Penggunaan LED yang digerakkan arus berlebih dalam lampu sorot

Saya mau lampu strobo menggunakan RGB LED karena sumber cahayanya. Saya ingin pulsa LED dengan pulsa durasi yang sangat singkat (idealnya mikrodetik atau kurang) sekitar 100 Hz.

Total waktu untuk LED per detik cenderung kurang dari 1/1000 detik. Jika LED digerakkan pada daya nominal, output cahaya total akan rendah dan iluminasi yang dihasilkan akan sangat buruk. Saya tertarik dengan gagasan menggerakkan pulsa yang sangat pendek melalui LED yang memiliki daya konstan, tetapi dengan arus yang jauh di atas nominal. Idealnya, 10x atau bahkan 100x lebih dari nominal.

Utas di sini: Pulsa Arus Tinggi pada LED menunjukkan bahwa beberapa kali lebih dari arus nominal untuk pulsa pendek mungkin baik-baik saja, tapi saya pikir mereka berbicara tentang pulsa yang lebih panjang daripada yang saya bayangkan.

Adakah yang bisa berkomentar apakah LED mungkin bertahan cukup lama untuk berguna? Saya tidak keberatan kehidupan total berkurang drastis. Selama mereka akan bertahan selama beberapa puluh jam penggunaan (total tepat waktu mungkin kurang dari satu jam), itu bagus.

Untuk jawaban praktis atas pertanyaan tersebut, pengujian destruktif terhadap setidaknya satu LED , lebih disukai beberapa, akan diperlukan.

Secara luas:

LED pada dasarnya dihancurkan oleh panas , tidak terlalu banyak oleh arus. Tergantung pada konstruksi internal LED dan kinerja disipasi termal jangka pendeknya, LED dapat bertahan 100x dari arus pengenalnya. Sama halnya, jika pengambilan termal dari persimpangan tidak cukup cepat, LED dapat dihancurkan hanya dengan 5x arus pengenal.

Mengingat durasi pulsa yang diinginkan yang disebutkan dalam pertanyaan, saya hanya mencoba yang berikut:

Saya memiliki LED merah murah tanpa nama 20 mA yang berdenyut pada 0,8 Ampere pada 12 Volt, dengan durasi pulsa 5 mikrodetik , siklus kerja 1/256 ( 0,39% ). Belum meledak dalam 15 menit terakhir, bahkan timahnya bahkan tidak terasa hangat. Ini tidak terlalu terang, meskipun - yang mungkin sebagian karena terkulai dalam beralih bentuk gelombang.

Untuk persyaratan overdrive LED yang serupa, aturan praktis yang saya ikuti adalah menurunkan peringkat daya rata-rata LED sebesar 10% untuk setiap peningkatan 100% dari arus drive melebihi nominal. Saya percaya ini terlalu konservatif, tetapi saya telah sukses dengan arus nominal 30x untuk aplikasi jenis "flash kamera" menggunakan LED Piranha putih.

Apakah nilai yang melebihi nilai ini dianggap sebagai rekayasa yang dapat diterima? Tidak terlalu jauh.

Memperbarui:

1. Setelah pengujian dengan LED merah yang dijelaskan di atas, frekuensi PWM berkurang sehingga setiap pulsa "hidup" menjadi 20 mikrodetik , dari 4,88 mikrodetik sebelumnya, menjaga siklus kerja tetap sama seperti sebelumnya.

   Hasilnya adalah pengujian destruktif yang benar: LED meledak secara spektakuler , bagian atas masih belum ditemukan.

   Hipotesis : Dengan durasi pulsa yang sebanding dengan waktu naik LED, LED tidak benar-benar menyala banyak, juga tidak menunjukkan efek bencana termal yang diharapkan.

2. Sementara mempertahankan durasi pulsa 20 mikrodetik dan siklus tugas 0,39%, pembatasan arus diperkenalkan, secara sistematis meningkatkan arus yang diizinkan dari 50 mA hingga melampaui 400 mA. LED bertahan hingga titik dan jauh lebih terang daripada dalam kasus 4,88 mikrodetik di seluruh.

   Melampaui sekitar 350 mA, LED mati, asap ajaib keluar, yaitu berubah menjadi SED (Smoke Emitting, Dead).

