Aby uzyskać praktyczną odpowiedź na pytanie, wymagane będzie badanie niszczące co najmniej jednej diody LED , a najlepiej kilku.

Ogólnie:

Diody LED są głównie niszczone przez ciepło , a nie przez prąd. W zależności od wewnętrznej konstrukcji diody LED i jej krótkotrwałej wydajności rozpraszania ciepła, można sobie wyobrazić, że dioda LED może wytrzymać 100-krotność prądu znamionowego. Podobnie, jeśli odprowadzanie ciepła ze złącza nie jest wystarczająco szybkie, dioda LED może zostać zniszczona nawet o 5-krotność prądu znamionowego.

Biorąc pod uwagę pożądany czas trwania impulsu, o którym mowa w pytaniu, wypróbowałem tylko następujące rzeczy:

Mam tanią czerwoną diodę LED 20 mA bez nazwy, która pulsuje na 0,8 A przy 12 V, z czasem trwania impulsu 5 mikrosekund , cykl pracy 1/256 ( 0,39% ). Nie wybuchł w ciągu ostatnich 15 minut, w rzeczywistości leady nie są nawet zauważalnie ciepłe. Nie jest jednak zbyt jasno oświetlony - co może być częściowo spowodowane spadkiem przebiegów przełączania.

W przypadku podobnych wymagań LED overdrive, wewnętrzną zasadą, którą kieruję się, jest obniżenie średniej mocy znamionowej dioda LED o 10% na każde 100% wzrost prądu napędu powyżej wartości znamionowej. Uważam, że jest to zbyt konserwatywne, ale odniosłem sukces z 30-krotnym prądem znamionowym w zastosowaniach typu „lampa błyskowa aparatu” wykorzystujących białe diody LED Piranha.

Czy to przekroczenie wartości znamionowych byłoby uznane za dopuszczalne inżynieria? Niedługo.

1. Po przeprowadzeniu testu z opisaną powyżej czerwoną diodą LED częstotliwość PWM została zmniejszona tak, że każdy impuls „włączony” stał się 20 mikrosekundami , w porównaniu z poprzednimi 4,88 mikrosekundami, utrzymując cykl pracy taki sam jak poprzednio.

   Rezultatem były prawdziwie niszczące testy: dioda LED eksplodowała spektakularnie , górnej połowy nadal nie znaleziono.

   Hipoteza : ponieważ czas trwania impulsu jest porównywalny z czasem narastania diody LED, dioda LED nie świeci się zbytnio ani nie wykazuje oczekiwanych skutków katastroficznych termicznych.

2. Zachowując 20 mikrosekundowy czas trwania impulsu i 0,39% cyklu pracy, wprowadzono ograniczenie prądu, systematycznie zwiększając dopuszczalny prąd z 50 mA do ponad 400 mA. Dioda LED działa do pewnego momentu i jest znacznie jaśniejsza niż w przypadku obudowy 4,88 mikrosekundy.

   Powyżej około 350 mA dioda LED gaśnie, wydobywa się magiczny dym, tzn. przechodzi w SED (dym emitujący, martwy).

   Wnioski :

   • Średnia moc nie jest jedynym czynnikiem przyczyniającym się do zniszczenia (lub przeżycia), utrzymywanie zbyt krótkich impulsów po prostu nie pozwala na włączenie diody LED na tyle, aby miało znaczenie
   • Z 20 mikrosekundami impulsów, dioda LED 20 mA wytrzymuje około 17,5 razy prąd znamionowy przed zniszczeniem.
   • Muszę kupić więcej diod LED.

Interesująca praca Anindo na diodach LED 20mA, które zawsze rozumiałem, że mogą być przesterowane dla krótkich cykli pracy, chociaż nigdy nie wiedziałem, ile. Pomyślałem, że może 10: 1, 40: 1 może go popychać!

Jednak może to nie przenosić się tak dobrze do nowszych diod LED o wysokiej wydajności, które już pracują ciężej, z ostrożnym projektem termicznym.

Ta dioda LED o dużej mocy firmy HP (kaszel, Avago) ma na przykład wyraźne oceny „absolutne maksimum” dla „szczytowego prądu pulsowania” 2,4 A dla InGaN, 1,5 A dla diod AlInGaP, tylko około 3,5x i 2x prąd znamionowy 700ma. Strona 6 arkusza danych tego urządzenia zawiera to, czego potrzebujesz: wykresy prądu pulsacyjnego w funkcji czasu trwania dla różnych cykli pracy.

Krótki przegląd innych arkuszy danych diod LED dużej mocy pokazał, że jeden (prąd projektowy 350 mA) z 1,2 „Absolutne maksimum” z interesującym zastrzeżeniem, że nie powinien osiągać tego prądu przez 60 sekund łącznie przez cały okres użytkowania produktu.

Najwyraźniej różni się znacznie w zależności od różnych marek i modeli diody LED dużej mocy.

Stopień, w jakim dioda LED może być przesterowana, zależy w dużym stopniu od projektu. Każda dioda LED ma maksymalną temperaturę, którą można osiągnąć przed awarią dla każdego użytego materiału .

