Чи залежить (і коли як) термін служби світлодіода від частоти ШІМ

25

Припустимо два варіанти керування стандартним світлодіодом при його номінальному струмі.

ШІМ встановлюється на 50% робочого циклу на 10 кГц
ШІМ встановлюється на 50% робочого циклу на 50 кГц

Технічно обидва світлодіоди виробляли б однакову кількість світла, і «моргання» не буде видно людському оці або фотоапарату (за винятком, можливо, камери високої швидкості ...)

led pwm lifetime

— Гілад
джерело

Добре запитання +1, я збирався запитати щось подібне. Я б переживав на дуже низькій частоті, як випрямлений 50 ГГц через тепловий циклічний малий перехід. Ми будемо чекати відповіді.

— Аутист

3

До речі, деякі з нас , людей , є очі , які на насправді є чутливими до PWM миготливим. Отож деякі виробники моніторів і телевізорів будують панелі без мерехтіння без ШІМ для затемнення.

— Василь Бурк

Під "номінальним струмом" ви маєте на увазі струм, який тече під час "включеного" робочого циклу, або ви маєте на увазі середній струм за весь цикл? Якщо в останньому, очевидно, є деяка частота, коли світлодіод може бути краще сказати, що він пульсує і вимикається таким чином, що світлодіод протягом цього часу ефективно переохолоджується, питання полягає в тому, який механізм пошкодження і наскільки повільним, що доведеться бути.

— Кріс Страттон

Це може бути неактуальним, але це останнє речення ("Технічно обидва світлодіоди видають однакову кількість світла ...") не зовсім вірно; світлодіод з більшою частотою вироблятиме менше світла, ніж світлодіод із нижчою частотою. Про це я дізнався тут на Electronics Stack Exchange :) electronics.stackexchange.com/a/86942/30973

— ayane

12

Дозвольте мені відкрити свій надійний MIL-HDBK-217F і подивитися, що він говорить про світлодіоди та їх довговічність: -

Основним фактором, що впливає на швидкість відмови на мільйон годин, є температура.

Цікаво, якщо я читаю наступний розділ про лазерні діоди, вони враховують робочий цикл імпульсу, але їх висновок (на сторінці 6-21) полягає в тому, що в 50:50 робочий цикл коефіцієнт відмови для лазерних діодів становить приблизно 25% від цього коли постійно ведеться.

Вони також роблять висновок (на сторінці 6-22), що якщо ви працюєте лазерним діодом зі світловою вихідною потужністю 50% від його номінальної потужності, він буде тривати в десять разів довше, ніж керувати ним на 95% від номінальної вихідної потужності.

— Енді ака
джерело

Це захоплююче, але мені потрібно дивуватися, як були виведені ці базові показники відмов. Чому "фототранзистор", "фотодіод" та "IRLED" виходять з ладу набагато частіше, ніж "світлодіодні" (і жоден з них не вказаний для типу чи застосування)? Який інтервал довіри для будь-якого з цих значень? Чому коефіцієнт температури однаковий для всіх пристроїв? Це зовсім не для того, щоб зневажити вашу відповідь - джерело чітко говорить, що воно говорить. Але я не можу не думати, що ці розрахунки - як найгірші значення, приблизно. 1991 рік у невизначених умовах - може бути справді значущим лише для американських військових.

— Олександр Р.

@OleksandrR. Ви з моменту написання цього коментаря проводили якісь дослідження щодо обґрунтованості стандарту мілі?

— Енді ака

На жаль ні. Я не знаю, з чого почати, тому що в документі нічого не згадується, що дозволило б оцінити це. Насправді більшість це виглядає цілком розумно - але для цих дуже схожих пристроїв з такими невеликими базовими показниками відмов, мабуть, існує якийсь невпізнаний ефект програми, який перекручує наведені значення. Якщо IRLED - це яскраві яскравості, наприклад, в ІЧ-освітлювачах. А оптоізолятори могли б легко вийти з ладу через напругу струму чи напруги, а не загоряння світлодіодів - тому, вихідний фототранзистор виходить з ладу частіше.

— Олександр Р.

1

Вибачте. Щойно я побачив, що в кінці є розділ посилань. Світлодіоди описані в RADC-TR-88-97, де зазначається, що всього 22 світлодіоди вийшли з ладу за 4827 мільйонів годин роботи, а нульові (!) IRLED вийшли з ладу за 39 мільйонів годин. При таких невеликих (або відсутніх) розмірах вибірки причина нечетних значень зрозуміла. RADC-TR-88-97 також детально розглядає статистичні методи та результати. Загалом це здається набагато більш значимим документом, ніж MIL-HDBK-217F.

— Олександр Р.

@OleksandrR. можливо, подумаєте зробити це відповіддю?

— Енді ака

6

Світлодіоди - це просто діоди, які не «зношуються» частотою. Максимальний і середній струм впливають на те, як світлодіод зношується, але частота не впливає на те, про що я коли-небудь чув.

Також ваші частоти низькі. 50 кГц і 50% робочий цикл означає 10 мкс і 10 мкс вимкнено. Це "довгий" час для світлодіода.

— Олін Латроп
джерело

1

Можливо, буде деякий час для деяких ефектів, але для термічної деградації (яка, мабуть, домінує) це дуже коротко.

— Кріс Н

3

Особистий досвід:

Я керував стандартним ультрафіолетовим світлодіодом, що має значення 3,4 В, 20 мА, приблизно 1 А для 5нз при швидкості 87 кГц (робочий цикл: 1: 2300), але не спостерігав жодного "зносу" з точки зору яскравості або форми імпульсу в межах 10 ^ 11 імпульсів.

— припухлість
джерело

1

Це близько 8000 днів? На жаль, це 133 дні (менш вражаючий LOL)!

— Енді ака

OT, але скільки більше світлового потоку він виробляє в цих надзвичайно перегрітих умовах? Я вважаю, що ефективність падає досить швидко із збільшенням струму (через збільшення швидкості рекомбінації носія при більш високій температурі штампу), але я не впевнений у власній поведінці для таких коротких імпульсів.

— Олександр Р.

Як ви вимірювали фактичний струм? Здається, було б складно уникнути індуктивних ефектів як у драйвері, так і в самій поточній установці вимірювання.

— Кріс Страттон

@OleksandrR. : Був ефект насичення, але це було майже незначно. Крім того, оскільки у всіх установках було достатньо інших причин для таких ефектів, я б сказав, що втрати ефективності не було. Однак я не надто переймався цим, просто важливо, щоб кількість світла можна було якось керувати, а 1А - надзвичайною цінністю.

— помер

@ChrisStratton: Ну, я дійсно використовував дуже маленький резистор в серії і один із цих приємних диференціальних зондів 3,5 ГГц від Agilent. Звичайно, резистор зменшує струм, але інтерполяція через кількість світла та оцінки з вимірюваних даних призводять до висновку, що струм повинен бути приблизно 1А. Звичайно, це було важко, і все було точно.

— помер

2

Відсутній помітний вплив. Сам світлодіод був би чутливий лише до загального терміну експлуатації, але надійність вимірюється через 10 років.

Теплові збої через відмову від упаковки чи дроту є більш імовірними, але ймовірність виходу з ладу все ще дуже низька. Найімовірнішим збоєм для власноруч виготовленої системи є паяльні з'єднання або дроти між Led та PCB, або PCB та джерело живлення.

Теплові збої спричинені різними темпами теплового розширення, і що виникає внаслідок цього перенапруження, що викликає конструкцію. Невеликі стресові або стресові цикли мають незначну дію. Врахуйте, що пластик світлодіода був, ймовірно, відформований і затверджений при температурі +175 С - це завжди під напругою.

Теплова часова константа світлодіода, ймовірно, знаходиться в інтервалі 10-100 мс. Їзда на велосипеді швидше призводить до дуже малих температурних екскурсій, які не створюють проблем, а їзда на велосипеді повільніше, ніж обмежує загальну кількість циклів на дуже малу кількість.

— jp314
джерело