Светодиод в импульсном режиме

на страницах сайта

www.electrosad.ru

В статье "ИК светодиод в предельных режимах работы" описана работа конкретной модели светодиода. Но все светодиоды способны работать в импульсном режиме. В связи с тем что статья вызвала Ваш интерес, который по не вполне понятным причинам замкнулся на описанном ИК светодиоде АЛ106, я решил написать эту статью расширив ее на применение современных мощных светодиодов.

Области применения современных мощных светодиодов

Светодиоды большой мощности выпускаются в нескольких спектральных диапазонах со все более широкой номенклатуре мощности. Они все больше применяются в нашей жизни, от различных сигнальных устройств (в том числе и в автотехнике), технических подсветок до местного освещения и освещения открытых пространств.

В этих случаях условия применения полностью соответствуют рекомендациям производителей.

Для их питания применяются специальные источники питания (драйверы), которые позволяют преобразовать напряжение питающей сети переменного тока в низкое напряжения постоянного тока.

Импульсный режим режим работы мощных светодиодов

Для некоторых применений требуется использование светодиодов в импульсном режиме. Это:

Стробоскопы,
Датчики охранных систем,
Специальные осветители,
Импульсных осветителях (вспышках).

Импульсный режим (1, 2), позволяет выделить необходимый импульсный сигнал на фоне внешних засветок. Кроме того импульсный режим позволяет светодиоду выдать большую световую мощность или световой поток, чем в непрерывном режиме при той же мощностью тепловыделения.

Импульсные режимы работы источников света применяются в стробоскопических системах для подсветки при съемках и наблюдении быстрых циклических процессов.
В охранных системах, для увеличения их помехозащищенности в условиях внешних засветок и увеличения дальности работы.
В специальных осветителях для увеличения световой мощность на объекте наблюдаемом с помощью оптико-электронных устройств и их освещения синхронного с частотой работы съемочного оборудования (в том числе и ИК мощных осветителей).
В импульсных осветителях для фотосъемки (фото вспышках) для получения многократного превышения световой мощности на снимаемом удаленном объекте.

(В фотовспышках на светодиодах работающих в импульсном режиме возможно применение применение оптического формирование светового потока на удаленном объекте)

Особенности работы светодиода в импульсном режиме

В связи с тем, что наибольшее тепловыделение на любом коммутирующем электронном приборе работающем в импульсном режиме происходит на фронтах питающего тока, для заметного выигрыша при переходе в этот режим необходимо максимально снижать время переключения.

Не все светодиоды удовлетворяют этому требованию, прежде всего потому что применяемое параллельное их соединение приводит к суммированию их и так не малой емкости. А для питания устройств с собственной большой емкостью необходимо применять специальные схемы, способные работать на высокие емкости нагрузки . Поэтому выбирая светодиод для эксперимента с повышенным током питания в импульсном режиме необходимо проверить время переключения.

При большом времени переключения падает КПД системы СД + ключ управления (может достигать 50%), получаем дополнительное тепловыделение на управляющем ключе.

Сохраняется требование:

для надежной работы светодиода в импульсном режиме должно выполняться соотношение:
Pср/Q < Pи
импульсная мощность не должна превышать допустимую среднюю для данного светодиода, умноженную на скважность импульсов.
Или
для одиночного импульса
температура перехода светодиода (к окончанию импульса тока) не должна превышать предельную, указанную для данной модели в его документации.

Применение мощного светодиода KPXX-080-5 в импульсном режиме

Рассмотрим применение мощного светодиода KPXX-080-5 (5Вт) в импульсном режиме. В паспортных характеристиках указывается, что данный светодиод работает в импульсном режиме при импульсном прямом токе 2000 мА и скважности 1/10 на частота 1 кГц. Его характеристики:

Абсолютные максимальные значения. Таблица 1.

