Оптическая обратная связь увеличивает срок службы белых светодиодов

Intersil ISL29000 EL7630

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2015

Bjoy Santos

EDN

Интенсивность излучения светодиода, независимо от цвета свечения, является функцией его прямого тока и окружающей температуры. Как показано на Рисунке 1, изменение светового выхода в диапазоне рабочих токов может достигать 150%. Простейшее решение этой проблемы разработчики видят в стабилизации тока светодиодов. В схемах наиболее распространенных драйверов белых светодиодов используются DC/DC преобразователи повышающей топологии на основе индуктивности, подобные изображенному на Рисунке 2. Контроллер с обратной связью по току обеспечивает постоянство падения напряжения на токочувствительном резисторе R1. Таким образом, для поддержания постоянного тока контроллер меняет напряжение на всей цепочке светодиодов, никак не учитывая их реальный световой выход.

Оптическая обратная связь увеличивает срок службы белых светодиодов
Рисунок 1. Световой выход светодиодов существенно зависит
от прямого тока, даже в выделенной овалом области
номинальных рабочих токов.

Использование источника тока для управления последовательной цепочкой белых светодиодов основано на допущении, что при постоянном токе интенсивность излучения светодиодов также остается постоянной. К сожалению, это не так, и яркость всех светодиодов в течение срока эксплуатации нелинейно уменьшается во времени. Если снижение яркости цветных светодиодов, используемых в качестве индикаторов, менее очевидно, то деградация излучения массива белых светодиодов в осветительном устройстве с течением времени становится очень заметной. Яркость зависит также от рабочей температуры, влияние которой в широком диапазоне может быть весьма значительным (верхняя кривая на Рисунке 3).

Оптическая обратная связь увеличивает срок службы белых светодиодов
Рисунок 2. Один из способов стабилизации яркости основан на
измерении тока через цепочку светодиодов и
управлении напряжением на всей цепочке для
поддержания постоянного тока.

Для компенсации изменений светового выхода, обусловленных старением и флуктуациями температуры, петля управления, помимо значений напряжения или тока, должна получать дополнительную информацию. Добавление в контур регулирования датчика внешней освещенности и оптической обратной связи может обеспечить постоянство излучения белого светодиода, как во времени, так и при изменениях температуры. Оптический датчик может измерять интенсивность светового потока светодиода и формировать сигнал обратной связи, управляющий током для поддержания достаточно стабильного уровня излучения. Уменьшение светового потока из-за старения или изменения температуры компенсируется увеличением прямого тока светодиодов (нижняя кривая на Рисунке 3).

Оптическая обратная связь увеличивает срок службы белых светодиодов
Рисунок 3. Даже при постоянном прямом токе интенсивность излучения
светодиодов сильно зависит от температуры и в полном
диапазоне рабочих температур может изменяться
на 100% (верхняя кривая).

Схема на Рисунке 4 содержит замкнутую петлю оптической обратной связи, основанную на выпускаемой компанией Intersil микросхеме оптического датчика ISL29000 (IC2), который отслеживает вариации яркости светодиодов и, преобразуя свет в пропорциональный выходной ток, формирует сигнал обратной связи для управления повышающим драйвером светодиодов EL7630, также изготавливаемым Intersil. При снижении яркости свечения увеличивается коэффициент заполнения выходного ШИМ сигнала драйвера, увеличивая ток светодиодов до тех пор, пока сигнал обратной связи не вернется к нормальному значению. При уменьшении температуры окружающей среды яркость свечения светодиодов увеличивается, и напряжение обратной связи на выходе микросхемы IC2 повышается, уменьшая коэффициент заполнения импульсов ШИМ для снижения тока и компенсации влияния температуры.

Оптическая обратная связь увеличивает срок службы белых светодиодов
Рисунок 4. Микросхема фотодатчика IC2, расположенная возле светодиодов
для измерения флуктуаций яркости, формирует компенсирующий
сигнал обратной связи для импульсного стабилизатора тока IC1.

Материалы по теме

  1. Datasheet Intersil ISL29000
  2. Datasheet Intersil EL7630

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Optical feedback extends white LEDs' operating life

