Czy (i kiedy) żywotność diody LED zależy od częstotliwości PWM

25

Załóżmy dwie opcje napędzania standardowej diody LED przy prądzie znamionowym.

  1. PWM ustawiony na 50% cykl pracy przy 10 kHz
  2. PWM ustawiony na 50% cykl pracy przy 50 kHz

Technicznie obie diody LED wytwarzałyby taką samą ilość światła, a „miganie” nie byłoby widoczne dla ludzkiego oka ani aparatu (z wyjątkiem być może kamery o wysokiej prędkości ...)

led pwm lifetime Gilad
źródło
Dobre pytanie +1, chciałem zapytać o coś podobnego. Martwiłbym się przy naprawdę niskiej częstotliwości, jak rektyfikacja 50 Hz z powodu cyklicznej zmiany termicznej małego skrzyżowania. Czekamy na odpowiedzi.
Autystyczny
3
BTW, niektórzy z nas ludzie mają oczy, które faktycznie są wrażliwe na PWM migać. I tak niektórzy dostawcy monitorów i telewizorów budują panele bez migotania bez PWM do ściemniania.
Basil Bourque,
Przez „przy prądzie znamionowym” masz na myśli prąd, który płynie podczas części „włączenia” cyklu pracy, czy masz na myśli średni prąd w całym cyklu? Jeśli to drugie, wyraźnie jest pewna częstotliwość, w której można lepiej powiedzieć, że dioda LED pulsuje włączaniem i wyłączaniem, tak że dioda LED jest skutecznie przesterowana w tym czasie, pytanie brzmi, jaki jest mechanizm uszkodzenia i jak powolny musi być być.
Chris Stratton,
Może to być nieistotne, ale to ostatnie zdanie („Technicznie obie diody LED wytwarzają taką samą ilość światła ...”) nie jest do końca prawdą; dioda LED o wyższej częstotliwości wytworzy mniej światła niż ta o niższej częstotliwości. Nauczyłem się tego tutaj na Electronics Stack Exchange :) electronics.stackexchange.com/a/86942/30973
ayane

Odpowiedzi:

12

Pozwól mi otworzyć mój sprawdzony MIL-HDBK-217F i zobaczyć, co mówi o diodach LED i ich długowieczności: -

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Głównym czynnikiem wpływającym na wskaźnik awaryjności na milion godzin jest temperatura.

Co ciekawe, jeśli przeczytam następny rozdział o diodach laserowych, uwzględniają pulsowanie cyklu roboczego, ale ich wniosek (na stronie 6-21) jest taki, że przy cyklu pracy 50:50 wskaźnik awaryjności diod laserowych wynosi około 25% tego gdy jest stale napędzany.

Wnioskują także (na stronie 6-22), że jeśli operujesz diodą laserową przy mocy wyjściowej światła wynoszącej 50% jej mocy znamionowej, będzie ona trwać dziesięć razy dłużej niż w przypadku pracy z 95% jej znamionowej mocy wyjściowej.

Andy aka
źródło
To fascynujące, ale muszę się zastanawiać, w jaki sposób uzyskano te podstawowe wskaźniki awaryjności. Dlaczego „fototranzystor”, „fotodioda” i „IRLED” zawodzą znacznie częściej niż „LED” (i żaden z nich nie jest określony jako typ lub zastosowanie)? Jaki jest przedział ufności dla którejkolwiek z tych wartości? Dlaczego współczynnik temperatury jest taki sam dla wszystkich urządzeń? Nie ma to wcale na celu zdyskredytowania twojej odpowiedzi - źródło wyraźnie mówi, co mówi. Ale nie mogę przestać myśleć, że te obliczenia - jako wartości w najgorszym przypadku ok. 1991 w nieokreślonych warunkach - może naprawdę mieć znaczenie tylko dla amerykańskiego wojska.
Oleksandr R.,
@OleksandrR. czy od czasu napisania tego komentarza przeprowadziliście jakieś badania dotyczące ważności standardu mil?
Andy alias
Niestety nie. Nie wiem od czego zacząć, ponieważ w dokumencie nie wspomniano nic, co pozwoliłoby to ocenić. W rzeczywistości większość z nich wygląda całkowicie sensownie - ale w przypadku tych bardzo podobnych urządzeń z tak małymi wyjściowymi wskaźnikami awaryjności wydaje się prawdopodobne, że istnieje pewien niepotwierdzony efekt aplikacji, który wypacza podane wartości. Jeśli IRLED to te o wysokiej luminancji stosowane na przykład w oświetlaczach IR. A optoizolatory mogą łatwo zawieść z powodu obciążenia prądowego lub napięciowego, a nie przepalających się diod LED - dlatego też częściej wyjściowe fototranzystory zawodzą.
Oleksandr R.,
1
Przepraszam. Właśnie zobaczyłem, że na końcu jest sekcja z odnośnikami. Diody LED opisano w RADC-TR-88-97, gdzie odnotowano, że zaledwie 22 diody LED zawiodły w ciągu 4827 milionów godzin pracy, a zero (!) IRLED nie powiodło się w ciągu 39 milionów godzin. Przy tak małych (lub nieistniejących) rozmiarach próbek przyczyny nieparzystych wartości są jasne. RADC-TR-88-97 również szczegółowo opisuje metody statystyczne i wyniki. Ogólnie wydaje się, że jest to dokument o wiele bardziej znaczący niż MIL-HDBK-217F.
Oleksandr R.,
@OleksandrR. może rozważyć zrobienie z tego odpowiedzi?
Andy alias
6