   Kesimpulan :

   • Kekuatan rata-rata bukan satu-satunya faktor yang berkontribusi terhadap kehancuran (atau kelangsungan hidup), menjaga pulsa terlalu pendek tidak memungkinkan LED menyala cukup untuk masalah.
   • Dengan pulsa 20 mikrodetik, LED 20 mA bertahan sekitar 17,5 kali peringkat arus nominalnya sebelum dihancurkan
   • Saya perlu membeli lebih banyak LED.

Pekerjaan yang menarik dari Anindo pada LED 20mA, yang saya selalu pahami bisa terlalu tertekan untuk siklus tugas pendek, meskipun saya tidak pernah tahu berapa banyak. Saya pikir mungkin 10: 1, 40: 1 mungkin mendorongnya!

Namun ini mungkin tidak berlaku juga untuk LED kinerja tinggi yang lebih baru yang sudah berjalan lebih keras, dengan desain termal yang cermat.

LED daya tinggi ini dari HP (batuk, Avago) misalnya memiliki peringkat "absolut maks" eksplisit untuk "peak pulsing current" dari 2,4A untuk InGaN, 1,5A untuk dioda AlInGaP, hanya sekitar 3,5x dan 2x arus 700m yang terukur. Halaman 6 dari datasheet perangkat ini memiliki apa yang Anda inginkan: grafik pulsa saat ini vs durasi untuk siklus tugas yang berbeda.

Tinjauan singkat lembar data LED daya tinggi lainnya menunjukkan satu (arus desain 350mA) dengan 1,2A "maks absolut" dengan ketentuan yang menarik bahwa tidak boleh mencapai arus ini selama 60 detik kumulatif selama seluruh masa pakai produk.

Jadi itu tampaknya sangat bervariasi dengan merek dan model LED daya tinggi yang berbeda.

Jumlah LED yang dapat digerakkan lebih tergantung pada desain. Setiap LED memiliki suhu maksimum yang dapat dicapai sebelum kegagalan untuk setiap bahan yang terlibat .

Arus kontinu maksimum biasanya dibatasi oleh enkapsulasi, bahan lensa yang melindungi dioda. Jenis kegagalan ini bisa meleleh, atau mengubah buram lensa (biasanya kuning, kemudian cokelat). Arus kontinu maksimum dapat ditingkatkan dengan mengurangi panas yang dihasilkan (meningkatkan efisiensi) atau konduksi termal yang efektif. Ini adalah bagaimana LED daya tinggi dibuat.

Arus pulsa maksimum biasanya ditentukan oleh bahan pembawa saat ini. Konduktor memiliki massa yang sangat kecil sehingga panasnya terlalu cepat dan gagal secara serempak (yaitu jawaban Amindo Gosh dengan LED yang meledak). Jalur konduksi terlalu panas dan gagal karena tidak memiliki cukup massa untuk menangani lonjakan arus. Bahkan jika LED memiliki resistansi termal yang rendah dan dapat menangani arus kontinu yang besar, ia mungkin tidak dapat menangani lebih dari itu pada arus yang berdenyut.

LED dapat dianggap sebagai rantai kapasitor dan resistor termal (resistor seri dengan kapasitor bypass). Dioda memiliki kapasitansi rendah tetapi juga tahan panas yang rendah. Itu bisa menguras panas dengan cepat tetapi tidak bisa menangani lonjakan. Enkapsulasi memiliki kapasitansi tinggi tetapi juga ketahanan termal yang tinggi. Ini menangani lonjakan tetapi tidak bisa menangani arus kontinu besar.

Juga sehubungan dengan LED menyala waktu. Ini kemungkinan besar dibatasi oleh sirkuit kontrol Anda, bukan LED. Saya hanya akrab dengan LED CREE XLAMP yang memiliki waktu transisi sekitar 10 nanodetik.

Adalah umum untuk bagian Penilaian Maksimum Mutlak dari spesifikasi LED untuk menentukan arus yang lebih tinggi daripada arus operasi kontinu yang akan diizinkan untuk perangkat. Jika Anda melebihi arus maksimum yang ditentukan bahkan untuk nanodetik , maka sejauh yang menyangkut produsen, semua taruhan dimatikan.

