以较高电流脉冲LED会产生更大的视在亮度吗？

这个问题包含两个假设：

1. 开关LED驱动器的频率足够高，因此应使用平均功率（而不是瞬时功率）来确定最大驱动电流。
2. 确定任何占空比下的最大电流的限制因素是平均功耗。

经过这些假设后，很明显在最大功耗下流经LED的电流与占空比成反比。

表观亮度（不一定是发光度）是否在较高电流和较低占空比的情况下受到LED脉冲的影响而增加，降低或受到影响？

我没有任何特殊的LED或驱动器拓扑结构，但是欢迎您参考实际零件，数据表或应用笔记。我也想知道这在低功率（例如20mA）指示器LED和高功率，高亮度照明LED之间是否有所不同。

过去，在设计基于LED的太阳能充电灯时，我已经对其进行了详细介绍，并且通常对LED感兴趣。

首先，人类在恒定功率和可变占空比脉冲下的感知。假设10％的占空比将导致在相同电压下保持10倍的电流。当电流增加10倍时，实际的LED将具有更高的正向电压，但幅度不会太大。一个公平的测试可能是Ipeak x time on =常数。

• 在遥远的过去，据称人眼的反应是如此，以恒定功率但在低占空比下对LED进行脉动会产生更大的视在亮度。事后，参考文献在HP文档中。

• 最近，我从中等权威但记忆犹新的文献中读到的恰恰相反。

我大概可以找到最新的文档，但是HP的文档会在时间的迷雾中迷失。但是，我相信以太的任何生理作用方式都是很小的。鉴于您需要大约2：1的LED亮度变化，以便在分别查看LED时（一个或另一个，但不能同时看到两个）来注意到它，所以细微的差异当然不会引起注意。例如，在一般场景中，两个手电筒并排发光，以便可以进行直接比较，您可能需要大约1.5：1+的差异，然后才能注意到差异-这在某种程度上取决于观察者。当在光滑的墙壁上使用两盏灯进行“洗墙”时，可以看到并排的差异降低到大约20％。

其次-实际亮度。

使用恒定的平均电流，总的光输出在脉冲操作下会下降，而在占空比越来越低时会降低！对于恒定的平均功率，效果甚至更糟！

通过检查目标LED的数据表，可以清楚地看到这两种效果。每电流的发光输出曲线接近直线，但随着电流的增加，每mA的输出逐渐减小。即，电流增加一倍并不能使发光输出增加一倍。随着电流的增加，这种降低的回报率加速。也就是说，在低于额定电流的情况下工作的LED比在额定电流下产生的流明/ mA更高，效率随着mA的降低而提高。

每瓦特的输出（流明）甚至比每毫安流明还差。随着mA的增加，Vf也增加，因此Vf x I乘积的每流明速率增加得比I快。因此，与额定毫安相比，在低毫安时仍可实现最大流明/瓦特，流明/瓦特效率随电流的降低而提高。

这两种效果都可以在下图中看到。

这些曲线适用于以下提到的奇妙[tm] Nichia NSPWR70CSS-K1 LED。即使此LED的绝对最大额定电流为60 mA，连续最大连续电流为50 mA，Nichia也已指定其性能高达150 mA。在这些电流下的寿命“无法保证”。这是可用的效率最高的<= 50 mA LED。如果有人知道在50 mA和相同价格范围内具有出色的L / W，请告知！

我在几种产品中使用了Nichia“ Raijin” NSPWR70CSS-K1 LED。它以30 mA的LED开始使用寿命，但经过测试后被Nichia提升至50 mA（使用寿命缩短了14,000小时）。在50 mA时，输出功率约为120 l / W，在20 mA时，输出功率约为165 l / W。后一个数字使其成为现实中最好的产品之一，尽管最近的产品现在以远远低于额定电流的价格超过了该值。

