Hängt (und wann) die Lebensdauer einer LED von der PWM-Frequenz ab?

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Nehmen wir zwei Möglichkeiten an, um eine Standard-LED mit ihrem Nennstrom anzusteuern.

  1. PWM auf 50% Tastverhältnis bei 10 kHz eingestellt
  2. PWM auf 50% Tastverhältnis bei 50 kHz eingestellt

Technisch gesehen erzeugen beide LEDs die gleiche Lichtmenge und das "Blinken" ist für das menschliche Auge oder eine Kamera nicht sichtbar (außer vielleicht für eine Hochgeschwindigkeitskamera ...)

led pwm lifetime Gilad
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Gute Frage +1, ich wollte etwas Ähnliches fragen. Ich würde mir Sorgen machen bei wirklich niedrigen Frequenzen wie gleichgerichteten 50 Hz aufgrund von thermischen Wechselbeanspruchungen der kleinen Verbindungsstelle. Wir werden die Antworten abwarten.
Autistic
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BTW, Menschen einige von uns die Augen haben , die tatsächlich sind empfindlich auf die PWM zu blinken. Und so bauen einige Monitor- und TV-Anbieter flackerfreie Panels ohne PWM zum Dimmen.
Basil Bourque
Mit "bei Nennstrom" meinen Sie den Strom, der während des "Ein" -Teils des Arbeitszyklus fließt, oder meinen Sie den Durchschnittsstrom über den gesamten Zyklus? In letzterem Fall gibt es eindeutig eine Frequenz, bei der die LED besser als ein- und ausgeschaltet bezeichnet werden kann, so dass die LED während dieser Zeit effektiv übersteuert wird. Es stellt sich die Frage, wie hoch der Schadensmechanismus ist und wie langsam dieser sein müsste Sein.
Chris Stratton
Dies mag irrelevant sein, aber der letzte Satz ("Technisch würden beide LEDs die gleiche Lichtmenge erzeugen ...") ist nicht ganz richtig; Die LED mit der höheren Frequenz erzeugt weniger Licht als die mit der niedrigeren Frequenz. Ich habe dies hier auf Electronics Stack Exchange gelernt :) electronics.stackexchange.com/a/86942/30973
Ayane

Antworten:

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Lassen Sie mich mein vertrauenswürdiges MIL-HDBK-217F öffnen und sehen, was es über LEDs und ihre Langlebigkeit aussagt:

Bildbeschreibung hier eingeben

Der Hauptfaktor, der die Ausfallrate pro Million Stunden beeinflusst, ist die Temperatur.

Wenn ich den nächsten Abschnitt über Laserdioden lese, berücksichtigen sie das Pulsieren des Tastverhältnisses, aber ihre Schlussfolgerung (auf Seite 6-21) lautet, dass die Ausfallrate für Laserdioden bei 50:50 etwa 25% davon beträgt wenn ständig gefahren.

Sie kommen auch zu dem Schluss (auf Seite 6-22), dass eine Laserdiode bei einer Lichtausgangsleistung von 50% ihrer Nennleistung zehnmal länger hält als bei 95% ihrer Nennausgangsleistung.

Andy aka
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Das ist faszinierend, aber ich muss mich fragen, wie diese Grundversagensraten abgeleitet wurden. Warum sollten "Fototransistor", "Fotodiode" und "IRLED" weitaus häufiger ausfallen als "LED" (und keiner von ihnen hinsichtlich Typ oder Anwendung spezifiziert)? Was ist das Konfidenzintervall für einen dieser Werte? Warum ist der Temperaturfaktor bei allen Geräten gleich? Dies soll Ihre Antwort keinesfalls herabsetzen - die Quelle sagt eindeutig, was sie sagt. Aber ich kann mir nicht helfen zu denken, dass diese Berechnungen - als Worst-Case-Werte ca. 1991 unter nicht näher bezeichneten Bedingungen - kann für das US-Militär nur wirklich von Bedeutung sein.
Oleksandr R.
@OleksandrR. Haben Sie seit dem Schreiben dieses Kommentars Nachforschungen über die Gültigkeit des Mil-Standards angestellt?
Andy aka
Leider nicht. Ich weiß nicht, wo ich anfangen soll, weil in dem Dokument nichts erwähnt wird, was es einem erlauben würde, dies zu bewerten. Tatsächlich sieht das meiste davon völlig vernünftig aus - aber für diese sehr ähnlichen Geräte mit solch geringen Grundversagensraten scheint es wahrscheinlich, dass es einen unbestätigten Anwendungseffekt gibt, der die angegebenen Werte verzerrt. Wenn es sich bei IRLEDs um Leuchtdioden handelt, die beispielsweise in IR-Strahlern verwendet werden. Und Opto-Isolatoren könnten leicht aufgrund von Strom- oder Spannungsbelastung ausfallen, anstatt dass die LEDs durchbrennen - weshalb die Phototransistor-Ausgangs-LEDs häufiger ausfallen.
Oleksandr R.
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Entschuldigen Sie mich. Ich habe gerade gesehen, dass es am Ende einen Abschnitt mit Referenzen gibt. Die LEDs sind in RADC-TR-88-97 beschrieben, wo festgestellt wird, dass nur 22 LEDs in 4827 Millionen Betriebsstunden ausfielen und Null (!) IRLEDs in 39 Millionen Stunden ausfielen. Bei solch kleinen (oder nicht vorhandenen) Stichprobengrößen ist der Grund für die ungeraden Werte klar. RADC-TR-88-97 geht auch auf die statistischen Methoden und Ergebnisse ein. Insgesamt scheint es ein weitaus aussagekräftigeres Dokument zu sein als MIL-HDBK-217F.
Oleksandr R.
@OleksandrR. Vielleicht überlegen Sie, eine Antwort darauf zu finden?
Andy aka
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LEDs sind nur Dioden, die sich nicht mit der Frequenz "abnutzen". Der Maximalstrom und der Durchschnittsstrom beeinflussen zwar den Verschleiß der LED, die Frequenz hat jedoch keinen Einfluss auf den Wert, von dem ich je gehört habe.

