Apakah (dan kapan) masa pakai LED tergantung pada frekuensi PWM

25

Mari kita asumsikan dua opsi untuk mengendarai LED standar pada arus pengenalnya.

  1. PWM diatur ke 50% siklus kerja pada 10 kHz
  2. PWM diatur ke 50% siklus kerja pada 50 kHz

Secara teknis kedua LED akan menghasilkan jumlah cahaya yang sama dan 'berkedip' tidak akan terlihat oleh mata manusia atau kamera (kecuali mungkin untuk kamera kecepatan tinggi ...)

led pwm lifetime Gilad
sumber
Pertanyaan yang bagus +1, saya akan menanyakan sesuatu yang serupa. Saya akan khawatir pada freq sangat rendah seperti 50Hz diperbaiki karena siklus termal dari persimpangan kecil. Kami akan menunggu jawaban.
Autis
3
BTW, sebagian dari kita manusia memiliki mata yang benar - benar sensitif terhadap berkedip PWM. Dan beberapa monitor & vendor TV membangun panel bebas flicker tanpa PWM untuk peredupan.
Basil Bourque
Dengan "pada arus pengenalnya" apakah yang Anda maksud adalah arus yang mengalir selama bagian "pada" dari siklus tugas, atau apakah Anda maksud arus rata - rata selama seluruh siklus? Jika yang terakhir, jelas ada beberapa frekuensi di mana LED lebih baik dikatakan berdenyut dan mati sehingga LED secara efektif mengalami overdrive selama waktu tersebut, pertanyaannya adalah apa mekanisme kerusakannya dan seberapa lambat harusnya menjadi.
Chris Stratton
Ini mungkin tidak relevan, tetapi kalimat terakhir ("Secara teknis kedua LED akan menghasilkan jumlah cahaya yang sama ...") tidak sepenuhnya benar; LED dengan frekuensi yang lebih tinggi akan menghasilkan lebih sedikit cahaya daripada yang dengan frekuensi lebih rendah. Saya belajar ini di sini di Electronics Stack Exchange :) electronics.stackexchange.com/a/86942/30973
ayane

Jawaban:

12

Biarkan saya membuka MIL-HDBK-217F terpercaya saya dan lihat apa yang dikatakannya tentang LED dan umur panjangnya: -

masukkan deskripsi gambar di sini

Faktor utama yang mempengaruhi tingkat kegagalan per juta jam adalah suhu.

Yang menarik, jika saya membaca bagian selanjutnya tentang dioda laser yang mereka lakukan memperhitungkan siklus tugas berdenyut tetapi kesimpulan mereka (pada halaman 6-21) adalah bahwa pada siklus tugas 50:50 tingkat kegagalan untuk dioda laser adalah sekitar 25% dari itu. ketika terus didorong.

Mereka juga menyimpulkan (pada halaman 6-22) bahwa jika Anda mengoperasikan dioda laser dengan daya keluaran cahaya 50% dari peringkatnya, ia akan bertahan sepuluh kali lebih lama daripada mengoperasikannya di 95% dari daya keluaran terukurnya.

Andy alias
sumber
Ini menarik, tetapi saya harus bertanya-tanya bagaimana tingkat kegagalan dasar ini diturunkan. Mengapa "phototransistor", "photodiode", dan "IRLED" gagal jauh lebih sering daripada "LED" (dan tidak satu pun dari mereka yang ditentukan untuk mengetik atau aplikasi)? Apa interval kepercayaan pada salah satu dari nilai-nilai ini? Mengapa faktor suhu sama untuk semua perangkat? Ini bukan untuk meremehkan jawaban Anda sama sekali - sumber itu dengan jelas mengatakan apa yang dikatakannya. Tetapi saya tidak dapat tidak berpikir bahwa perhitungan ini - sebagai nilai terburuk, ca. 1991 dalam kondisi yang tidak ditentukan - mungkin hanya benar-benar berarti bagi militer AS.
Oleksandr R.
@OlexandrR. sudahkah Anda sejak menulis komentar ini melakukan penelitian tentang validitas standar mil?
Andy alias
Sayangnya tidak. Saya tidak tahu harus mulai dari mana, karena tidak ada yang disebutkan dalam dokumen yang memungkinkan seseorang menilai hal ini. Sebenarnya, sebagian besar terlihat sangat masuk akal - tetapi untuk perangkat yang sangat mirip ini dengan tingkat kegagalan garis dasar yang kecil, tampaknya ada beberapa efek aplikasi yang tidak diakui yang membelokkan nilai yang dikutip. Jika IRLED adalah pencahayaan tinggi yang digunakan pada iluminator IR, misalnya. Dan OPTO-isolator dapat dengan mudah gagal karena tegangan arus atau tegangan daripada LED terbakar - sehingga mengapa yang keluaran fototransistor gagal lebih sering.
Oleksandr R.
1
Permisi. Saya hanya melihat ada bagian referensi di bagian akhir. LED dijelaskan dalam RADC-TR-88-97, di mana tercatat bahwa hanya 22 LED gagal dalam 4827 juta jam operasi, dan nol (!) IRLED gagal lebih dari 39 juta jam. Dengan ukuran sampel yang kecil (atau tidak ada), alasan untuk nilai ganjil jelas. RADC-TR-88-97 juga menjelaskan secara rinci tentang metode dan hasil statistik. Secara keseluruhan tampaknya dokumen ini jauh lebih bermakna daripada MIL-HDBK-217F.
Oleksandr R.
@OlexandrR. mungkin mempertimbangkan membuat ini sebagai jawaban?
Andy alias
6

