Чи дає імпульсний світлодіод при підвищеному струмі більше видимої яскравості?

Це питання передбачає два припущення:

1. Частота включеного світлодіодного драйвера досить висока, щоб середня потужність, а не миттєва потужність, використовувалася для визначення максимального струму приводу.
2. Обмежуючим фактором, який визначає максимальний струм при будь-якому робочому циклі, є середнє розсіювання потужності.

Після цих припущень очевидно, що струм через світлодіод при максимальному розсіюванні потужності обернено пов'язаний з робочим циклом.

Чи збільшується, зменшується чи не впливає на видиму яскравість (не обов'язково освітленість) імпульсний світлодіод при більш високому струмі та меншому робочому циклі?

Я не маю на увазі жодних конкретних світлодіодів чи топологій драйверів, але я б вітав посилання на реальні деталі, таблиці чи програми. Мені б також цікаво дізнатись, чи змінюється це між індикаторами низької потужності (скажімо, 20mA) індикаторами та світлодіодами з високою яскравістю освітлення.

Я раніше це детально розглядав, коли розробляв світлодіодні сонячні заряди і, як правило, цікавлюся світлодіодами.

По-перше, сприйняття людиною при постійній потужності та змінних імпульсах кругообігу. Скажімо, 10% робочий цикл призведе до того, що 10 х струм при тій же напрузі для цього утримується. Реальні світлодіоди будуть мати дещо вищі напруги вперед, коли струм збільшується в 10 разів, але не дуже. Справедливий тест - це, мабуть, Ipeak x час у = константа.

• У далекому минулому вважалося, що реакція очей людини була такою, що імпульсні світлодіоди з постійною потужністю, але при низьких робочих циклах призводили до більшої видимої яскравості. ПІСЛЯ посилань знаходився в документі HP.

• Зовсім недавно я прочитав якраз навпаки з помірно авторитетного, але безпам'ятного джерела.

Я, мабуть, можу знайти останній документ, але HP він загубиться в туманах часу. Однак я вважаю, що будь-який фізіологічний ефект ефірним шляхом невеликий. Зважаючи на те, що вам потрібно приблизно змінити яскравість світлодіодів 2: 1, щоб воно було помітне при перегляді світлодіодів окремо (один чи інший, але не обидва разом), невеликі відмінності, безумовно, не помітні. Якщо, наприклад, на загальній сцені два світильники світяться поряд, тож для порівняння вам може знадобитися різниця 1,5: 1+, перш ніж різниця буде помітна - це дещо залежить від спостерігача. Якщо для "миття стін" на гладкій стіні використовуються два світильники, побічні відмінності приблизно до 20% можуть бути помітні.

По-друге - фактична яскравість.

Використовуючи постійний середній струм, загальний світловий випромінювання падає для імпульсної роботи і нижче для все більш низького робочого циклу! Ефект ще гірший при постійній середній потужності !!

Обидва ці ефекти можна чітко побачити, вивчивши аркуші даних цільових світлодіодів. Світлова потужність на криві струму близька до прямих, але крива у бік зменшення виходу на мА при збільшенні струму. тобто подвоєний струм не зовсім подвоюється світловим виходом. Цей зменшується коефіцієнт віддачі прискорюється зі збільшенням струму. тобто світлодіод, що працює набагато нижче його номінального струму, створює більше просвіту / мА, ніж при номінальному струмі, збільшуючи ефективність із зменшенням мА.

Вихід (просвіт) на Ватт навіть гірший, ніж просвіт на мА. Зі збільшенням mA Vf також збільшується, тому продукт Vf x I збільшується швидше за просвіт, ніж тільки я. Отже, знову ж таки, максимальний просвіт / Ватт досягається при низькому мА порівняно з номінальним мА, а ефективність просвіту / Втт покращується зі зменшенням струму.

Обидва ці ефекти можна побачити на наступних графіках.