ISL29000 Купить ЦенаКупить ISL29000 на РадиоЛоцман.Цены
5 предложений от 5 поставщиков
IC PHOTO DETECTOR AMBIENT 5-ODFN
Элитан
Россия
ISL29000IROZ-T7
Intersil
140 ₽
Зенер
Россия и страны ТС
ISL29000IROZ-EVALZ
Intersil
по запросу
Интерия
Россия и страны СНГ
ISL29000IROZ
Intersil
по запросу
Кремний
Россия и страны СНГ
ISL29000IROZ
Intersil
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • То есть по мере того как эффективность светодиодов будет уменьшаться драйвер будет давать на них все больший и больший ток, и так до тех пор пока светильник не сгорит совсем... и тогда пользователь вынужден будет в темноте срочно искать замену. ??? ребята вообще мозгами поплыли! Когда я прочитал заголовок то я думал что речь идет совсем о другом. Ведь с увеличением тока увеличение яркости происходит только до некоторого предела. а после снижается КПД, светодиоды начинают сильнее греться, быстрее деградируют. Абсолютно логично было бы создать обратную связь, чтобы поддерживать максимальную яркость, но все таки в пределах разумного. К примеру так: время от времени контроллер "играет током", увеличивает и уменьшает ток и при этом замеряет яркость, а потом на основе полученных данных выбирает режим работы. Подобного рода тест можно выполнять за доли секунды, внешне это будет незаметно, но таким образом можно достичь максимальной яркости и максимальной долговечности. Впрочем, как я понимаю, производители озабочены прямо противоположным, тем чтобы не дать приборам быть долговечными.
  • Это очередная попытка " ВАСЯ НУ ЕЩЁ КАПЕЛЬКУ"..... Какой смысл загонять "копеечный" светодиод в предельный режим? Понятно, когда подобный алгоритм управления используется в лазерных диодах. Но в случае со светодиодами - сплошной "АНАХРЕНИЗМ"
  • А где же данные о сроке службы белых светодиодов, которая заявлена в названии статьи? Обсуждать-то, по сути, НЕЧЕГО!
  • А кто ж заставляет диоды на пределе использовать ? Установите половину номинального тока - и КПД выше, и срок жизни.
  • Не увеличивает срок службы, а поддерживает постоянство светового потока в результате его снижения при деградации или других факторов. На самом деле выводит работу светодиода на запредельный режим в конце срока службы, что снижает наработку на отказ. Пока не появились новые технологии, ничего здесь не поделаешь с зависимостью яркость и срок службы. Увеличиваем яркость - жертвуем сроком и наоборот.
  • нет, не так - только в диапазоне рабочих токов. яркость очень сильно изменяется и от температуры. в прожекторах например, зимой. режим настраивается на предельно допустимый ток. но он нужен только на несколько минут, пока светодиод не прогреется, а затем ток можно и снизить (яркость с прогревом начнет увеличиваться)... цитата - ... ну вот, работает машинка-то, а то нам лишь бы заграничное хаять...
  • [b]spasatell[/b], ВСЁ с точностью "до наоборот" тому , Что Вы написАли.... На самом деле: Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод. Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.
  • светодиодные матрицы в 30 ватт (хотя более правильно речь вести о люменах и люксах, но опосредованно можно и так), я завез себе из далекой азиатской страны, не выписал, а именно завез, еще вначале 13 года. и там же, на заводе, производитель предложил драйвера ..."с учетом светоотдачи"...поэтому появилась возможность наблюдать за работой матриц подключенных к разным драйверам (суть - стабилизаторам тока) условия эксплуатации самые разные. часть стоит на катерах и яхтах, часть установлена в холодильниках (не домашних,производственных от -30 до -45), часть на уличном освещении, так, что опыт не теоретический, но практический по данному вопросу имеется.. о том, что светоотдача снижается почти в два раза при изменении температуры кристалла от 55 до 100 градусов я знаю, но при этом и светосила изменяется, как ни странно увеличивается и тоже почти в два раза... все что касается температуры кристалла (перехода p-n) - это проблема производителя. потребитель же берет изделие и вставляет( вкручивает) в патрон. производитель же в период разработки технологии производства принимает температуру перехода равной 90 градусов по цельсию и исходя из этой величины заявляет о светоотдаче и сроке службы светодиода. и он же думает как отвести лишнее тепло от кристалла (матрицы).поэтому, мне как потребителю остается только одно - следить за окружающей температурой воздуха (лампу окружающей). на сегодняшний день уже имеются производители, которые температуру подняли до 110 градусов, при этом срок службы увеличили до 100000 часов (при L70), но это пока не характерно и обсуждать в ближайшие пару лет смысла не имеется (статистики пока нет) из статистики - имеется светодиодная лампа мощностью 1.7 Вт, 220 В, работает непрерывно (отключения только при авариях), температура возле колбы от 40 до 50 градусов (в зависимости от времени года) время установки - сентябрь 2011 года в часах наработала около 50 тысяч. снижение яркости "на глаз" отсутствует, по приборам имеется на 10% от первоначальной величины. о производителе известно только одно - чина, ни адреса, ни названия нет. на момент приобретения сравнимая лампа филлипса стоила почти 800 руб, а эту взял за 120.... в статье речь идет о светосиле (интенсивность светового потока),а она - светосила - с увеличением температуры - увеличивается
  • Вы что-то путаете. Чтоб расставить точки над ё: Светосила = сила света в Канделах ? Светоотдача = световой поток в Люменах ? Если да, то "Сила света" = "Световой поток" / угол. Прямая зависимость. Уменьшился поток в 2 раза - в 2 раза уменьшилась "Сила света". А вот почему у Вас наоборот - надо проверять :)
  • если речь идет о задаче из школьного курса физики с вопросом о расчете единиц светосилы и светоотдачи на разных расстояниях от точечного источника при всех прочих неизменяемых (кроме расстояния конечно) параметрах, то да - эти утверждения верны, но у нас речь идет о свойствах p-n перехода в светоизлучающем диоде (грубо о светодиодной матрице) при изменяющейся температуре окружающей среды, а следовательно и кристалла и собственно говоря и самого перехода, а это немножко две большие разницы. почему так? понятия не имею возможно потому, что приведенный пример расчета зависимости двух величин подразумевает распространение световой волны (света) равномерно во все стороны по сфере. а светодиод при изготовлении на производстве создан таким образом, что световой поток распространяется в некотором ограниченном телесном угле, при этом ту часть потока, что не совпадает с этим углом, пытаются направить в этом же направлении... ... это выдержка из рекламного проспекта РК... но мне кажется, что статьи сергея никифорова более полезны в данном направлении...ну а там недалеко и до статей нобелевских лауреатов (за разработку теории и создание светодиодов)...
  • Позволю себе не согласиться. Частный случай (во все стороны) - берется эта формула (грубо). В общем случае, поток измеряется через интеграл силы света по углу И в данном случае это не так важно. Угол ведь мы берем тот же самый и не меняем. Можно взять вообще самый минимальный угол, например по центру, и в нем проводить измерения. Факт останется фактом - зависимость прямая: больше поток-больше сила света-больше освещенность. И наоборот. Это то же самое, что утверждать про увеличение силы света от автомобильной фары, поток которой уменьшили напряжением. Освещенность объекта однозначно снизится.
Полный вариант обсуждения »