一个复杂的因素是，现代大功率LED的额定Iabsolute_max值通常比Imax_operating高20％。也就是说，在不超过其额定绝对最大电流的情况下，不可能以小于约90％的占空比和恒定平均电流的脉冲模式运行它们。这并不意味着它们不能在额定最大连续电流的许多倍上被脉冲化（请问我怎么知道:-)），只是制造商没有对结果进行认证。Raijin LED在100 mA时非常亮。

特例。

在非常高的电流和低占空比下产生脉动的一个区域可能是LED额定用于这种占空比的区域，瞬时发光输出（亮度）比平均亮度更重要。红外（IR）控制器是一个常见的示例，其中每个单个脉冲的亮度都很重要，因为检测到单个脉冲且平均电平无关紧要。在这种情况下，可以使用1安培以上的脉冲。在这种情况下，极限电流可以是键合线的熔断电流。对LED裸片的影响将缩短寿命，但是（大概）制造商在规范中允许这样做-并且所需的总工作寿命通常很短。（例如，用于0的电视遥控器。

通过使用脉冲调制及其对人眼的心理物理效果，可以有效改善光源的照度。 义HI大学2008

Enddolith引用了一篇声称在某些条件下具有实质性真实视觉增益的论文。这是引用的Jinno
Motomura 论文的完整版[链接更新1/2016]

他们声称在5％占空比下的真实流明增益高达〜2：1（因为流明与眼睛的反应有关），但是尽管他们非常谨慎，但将其转换为实际应用时仍存在一些重大不确定性。

• 他们似乎非常重视快速的上升和下降时间。在照亮真实世界的场景时会遇到这些问题吗？是否有一些示例可以比其他示例更好地工作？

• 这是在直接观察LED（保持良好的视力？），并比较视在亮度。这如何转换为场景反射后到达观察者的光水平。

• 当LED用于照亮目标时，这如何应用。与直接LED观察相比，目标的平均亮度水平会影响结果吗？减多少

• 当现代的白色LED具有Imax_max〜= I_max_的110％连续，并且这种影响似乎取决于约5％的占空比时，这是否对大比例额定电流下的类似现实世界LED有任何影响？

在这方面似乎有很多误传。有人说有视觉效果，认为脉冲光比其平均水平要亮。据我所知，对此存在一些分歧，但它适用于相当慢的闪烁，因此视觉的持久性会在脉冲之间传递亮度。范围是几赫兹到10赫兹的下限。我不确定这是否真的更亮，还是只有更多的关注才能达成共识。

快速闪烁，使光线看起来稳定（几百赫兹）显然不会增加可感知的亮度。您所看到的是平均亮度。这意味着在相同的平均功率下，快速闪烁的LED实际上不那么亮。LED的亮度大致与电流成正比，但是较高的电流也会导致较大的正向压降。连续10mA和在1 kHz时50％的20mA电流看起来非常接近，但是后者将消耗更多功率，因为​​20mA时的电压降将高于10mA。

LED的亮度通常与电流成正比，但不完全成正比。通常它会随着电流而下降，但是对于大多数指示器类型的LED来说，这种影响是如此之小，以至于不明显。人类对数感知光强度。因子2看起来是一个很小但很明显的步骤。除直接比较外，不可能注意到10％。

用于照明的大功率LED以不同的方式推动极限，并在更大电流下表现出更多的衰减。最大效率和最大亮度不是一回事。这种差异足以满足要求苛刻的应用程序的需求。在这里，您必须仔细检查LED数据表。高功率照明LED通常具有作为电流函数的亮度数字，您会在高端看到一点点。还应注意，对于那些LED，瞬时最大电流比小指示器LED的瞬时平均电流更接近平均最大值。这在很大程度上与温度和热量管理有关。

我一直学习并坚信LED电流高于标称值（普通LED通常约为20mA）会导致较高的发光度，但不成比例，因此不值得这样做。如果是这种情况，则脉冲不会使您获得更多的亮度。假设一个LED在10mA时为0.45mcd，在40mA时为0.9mcd。在占空比为25％的情况下以40mA脉冲供电时，平均电流为10mA，平均亮度为0.225mcd，这仅是连续10mA时发光度的一半。
我没有弥补这些数字。可以在Panasonic LN222RPX数据表中找到它们：

