20 микросекунд и коэффициента заполнения 0,39% было введено ограничение тока, систематически увеличивая допустимый ток с 50 мА до 400 мА. Светодиод выживает до определенной точки и намного ярче, чем в случае с 4,88 микросекундами.
При превышении 350 мА светодиод гаснет, появляется волшебный дым, то есть он превращается в SED (Smoke Emitting, Dead).
Выводы :
источник
Интересная работа Anindo над светодиодами 20 мА, которую я всегда понимал, может быть перегружена для коротких рабочих циклов, хотя я никогда не знал, сколько. Я подумал, может быть, 10: 1, 40: 1, может быть, толкать его!
Однако это может не распространиться и на новые высокопроизводительные светодиоды, которые уже работают тяжелее, с осторожным тепловым дизайном.
Этот светодиод высокой мощности от HP (кашель, Avago), например, имеет явные «абсолютные максимальные» значения для «пикового импульсного тока» 2,4 А для InGaN, 1,5 А для AlInGaP-диодов, только примерно в 3,5 раза и в 2 раза выше номинального тока 700 мА. На странице 6 этого устройства есть то, что вы хотите: импульсный ток в зависимости от длительности графиков для различных рабочих циклов.
Краткий обзор других высокопроизводительных таблиц светодиодов показал один (расчетный ток 350 мА) с «абсолютным максимумом» 1,2 А с интересным условием, что он не должен достигать этого тока в течение 60 секунд в течение всего срока службы изделия.
Так что он, видимо, сильно различается у разных производителей и моделей мощных светодиодов.
источник
Количество, на которое может быть перегружен светодиод, сильно зависит от конструкции. Каждый светодиод имеет максимальную температуру, которую можно достичь до выхода из строя для каждого материала .
Максимальный длительный ток обычно ограничен инкапсуляцией, материалом линзы, защищающим диод. Этот вид отказа либо тает, либо делает линзу непрозрачной (обычно желтой, а затем коричневой). Максимальный длительный ток может быть увеличен за счет уменьшения выделяемого тепла (повышения эффективности) или эффективной теплопроводности. Вот как сделаны мощные светодиоды.
Максимальный импульсный ток обычно определяется токонесущими материалами. Проводники имеют такую небольшую массу, что они быстро перегреваются и катастрофически выходят из строя (например, ответ Аминдо Гоша со взрывающимся светодиодом). Проводящий путь перегрелся и вышел из строя, потому что у него не было достаточно массы, чтобы выдержать скачок тока. Даже если светодиод имеет низкое тепловое сопротивление и может выдерживать большой постоянный ток, он может не справиться с гораздо большим, чем при импульсном токе.
Под светодиодом можно понимать цепочку тепловых конденсаторов и резисторов (резисторы последовательно с байпасными конденсаторами). Диод имеет низкую емкость, но также и низкое тепловое сопротивление. Он может быстро отводить тепло, но не выдерживает скачков напряжения. Инкапсуляция имеет высокую емкость, а также высокое тепловое сопротивление. Он обрабатывает скачки напряжения, но не может выдерживать большой постоянный ток.
Также в отношении светодиодов включается время. Скорее всего, это ограничено схемой управления, а не светодиодом. Я знаком только с светодиодами CREE XLAMP, которые имеют время перехода около 10 наносекунд.
источник
Обычно в разделе «Абсолютные максимальные значения» спецификации светодиодов указывается ток, превышающий длительный рабочий ток, допустимый для устройства. Если вы превысите указанный максимальный ток даже на наносекунду , то для производителя все ставки сняты.
На практике вполне вероятно, что даже если Абсолютный максимальный рейтинг указывает 500 мА, можно пройти 1А через деталь в течение 10 мкс, раз в секунду в течение года, ничего не повредив. С другой стороны, также вероятно, что при прохождении 1А через деталь в течение 10 мксек, возможно, не будет генерироваться намного больше света, чем было бы, если бы через 1 м через 500 мА в течение 10 мкс. Независимо от того, сколько энергии вы вкладываете в светодиод, существует предел в отношении того, сколько света он будет генерировать с помощью своих предназначенных средств (т. Е. С помощью средств, отличных от повышения в пламени). Так как любая мощность, которую он вкладывает, но не преобразуется в свет, преобразуется в тепло, существует точка, за которой увеличение пикового тока отрицательно повлияет на срок службы детали, чем на количество генерируемого света.
источник
Может случиться так, что если мощность не превышает номинальную мощность светодиода, ее можно легко рассчитать, если отношение частоты импульсов к рабочему циклу не превышает 100% при силе, скажем, при мощности 20 мА, то есть, если мощность равна используется для преобразования в свет является линейным. Если он не является линейным, то это будет какая-то кривая и использовать исчисление, чтобы найти кривую, чтобы найти точку, где она превышает проектные параметры. Конечно, может быть момент, когда тепло не может быть отведено достаточно быстро, а затем мешает преобразованию электрона в фотон. Поэтому, если радиатор мог бы быть более непосредственно связан физически с внутренней частью светодиода, он мог бы с большей готовностью (отводить тепло) отводиться тепло или активно охлаждаться. это сделало бы светодиод намного менее энергоэффективным, но тогда он мог бы работать с большим током для различных применений, таких как стробоскопическая, импульсная модуляция и т. д. Кроме того, выходной сигнал светодиода в некоторой степени монохроматичен, но будет изменять свой диапазон волн в зависимости от температуры, поэтому можно было бы настроить частотный диапазон светодиода для применений в монохроматическом режиме, если изменения в освещении корректируются и калибруются. Вероятно, видимая яркость воспринимается глазом как более эффективная или не имеющая ничего общего с квантовой эффективностью светодиода, но в большей степени связанная с квантовым преобразованием химии сетчатки и размера зрачка и постоянством зрения, и, следовательно, должно быть оптимальное преобразование импульса мощности для этого видимого освещения для глаз. Кроме того, выходной сигнал светодиода в некоторой степени монохроматичен, но будет изменять свой диапазон волн в зависимости от температуры, поэтому можно было бы настроить частотный диапазон светодиода для применений в монохроматическом режиме, если изменения в освещении корректируются и калибруются. Вероятно, видимая яркость воспринимается глазом как более эффективная или не имеющая ничего общего с квантовой эффективностью светодиода, но в большей степени связанная с квантовым преобразованием химии сетчатки и размера зрачка и постоянством зрения, и, следовательно, должно быть оптимальное преобразование импульса мощности для этого видимого освещения для глаз. Кроме того, выходной сигнал светодиода в некоторой степени монохроматичен, но будет изменять свой диапазон волн в зависимости от температуры, поэтому можно было бы настроить частотный диапазон светодиода для применений в монохроматическом режиме, если изменения в освещении корректируются и калибруются. Вероятно, видимая яркость воспринимается глазом как более эффективная или не имеющая ничего общего с квантовой эффективностью светодиода, но в большей степени связанная с квантовым преобразованием химии сетчатки и размера зрачка и постоянством зрения, и, следовательно, должно быть оптимальное преобразование импульса мощности для этого видимого освещения для глаз.
В любом случае текущее взаимодействие должно стать нелинейным в некоторой точке и разрушить светодиод. Возможно, охладите светодиод, циркулируя немного охлажденного масла вокруг него с помощью серебряных или золотых радиаторов на выводах или облив жидким азотом. Кажется, что хорошие электронные проводники являются хорошими материалами для отвода тепла, а золото химически более стабильно, чем серебро, хотя и дорого.
источник