ИК светодиод в предельных режимах работы

Процессор и ..

Охлаждение ПК

Статьи

Полезные советы

Ссылки

Электроника

Linux

Список литературы

Проекты, идеи

Все полупроводниковые устройства способны работать в предельных режимах.
Это давно известно и применяется на практике. Примером может служить работа транзистора в лавинном режиме или как еще говорят в режиме лавинного пробоя коллекторного перехода транзистора. Исследование этого явления привело к созданию отдельного класса транзисторов – лавинных транзисторов. Для них предельный режим стал нормальным режимом работы.
Ниже описан только пример, который показывает - светодиоды могут работать в импульсном режиме, выдавая много большую световую мощность. Эта статья призыв поэкспериментировать и найти свое приложение этого режима.

Основным условиемстабильной работы в предельном режиме является следующее правило.

Превышение предельного уровня одним из параметров не должно приводить к выходу за предельные величины всех остальных предельных параметров. При выполнении этого условия надежность полупроводникового прибора не снижается.

Эксперименты с предельными режимами часто позволяют получить новые характеристики полупроводниковых приборов. Так после исследований поведения транзисторов при повышенных напряжениях был обнаружен лавинный пробой коллекторного перехода и создан лавинный транзистор. Часто это позволяет создавать новые схемы или многократно улучшить характеристики.

Рассмотрим работу ИК светодиода в предельном режиме по току на примере AsGa светодиода типа АЛ107. Это достаточно старый светодиод с хорошими для своего времени характеристиками. Его мощность излучения тип А - 6 мВт, тип Б - 10 мВт при токе 100 мА.

 

 

Исходя из приведенного выше правила, недопустимо превышать рассеиваемую светодиодом мощность и температуру перехода.

Исходя из соотношения:

 

P_ср = P_и/Q,

 

где P_ср - средняя мощность рассеивания светодиода (200 мВт в нашем случае), P_и – импульсная мощность на светодиоде (определяется как P_и=I_ихU), Q - скважность (определяется как Q=T/t_и, в нашем случае t_и =10 мксек, а T- период следования), и вытекающего из него

 

P_ср=(P_и х t_и)/T

 

можно выбирать импульсную мощность P_и и ток допустимые для данной цепи.

Поэтому исследование характеристик светодиода при повышенных токах проводятся в импульсном режиме при постоянном контроле остальных параметров.

Для области токов до 500мА получена вольтамперная характеристика исследуемого светодиода, которая имеет вид:
 

 

При подаче на светодиод прямых импульсов тока он генерирует импульсы ИК излучения, мощность которых пропорциональна этому току. Результаты приведены в таблице:
 

Iсд А	0,1	0,5	1	5	10
Pизл. отн	1	5	10	50	<80
Pизл мВт	6	20	60	300	<500

 

Здесь P_{изл.отн} = P_ном/P_и

 

При токах более 5А увеличение излучаемой мощности продолжается уже непропорционально (красный столбец). Поэтому работа при токах более 5А менее эффективна.

Светодиод АЛ107 в импульсном режиме может обеспечить мощность излучения до 300 мВт. Это позволяет применить его в устройствах, где необходимы именно высокая мощность излучения.

Практически светодиоды АЛ107 в длительном режиме при импульсе токе до 5 А, частоте повторения импульсов более 3 10⁴ Гц способны длительно работать без снижения надежности. При импульсном токе 1А более десятка светодиодов работали более 5 л в условиях повышенных напряжений и электромагнитных помех.

 

Особенности питания ИК светодиода в импульсном режиме

Не так просто обеспечить нормальную работу светодиода в таком режиме. Для минимизации тепловыделения светодиод надо питать от источника импульсов с малым внутренним сопротивлением при этом фронт импульса накачки должен быть меньше 0,1 мкс. А при таких временах уже начинает сказываться и индуктивность цепи HL-VT-Cф, поэтому она должна быть минимальна.

Следует, упомянут о параметре, который не освещается в литературе. Это постоянная времени формирования излучения (постоянная времени светодиода). Опытным путем, она установлена при фронте импульса питания длительностью на порядок меньше постоянной времени светодиода. Она оказалась равной 0,2-0,5 мкс.

 

 

 

В схеме VT быстродействующий транзистор средней мощности (подбирается по параметрам тока питания светодиода). Транзистор должен иметь малое напряжение Uкэ в режиме насыщения. Величина R определяется из соотношений:

 

F = 1/T = 1/ 3 R (Cвч + Cнч),

R = E / I сд.макс.

 

Величина суммарной емкости конденсаторов Cнч + Cвч такова, что при разрядке её на светодиод напряжение на ней не должно падать более чем на 10%, причем С вч состоит из двух керамических конденсаторов: одного емкостью до 5 мкФ и другого 0,1 мкФ, а С нч – оксидный имеющий малую индуктивность.

Здесь коммутирующий транзистор и схема управления должны обеспечить длительность фронта тока возбуждения порядка 10 - 70 нс. Это необходимо не только для повышения рабочей частота, но и для снижения рассеиваемой мощности на выходном транзисторе и светодиоде. В такой схеме транзистор может работать без радиатора.

Эти особенности распространяются и на все другие светодиоды, способные работать в импульсном режиме. Смотрите Светодиод в импульсном режиме.

 

P.S.

Не говорите о устарелости этого материала. Действительно работа выполнена более 15 лет назад, сейчас появились импортные светодиоды с высоким уровнем излучения, но Вы не найдете ни одного светодиода  такой конструкции, которая имеет множество преимуществ. Да и прочитав этот материал Вы можете исследовать новые светодиоды и применить их в этом режиме.

Обращаю Ваше внимание на резистор R (R = E / I сд.макс), его величина определяется максимальным постоянно протекающим током Imax записанным в паспорте светодиода и он сам является защитным. В случае выхода из строя схемы управления он ограничит ток протекающий через светодиод в допустимых пределах и защитит светодиод от повреждения. Кроме того, для получения коротких фронтов, кроме быстродействующей схемы управления, необходим и малоиндуктивный монтаж цепи VT, Cнч + Cвч, HL.

Спасибо за интерес к материалу. Но АЛ107 это не единственное применение описанного режима, обращаю Ваше внимание что многие современные светодиоды позволяют работать в этом режиме. 9.10.2009.

 

Работа выполнена в 1978 году.

А. Сорокин

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь: