(E come) la durata di un LED dipende dalla frequenza PWM

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Assumiamo due opzioni per pilotare un LED standard alla sua corrente nominale.

PWM impostato su duty cycle del 50% a 10 kHz
PWM impostato su duty cycle del 50% a 50 kHz

Tecnicamente entrambi i LED produrrebbero la stessa quantità di luce e il "lampeggiamento" non sarà visibile all'occhio umano o alla telecamera (tranne forse per una telecamera ad alta velocità ...)

led pwm lifetime

— Gilad
fonte

Buona domanda +1, stavo per chiedere qualcosa di simile. Sarei preoccupato per un freq veramente basso come rettificato 50Hz a causa del ciclo termico del piccolo incrocio. Aspetteremo le risposte.

— Autistico,

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A proposito, alcuni di noi umani hanno occhi che in realtà sono sensibili al battito di ciglia PWM. E così alcuni venditori di monitor e TV stanno costruendo pannelli senza sfarfallio senza PWM per l'oscuramento.

— Basil Bourque,

Per "alla sua corrente nominale" intendi la corrente che scorre durante la parte "on" del ciclo di lavoro o intendi la corrente media sull'intero ciclo? Se quest'ultimo, chiaramente c'è una certa frequenza in cui si può dire meglio che il LED sta accendendo e spegnendo in modo tale che il LED venga effettivamente sovraccaricato durante tale tempo, la domanda è: quale sia il meccanismo del danno e quanto lento dovrebbe essere essere.

— Chris Stratton,

Ciò potrebbe essere irrilevante, ma l'ultima frase ("Tecnicamente entrambi i LED produrrebbe la stessa quantità di luce ...") non è del tutto vera; il LED con la frequenza più alta produrrà meno luce di quello con la frequenza più bassa. L'ho imparato qui su Electronics Stack Exchange :) electronics.stackexchange.com/a/86942/30973

— ayane il

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Fammi aprire il mio fidato MIL-HDBK-217F e vedere cosa dice sui LED e sulla loro longevità: -

Il fattore principale che influenza il tasso di fallimento per milione di ore è la temperatura.

È interessante notare che, se leggo la prossima sezione sui diodi laser, prendono in considerazione le pulsazioni del duty cycle ma la loro conclusione (a pagina 6-21) è che al duty cycle 50:50 la percentuale di guasti per i diodi laser è circa il 25% di quella quando continuamente guidato.

Inoltre, concludono (a pagina 6-22) che se si utilizza un diodo laser con una potenza di uscita della luce del 50% della sua potenza nominale, durerà dieci volte più a lungo rispetto al funzionamento con il 95% della potenza di uscita nominale.

— Andy aka
fonte

Questo è affascinante, ma devo chiedermi come sono stati derivati questi tassi di fallimento di base. Perché "fototransistor", "photodiode" e "IRLED" dovrebbero fallire molto più spesso di "LED" (e nessuno di loro ha specificato il tipo o l'applicazione)? Qual è l'intervallo di confidenza su uno di questi valori? Perché il fattore di temperatura è lo stesso per tutti i dispositivi? Questo non è per denigrare affatto la tua risposta - la fonte dice chiaramente cosa dice. Ma non posso fare a meno di pensare che questi calcoli - come valori peggiori ca. 1991 in condizioni non specificate - può essere veramente significativo solo per l'esercito americano.

— Oleksandr R.,

@OleksandrR. da quando hai scritto questo commento hai fatto qualche ricerca sulla validità del mil standard?

— Andy aka

Sfortunatamente no. Non so da dove cominciare, perché nel documento non è menzionato nulla che consenta di valutarlo. In realtà, la maggior parte sembra completamente sensata, ma per questi dispositivi molto simili con tassi di errore di base così bassi, sembra probabile che ci sia un effetto dell'applicazione non riconosciuto che distorce i valori citati. Ad esempio, se gli IRLED sono quelli ad alta luminanza utilizzati negli illuminatori IR. E gli optoisolatori potrebbero facilmente fallire a causa di stress di corrente o tensione piuttosto che i LED si bruciano, quindi perché quelli dell'uscita del fototransistor falliscono più spesso.

