Có (và khi nào) tuổi thọ của đèn LED phụ thuộc vào tần số PWM

25

Chúng ta hãy giả sử hai tùy chọn để lái một đèn LED tiêu chuẩn ở dòng định mức của nó.

PWM được đặt ở chu kỳ nhiệm vụ 50% ở 10 kHz
PWM được đặt ở chu kỳ nhiệm vụ 50% ở 50 kHz

Về mặt kỹ thuật, cả hai đèn LED sẽ tạo ra cùng một lượng ánh sáng và 'nhấp nháy' sẽ không nhìn thấy được bằng mắt người hoặc máy ảnh (ngoại trừ có thể là máy ảnh tốc độ cao ...)

led pwm lifetime

— Gilad
nguồn

Câu hỏi hay +1, tôi sẽ hỏi một cái gì đó tương tự. Tôi sẽ lo lắng ở tần số thực sự thấp như tần số 50Hz được điều chỉnh do chu kỳ nhiệt của ngã ba nhỏ. Chúng tôi sẽ chờ câu trả lời.

— Tự kỷ

3

BTW, một số người trong chúng ta con người có mắt mà thực sự là nhạy cảm với PWM nhấp nháy. Và vì vậy, một số nhà cung cấp màn hình và TV đang xây dựng các bảng điều khiển không nhấp nháy mà không có PWM để làm mờ.

— Basil Bourque

Bởi "tại dòng điện định mức của nó", bạn có nghĩa là dòng điện chạy trong phần "bật" của chu kỳ nhiệm vụ, hay bạn có nghĩa là dòng điện trung bình trong toàn bộ chu kỳ? Nếu sau này, rõ ràng có một số tần số mà đèn LED có thể được nói là bật và tắt để đèn LED được sử dụng quá mức trong thời gian đó, câu hỏi đặt ra là cơ chế hư hỏng là gì và tốc độ sẽ chậm như thế nào được.

— Chris Stratton

Điều này có thể không liên quan, nhưng câu cuối cùng ("Về mặt kỹ thuật cả hai đèn LED sẽ tạo ra cùng một lượng ánh sáng ...") không hoàn toàn đúng; đèn LED có tần số cao hơn sẽ tạo ra ít ánh sáng hơn đèn LED có tần số thấp hơn. Tôi đã học được điều này ở đây trên Sàn giao dịch điện tử

— tử.stackexchange.com/a/86942/30973

12

Hãy để tôi mở MIL-HDBK-217F đáng tin cậy của tôi và xem những gì nó nói về đèn LED và tuổi thọ của chúng: -

Yếu tố chính ảnh hưởng đến tỷ lệ thất bại trên một triệu giờ là nhiệt độ.

Điều đáng quan tâm, nếu tôi đọc phần tiếp theo về điốt laze, họ có tính đến xung chu kỳ nhiệm vụ nhưng kết luận của họ (ở trang 6-21) là ở chu kỳ nhiệm vụ 50:50, tỷ lệ thất bại đối với điốt laze là khoảng 25% khi liên tục điều khiển.

Họ cũng kết luận (ở trang 6-22) rằng nếu bạn vận hành một diode laser với công suất đầu ra nhẹ bằng 50% đánh giá thì nó sẽ tồn tại lâu hơn mười lần so với hoạt động ở mức 95% công suất đầu ra định mức của nó.

— Andy aka
nguồn

Điều này thật hấp dẫn, nhưng tôi phải tự hỏi làm thế nào những tỷ lệ thất bại cơ sở này được bắt nguồn. Tại sao "phototransistor", "photodiode" và "IRLED" không thành công thường xuyên hơn "LED" (và không ai trong số chúng được chỉ định là loại hoặc ứng dụng)? Khoảng tin cậy trên bất kỳ giá trị nào trong số này? Tại sao hệ số nhiệt độ giống nhau cho tất cả các thiết bị? Đây không phải là để chê bai câu trả lời của bạn - nguồn rõ ràng nói những gì nó nói. Nhưng tôi không thể không nghĩ rằng những tính toán này - như những giá trị trong trường hợp xấu nhất ca. Năm 1991 trong điều kiện không xác định - chỉ có thể thực sự có ý nghĩa đối với quân đội Hoa Kỳ.

— Oleksandr R.

@OleksandrR. Bạn đã bao giờ viết bình luận này về bất kỳ nghiên cứu nào về tính hợp lệ của tiêu chuẩn mil chưa?

— Andy aka

Không may măn. Tôi không biết bắt đầu từ đâu, vì không có gì được đề cập trong tài liệu cho phép người ta đánh giá điều này. Trên thực tế, hầu hết có vẻ hoàn toàn hợp lý - nhưng đối với các thiết bị rất giống nhau này với tỷ lệ thất bại cơ bản nhỏ như vậy, có vẻ như có một số hiệu ứng ứng dụng chưa được kiểm chứng làm lệch các giá trị được trích dẫn. Ví dụ, nếu IRLED là loại có độ chói cao được sử dụng trong đèn chiếu sáng hồng ngoại. Và các bộ cách ly quang có thể dễ dàng bị hỏng do dòng điện hoặc điện áp thay vì đèn LED bị cháy - do đó, tại sao các đầu ra phototransistor thất bại thường xuyên hơn.

