Độ trễ của đèn LED là gì?

Đèn LED được biết là có độ trễ chu kỳ điện rất thấp, không đáng chú ý, nhưng chúng nhanh như thế nào khi đo? (nano giây?)

Nói cách khác, phải mất bao lâu để một đèn LED hoàn toàn tắt để có được độ sáng tối ưu và mất bao lâu để chuyển từ độ sáng đầy đủ sang tắt? Tôi cho rằng hiện tại áp dụng làm cho một sự khác biệt?

Tôi yêu cầu điều này vì các màn hình có đèn nền LED hiện đại sử dụng PWM để đạt được các mức độ sáng khác nhau và ngay cả trong đèn nền nhấp nháy ở hàng ngàn Hertz , đèn LED dường như đáp ứng gần như ngay lập tức (không giống như CFL, hoạt động khá chậm trong chu kỳ công suất).

Để giải quyết câu hỏi, trước tiên cần phân biệt giữa đèn LED phốt pho ^{(số 1)} (ví dụ đèn LED trắng, có thể là đèn LED màu xanh lá cây) và đèn LED phát xạ trực tiếp (ví dụ: hầu hết đèn LED màu có thể nhìn thấy, đèn LED IR và UV).

Đèn LED phát thải trực tiếp thường có một turn- về thời gian trong nano giây một con số , còn đối với đèn LED lớn hơn. Turn- tắt thời gian cho những đang trong hàng chục nano giây , chậm hơn so với turn-on một chút. Đèn LED hồng ngoại thường hiển thị thời gian chuyển tiếp nhanh nhất, vì những lý do được đưa ra trước.

Đèn LED mục đích đặc biệt có sẵn, có hình học đường giao nhau và dây liên kết được thiết kế đặc biệt để cho phép xung 800 picosecond đến 2 nano giây . Đối với các xung thậm chí ngắn hơn, điốt laser mục đích đặc biệt, theo nhiều cách hoạt động tương tự như đèn LED, hoạt động hoàn toàn xuống tới 50 xung picosecond .

Như @ConnorWolf đã chỉ ra trong các bình luận, cũng tồn tại một nhóm các sản phẩm LED với định hình chùm tia quang học chuyên dụng , tự hào với độ rộng xung từ 500 đến 1000 picos giây .

Đèn LED loại phốt pho có thời gian bật và tắt trong hàng chục đến hàng trăm nano giây , chậm hơn đáng kể so với đèn LED phát xạ trực tiếp.

Các yếu tố chính để chuyển đổi đèn LED nhanh chóng không chỉ là thời gian chuyển tiếp phát xạ vốn có của đèn LED:

• Độ tự cảm của dấu vết gây ra thời gian tăng và giảm lâu hơn. Dấu vết dài hơn = chuyển tiếp chậm hơn.
• Chính điện dung của đèn LED là một yếu tố ^{(# 2)} . Ví dụ, các đèn LED xuyên lỗ 5 mm này có điện dung tiếp giáp là 50 pF danh nghĩa. Các mối nối nhỏ hơn, ví dụ đèn LED SMD 0602 có điện dung đường giao nhau thấp hơn tương ứng, và trong mọi trường hợp có nhiều khả năng được sử dụng cho đèn nền màn hình.
• Điện dung ký sinh (dấu vết và mạch hỗ trợ) đóng vai trò quan trọng trong việc tăng hằng số thời gian RC và do đó làm chậm quá trình chuyển đổi.
• Các cấu trúc liên kết lái xe LED điển hình, ví dụ như chuyển đổi MOSFET phía thấp, không chủ động kéo điện áp trên đèn LED xuống khi tắt , do đó thời gian tắt thường chậm hơn so với bật.
• Do các yếu tố cảm ứng và điện dung ở trên, điện áp về phía trước của đèn LED càng cao , thời gian tăng và giảm càng lâu, do nguồn điện phải điều khiển dòng điện khó hơn để vượt qua các yếu tố này. Do đó, đèn LED hồng ngoại, với điện áp chuyển tiếp thấp nhất, chuyển tiếp nhanh nhất.