Ці криві є надзвичайно чудовим [tm] Nichia NSPWR70CSS-K1 світлодіодом, згаданим нижче. Незважаючи на те, що цей світлодіод визначається абсолютним максимумом 60 мА і безперервним максимумом 50 мА, Nichia люб'язно вказав, що його продуктивність до 150 мА. Довговічність при цих струмах "не гарантована". Йдеться про найефективніший світлодіод <50 мА. Якщо хтось знає про будь-який з найвищою л / Вт при 50 мА та в тому ж ціновому діапазоні, будь ласка, порадьте!

Я використовую світлодіод Nichia "Raijin" NSPWR70CSS-K1 в декількох продуктах. Це почало життя як світлодіод 30 мА, але Nichia після тестування був збільшений до 50 мА (зі скороченням життя 14000 годин). При 50 мА він забезпечує близько 120 л / Вт, а при 20 мА - близько 165 л / Вт. Остання цифра ставить її до числа найкращих реальних товарів у світі, хоча останні пропозиції зараз перевищують цю величину набагато нижче номінальних струмів.

Ускладнюючим фактором є те, що сучасні світлодіоди високої потужності часто оцінюються за значеннями Iabsolute_max, можливо, на 20% вище Imax_operating. тобто неможливо керувати ними в імпульсному режимі при менше 90% робочого циклу та постійному середньому струмі без перевищення їх номінальних абсолютних максимальних струмів. Це не означає, що вони не можуть багато разів імпульсувати їх номінальні максимальні постійні струми (запитайте мене, як я знаю :-)), лише те, що виробник не підтверджує результати. Світлодіод Raijin ДУЖЕ яскравий при 100 мА.

Особливий випадок.

Однією з областей, де імпульс при дуже високих струмах і низьких робочих циклах може мати сенс, - це те, що світлодіод присвоюється для такої роботи, і миттєвий світловий вихід (яскравість) має більше значення, ніж середня яскравість. Приклад, що часто зустрічається, є в інфрачервоних контролерах (ІЧ), де важлива яскравість кожного окремого імпульсу, оскільки виявляються окремі імпульси і середній рівень не має значення. У таких випадках можуть використовуватися імпульси плюс 1 ампер. Обмежуючим струмом у таких випадках може бути струм, що плавиться струмом зв'язку. Вплив на світлодіодну матрицю буде скороченням терміну експлуатації, але це (імовірно) дозволено виробником у специфікації - і необхідний загальний термін експлуатації зазвичай низький. (наприклад, пульт дистанційного керування телевізора, який використовується для 0.

Ефективне поліпшення освітлення джерела світла за допомогою імпульсної модуляції та його психофізичного впливу на людське око. EHIME University 2008

Енддоліт цитував документ, який стверджував істотну справжню візуальну вигоду за певних умов. Ось повна версія цитованого документу Jinno Motomura
[посилання оновлено 1/2016]

Вони вимагають до ~ 2: 1 справжнього приросту просвіту (оскільки промені відносяться до реакції очей) на 5% робочому циклі, але, незважаючи на велику обережність, яку вони доклали, є деякі основні невизначеності при перекладі цього на реальні програми.

• Вони, здається, роблять дуже великий акцент на час швидкого підйому та падіння. Чи зустрічаються вони під час висвітлення реальних сцен, чи це має значення? і чи є вибрані приклади, коли це буде працювати краще за інших?

• Це дивляться на світлодіоди безпосередньо (із залишком хорошого ока?) Та порівнюють видиму яскравість. Як це перекладається на рівні світла, що досягають спостерігача після відображення сцени.

• Як це застосовується, коли світлодіоди використовуються для освітлення цілей. Чи впливатимуть середні рівні освітленості від цілі порівняно з прямим світлодіодним спостереженням? На скільки?

• Як сучасні, наприклад, білі світлодіоди мають Imax_max ~ = 110% I_max_ безперервно, і оскільки цей ефект, як видається, залежить від ~ 5% робочого циклу, чи це має наслідки для подібних світлодіодів реального світу при великих відсотках від номінального струму?