Dalam praktiknya, sangat mungkin bahwa bahkan jika Absolute Maximum Rating menentukan 500mA, orang dapat melakukan 1A melalui bagian untuk 10us, satu kali setiap detik selama setahun, tanpa merusak apa pun. Di sisi lain, juga kemungkinan bahwa menempatkan 1A melalui bagian untuk 10us tidak dapat menghasilkan lebih banyak cahaya daripada yang akan diperoleh jika seseorang memasukkan 500mA untuk 10us. Tidak peduli berapa banyak daya yang dimasukkan ke dalam LED, ada batasan berapa banyak cahaya yang akan dihasilkan melalui cara yang dimaksudkan (yaitu dengan cara selain naik dalam nyala api). Karena daya apa pun yang dimasukkan ke dalam yang tidak dapat dikonversi menjadi cahaya akan dikonversi menjadi panas, ada titik di mana peningkatan arus puncak akan mempengaruhi masa pakai bagian jauh lebih banyak daripada akan mempengaruhi jumlah cahaya yang dihasilkan.

Bisa jadi jika daya tidak lebih tinggi dari peringkat LED itu bisa dihitung dengan mudah jika rasio denyut nadi untuk siklus tugas tidak melebihi tugas 100% pada daya 20mA katakanlah, yaitu jika cara daya adalah digunakan untuk mengkonversi ke cahaya adalah linier. Jika tidak linear maka itu akan menjadi semacam kurva dan menggunakan kalkulus untuk menemukan kurva untuk menemukan titik di mana ia melebihi parameter desain. Mungkin ada titik di mana panas tidak dapat diambil cukup cepat dan kemudian mengganggu konversi elektron ke foton. Oleh karena itu, jika heat-sink dapat lebih langsung dihubungkan secara fisik dengan interior LED, itu bisa lebih mudah (membawa panas) heat-sink, atau secara aktif didinginkan. ini akan membuat LED jauh lebih efisien daya tetapi LED kemudian dapat didorong dengan lebih banyak arus untuk aplikasi yang berbeda seperti stroboskopik, modulasi pulsa, dll. Selain itu output waveband dari LED agak monokromatik tetapi akan mengubah waveband dengan suhu sehingga bisa menjadi cara untuk menyempurnakan waveband LED untuk aplikasi monochromater jika perubahan perubahan pencahayaan dikoreksi dan dikalibrasi. Mungkin ada kecerahan yang terlihat oleh mata sebagai lebih efisien atau kurang tidak ada hubungannya dengan efisiensi kuantum LED tetapi lebih berkaitan dengan konversi kuantum kimia retina dan ukuran pupil dan persistensi penglihatan, dan oleh karena itu ada harus menjadi konversi pulsa daya yang optimal untuk penerangan mata ini. Selain itu output waveband dari LED agak monokromatik tetapi akan mengubah waveband dengan suhu sehingga bisa menjadi cara untuk menyempurnakan waveband LED untuk aplikasi monochromater jika perubahan perubahan pencahayaan dikoreksi dan dikalibrasi. Mungkin ada kecerahan yang terlihat oleh mata sebagai lebih efisien atau kurang tidak ada hubungannya dengan efisiensi kuantum LED tetapi lebih berkaitan dengan konversi kuantum kimia retina dan ukuran pupil dan persistensi penglihatan, dan oleh karena itu ada harus menjadi konversi pulsa daya yang optimal untuk penerangan mata ini. Selain itu output waveband dari LED agak monokromatik tetapi akan mengubah waveband dengan suhu sehingga bisa menjadi cara untuk menyempurnakan waveband LED untuk aplikasi monochromater jika perubahan perubahan pencahayaan dikoreksi dan dikalibrasi. Mungkin ada kecerahan yang terlihat oleh mata sebagai lebih efisien atau kurang tidak ada hubungannya dengan efisiensi kuantum LED tetapi lebih berkaitan dengan konversi kuantum kimia retina dan ukuran pupil dan persistensi penglihatan, dan oleh karena itu ada harus menjadi konversi pulsa daya yang optimal untuk penerangan mata ini.
Bagaimanapun interaksi saat ini harus menjadi non-linear di beberapa titik dan menghancurkan LED. Mungkin mendinginkan LED dengan mengedarkan beberapa minyak yang didinginkan di sekitarnya dengan heat sink perak atau emas pada timah atau membasahi nitrogen cair. Tampaknya konduktor elektron yang baik adalah bahan yang baik untuk membawa panas dan emas secara kimia lebih stabil daripada perak meskipun mahal.