Do đó, trong thực tế, các hằng số thời gian giới hạn cho một thiết kế được triển khai có thể tính bằng hàng trăm nano giây . Điều này phần lớn là do các yếu tố bên ngoài tức là mạch lái xe. Tương phản điều này với thời gian chuyển tiếp ngắn hơn nhiều của đèn LED.

Để có được một dấu hiệu cho thấy sự thống trị của thiết kế mạch lái xe trái ngược với đèn LED, hãy xem RFI của chính phủ Hoa Kỳ gần đây (tháng 4 năm 2013), tìm kiếm các thiết kế mạch có thể đảm bảo thời gian chuyển đổi LED trong phạm vi 20 nano giây .

Ghi chú :

# 1: Một đèn LED loại phốt pho có một điểm phát sáng bên dưới, điển hình là ở dải cực xa hoặc tia cực tím, sau đó kích thích một lớp phủ photphor. Kết quả là sự kết hợp của nhiều bước sóng phát ra, do đó phổ bước sóng rộng hơn so với đèn LED phát xạ trực tiếp, điều này được coi là xấp xỉ màu trắng (đối với đèn LED trắng).

Sự phát xạ phốt pho thứ cấp này bật hoặc tắt chậm hơn nhiều so với quá trình chuyển tiếp. Ngoài ra, khi tắt, hầu hết các phốt pho có đuôi dài làm lệch thời gian tắt hơn nữa.

# 2: Hình dạng đường giao nhau ảnh hưởng đáng kể đến điện dung đường giao nhau. Do đó, các bước tương tự được thực hiện để sản xuất đèn LED được thiết kế đặc biệt cho tín hiệu tốc độ cao trong dải MHz, như được sử dụng cho thiết kế diode chuyển đổi tần số cao. Điện dung bị ảnh hưởng bởi độ dày lớp suy giảm cũng như diện tích đường giao nhau. Lựa chọn vật liệu (GaAsP v / s GaP, v.v.) cũng ảnh hưởng đến tính di động của người vận chuyển tại ngã ba, do đó thay đổi "thời gian chuyển đổi".

Những gì bạn có thể đang tìm kiếm là thời gian tái hợp bức xạ: Thời gian thường cần cho một lỗ trống và một electron để tái hợp khi làm như vậy bằng cách phát ra một photon, đó là một quá trình ngẫu nhiên và do đó có thể mất bất kỳ thời gian nào. Từ quan điểm của một kỹ sư, bạn sẽ phải thêm vào bất cứ lúc nào để tạo ra lỗ trống và điện tử ở tốc độ mong muốn của bạn ngay từ đầu, sau khi vượt qua các hiệu ứng điện như điện trở, điện cảm và công suất, bao gồm cả đèn LED, bao bì, và mạch lái xe của bạn.

Chỉ với thông tin này, bạn vẫn có thể vấp phải sự thật rằng thời gian tái hợp tổng thể nói chung và thời gian tái hợp bức xạ nói riêng khác nhau rất nhiều về chất bán dẫn, đáng kể nhất là giữa những người có băng thông gián tiếp (những loại thường chỉ tạo ra đèn LED rất kém hiệu quả, như silicon ) và những người có băng thông trực tiếp (thường được sử dụng cho đèn LED). Cũng cần lưu ý về sự phụ thuộc vào bước sóng.

Mặc dù tôi không có số sẵn sàng, thứ tự cường độ cho quang điện tử sẽ là nano giây. Khi được tối ưu hóa để sử dụng như laser, về cơ bản là đèn LED bên trong gương được tối ưu hóa cho phản hồi quang học, thời gian kết hợp lại hoặc tuổi thọ trạng thái trên thường là vài nano giây theo Bách khoa toàn thư RP Photonics . Tôi đoán là đèn LED thông thường sẽ không vượt quá giá trị đó, nhưng, có lẽ, trừ khi được tối ưu hóa đặc biệt, cũng sẽ không nhanh hơn nhiều.