Здається, навколо цієї області багато дезінформації. Деякі кажуть, що є візуальний ефект, що пульсуюче світло сприймається яскравіше, ніж його середній рівень. Наскільки я можу сказати, в цьому є певна незгода, але це стосується досить повільного миготіння, таким чином, що стійкість зору несе яскравість між імпульсами. Це в діапазоні від декількох Гц до низьких 10 Гц. Я не впевнений, що існує консенсус щодо того, чи дійсно це сприймається як яскравіше, чи це привертає до нього лише більше уваги.

Швидке миготіння таким чином, що світло виглядає стійким (кілька 100 Гц), очевидно, не збільшує сприйняту яскравість. Що ви сприймаєте, це середня яскравість. Це означає, що швидкий миготливий світлодіод насправді менш яскравий при однаковій середній потужності. Яскравість світлодіода приблизно пропорційна струму, але більший струм також спричиняє більший спад напруги вперед. 10mA безперервний і 20mA на 50% при 1 кГц будуть виглядати досить близькими до того ж, але останній забирає більше енергії, оскільки падіння напруги на 20mA буде вище, ніж при 10mA.

Яскравість світлодіодів здебільшого пропорційна струму, але не повністю. Воно зазвичай падає трохи під час струму, але для більшості світлодіодних індикаторів типу цей ефект настільки малий, що неможливо помітити. Люди сприймають інтенсивність світла логарифмічно. Коефіцієнт 2 виглядає як невеликий, але чітко помітний крок. 10% помітити неможливо, за винятком прямого порівняння.

Світлодіоди високої потужності, що використовуються для освітлення, по-різному відсувають межі та виявляють більше випадів із більшим струмом. Максимальна ефективність і максимальна яскравість - це не одне і те ж. Цієї різниці достатньо, щоб мати значення в вимогливих програмах. Тут потрібно уважно перевірити світлодіодний лист. Світлодіодні індикатори високої потужності зазвичай мають показники яскравості як функцію струму, і цей хвіст ви побачите трохи на високому кінці. Також врахуйте, що для цих світлодіодів миттєвий максимальний струм ближче до середнього максимуму, ніж для малих світлодіодних індикаторів. Багато цього стосується управління температурою та теплом.

Я завжди дізнавався і був впевнений, що струм світлодіода вище номінального (часто близько 20 мА для звичайного світлодіода) призведе до більшої світності, але менше, ніж пропорційний, і що струму цього робити не варто. У такому випадку пульсування не отримає більше яскравості. Припустимо, світлодіод із 0,45 мкд при 10 мА та 0,9 мкд при 40 мА. Імпульсний при 40mA з 25% робочим циклом дасть середній струм 10mA, а середня світність 0,225mcd, це лише половина світності, яку ми отримаємо при 10mA безперервно.
Я не склав цих цифр. Їх можна знайти в таблиці даних Panasonic LN222RPX :

Я хочу зробити тут дві замітки:

1. половина значення здається великою різницею, але вам доведеться пам’ятати, що наше око сприймає інтенсивність світла логарифмічно; якщо подвоєння інтенсивності становить 1 крок, то різниця між тьмяно освітленою кімнатою (10 лк) та яскравим сонячним світлом (100 000 лк) становить лише 13 кроків. Один крок буде менш помітний, ніж пропонують цифри.
2. Існує також інший графік, напруга вперед та напруга вперед. Як і для будь-якого іншого діода, напруга зростає зі збільшенням струму. Це означає, що розсіювання потужності в світлодіоді збільшиться більш ніж пропорційно зі зростаючим струмом.

Якщо ми зупинимось тут, ми могли б зробити висновок, що імпульсний струм гірший, ніж постійний струм, світність і потужність. АЛЕ!

Кевін прийшов із цим графіком із таблиці даних Кінгбрайта :

Ця крива чортова прямо! Для цього світлодіода (та інших, від Кінгбрайта я перевірив) світність ідеально лінійна зі струмом, тому імпульсна сигналізація повинна давати такий же результат, як і постійний струм.

висновок
Мабуть, не всі світлодіоди є рівними. Хоча це не має ніякої різниці, пульсує чи ні, для деяких світлодіодів імпульси можуть давати гірші показники для інших. Однак я не знайшов світлодіодів, де продуктивність збільшується під час імпульсу.

