Hallo!
Ich habe hier ein seltsames Verhalten, wo ich mir nicht sicher bin, ob
das sein kann, oder ob ich irgendwelche Einflüsse übersehen habe.
Ich habe eine weiße LED Typ OSRAM LT E6SG-AABB-35 - diese ist über einen
10 Ohm Vorwiderstand an 3,3V angeschlossen. Der Strom durch die Leds
beträgt in dieser Konfiguration 15-16 mA.
Die LED hat laut Datenblatt eine Vorwärtsspannung (bei 30 mA) von min.
2.9V typ. 3.3V. In meiner Schaltung gemessen haben sie ~3,15V - und über
den Vorwiderstand fallen entsprechend 0.15V ab.
Nun scheint es, dass der Stromfluss durch die LED über mehrere
Tage/Wochen Betrieb ansteigt - und entgegen der LED Alterung auch die
Helligkeit. LEDs die mehrere Wochen in Betrieb waren, weisen dann in
derselben Schaltung bei stabiler Versorgung einen Stromfluss von 18 - 19
mA auf.
Das bedeutet, die Vorwärtsspannung wäre um 50 mV gesunken.
=> Kann das sein? Kann mir den Effekt jemand erklären?
Temperaturdrift ist auszuschließen, da ich unter den exakt gleichen
Bedingungen neue und ältere Schaltungen vermessen habe.
Warum machen mir die paar mA ein Problem? Die Led dient als Beleuchtung
für einen anderen lichtempfindlichen Sensor - und hier ist mir
anfänglich aufgefallen dass etwas nicht stimmt, weil über eine gewisse
Zeit ein starker Drift stattgefunden hat.
Ich wäre für Tipps äußerst dankbar!
Viele Grüße
Max
Max schrieb:> Temperaturdrift ist auszuschließen, da ich unter den exakt gleichen> Bedingungen neue und ältere Schaltungen vermessen habe.
Im Leben nicht...
Entscheidend ist in erster Linie die Bauteil-Temperatur.
Mein Messverfahren:
Schaltung war längere Zeit stromlos und besitzt Raumtemperatur.
Messleitungen sind angeschlossen - Schaltung wird eingeschaltet, und
sofort der Strom gemessen.
Bei der neuen Led fließen 15 mA, bei der, die schon mehrere Wochen
Betrieb hinter sich hat, fließen 19 mA. Jeweils in den ersten Sekunden
nach dem Einschalten.
das während dem Dauerbetrieb bei unterschiedlichem Strom eine
unterschiedliche Temperatur entsteht ist klar - das sollte jedoch hier
keinen Einfluss haben.
Max schrieb:> Die Led dient als Beleuchtung> für einen anderen lichtempfindlichen Sensor - und hier ist mir> anfänglich aufgefallen dass etwas nicht stimmt, weil über eine gewisse> Zeit ein starker Drift stattgefunden hat.
Dann ist das hier:
> In meiner Schaltung gemessen haben sie ~3,15V - und über> den Vorwiderstand fallen entsprechend 0.15V ab.
eine deftige Fehldimensionierung. Da kannst du niemals von stabilem
Strom ausgehen, schon allein wegen des TK der Durchlassspannung und
Umgebungstemperaturänderungen. Mach die Spannung am Vorwiderstand
100-mal so groß oder bau eine vernünftige Konstantstromquelle.
Das habe nicht ich gebaut, es ist mir auch bewusst, dass die
Dimensionierung äußerst ungünstig ist - jedoch erklärt sich dadurch der
Effekt nicht.
Meine (anscheinend etwas blöde) Frage nochmal auf den Punkt gebracht:
Kann es sein, dass die Vorwärtsspannung bei GLEICHEM Strom und GLEICHER
Temperatur bei einer LED mit zunehmender Betriebszeit (innerhalb einiger
Wochen ab dem Erstbetrieb) um ein paar % kleiner wird?
Max schrieb:> Kann es sein, dass die Vorwärtsspannung bei GLEICHEM Strom und GLEICHER> Temperatur bei einer LED mit zunehmender Betriebszeit (innerhalb einiger> Wochen ab dem Erstbetrieb) um ein paar % kleiner wird?
Natürlich. Die Flusspannung driftet über Lebensdauer, und Du hast auch
eine Einlaufphase, in der ein paar Kristallfehler ausheilen.
Widerstände sind umso bessere Konstantstromquellen, je mehr Spannung
dran abfällt.
Soul E. schrieb:> Widerstände sind umso bessere Konstantstromquellen, je mehr Spannung> dran abfällt.
