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Thema: LED: Leuchtzeit zwischen Max. und Peak-Strom?

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Jaecko
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    LED: Leuchtzeit zwischen Max. und Peak-Strom?

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    Moin.

    Angenommen ich habe eine LED mit den folgenden Stromdaten:
    Nennstrom In = 20mA.
    Peak-Strom Ip = 150mA für max. 1ms bei 1/10 Duty-Cycle.

    Wie verhält sich die Leuchtdauer dort im Bereich 20-150 mA?
    Also gibt es eine Regel/Formel/etc., wo man rausrechnen kann, wie lang die LED z.B. bei 90mA leuchten darf, ohne nennenswerten Schaden zu nehmen?

    mfG
    #ifndef MfG
    #define MfG

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo Jaecko!

    Eine LED würde kaputt gehen, wenn die Temperatur ihrer Sperschicht überschritten wird. Die Temperatur ist von der Wärmeentwicklung und der Wärmeabgabe abhängig. Da die Wärmeabgabe ungefähr gleich ist, die Temperatur ist direkt vom RMS des Stroms abhängig. Wenn der Strom nur in einer Richtung fliesst, ist sein RMS dem mittlerem Wert gleich.

    Mann kann auf dem Peak-Strom basieren und für anderen Peak-Strom z.B. das Duty-Cycle ausrechnen. Für Ip = 150 mA und 1ms bei 1/10 ergibt sich der mittlere Strom als 150 mA * 1/10 = 15 mA. Von dem Wert ausgegangen wird es 15 mA / 90 mA = 1/6 Duty-Cykle zulässig, also 1 ms leuchten und 5 ms nicht leuchten bzw. 2 ms leuchten und 10 ms nicht leuchten, usw. Entscheidend ist immer der mittlere Strom, der durch die LED in einem Cycle fliesst.

    Hoffentlich ist es klar, sonst, bitte, fragen.

    MfG

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Jaecko
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    Soweit klar. D.h. ich könnte bei genügend kurzer Leuchtdauer auch mal 1A durchjagen, ohne dass was passiert.

    Die Frage ist jetzt noch: Was ist dann "kurz"?

    1 Stunde lang 150mA und 9 Stunden Pause ergibt ja auch einen mittleren Strom von 15 mA... nur denke ich, dass sich die LED bei 150mA noch vor Vollendung der ersten Sekunde verabschiedet.
    #ifndef MfG
    #define MfG

  4. #4
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    Man bleibt auf der sicheren Seite, wenn man mit dem mittleren Strom, und der Leistung pro Puls unter dem Wert für den angegebenen Pulsstrom bleibt. Bei weniger strom darf die Energie pro Puls noch etwas höher liegen, aber wie genau ist schwer zu sagen/berechnen. Den Dauerstrom könnte man wohl noch jeweils abziehen und gesondert betrachen, um trotzdem auf der sicheren Seite zu bleiben.
    Sonst müßte man sich halt ein Datenblatt einer sonst ähnlichen LED besorgen, wo der maximale Strom als funktion der Pulsdauer angegeben ist. Und so die Abhängigkeit besser schätzen.

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Da hast du Recht. Ich würde mich dann auf dem angegebenem Cykle 10 ms halten. Das gleiche betrifft den max. Peak-Strom von 150 mA. Wenn die Werte angehalten werden, dann dürfte nichts schlimmes passieren.

    MfG

  6. #6
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    Zitat Zitat von Jaecko
    Soweit klar. D.h. ich könnte bei genügend kurzer Leuchtdauer auch mal 1A durchjagen, ohne dass was passiert.
    Ich habe das mal mit einer Standard-LED und einem Timer IC (NE555) versucht. Der Strom betrug etwa 1,6A. Zeiten: 1ms hell, 100ms dunkel.
    Dieser kurze Lichtblitz war allerdings extrem hell, ich glaube nicht, dass die LED mehrere Stunden überlebt hätte (eine halbe Stunde lang hab ich sie blitzen lassen).

    Gruß
    Thomas

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    @ TomEdl

    Eine halbe Stunde ist genau die Zeit wo sich die Temperatur schon stabilisiert und wenn die LED so lange ausgehalten hat, das heisst, dass ihr das nicht weh getan hat. Bei dem Pick-Strom 1,6 A und Duty-Cykle 1/100 kommt man auf mittleren Strom 16 mA. Wichtig ist eben, dass die ganze Wärme, die während des Blitzes enstanden ist, schon bis zu den nächsten Blitz weg war.

    Bei ziemlich grossen Strömen besteht die Gefahr, das die ziemlich dünne Zuleitungen zu der Sperrschicht der LED, wie Sicherungen, durchbrennen könnten.

    MfG

  8. #8
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    Ich habe eine Standard Led einmal ohne Vorwiderstand probiert. Eingestellt ca 10-15V (genau wweiß ich es nicht mehr) und sehr kurz die Led betrieben. Sie hat überlebt. Die Zeit kann ich nicht sagen, weil ich mit der Zuleitung nur den Anschluss der Led berührt habe.

  9. #9
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    Der zusammenhang zwischen Energie pro Puls, Pulslänge und tastverhältnis ist nicht so ganz einfach. Wenn man zu mehr Strom geht, reduziert sich das zulässige tastverhältnis, aber auch die Zeit je Puls. Der zusammenhang ist dabei aber nicht linear und auch nicht so einfach, denn bei einem kürzeren Puls kann sich die Wärme weniger weit Verteilen und die Energie je Puls wird dadurch sinken.

    Wenn man die Pulsdauer wirklich genug reduziert, kann man da schon zu wirklich hohen Strömen gehen. Irgendwann kommen dann neue Mechannismen dazu die die LED schädigen können: ggf. Laserschwellen, Temperaturgradienten, heiße Elektronen usw.

    Als Überschlagsrechenung sollte sich das Erwärmte Volumen im mittleren Bereich etwa mit der Wurzel der Zeit vergrößern. Man sollte also bei einer Pulsdauer von 1/4 nur noch etwa die halbe Pulsenergie oder den doppelten Strom nutzen dürfen. Für den 10 fachen Strom sollte der Puls dann also nur noch etwa 1/100 so lang sein. Bei genügend kurzen Pulsen wird sich das Volumen dann wohl nicht weiter verkleinern, da dann die Wärmeleitung nicht mehr wichtig ist, sondern die schnellere Ausbreitung der Elektronen.

    Es macht dann irgendwann auch keinen Sinn die Pulse zu verkürzen, denn je nach LED hat man da auch Zeitkonstanten im Bereich 1 µs bis 1 ns. Die blauen LEDs sollten zum Teil wirklich schnell sein, die IR LEDs zum Teil recht langsam.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Zitat Zitat von PICture
    @ TomEdl

    Eine halbe Stunde ist genau die Zeit wo sich die Temperatur schon stabilisiert und wenn die LED so lange ausgehalten hat, das heisst, dass ihr das nicht weh getan hat. Bei dem Pick-Strom 1,6 A und Duty-Cykle 1/100 kommt man auf mittleren Strom 16 mA. Wichtig ist eben, dass die ganze Wärme, die während des Blitzes enstanden ist, schon bis zu den nächsten Blitz weg war.
    Ich habs heute nochmals probiert und hab die Schaltung etwa 2 Stunden laufen lassen. Nach dieser Zeit hat man keine Helligkeitsabnahme (im Dauerbetrieb mit If=20mA) erkennen können.

    Gruß
    Thomas

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