Параметр	Максимальное значение
Постоянный прямой ток	1500 мА
Импульсный прямой ток (Скважность Q = 1/10, частота 1 кГц)	2000 мА
Среднее значение прямого тока	1500 мА
Чувствительность к электростатическому разряду	±16000 В
Температура p-n перехода	135°С
Температура алюминиевой печатной платы	105°С
Диапазон рабочих температур	-40°С / +100°С
Тепловыделение Вт	< 6,8

Электрические характеристики (I_F=1500 мА, T_j=25°C). Таблица 2.

Цвет	Прямое напряжение (В)			Динамическое сопротивление (Ом)	Температурный коэффициент V_F (мВ/°С)	Тепловое сопротивление переход-корпус (°С/Вт)	Световой поток (Лм)	Доминирующая длина волны (нм) / Цветовая температура (К)
Цвет	Мин.	Тип.	Макс.	Динамическое сопротивление (Ом)	Температурный коэффициент V_F (мВ/°С)	Тепловое сопротивление переход-корпус (°С/Вт)	Световой поток (Лм)	Доминирующая длина волны (нм) / Цветовая температура (К)
Белый	3.2	3.8	4.5	1.0	-2	10	300	5500K
Белый теплый	3.2	3.8	4.5	1.0	-2	10	280	3300K
Синий	3.2	3.8	4.5	1.0	-2	10	68	468

Как было написано выше, одним из ограничений рабочего тока светодиода является ограничение его мощности тепловыделения на уровне - Pср < Pи*Q, что приводит к превышению допустимой температуры перехода. Для данного светодиода в связи с его большим тепловым сопротивлением (10°С/Вт) и одновременного с ростом тока - ростом напряжения на светодиоде предельная мощность достигается уже при токе 2 А. Прирост светового потока при этом токе может достигать 30%. Но экспериментальная оптимизация режима (отбор экземпляра, подбор максимального тока при соблюдении указанных выше ограничений, усиление охлаждения с помощью дополнительного теплоотвода) может позволить поднять рабочий ток до 3А и соответственно световой поток в 2 раза.

Можно предположить, что в режиме одиночного импульса (фото-вспышка) световой поток может достигать 600 - 1000 Лм, а при принятии оговоренных выше дополнительных мер возможно и до 3000 Лм.

Предельные характеристики мощных светодиодов на начало 2010 года

Не вдаваясь в конкретные конструкции светодиодов существующих в настоящее время можно отметить:

Параметр	Тип светодиода	Величина
Тепловое сопротивление	SST-80	0,5 - 0,64 °С/Вт
Мощность	ARPL - 30W	30 W
Световой поток	SST-80	до 2250 Лм
Световой поток	ARPL - 30W	до 1100 Лм
Светоотдача	SST-80	до 100 Лм/Вт
Светоотдача	ARPL - 30W	до 36 Лм/Вт
Напряжение питания	ARPL - 30W	до 24 Вт

На рисунке 1 схематически изображена конструкция светодиодов SST-80 :

Рисунок 1.

Необходимой принадлежностью мощных светодиодов является теплоотвод, поскольку тепловыделение достигает 40 Вт на кристалл (светодиод).

Другие характеристики светодиода приведены на рис. 2 - 5.

Рисунок 2. Зависимость светового потока от прямого тока.	Рисунок 3. Вольт-амперная характеристика.
Рисунок 4. Диаграмма направленности.	Рисунок 5. Диаграмма направленности.

Заключение

Главным недостатком светодиодов является достаточно высокое падение напряжения на светодиоде, которое определяется физикой генерации света в p-n переходе любого светодиода. Для видимого света это напряжение составляет (для одного светодиода) около 3,2 - 3,8 В, и с ростом тока растет (см. рис. 3.). Это определяет высокое тепловыделение на светодиоде. Это с ростом мощности светодиода приведет к увеличению размера светильника.

Например - при мощности тепловыделения 10 Вт для отвода выделяемого тепла требуется порядка 200 см² площади теплоотвода, при естественном охлаждении.

Применение низкого напряжения и достаточно большого тока для питания мощного светодиода требует применение специального источника питания который еще увеличивает размеры осветительного устройства с применением мощного светодиода и одновременно снижает его КПД. И увеличивает тепловыделение.

А.Сорокин, 2010 г.

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору почтой.

2002 - 2020