— Oleksandr R.,

1

Scusami. Ho appena visto che alla fine c'è una sezione di riferimenti. I LED sono descritti in RADC-TR-88-97, dove si nota che solo 22 LED si sono guastati in 4827 milioni di ore di funzionamento e zero (!) IRLED hanno fallito in 39 milioni di ore. Con dimensioni del campione così piccole (o inesistenti), il motivo dei valori dispari è chiaro. RADC-TR-88-97 fornisce anche dettagli sui metodi e risultati statistici. Nel complesso sembra essere un documento molto più significativo di MIL-HDBK-217F.

— Oleksandr R.,

@OleksandrR. potresti prendere in considerazione l'idea di farne una risposta?

— Andy alias il

6

I LED sono solo diodi che non si "consumano" con frequenza. La corrente massima e la corrente media influiscono sul logorio del LED, ma la frequenza non ha alcun effetto di cui io abbia mai sentito parlare.

Inoltre, le tue frequenze sono basse. 50 kHz e 50% di ciclo di lavoro significano 10 µs on e 10 µs off. È un tempo "lungo" per un LED.

— Olin Lathrop
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1

Potrebbe essere molto tempo per alcuni effetti, ma per il degrado termico (che apparentemente domina) è molto breve.

— Chris H,

3

Esperienza personale:

Ho guidato un LED UV standard valutato per 3,4 V, 20 mA con circa 1 A per 5 n a una frequenza di 87 kHz (duty cycle: 1: 2300) ma non ho osservato alcuna "usura" in termini di luminosità o forma dell'impulso entro 10 ^ 11 impulsi.

— sweber
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1

Sono circa 8000 giorni? Spiacenti, sono 133 giorni (LOL meno impressionante)!

— Andy aka

OT, ma quanto più flusso luminoso produce in queste condizioni estremamente eccessive? Raccolgo che l'efficienza diminuisce abbastanza rapidamente all'aumentare della corrente (a causa dell'aumentata velocità di ricombinazione del trasportatore a temperature più elevate dello stampo), ma non sono sicuro del comportamento effettivo per brevi impulsi come questo.

— Oleksandr R. il

Come hai misurato la corrente attuale? Sembra complicato evitare effetti induttivi, sia nel guidatore che nell'attuale sistema di misurazione.

— Chris Stratton,

@OleksandrR. : Si è verificato un effetto di saturazione, ma era quasi debole. Anche perché l'intero setup aveva abbastanza altri motivi per tali effetti, direi che non ci sono state perdite di efficienza. Tuttavia, non me ne importava troppo, era solo importante che la quantità di luce potesse essere orientata in qualche modo, e 1A era un valore estremo.

— dolce

@ChrisStratton: Beh, in effetti ho usato un resistore molto piccolo in serie e una di queste belle sonde differenziali da 3,5 GHz di Agilent. Naturalmente, il resistore riduce la corrente, ma l'interpolazione dovuta alla quantità di luce e alle stime dai dati misurati porta alla conclusione che la corrente deve essere di circa 1A. Certo, questo è stato difficile e tutto è stato preciso.

— dolce il

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Nessun impatto percepibile. Il LED stesso sarebbe sensibile solo alla durata totale, ma l'affidabilità viene misurata in 10 anni.

È più probabile che si verifichino guasti termici dovuti a imballaggi o guasti ai fili, ma la probabilità di guasto è ancora molto bassa. Molto probabilmente un guasto per un sistema fatto da sé sono i giunti di saldatura, o i fili tra il Led e il PCB, o il PCB e la fonte di alimentazione.

I guasti termici sono causati da diversi tassi di espansione termica e il conseguente sovraccarico provoca sulla struttura. Piccoli stress o cicli di stress hanno effetti trascurabili. Considera che la plastica del LED è stata probabilmente modellata e polimerizzata a +175 C - è sempre sotto stress.

La costante di tempo termica del LED è probabilmente nell'intervallo 10-100 di ms. Pedalare più velocemente di così porta a escursioni di temperatura molto piccole che non causano problemi, e pedalare più lentamente di così limita il numero totale di cicli a un numero molto piccolo.

— jp314
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