Diody LED to tylko diody, które nie „zużywają się” z częstotliwością. Maksymalny prąd i średni prąd mają wpływ na to, jak zużywa się dioda LED, ale częstotliwość nie ma żadnego wpływu, o jakim kiedykolwiek słyszałem.

Również twoje częstotliwości są niskie. Cykl pracy 50 kHz i 50% oznacza włączenie 10 µs i wyłączenie 10 µs. To „długi” czas dla diody LED.

Olin Lathrop
źródło
1
Dla niektórych efektów może to być długi czas, ale dla degradacji termicznej (która najwyraźniej dominuje) jest bardzo krótka.
Chris H
3

Osobiste doświadczenie:

Jeździłem standardową diodą UV o napięciu znamionowym 3,4 V, 20 mA z około 1 A dla 5ns z częstotliwością 87 kHz (cykl pracy: 1: 2300), ale nie zaobserwowałem żadnego „zużycia” pod względem jasności lub kształtu impulsu w ciągu 10 ^ 11 impulsów.

Sweber
źródło
1
Czy to około 8 000 dni? Ups, przepraszam, że to 133 dni (mniej imponujące LOL)!
Andy alias
OT, ale o ile więcej strumienia świetlnego wytwarza w tych ekstremalnie przesterowanych warunkach? Uważam, że wydajność spada dość szybko wraz ze wzrostem prądu (z powodu zwiększonego tempa rekombinacji nośnika w wyższych temperaturach matrycy), ale nie jestem pewna rzeczywistego zachowania takich krótkich impulsów.
Oleksandr R.,
Jak zmierzyłeś rzeczywisty prąd? Wydaje się, że uniknięcie efektów indukcyjnych zarówno w sterowniku, jak i w bieżącej konfiguracji pomiaru byłoby trudne.
Chris Stratton,
@OleksandrR. : Wystąpił efekt nasycenia, ale był prawie nieistotny. Również dlatego, że cała konfiguracja miała wystarczająco wiele innych powodów takich efektów, powiedziałbym, że nie nastąpiła utrata wydajności. Jednak nie przejmowałem się tym zbytnio, po prostu ważne było, aby ilość światła mogła być w jakiś sposób sterowana, a 1A było wartością ekstremalną.
Sweber
@ChrisStratton: Cóż, rzeczywiście użyłem bardzo małego rezystora szeregowego i jednej z tych ładnych sond różnicowych 3,5 GHz od Agilent. Oczywiście rezystor zmniejsza prąd, ale interpolacja ze względu na ilość światła i szacunki na podstawie zmierzonych danych prowadzą do wniosku, że prąd musi wynosić około 1A. Jasne, to było trudne i wszystko było precyzyjne.
Sweber
2

Brak zauważalnego wpływu. Sama dioda LED byłaby wrażliwa tylko na całkowity okres użytkowania, ale niezawodność jest mierzona za 10 lat.

Awarie termiczne spowodowane uszkodzeniami opakowania lub połączenia drutu są bardziej prawdopodobne, ale prawdopodobieństwo awarii jest nadal bardzo niskie. Najprawdopodobniej awarią samodzielnie wykonanego systemu są złącza lutowane lub przewody między diodą a płytką drukowaną lub płytką drukowaną i źródłem zasilania.

Awarie termiczne są powodowane przez różne szybkości rozszerzalności cieplnej, a wynikające z tego przeciążenie powoduje to w strukturze. Małe naprężenia lub cykle naprężeń mają znikomy wpływ. Weź pod uwagę, że tworzywo sztuczne LED zostało prawdopodobnie uformowane i utwardzone w temperaturze +175 ° C - zawsze jest pod wpływem stresu.

Termiczna stała czasowa LED prawdopodobnie mieści się w zakresie 10-100 ms. Jazda rowerem szybciej niż to prowadzi do bardzo małych skoków temperatury, które nie powodują problemów, a jazda wolniejsza niż to ogranicza całkowitą liczbę cykli do bardzo małej liczby.

jp314
źródło