— Oleksandr R.

1

Xin lỗi. Tôi chỉ thấy có một phần tài liệu tham khảo ở cuối. Các đèn LED được mô tả trong RADC-TR-88-97, trong đó lưu ý rằng chỉ có 22 đèn LED bị hỏng trong 4827 triệu giờ hoạt động và các IRLED không (!) Đã thất bại trong hơn 39 triệu giờ. Với kích thước mẫu nhỏ (hoặc không tồn tại) như vậy, lý do cho các giá trị lẻ là rõ ràng. RADC-TR-88-97 cũng đi sâu vào chi tiết về các phương pháp và kết quả thống kê. Nhìn chung, nó có vẻ là một tài liệu có ý nghĩa hơn nhiều so với MIL-HDBK-217F.

— Oleksandr R.

@OleksandrR. có thể xem xét làm cho điều này một câu trả lời?

— Andy aka

6

Đèn LED chỉ là điốt không "hao mòn" với tần số. Dòng điện tối đa và dòng trung bình ảnh hưởng đến việc đèn LED bị hao mòn, nhưng tần số không có bất kỳ ảnh hưởng nào mà tôi từng nghe nói.

Ngoài ra, tần số của bạn là thấp. Chu kỳ nhiệm vụ 50 kHz và 50% có nghĩa là 10 lượt bật và 10 lượt tắt. Đó là một thời gian "dài" cho một đèn LED.

— Máy tiện Olin
nguồn

1

Nó có thể là một thời gian dài đối với một số hiệu ứng, nhưng đối với sự suy giảm nhiệt (dường như chiếm ưu thế) thì nó rất ngắn.

— Chris H

3

Kinh nghiệm cá nhân:

Tôi đã điều khiển một đèn LED UV tiêu chuẩn được xếp hạng 3,4V, 20mA với khoảng 1A trong 5ns với tốc độ 87kHz (chu kỳ nhiệm vụ: 1: 2300) nhưng không quan sát thấy bất kỳ sự "hao mòn" nào về độ sáng hoặc hình dạng xung trong vòng 10 ^ 11 xung.

— người quét
nguồn

1

Đó là khoảng 8.000 ngày? Rất tiếc, đó là 133 ngày (LOL kém ấn tượng)!

— Andy aka

OT, nhưng nó tạo ra quang thông phát sáng hơn bao nhiêu trong những điều kiện cực kỳ khó khăn này? Tôi thu thập hiệu quả giảm khá nhanh khi tăng dòng điện (do tốc độ tái hợp sóng mang tăng lên ở nhiệt độ chết cao hơn), nhưng tôi không chắc chắn về hành vi thực tế đối với các xung ngắn như thế này.

— Oleksandr R.

Làm thế nào bạn đo được hiện tại thực tế? Có vẻ như sẽ rất khó để tránh các hiệu ứng cảm ứng, cả trong trình điều khiển và trong chính thiết lập đo lường hiện tại.

— Chris Stratton

@OleksandrR. : Có một hiệu ứng bão hòa, nhưng nó gần như không thể bỏ qua. Ngoài ra vì toàn bộ thiết lập có đủ lý do khác cho các hiệu ứng như vậy, tôi nói rằng không có sự mất mát nào về hiệu quả. Tuy nhiên, tôi không quan tâm đến nó quá nhiều, điều quan trọng là lượng ánh sáng có thể được điều khiển bằng cách nào đó và 1A là một giá trị cực kỳ.

— sweber

@ChrisStratton: Chà, tôi thực sự đã sử dụng một điện trở rất nhỏ nối tiếp và một trong những đầu dò vi sai 3,5 GHz tốt đẹp này từ Agilent. Tất nhiên, điện trở làm giảm dòng điện, nhưng nội suy do lượng ánh sáng và ước tính từ dữ liệu đo được dẫn đến kết luận rằng dòng điện phải ở khoảng 1A. Chắc chắn, điều này là khó khăn và mọi thứ đặt chính xác.

— sweber

2

Không có tác động rõ rệt. Bản thân đèn LED chỉ nhạy với tổng thời gian sử dụng, nhưng độ tin cậy được đo bằng 10 năm.

Thất bại nhiệt do đóng gói hoặc hỏng liên kết dây có nhiều khả năng, nhưng xác suất thất bại vẫn rất thấp. Nhiều khả năng thất bại cho một hệ thống tự tạo là các mối hàn, hoặc dây giữa Led và PCB, hoặc PCB và nguồn điện.

Sự cố nhiệt được gây ra bởi các tốc độ giãn nở nhiệt khác nhau và kết quả là sự quá tải này gây ra trên cấu trúc. Ứng suất nhỏ hoặc chu kỳ ứng suất có tác dụng không đáng kể. Hãy xem xét rằng nhựa của đèn LED có thể đã được đúc và bảo dưỡng ở +175 C - nó luôn bị căng thẳng.

Hằng số thời gian nhiệt của đèn LED có thể nằm trong phạm vi 10-100 'ms. Đạp xe nhanh hơn dẫn đến những chuyến du ngoạn nhiệt độ rất nhỏ không gây ra vấn đề gì và đạp xe chậm hơn điều đó giới hạn tổng số chu kỳ xuống một con số rất nhỏ.

— jp314
nguồn