Maksymalny prąd ciągły jest zwykle ograniczony przez obudowę, czyli materiał soczewki, który chroni diodę. Ten rodzaj uszkodzenia albo topi się, albo powoduje, że soczewka staje się matowa (zwykle żółta, a następnie brązowa). Maksymalny prąd ciągły można zwiększyć poprzez zmniejszenie wytwarzanego ciepła (zwiększenie wydajności) lub efektywne przewodzenie ciepła. Tak powstają diody LED dużej mocy.

Maksymalny prąd pulsacyjny jest zwykle określany przez materiały przewodzące prąd. Przewodniki mają tak małą masę, że szybko się przegrzewają i zawodzą katastrofalnie (np. Odpowiedź Amindo Gosha z eksplodującą diodą LED). Ścieżka przewodząca przegrzała się i zawiodła, ponieważ nie miała wystarczającej masy, aby poradzić sobie z prądem udarowym. Nawet jeśli dioda LED ma niski opór cieplny i może obsługiwać duży prąd ciągły, może nie być w stanie obsłużyć znacznie więcej niż prąd pulsacyjny.

Dioda LED może być traktowana jako łańcuch kondensatorów termicznych i rezystory (rezystory połączone szeregowo z kondensatorami obejściowymi). Dioda ma małą pojemność, ale również niski opór cieplny. Może szybko odprowadzać ciepło, ale nie radzi sobie z przepięciami. Obudowa ma dużą pojemność, ale również wysoką odporność termiczną. Obsługuje przepięcia, ale nie radzi sobie z dużym prądem ciągłym.

Również w odniesieniu do czasu włączenia diody LED. Najprawdopodobniej jest to ograniczone przez obwód sterowania, a nie diodę LED. Znam tylko diody CREE XLAMP, które mają czas przejścia około 10 nanosekund.

Często w sekcji Absolutne maksymalne wartości znamionowe specyfikacji LED określa się prąd, który jest wyższy niż ciągły prąd roboczy, który byłby dozwolony dla urządzenia. Jeśli przekroczysz określony maksymalny prąd nawet przez nanosekundę , to z punktu widzenia producenta wszystkie zakłady są wykluczone.

W praktyce jest całkiem prawdopodobne, że nawet jeśli Absolute Maximum Rating określa 500 mA, można było tylko 1A przez część przez 10us, raz na sekundę przez rok, bez uszkodzenia czegokolwiek. Z drugiej strony, jest również prawdopodobne, że przepuszczenie 1A przez część na 10us może nie wygenerować dużo więcej światła niż byłoby uzyskane, gdyby przepuścić 500mA przez 10us. Bez względu na to, ile mocy wkłada się w diodę LED, istnieje ograniczenie co do tego, ile światła wygeneruje za pomocą zamierzonych środków (tj. W inny sposób niż zapalanie się w płomieniach). Ponieważ każda włożona moc, która nie zostanie zamieniona na światło, zostanie zamieniona na ciepło, istnieje punkt, po przekroczeniu którego zwiększony prąd szczytowy znacznie bardziej niekorzystnie wpłynie na żywotność części niż na ilość wytwarzanego światła.

Może się zdarzyć, że jeśli moc nie jest wyższa niż wartość znamionowa diody LED, można to łatwo obliczyć, jeśli stosunek częstotliwości impulsów do cyklu pracy nie przekracza 100% wypełnienia przy, powiedzmy, 20 mA, to znaczy jeśli sposób moc używana do konwersji na światło jest liniowa. Jeśli nie jest liniowa, byłaby to pewnego rodzaju krzywa i użyj rachunku różniczkowego, aby znaleźć krzywą, aby znaleźć punkt, w którym przekracza parametry projektowe. Oczywiście może istnieć punkt, w którym ciepło nie może zostać odprowadzone wystarczająco szybko, a następnie zakłóca konwersję elektronów do fotonów. Dlatego, jeśli radiator mógłby być bardziej bezpośrednio fizycznie połączony z wnętrzem diody LED, mógłby być łatwiej (odprowadzać ciepło) odprowadzany lub aktywnie chłodzony. spowodowałoby to, że dioda LED byłaby znacznie mniej energooszczędna, ale dioda LED mogłaby być wówczas zasilana większym prądem do różnych zastosowań, takich jak stroboskop, modulacje impulsów itp. Również wyjście pasma fal diody LED jest nieco monochromatyczne, ale będzie zmieniać pasmo fal wraz z temperaturą, więc może być sposobem na dostrojenie pasma fal diody LED do zastosowań monochromatycznych, jeśli zmiana oświetlenia zostanie skorygowana i skalibrowana. Prawdopodobnie istnieje pozorna jasność postrzegana przez oko jako bardziej wydajna lub mniej nie mająca nic wspólnego z wydajnością kwantową diody LED, ale bardziej związana z kwantową konwersją chemii siatkówki i wielkością źrenicy oraz trwałością widzenia, a zatem powinno być optymalną konwersją impulsu mocy dla tego pozornego oświetlenia oka.
W każdym razie interakcja prądu powinna w pewnym momencie stać się nieliniowa i zniszczyć diodę LED. Może ochłodzić diodę LED, krążąc wokół niej trochę schłodzonego oleju za pomocą srebrnych lub złotych radiatorów na przewodach lub zanurzając w ciekłym azocie. Wygląda na to, że dobre przewodniki elektronów są dobrymi materiałami do odprowadzania ciepła, a złoto jest bardziej stabilne chemicznie niż srebro, chociaż jest drogie.