ストロボランプでのLED駆動過電流の使用

光源としてRGB LEDを使用したスト​​ロボランプが欲しいです。約100 Hzで非常に短い持続時間のパルス（理想的にはマイクロ秒以下）でLEDにパルスを送りたいです。

1秒あたりのLEDの合計オン時間は、1/1000秒未満になる可能性があります。LEDが公称電力で駆動されている場合、総光出力は低くなり、結果として生じる照明は非常に悪くなります。一定電力であるが、電流が公称値をはるかに超えるLEDを介して非常に短いパルスを駆動するという考えに興味があります。理想的には、公称値の10倍または100倍です。

ここのスレッド：LEDの高電流パルスは、短いパルスの公称電流を数回超えることがおそらく問題ないことを示唆していますが、私が想像しているよりも長いパルスについて話していると思います。

LEDが役に立つほど長く存続する可能性があるかどうかについて誰かがコメントできますか？総寿命が大幅に短くなってもかまいません。数十時間の使用（合計時間はおそらく1時間未満）の間存続する限り、問題ありません。

質問に対する実際的な回答として、少なくとも1つ、できれば数個のLEDの破壊テストが必要になります。

広く：

LEDは主に熱によって破壊されますが、電流によってはそれほど破壊されません。LEDの内部構造とその短期的な熱放散性能に応じて、LEDは定格電流の100倍に耐えられると考えられます。同様に、ジャンクションからのサーマルオフテイクが十分に速くない場合、LEDは定格電流の5倍で破壊される可能性があります。

質問で述べた望ましいパルス持続時間を考慮して、私は次のことを試しました：

私は安価な名前のない20 mAの赤色LED を12ボルトで0.8アンペア、パルス持続時間5マイクロ秒、デューティサイクル1/256（0.39％）でパルスしています。過去15分間は爆発していません。実際、リード線は明らかに暖かくさえありません。非常に明るくはありませんが、スイッチング波形の垂下が原因の可能性があります。

同様のLEDオーバードライブ要件の場合、私が従う社内の経験則では、公称値よりもドライブ電流が100％増加するごとに、LEDの平均電力定格を10％低下させます。これは非常に保守的だと思いますが、白色のピラニアLEDを使用する「カメラフラッシュ」タイプのアプリケーションでは、公称電流が30倍にも達しました。

この定格値の超過は、許容できるエンジニアリングと見なされますか？ロングショットではありません。

更新：

1. 上記の赤いLEDを使用したテストに続いて、PWM周波数が減少し、各「オン」パルスが以前の4.88マイクロ秒から20マイクロ秒になり、デューティサイクルを以前と同じに保ちました。

   その結果、真に破壊的なテストが行われました。LEDは壮観に爆発しましたが、上半分はまだ見つかりませんでした。

   仮説：パルス持続時間がLEDの立ち上がり時間に匹敵するため、LEDは実際にはあまり点灯せず、予想される熱的破壊的影響も示しません。

2. 20マイクロ秒のパルス持続時間と0.39％のデューティサイクルを維持しながら、電流制限が導入され、許容電流が50 mAから400 mAを超えて系統的に増加しました。LEDはある時点まで存続し、4.88マイクロ秒の場合よりずっと明るくなっています。

   350 mAを超えると、LEDが消え、魔法の煙が出ます。つまり、SED（Smoke Emitting、Dead）に変わります。

   結論：

   • 平均電力は破壊（または生存）に寄与する唯一の要因ではありません。パルスが短すぎると、LEDが十分に点灯しなくなります
   • 20マイクロ秒のパルスで、20 mA LEDは破壊前に公称電流定格の約17.5倍の寿命を維持
   • LEDをもっと購入する必要があります。

20mAのLEDに関するAnindoの興味深い研究は、私が常にどれほどのことを知っていたとしても、短いデューティサイクルではオーバードライブされる可能性があることを常に理解していました。たぶん10：1、40：1がそれを押し上げているかもしれません！

ただし、これは、注意深く熱設計を行っているため、すでにより厳しい性能で稼働している新しい高性能LEDにも適用されない場合があります。

たとえば、HP（咳、アバゴ）のこの高出力LEDの「絶対最大」定格は、InGaNの場合は2.4A、AlInGaPダイオードの場合は1.5Aであり、定格700mA電流の約3.5倍と2倍にすぎません。このデバイスのデータシートの6ページには、さまざまなデューティサイクルのパルス電流と持続時間のグラフが必要です。

他のハイパワーLEDデータシートの簡単なレビューでは、1.2Aの「絶対最大」の 1つ（350mAの設計電流）が示され、製品の寿命全体でこの電流に60秒間累積してはならないという興味深い条件があります。

