(E quando) a vida útil de um LED depende da frequência PWM

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Vamos assumir duas opções para acionar um LED padrão em sua corrente nominal.

PWM definido para 50% do ciclo de trabalho a 10 kHz
PWM definido para 50% do ciclo de trabalho a 50 kHz

Tecnicamente, os dois LEDs produziriam a mesma quantidade de luz e o 'piscar' não será visível ao olho humano ou a uma câmera (exceto talvez para uma câmera de alta velocidade ...)

led pwm lifetime

— Gilad
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Boa pergunta +1, eu ia perguntar algo semelhante. Eu ficaria preocupado com uma frequência muito baixa, como 50Hz retificado devido ao ciclismo térmico da pequena junção. Aguardaremos as respostas.

— Autistic

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BTW, alguns de nós humanos têm olhos que são realmente sensíveis ao PWM piscando. E, portanto, alguns fornecedores de monitores e TVs estão construindo painéis sem oscilações sem PWM para escurecer.

— Basil Bourque

Por "em sua corrente nominal", você quer dizer a corrente que flui durante a parte "ligada" do ciclo de serviço ou a corrente média em todo o ciclo? Se este último, claramente existe alguma frequência em que é melhor dizer que o LED está pulsando, de modo que o LED está sendo sobrecarregado efetivamente durante o tempo, a questão é qual é o mecanismo de dano e quão lento isso teria que ser. estar.

— Chris Stratton

Isso pode ser irrelevante, mas a última frase ("Tecnicamente os dois LEDs produziriam a mesma quantidade de luz ...") não é totalmente verdadeira; o LED com a frequência mais alta produzirá menos luz do que aquele com a frequência mais baixa. Aprendi isso aqui na Eletrônica Stack Troca :) electronics.stackexchange.com/a/86942/30973

— ayane

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Deixe-me abrir o meu confiável MIL-HDBK-217F e ver o que ele diz sobre LEDs e sua longevidade: -

O principal fator que afeta a taxa de falhas por milhão de horas é a temperatura.

De interesse, se eu ler a próxima seção sobre diodos a laser, eles levarão em consideração a pulsação do ciclo de trabalho, mas sua conclusão (na página 6-21) é que, no ciclo de trabalho de 50:50, a taxa de falha dos diodos a laser é de cerca de 25% desse valor. quando conduzido continuamente.

Eles também concluem (na página 6-22) que, se você operar um diodo laser com uma potência de saída de luz de 50% da sua classificação, ele durará dez vezes mais do que operá-lo com 95% da sua potência de saída nominal.

— Andy aka
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Isso é fascinante, mas tenho que me perguntar como essas taxas básicas de falha foram derivadas. Por que "fototransistor", "fotodiodo" e "IRLED" falham com mais frequência do que "LED" (e nenhum deles especificado quanto ao tipo ou aplicação)? Qual é o intervalo de confiança em qualquer um desses valores? Por que o fator de temperatura é o mesmo para todos os dispositivos? Isso não é para menosprezar sua resposta - a fonte diz claramente o que diz. Mas não consigo deixar de pensar que esses cálculos - como piores valores ca. 1991 sob condições não especificadas - pode apenas ser realmente significativo para os militares dos EUA.

— Oleksandr R.

@OleksandrR. Desde que você escreveu este comentário, você pesquisou a validade do padrão mil?

— Andy aka

Infelizmente não. Não sei por onde começar, porque nada é mencionado no documento que permita avaliar isso. Na verdade, a maioria parece completamente sensata - mas para esses dispositivos muito semelhantes com taxas de falha de linha de base tão pequenas, parece provável que exista algum efeito de aplicativo não reconhecido que incline os valores citados. Se os IRLEDs são de alta luminância usados em iluminadores de infravermelho, por exemplo. E os opto-isoladores podem falhar facilmente devido ao estresse de corrente ou tensão, em vez de os LEDs se apagarem - por isso, as saídas de fototransistor falham com mais frequência.

