在频闪灯中使用LED驱动的过电流

我想要一个使用RGB LED的频闪灯作为光源。我想以大约100 Hz的非常短的持续时间脉冲（最好是微秒或更短）为LED脉冲。

每秒LED的总开启时间可能少于1/1000秒。如果以标称功率驱动LED，则总的光输出将很低，从而导致照明效果非常差。我对通过非常短的脉冲来驱动恒定功率但电流远高于额定功率的LED的想法很感兴趣。理想情况下，比标称值高10倍甚至100倍。

这里有个话题：LED上的高电流脉冲表明短脉冲可能比标称电流高出几倍，但我认为他们所谈论的是比我想象的更长的脉冲。

任何人都可以评论LED是否可能存活足够长的时间以至于有用吗？我不介意大幅减少总寿命。只要它们可以使用几十个小时（总时间可能少于一个小时），就可以了。

为了对该问题进行实际回答，将需要对至少一个LED（最好是几个LED）进行破坏性测试。

宽广地：

LED主要受热破坏，而不是受电流破坏。根据LED的内部结构及其短期散热性能，LED可能可以承受其额定电流的100倍。同样，如果结的散热速度不够快，LED可能会被破坏，其额定电流仅为额定电流的5倍。

给定问题中提到的所需脉冲持续时间，我尝试了以下操作：

我有一个便宜的无名20 mA红色LED，以12伏的0.8安培脉冲持续时间 5微秒，占空比为1/256（0.39％）。在最近的15分钟内，它还没有爆炸，事实上，引线甚至还没有明显地变热。但是，它并不是很亮-可能部分是由于开关波形的下垂。

对于类似的LED超速驱动要求，我遵循的内部经验法则是，驱动电流超过额定值每增加100％，LED的平均额定功率就会降低10％。我认为这过于保守，但对于使用白色食人鱼LED的“相机闪光灯”类型应用，我已经获得了高达30倍标称电流的成功。

超过额定值会被认为是可接受的工程吗？不是由一个长镜头。

更新：

1. 在使用上述红色LED进行测试之后，降低了PWM频率，以使每个“接通”脉冲从之前的4.88微秒变为20微秒，并保持占空比与之前相同。

   结果是真正的破坏性测试：LED爆炸得很厉害，但上半部仍未找到。

   假设：脉冲持续时间与LED的上升时间相当，LED不会真正点亮太多，也不会表现出预期的热灾难性影响。

2. 在保持20微秒的脉冲持续时间和0.39％的占空比的同时，引入了限流功能，系统地将允许电流从50 mA增加到超过400 mA。LED可以保留到一个点，并且比整个4.88微秒的情况要亮得多。

   超过350 mA时，LED熄灭，发出魔幻烟雾，即转变为SED（发烟，无声）。

   结论：

   • 平均功率不是造成破坏（或生存）的唯一因素，保持脉冲太短根本无法使LED足够亮
   • 通过20微秒的脉冲，在销毁之前，20 mA LED的寿命约为其额定电流的17.5倍
   • 我需要购买更多的LED。

Anindo在20mA LED上的有趣工作，虽然一直不知道有多少，但我一直认为在短占空比下可能会被过度驱动。我想也许是10：1，40：1可能会推动它！

但是，对于经过精心设计的散热设计，已经在更加努力地运行的新型高性能LED来说，这可能不会很好地延续下去。

例如，HP公司的这种高功率LED（咳嗽，Avago公司）对InGaN的“峰值脉冲电流”具有明确的“绝对最大”额定值，对于InGaN为2.4A，对于AlInGaP二极管为1.5A，仅为700mA额定电流的3.5倍和2倍。该器件数据表的第6页提供您想要的：不同占空比的脉冲电流与持续时间的关系图。

对其他大功率LED数据表的简要回顾显示，一个（350ma设计电流）的“绝对最大值”为1.2A，有趣的条件是，在产品的整个使用寿命中，该电流不应累积60秒达到此电流。