LED hanya dioda yang tidak "usang" dengan frekuensi. Arus maksimum dan arus rata-rata memengaruhi bagaimana LED aus, tetapi frekuensi tidak memengaruhi apa pun yang pernah saya dengar.

Frekuensi Anda juga rendah. Siklus tugas 50 kHz dan 50% berarti 10 µs aktif dan 10 µs tidak aktif. Itu waktu yang "lama" untuk LED.

Olin Lathrop
sumber
1
Mungkin butuh waktu lama untuk beberapa efek, tetapi untuk degradasi termal (yang tampaknya mendominasi) sangat pendek.
Chris H
3

Pengalaman pribadi:

Saya telah menggerakkan LED UV standar dengan nilai 3.4V, 20mA dengan sekitar 1A untuk 5ns pada kecepatan 87kHz (siklus kerja: 1: 2300) tetapi tidak mengamati "keausan" dalam hal kecerahan atau bentuk pulsa dalam 10 ^ 11 pulsa.

sweber
sumber
1
Apakah itu sekitar 8.000 hari? Ups maaf itu 133 hari (LOL kurang mengesankan)!
Andy alias
OT, tetapi seberapa banyak fluks bercahaya yang dihasilkannya dalam kondisi yang sangat sulit ini? Saya mengumpulkan efisiensi jatuh cukup cepat dengan meningkatnya arus (karena peningkatan tingkat rekombinasi pembawa pada suhu mati yang lebih tinggi), tapi saya tidak yakin dengan perilaku aktual untuk pulsa singkat seperti ini.
Oleksandr R.
Bagaimana Anda mengukur arus aktual? Sepertinya akan sulit untuk menghindari efek induktif, baik di driver dan di pengaturan pengukuran saat itu sendiri.
Chris Stratton
@OlexandrR. : Ada efek saturasi, tetapi hampir dapat diabaikan. Juga karena seluruh pengaturan memiliki cukup alasan lain untuk efek seperti itu, saya akan mengatakan tidak ada kerugian dalam efisiensi. Namun, saya tidak terlalu peduli tentang hal itu, hanya penting bahwa jumlah cahaya bisa dikendalikan, dan 1A adalah nilai yang ekstrem.
sweber
@ ChrisStratton: Ya, saya memang menggunakan resistor yang sangat kecil secara seri dan salah satu dari probe 3.5GHz diferensial yang bagus dari Agilent. Tentu saja, resistor mengurangi arus, tetapi interpolasi karena jumlah cahaya dan estimasi dari data yang diukur mengarah pada kesimpulan bahwa arus harus sekitar 1A. Tentu, ini sulit dan semuanya dibuat tepat.
sweber
2

Tidak ada dampak yang terlihat. LED itu sendiri hanya akan peka terhadap masa pakai total, tetapi keandalan diukur dalam 10-an tahun.

Kerusakan termal karena kegagalan pengemasan atau ikatan kawat lebih mungkin terjadi, tetapi kemungkinan kegagalannya masih sangat rendah. Kemungkinan besar kegagalan untuk sistem buatan sendiri adalah sambungan solder, atau kabel antara Led dan PCB, atau PCB dan sumber daya.

Kegagalan termal disebabkan oleh laju ekspansi termal yang berbeda, dan tekanan berlebih yang terjadi pada struktur. Tekanan kecil atau siklus stres memiliki efek yang dapat diabaikan. Pertimbangkan bahwa plastik LED mungkin dicetak dan disembuhkan pada +175 C - selalu dalam tekanan.

Konstanta waktu termal LED mungkin dalam kisaran 10-100-an dari ms. Bersepeda lebih cepat dari itu mengarah pada kunjungan suhu yang sangat kecil yang tidak menyebabkan masalah, dan bersepeda lebih lambat dari itu membatasi jumlah siklus ke jumlah yang sangat kecil.

jp314
sumber