Das ist eher ein kurzfristiges Problem. Ist die Umgebungstemperatur kalt
fliest ein anderer Strom als bei warmen Temperaturen. Typische
Temperaturabhängigkeit von LED, Widerstand und auch deiner Quelle!
Soul E. schrieb:> Natürlich. Die Flusspannung driftet über Lebensdauer, und Du hast auch> eine Einlaufphase, in der ein paar Kristallfehler ausheilen.
Dein Effekt wird eher das hier sein. Bei jedem Halbleiter gibt es Fehler
in der Struktur, z.B. durch nich perfekt zusammenpassende
Kristallstrukturen von Trägermaterial und - im Fall von weißen LEDs
meist - GaN. Bei Erwärmung, Stromfluss und allgemein über die Zeit
verändern sich diese Fehlstellungen langsam und damit die elektrischen
Eigenschaften.
Ist z.B. im Flugzeug ein Problem, da dort zum Teil über 10 Jahre hinweg
die gleichen Ausgangsparameter eingehalten werden müssen. Man muss also
das Verhalten der LED herausfinden, damit man diesem über die Laufzeit
entgegen regeln kann
Max schrieb:> Kann das sein?
Ja ist völlig normal.
> Temperaturdrift ist auszuschließen
Offenbar doch nicht. Ich wüsste auch nicht wie das gehen soll. LEDs
haben immer einen deutlichen Temperatur-drift. An deinem Widerstand
fällt viel zu wenig Spannung ab, um dies zu kompensieren.
> Kann mir den Effekt jemand erklären?
Siehe http://stefanfrings.de/LED/index.html
Hallo Stefan,
Ausgangsbedingung: Schaltung abgeschaltet, Leds haben Raumtemperatur.
Ich schalte zum Zeitpunkt T=0 die LED ein und messe sofort den Strom.
Das mach ich einmal mit einer nagelneuen LED und einmal mit einer die
schon ein paar Wochen in Betrieb war. Sie ist aber für den Test auch
vorher längere Zeit aus und auf Raumtemperatur.
Diejenige die schon ein paar Wochen in Betrieb war hat einen höheren
Stromfluss und leuchtet heller.
Da sich die LED nicht innerhalb von ein paar ms um mehrere Grad erwärmt
(wir reden von einer Leistung von ~50 Milliwatt) ist bei dieser Messung
die Temperatur nicht der Hauptfaktor, das wage ich zu behaupten.
Das ändert natürlich nichts daran, dass die Schaltung schlecht ist - hat
aber jetzt nicht direkt mit meiner Frage zu tun.
Stefan ⛄ F. schrieb:>> Temperaturdrift ist auszuschließen> Offenbar doch nicht. Ich wüsste auch nicht wie das gehen soll.
Temperaturdrift ist zyklisch. Die fängt nach jedem Abkühlen von vorne
an. Alterung hingegen läuft an der Stelle weiter, wo sie beim letzten
Abschalten pausiert hat. So kann man beide Effekte sehr schön
auseinanderhalten.
Max schrieb:> Das bedeutet, die Vorwärtsspannung wäre um 50 mV gesunken.
Vielleicht ist das interessant, eine Texas Instruments Publikation,
enthält "LED Aging Effect on the Forward Voltage"
https://www.google.com/search?q="LED+Temperature+Protection+by+Vf+Monitoring";
Contents
1 Introduction
........................................................................
........................................... 2
2 Challenges in Today's Design
........................................................................
..................... 2
3 Using LED Forward Voltage as a Sensor
........................................................................
........ 3
4 Vf vs Temperature
........................................................................
.................................. 5
5 Global Process
........................................................................
....................................... 8
6 LED Aging Effect on the Forward
Voltage.................................................................
............... 8
7 Using Vf as a Temperature Sensor with TPS929120-Q1
............................................................. 9
8 How to Program MCU to Perform Thermal Foldback Using Vf
...................................................... 12
9 Conclusion
........................................................................
.......................................... 16
Danke an alle für eure Hilfe und für die interessanten Literatur-Links.
Diese anfänglichen Ausheilungseffekte könnten ganz gut zum Verhalten
passen - diese haben zwar grundsätzlich einen sehr geringen Einfluss,
nur wird der Effekt durch die sehr ungünstige Dimensionierung des
Vorwiderstandes und der Versorgung verstärkt, da hier natürlich
geringfügigste Änderungen von V_f einen entsprechenden Einfluss haben.
Danke und Viele Grüße,
Max
