Wieviel Strom bei LED mit niedrigem duty cycle

Hallo Kenni,

ganz so einfach ist es nicht, dennoch kann man es ausrechnen, wenn im 
Datenblatt der LED die nötigen Werte angegeben sind und man die 
Umgebungsbedingungen gut genug kennt.

In dieser Applikation-Note findest du Beispiele:
www.avagotech.com/docs/AV02-0871EN

Der limitierende Faktor ist irgendwann die thermische Trägheit bzw. die 
Wärmekapazität der LED. Wenn der Puls "sehr kurz" ist (wie in deinem 
Beispiel 1 us), dann kann die Energie nicht abgeleitet werden und die 
ganze Energie erwärmt die Diode selbst. Wenn sie dabei zu heiß wird, 
wird sie beschädigt.

Viele Grüße,
Alex

Peter II schrieb:
> warum darf man dann LEDs kurzeitig mit einen höheren Strom pulsen, wenn
> man dann eine länger Pause macht?
Weil dann die Wärme erst mal aus dem Halbleiter in das eigentlich 
wärmetransportierende Kupderpad kommt...

Peter II schrieb:
> ich würde sagen genau das Gegenteil. Die "thermische Trägheit" sorgt
> dafür das die Temperator sich langsam ändert, weil Masse erwärmt werden
> muss.

Ich habe mich vielleicht missverständlich ausgedrückt.

Der Halbleiter einer LED ist "verschwindend" klein. Er besitzt daher nur 
eine sehr geringe Wärmekapazität.
Wenn ein einzelner Puls sehr kurz ist, aber dennoch hochenergetisch, 
dann kann die Energie, welche im Halbleiter in Wärme umgewandelt wird, 
nicht über z.B. die dünnen Bonddrähte abgeführt werden. Die komplette 
Energie wird im Halbleiter in Wärme umgewandelt. Dieser hat eine 
endliche (kleine) Wärmekapazität. Ist die Energie des Pulses so groß, 
dass die Temperatur im Halbleiter unzulässig ansteigt, nimmt die LED 
einen Schaden.

Die konkrete Wärmekapazität ist von der jeweiligen LED abhängig, ebenso 
wird sich der Aufbau zum Wärmeabtransport (Anzahl und Querschnitt von 
Bonddrähten, Keramik-Substrat, etc.) für die verschiedenen LEDs 
unterscheiden, so dass eine Berechnung immer vom jeweiligen LED-Typ 
abhängt.

Viele Grüße,
Alex

Kenni schrieb:
> Gibt es eine Formel, wieviel Strom eine LED bei niedrigem duty cycle
> (z.B. 1uS bei 100Hz) im Vergleich zum Dauerbetrieb ohne beschädigt zu
> werden aufnehmen darf? Oder einfach Nennstrom dividiert durch duty cycle
> (also in dem Fall 100A bei einer 10mA LED)

Es gibt zwei Limits:

1. das thermische Limit. Eine LED verträgt eine gewisse Dauer- 
verlustleistung. Im Pulsbetrieb muß die mittlere Verlustleistung 
darunter bleiben. Zu beachten ist, daß bei höherem Strom auch mehr 
Spannung an der LED abfällt. Die Verlustleistung steigt also stärker als 
der Strom (doppelter Strom ergibt mehr als doppelte Verlustleistung).

2. ein absolutes Stromlimit. Das ist beispielsweise durch die 
Chipkontaktierung (nicht nur, aber auch die Bonddrähte) bestimmt.

Beide Limits stehen im Datenblatt.

Wenn dazu nichts im Datenblatt steht, kannst du eigentlich nur den 
Hersteller fragen oder musst es selbst ausprobieren.

Die meisten modernen LED sind völlig anders konstruiert als noch vor 
vielleicht 20 Jahren und man findet in den Datenblättern nur noch selten 
etwas zu "echtem" Impulsbetrieb.
Was dort unter Impulsströmen zu finden ist, beschreibt eher den Betrieb 
mit aus dem Stromnetz gewonnenem ungesiebten Gleichstrom.
Diese Impulse sind derartig lang, dass sich im Chip nahezu statische 
Verhältnisse einstellen, und dem entsprechend sind die angegebenen 
Impulsströme auch nicht sehr viel höher als bei DC-Betrieb.

Hinzu kommt, dass moderne LED auf die zu hohen Strömen gehörenden 
höheren Flußspannungen oft mit einer deutlichen Farbverschiebung 
reagieren.
U.U. kann das erzeugte Licht dadurch für den beabsichtigen Einsatzzweck 
völlig unbrauchbar werden.

Außerdem besitzen einige Typen deutliche Trägheit der Lichtemission, die 
sich als Phosporeszenz äussert.
Solche LED sind also noch längst nicht dunkel, wenn dein 1µs Impuls 
beendet ist, und dafür ist nicht die Sperrschichtkapazität 
verantwortlich.
Besonders bei den farbkonvertierten LED musst du deshalb mit kräftigen 
Farbänderungen während der Anstiegs- und  Abfallzeit rechnen, wenn z.B. 
bei einer weissen LED der blau leuchtende Chip schon aus ist, und der 
orange farbene Phosphor nachleuchtet.

Für einen bestimmten Verwendungszweck also tatsächlich am besten den 
Hersteller fragen; der kennt seine Konstruktion, hat wahrscheinlich auch 
Lebensdaueruntersuchungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen 
angestellt, und die vielen LEDs, die der schon verbrannt hat, kosten 
dich kein Geld.

Auch wenn ich nicht weiß, was für LEDs der TO betreiben möchte, bei 5mm 
LEDs gehe ich, für mein Gebastel, von 100 mA max. aus, und halte das 
zeitliche Mittel unter 15 mA. Zu den billigen Bastler-LEDs gibt es ja 
selten Datenblätter, aber wenn's doch mal eins gibt, findet man da 
öfters Werte um die 100 mA. Bei eigenen Tests war aber oft auch schon 
deutlich mehr drin, für aussagekräftige Werte sind die Tests aber nicht 
lange genug gelaufen. Wenn 100 Stunden gut gehen, heisst's noch lange 
nict, daß auch 1000 Stunden gehen. Bei Power LEDs sind die Angaben oft 
recht niedrig, so 2x Nennstrom.

Es ist halt auch die Frage, ob man mit Einbußen bei der Lebensdauer 
leben kann. Ein LED-Blitzer an einem Modellflugzeug wird wohl nie 10000 
Stunden Lebensdauer erreichen.

Mit freundlichen Grüßen - Martin