因此，随着大功率LED的不同品牌和型号，它显然有很大不同。

LED可以被过度驱动的数量在很大程度上取决于设计。每个LED的最高温度在涉及的每种材料失效之前可以达到。

最大连续电流通常受封装（用于保护二极管的透镜材料）的限制。这种故障要么融化，要么使镜片变得不透明（通常是黄色，然后是棕色）。可以通过减少产生的热量（提高效率）或有效的热传导来增加最大连续电流。这就是制造高功率LED的方式。

通常，最大脉冲电流取决于载流材料。导体的质量很小，以至于它们会迅速过热并发生灾难性的故障（即Amindo Gosh对LED爆炸的回答）。导电路径过热并发生故障，因为它没有足够的质量来承受电流浪涌。即使LED的热阻低并且可以处理大的连续电流，也可能无法处理比脉冲电流更多的电流。

LED可以认为是一连串的热电容器和电阻器（与旁路电容器串联的电阻器）。二极管具有低电容但也具有低热阻。它可以迅速排出热量，但不能应付电涌。封装具有高电容但也具有高热阻。它可以承受电涌，但不能承受较大的连续电流。

同样关于LED的开启时间。这很可能受您的控制电路而非LED的限制。我只熟悉过渡时间约为10纳秒的CREE XLAMP LED。

LED规格的“绝对最大额定值”部分通常会指定一个高于设备允许的连续工作电流的电流。如果您甚至超过了指定的最大电流一纳秒，那么就制造商而言，所有赌注都将关闭。

在实践中，即使绝对最大额定值指定为500mA，也很可能在10us的时间内通过部件的电流只有1A，一年一次，每秒一次而不会损坏任何东西。另一方面，也有可能将1A的电流通过10us，而不产生比500mA的电流10us产生的光更多的光。无论一个LED投入多少功率，通过其预期的方式（即通过火焰以外的方式）将产生多少光是有限度的。由于输入的任何能量都不会转化为光，因此会转化为热量，因此，超过一个峰值，峰值电流增加将对零件的寿命产生不利影响，其影响远大于对发光量的影响。

可能是，如果功率不高于LED的额定值，则在20mA功率下，如果脉冲率与占空比的比率不超过100％占空比，则可以很容易地计算出功率，即用来转换为光是线性的。如果它不是线性的，那么它将是某种形式的曲线，并使用演算来查找曲线，以找到超出设计参数的点。当然，可能无法充分快速地带走热量，从而干扰电子到光子的转换。因此，如果散热器可以更直接地物理连接到LED的内部，则可以更容易地（带走热量）进行散热器或主动冷却。这将使LED的功率效率大大降低，但随后可为频闪，脉冲调制等不同应用提供更多电流来驱动LED。同样，LED的波段输出有些单色，但是会随温度变化其波段，因此，如果校正并校准了照明变化，这可能是一种为单色器应用调整LED波段的方法。眼睛可能会看到明显的亮度，其亮度更高或更小，与LED的量子效率无关，而与视网膜化学的量子转换，瞳孔大小和视力持久性有关，因此对于这种对眼睛的明显照明，应该是最佳的功率脉冲转换。同样，LED的波段输出有些单色，但是会随温度变化其波段，因此，如果校正并校准了照明变化，这可能是一种为单色器应用调整LED波段的方法。眼睛可能会看到明显的亮度，其亮度更高或更小，与LED的量子效率无关，而与视网膜化学的量子转换，瞳孔大小和视力持久性有关，因此对于这种对眼睛的明显照明，应该是最佳的功率脉冲转换。同样，LED的波段输出有些单色，但是会随温度变化其波段，因此，如果校正并校准了照明变化，这可能是一种为单色器应用调整LED波段的方法。眼睛可能会看到明显的亮度，其效率更高或更小，与LED的量子效率无关，而与视网膜化学的量子转换，瞳孔大小和视力持久性有关，因此对于这种对眼睛的明显照明，应该是最佳的功率脉冲转换。
在任何情况下，电流相互作用都应在某个点变为非线性并破坏LED。也许通过在导线周围散布一些冷却的油来冷却LED，导线上的银或金散热器或在液氮中浸透。似乎良好的电子导体是散发热量的良好材料，金在化学上比银稳定，尽管价格昂贵。