我想在这里做两个说明：

1. 一半的值看起来相差很大，但是您必须记住，我们的眼睛对数地感知了光强度；如果将强度加倍为1步，则昏暗的房间（10 lux）和明亮的阳光（100 000 lux）之间的差仅为13步。一步将比数字所提示的少。
2. 还有另一个图表，正向电流与正向电压。像任何其他二极管一样，电压随着电流的增加而增加。这意味着LED的功耗将随着电流的增加而成比例增加。

如果我们在这里停下来，我们可以得出结论，脉冲电流在亮度方面和功率方面都比连续电流差。但！

凯文（Kevin）摘自Kingbright数据表：

那条曲线真是直！对于此LED（以及我检查过的其他Kingbright的LED），光度与电流呈完全线性关系，因此脉冲应产生与连续电流相同的结果。

结论
显然并非所有LED都相等。尽管您是否对某些LED进行脉动没有关系，但脉动可能会使其他LED的性能变差。但是，我还没有发现在脉冲时性能会提高的LED。

假设LED开启时间恒定，则亮度与流过二极管的电流（线性或指数）成正比。出于这个原因，让我们假设它是线性的（您需要从制造商的数据表中找到电压与电流的特性，以确定在特定的工作范围内它将是什么）。

同样，出于此论点的考虑，我将假定PWM频率足够高，以至于您在任何占空比下都不会注意到任何可见的闪烁。

您还可以通过改变占空比来以恒定电流改变LED的亮度。占空比降低50％就是亮度降低50％。这也意味着LED的开启时间仅为其打开时间的一半，并且假设您的电流/电压源不受负载/开关的影响，则在给定间隔内LED所使用的平均电流也将直接减半。

在更高的电流和更低的占空比下，是否通过向LED施加脉冲来增加，降低或不影响亮度？

这全都取决于，因为那里存在着内在的矛盾。通过以较低的占空比为LED脉冲，可以有效降低平均电流。如果您只是减小了限流电阻以允许更多的电流流过，而没有修改占空比，则亮度会增加。因此，亮度的变化将是电流和占空比变化的函数。

您可以将新的亮度计算为：

new_brightness = old_brightness * new_average_current / old_average_current

或者换句话说

new_brightness = old_brightness *（new_peak_current * new_PWM_duty_cycle）/（old_peak_current * old_PWM_duty_cycle）

由于要降低PWM占空比但要增加电流，因此新值PWM Duty Cycle应小于 1但大于0（将其从百分比转换为十进制），并且电流比率应为大于 1 的正数。

因此，如果将占空比减半但保持相同的平均电流，则亮度保持不变（以流过LED的较高瞬时电流为代价，这可能是不希望的）。

完全主观的分析：

为了最大程度地提高38 kHz的红外LED的输出功率，我试验了5 mm可见红色LED，额定电流3500 mcd，1.85 V @ 20mA（3.7 mW）。开关是通过两个2N7000 MOSFET并联完成的，栅极电压约为3.0V。

1 /频率=开启时间+关闭时间

我先将导通时间从10％更改为50％，然后先由3.3 V供电，再由5.0 V供电。观察到的亮度随着占空比和电压的增加而增加。

使用两个MOSFET会比使用一个MOSFET显着增加亮度，考虑到仅使用一个时产生的热量，则在5.0 V时需要两个。

我的数字万用表在此频率和占空比下测得的LED电压和电流不可靠，但是在120 mA（240 mW）的情况下确实获得了2伏的读数，尽管要花大量的盐。

在5 kHz电压和40％占空比@ 38 kHz的频率下连续无限制运行这些LED时，我感到很舒服。在5 V和50％的占空比时，它们太烘烤了，无法延长使用寿命。

是。一旦LED足够远（或明显的图像被遮挡），方差接近噪声，否。（如果您碰巧在规格表中包含了出色的量子力学模型，请不要担心Shockley！）有人没有用LED闪光灯（例如2006年份或更高版本的老式相机）为您拍照吗？