— Oleksandr R.

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Desculpe. Acabei de ver que há uma seção de referências no final. Os LEDs são descritos em RADC-TR-88-97, onde se observa que apenas 22 LEDs falharam em 4827 milhões de horas de operação e zero (!) IRLEDs falharam em 39 milhões de horas. Com tamanhos de amostra tão pequenos (ou inexistentes), a razão para os valores ímpares é clara. O RADC-TR-88-97 também detalha os métodos e resultados estatísticos. No geral, parece ser um documento muito mais significativo que o MIL-HDBK-217F.

— perfil

@OleksandrR. talvez considere fazer disso uma resposta?

— Andy aka

6

LEDs são apenas diodos que não se "desgastam" com frequência. A corrente máxima e a corrente média afetam o desgaste do LED, mas a frequência não tem nenhum efeito que eu já tenha ouvido falar.

Além disso, suas frequências são baixas. O ciclo de trabalho de 50 kHz e 50% significa 10 µs ativados e 10 µs desativados. Esse é um tempo "longo" para um LED.

— Olin Lathrop
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Pode demorar muito tempo para alguns efeitos, mas a degradação térmica (que aparentemente domina) é muito curta.

— Chris H

3

Experiência pessoal:

Conduzi um LED UV padrão classificado para 3,4V, 20mA com cerca de 1A por 5ns a uma taxa de 87kHz (ciclo de trabalho: 1: 2300), mas não observei nenhum "desgaste" em termos de brilho ou forma de pulso em 10 ^ 11 pulsos.

— sweber
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Isso é cerca de 8.000 dias? Opa, desculpe, 133 dias (LOL menos impressionante)!

— Andy aka

OT, mas quanto mais fluxo luminoso ele produz sob essas condições extremamente sobrecarregadas? Acho que a eficiência diminui rapidamente com o aumento da corrente (por causa do aumento da taxa de recombinação do portador em temperaturas mais altas da matriz), mas não tenho certeza do comportamento real de pulsos breves como este.

— Oleksandr R.

Como você mediu a corrente real? Parece que seria complicado evitar efeitos indutivos, tanto no driver quanto na própria configuração de medição atual.

— Chris Stratton

@OleksandrR. : Houve um efeito de saturação, mas foi quase negligenciável. Também porque toda a instalação tinha outras razões para tais efeitos, eu diria que não houve perda de eficiência. No entanto, eu não me importei muito com isso, era apenas importante que a quantidade de luz pudesse ser direcionada de alguma forma, e o 1A era um valor extremo.

— sweber

@ ChrisStratton: Bem, eu realmente usei um resistor muito pequeno em série e uma dessas boas sondas diferenciais de 3,5 GHz da Agilent. Obviamente, o resistor reduz a corrente, mas a interpolação devido à quantidade de luz e estimativas dos dados medidos leva à conclusão de que a corrente deve ser de cerca de 1A. Claro, isso foi difícil e tudo foi preciso.

— sweber

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Nenhum impacto discernível. O LED em si seria sensível apenas à vida útil total, mas a confiabilidade é medida em 10 anos.

Falhas térmicas devido a falhas de empacotamento ou ligação de fios são mais prováveis, mas a probabilidade de falha ainda é muito baixa. A falha mais provável para um sistema de fabricação própria são as juntas de solda ou fios entre o Led e o PCB, ou o PCB e a fonte de alimentação.

As falhas térmicas são causadas por diferentes taxas de expansão térmica e o esforço resultante que isso causa na estrutura. Estresses pequenos ou ciclos de estresse têm efeito insignificante. Considere que o plástico do LED provavelmente foi moldado e curado a +175 C - ele está sempre sob estresse.

A constante de tempo térmico do LED provavelmente está na faixa de 10 a 100 ms. Andar de bicicleta mais rápido do que isso leva a excursões de temperatura muito pequenas, que não causam problemas, e andar mais devagar que isso limita o número total de ciclos a um número muito pequeno.

— jp314
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