Якщо припустити, що світлодіод увімкнено протягом постійного часу, то яскравість пропорційна струму, що проходить через діод (лінійний або експоненційний). На думку цього аргументу, припустимо, що він лінійний (вам потрібно знайти характеристики напруги та струму з таблиць даних виробника, щоб визначити, що це буде для вашого конкретного робочого діапазону).

Також, заради цього аргументу, я вважаю, що частота ШІМ є достатньо високою, що ви не помітите видимого мерехтіння під час будь-якого робочого циклу.

Ви також можете змінювати яскравість світлодіода при постійному струмі, змінюючи робочий цикл. 50% зниження робочого циклу - це 50% зменшення яскравості. Це також означає, що світлодіод увімкнено лише вдвічі менше часу, ніж він був, і якщо припустити, що на джерело струму / напруги не впливає навантаження / комутація, середній струм, який використовує світлодіод протягом заданого інтервалу, також буде вдвічі зменшений.

Чи яскравість збільшується, зменшується чи не впливає імпульс світлодіода при більш високому струмі та меншому робочому циклі?

Все залежить від того, що там властива суперечність. Пульсуючи світлодіод при меншому робочому циклі, ви ефективно знижуєте середній струм. Якщо ви просто зменшили поточний обмежувальний резистор, щоб дозволити текти більше струму, і не змінили робочий цикл, яскравість збільшиться. Таким чином, зміна яскравості буде функцією як струму, так і зміни робочого циклу .

Ви можете обчислити нову яскравість як:

new_brightness = old_brightness * new_average_current / old_average_current

або іншими словами

new_brightness = old_brightness * (new_peak_current * new_PWM_duty_cycle) / (old_peak_current * old_PWM_duty_cycle)

Оскільки ви знижуєте робочий цикл ШІМ, але збільшуєте струм, новий PWM Duty Cycleповинен бути меншим за 1, але більшим за 0 (неявно перетворювати його з відсотка в десяткове), а коефіцієнти в поточному мають бути додатними числами більшими за 1.

Таким чином, якщо ви зменшите наполовину робочий цикл, але підтримуєте той самий середній струм, ваша яскравість залишається такою ж (за рахунок більш високого миттєвого потоку струму через ваш світлодіод, що може бути не бажаним).

Повністю суб'єктивний аналіз:

Намагаючись досягти максимального виходу інфрачервоного світлодіода на 38 кГц, я експериментував із 5-мм видимим червоним світлодіодом номіналом 3500 мкд, 1,85 В при 20 мА (3,7 мВт). Перемикання здійснювалося з двома МОНФЕТ 2N7000 паралельно з напругою на затворі приблизно 3,0 В.

1 / Freq = час увімкнення + вихідний час

Я змінював час роботи від 10% до 50%, коли живився спочатку на 3,3 В, потім на 5,0 В. Спостережна яскравість зростала як із збільшенням робочого циклу, так і з напругою.

Спостерігалося помітне збільшення яскравості за допомогою двох MOSFET, ніж використання одного, плюс два необхідні при 5,0 В, враховуючи кількість тепла, виробленого при використанні лише одного.

Виміряні світлодіодні напруги та струми на цій частоті та робочому циклі ненадійні в моєму ДММ, але мені вдалося отримати одне зчитування 2 Вольт при 120 мА (240 мВт), хоча це сприймається з величезним зерном солі.

Мені комфортно працювати безперервно безперервно на 5 Вольт і 40% робочого циклу при 38 кГц. При 5 В і 50% робочого циклу вони занадто смачні для довголіття.

Так. Після того, як світлодіод буде досить далеко (або видиме зображення затиснутий), дисперсія стає близькою до шуму, ні. (І не зважайте на Шоклі, якщо у вас є чудова квантово-механічна модель, включена в специфікацію!) Хіба ніхто не фотографував вас із активними їх світлодіодними спалахами (тобто фотоапаратом, vintage 2006 або пізнішими)?