そのため、ハイパワーLEDのメーカーやモデルが異なれば、明らかに大きく異なります。

LEDがオーバードライブできる量は、設計に大きく依存します。すべてのLEDには、関連する各材料の故障前に到達できる最大温度があります。

最大連続電流は通常、カプセル化、つまりダイオードを保護するレンズ材料によって制限されます。この種の障害は、溶けるか、レンズを不透明にします（通常は黄色、次に茶色）。最大連続電流は、生成される熱を減らす（効率を上げる）または効果的な熱伝導によって増やすことができます。これは、高出力LEDが作成される方法です。

最大パルス電流は通常、電流が流れる材料によって決まります。導体の質量は非常に少ないため、導体は急速に過熱して壊滅的に故障します（Amindo Goshの答えは爆発するLEDです）。導電経路には電流サージを処理するのに十分な質量がないため、過熱して故障しました。LEDの熱抵抗が低く、大きな連続電流を処理できる場合でも、パルス電流の場合よりもはるかに多くを処理できない場合があります。

LEDは、熱コンデンサと抵抗（バイパスコンデンサと直列の抵抗）のチェーンと考えることができます。ダイオードの静電容量は低く、熱抵抗も低くなっています。熱をすばやく排出できますが、サージに対応できません。カプセル化には高い静電容量がありますが、熱抵抗も高くなります。サージには対応しますが、大きな連続電流には対応できません。

LEDの点灯時間についても。これは、LEDではなく制御回路によって制限されている可能性があります。私は、遷移時間が約10ナノ秒のクリーXLAMP LEDにのみ精通しています。

LED仕様の絶対最大定格セクションでは、デバイスに許可される連続動作電流よりも高い電流を指定するのが一般的です。ナノ秒でも指定された最大電流を超えると、メーカーに関する限り、すべての賭けがオフになります。

実際には、絶対最大定格が500mAと指定されていても、何も損傷することなく、1秒間に1回、10usの期間で1Aを超える可能性があります。一方、1Aを10usの部品に通しても、500mAを10us通した場合よりもはるかに多くの光が生成されない可能性もあります。LEDにどれほどの電力を投入しても、意図した手段（つまり、炎上以外の方法）で生成される光の量には制限があります。投入された光が光に変換されない電力は熱に変換されるため、ピーク電流が増加すると、生成される光の量に影響を与えるよりも、部品の寿命に悪影響を与えるポイントがあります。

電力がLEDの定格よりも高くない場合、デューティサイクルに対するパルスレートの比率が、たとえば20mAの電力で100％のデューティを超えない場合、つまり電力が光に変換するために使用される線形です。線形でない場合、それはある種の曲線であり、計算を使用して曲線を見つけ、設計パラメータを超える点を見つけます。もちろん、熱を十分な速さで取り除くことができず、電子から光子への変換を妨げる場合もあります。したがって、ヒートシンクをLEDの内部に物理的に直接リンクすることができれば、より簡単に（熱を運び去る）ヒートシンクにしたり、積極的に冷却したりできます。これにより、LEDの電力効率が大幅に低下しますが、ストロボスコープやパルス変調などのさまざまなアプリケーションで、LEDをより多くの電流で駆動できます。同様に、LEDの波長帯域出力はやや単色ですが、温度によって波長帯域が変化するため、照明の変化が修正および較正された場合に、モノクロメータアプリケーション用にLEDの波長帯域を調整する方法になります。おそらく目に見える明るさは、LEDの量子効率とは関係がないが、網膜化学の量子変換と瞳孔のサイズと視力の持続に関係していると考えられます。目に見えるこの明白な照明のための最適なパワーパルス変換でなければなりません。同様に、LEDの波長帯域出力はやや単色ですが、温度によって波長帯域が変化するため、照明の変化が修正および較正された場合に、モノクロメータアプリケーション用にLEDの波長帯域を調整する方法になります。おそらく目に見える明るさは、LEDの量子効率とは関係がないが、網膜化学の量子変換と瞳孔のサイズと視力の持続に関係していると考えられます。目に見えるこの明白な照明のための最適なパワーパルス変換でなければなりません。同様に、LEDの波長帯域出力はやや単色ですが、温度によって波長帯域が変化するため、照明の変化が修正および較正された場合に、モノクロメータアプリケーション用にLEDの波長帯域を調整する方法になります。おそらく目に見える明るさは、LEDの量子効率とは関係がないが、網膜化学の量子変換と瞳孔のサイズと視力の持続に関係していると考えられます。目に見えるこの明白な照明のための最適なパワーパルス変換でなければなりません。
いずれにせよ、現在の相互作用はある時点で非線形になり、LEDを破壊するはずです。リード線に銀または金のヒートシンクを付けて冷却オイルを循環させたり、液体窒素に浸したりすることで、LEDを冷却できます。優れた電子伝導体は熱を逃がすのに適した材料であり、金は銀よりも化学的に安定していますが、高価です。