Außerdem sind Ihre Frequenzen niedrig. 50 kHz und 50% Tastverhältnis bedeuten 10 µs ein und 10 µs aus. Das ist eine "lange" Zeit für eine LED.

Olin Lathrop
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Es mag eine lange Zeit für einige Effekte sein, aber für den thermischen Abbau (der anscheinend dominiert) ist es sehr kurz.
Chris H
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Persönliche Erfahrung:

Ich habe eine Standard-UV-LED mit einer Nennleistung von 3,4 V, 20 mA und einer Nennleistung von 5 ns von etwa 1A bei einer Frequenz von 87 kHz (Tastverhältnis: 1: 2300) angesteuert, aber innerhalb von 10 Sekunden keinen "Verschleiß" in Bezug auf Helligkeit oder Pulsform festgestellt ^ 11 Impulse.

Sweber
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Ist das etwa 8.000 Tage? Ups sorry das sind 133 Tage (weniger beeindruckend LOL)!
Andy aka
OT, aber wie viel mehr Lichtstrom erzeugt es unter diesen extrem übersteuerten Bedingungen? Ich nehme an, dass der Wirkungsgrad mit zunehmendem Strom relativ schnell abnimmt (aufgrund der erhöhten Rate der Trägerrekombination bei höheren Die-Temperaturen), aber ich bin mir nicht sicher, wie sich solche kurzen Impulse tatsächlich verhalten.
Oleksandr R.
Wie haben Sie den tatsächlichen Strom gemessen? Es scheint schwierig zu sein, induktive Effekte sowohl im Treiber als auch im aktuellen Messaufbau selbst zu vermeiden.
Chris Stratton
@OleksandrR. : Es gab einen Sättigungseffekt, der aber fast zu vernachlässigen war. Auch weil das gesamte Setup genug andere Gründe für solche Effekte hatte, würde ich sagen, dass es keinen Effizienzverlust gab. Es war mir jedoch egal, es war nur wichtig, dass die Lichtmenge irgendwie gesteuert werden konnte, und die 1A war ein extremer Wert.
Sweber
@ ChrisStratton: Nun, ich habe in der Tat einen sehr kleinen Widerstand in Serie und eine dieser schönen differentiellen 3,5-GHz-Sonden von Agilent verwendet. Natürlich reduziert der Widerstand den Strom, aber Interpolation aufgrund der Lichtmenge und Schätzungen aus den gemessenen Daten führen zu der Schlussfolgerung, dass der Strom ungefähr 1A sein muss. Klar, das war hart und alles genau gesagt.
Sweber
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Keine erkennbaren Auswirkungen. Die LED selbst würde nur auf die Gesamtlebensdauer ansprechen, aber die Zuverlässigkeit wird in 10 Jahren gemessen.

Wärmeausfälle aufgrund von Verpackungs- oder Drahtverbindungsfehlern sind wahrscheinlicher, aber die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls ist immer noch sehr gering. Der wahrscheinlichste Fehler bei einem selbst hergestellten System sind die Lötstellen oder Drähte zwischen der LED und der Leiterplatte oder der Leiterplatte und der Stromquelle.

Wärmeausfälle werden durch unterschiedliche Wärmeausdehnungsraten verursacht und die daraus resultierende Überbeanspruchung wirkt sich auf die Struktur aus. Kleine Spannungen oder Spannungszyklen haben einen vernachlässigbaren Effekt. Bedenken Sie, dass der Kunststoff der LED wahrscheinlich bei +175 ° C geformt und ausgehärtet wurde - er ist immer unter Spannung.

Die thermische Zeitkonstante der LED liegt wahrscheinlich im Bereich von 10 bis 100 ms. Schnelleres Radfahren führt zu sehr kleinen Temperaturschwankungen, die keine Probleme verursachen, und langsameres Radfahren begrenzt die Gesamtzahl der Zyklen auf eine sehr kleine Anzahl.

jp314
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