Conducción de LED IR mediante PWM: preguntas sobre la medición de la corriente y la fuente de corriente

Primero, su enlace no funciona, así que no tengo idea de qué fuente de alimentación está utilizando. Simplemente recrear su enlace cuando está en el sitio web no produce ningún resultado. Supongo que estaba mirando su fuente de alimentación PS300U3 de 30 V/3 A. Este suministro no tiene configuración de PWM, y si aplicó 30 voltios a su LED durante más de 10 usec, sí lo mató. En cuanto a la aplicación de 15 voltios, sospecho que tenía el límite de corriente establecido en 40 mA. En este punto, su LED estaba disipando 0,6 vatios, y si lo hiciera durante mucho tiempo, también habría apagado ese LED.

Mirando la curva de corriente, una aproximación rápida para el aumento de voltaje es notar que de 15 mA a 50 mA, la curva nominal aumenta 0.1 voltios. 1,15 / 0,1 son 11,5 voltios, por lo que una estimación aproximada sugiere 12 voltios a 1,2 amperios. Tenga en cuenta que esta es una potencia máxima de 14,4 vatios, y con un ciclo de trabajo del 1 %, la potencia promedio es de 144 mW, lo cual es razonable, ya que 1,6 voltios y 0,05 amperios son 80 mW; los dos están dentro de un factor de 2.

(1) ¿Pueden los LED tomar cantidades masivas de voltaje cuando se pulsan en tiempos tan cortos, siempre que la corriente máxima se mantenga por debajo del límite?

Sí, de hecho. Por supuesto, DEBE mantener la duración en menos de 10 usec y la frecuencia PWM en menos de 1 kHz. Además, la confiabilidad a largo plazo puede ser mala. La hoja de datos solo dice que mantenga la corriente por debajo de 50 mA, y si desea hacer otra cosa (como pulsos de alta corriente), puede hacerlo. Simplemente no vaya llorando al fabricante si el LED no dura mucho.

(2) Como estas cifras de voltaje y corriente no coinciden con la hoja de datos del LED, quizás la fuente de laboratorio no muestre el flujo de corriente correcto. ¿Cómo podemos medir esto con precisión?

Esto es bastante sencillo. Haces una configuración como

^{simule este circuito : esquema creado con CircuitLab} y controle los voltajes con un osciloscopio. Un multímetro no funcionará.

Usted varía R1 mientras monitorea el osciloscopio V1 (1 voltio equivale a 1 amperio), y cuando obtiene una corriente que le gusta, puede leer el voltaje a través del LED (V2 menos V3). Y hagas lo que hagas, no uses un potenciómetro para R1: es muy probable que una corriente de 1 amperio queme el limpiaparabrisas. Apague, reemplace R1 con un valor diferente, luego vuelva a encender. Comience con 50 ohmios. Use 10 voltios en la puerta FET y no juegue con ella. Asegúrese de que el impulsor de la compuerta nunca permanezca alto durante más de 10 segundos.

(3) ¿Cuál es la longevidad del LED cuando lo opera al límite? ¿Tiene suficiente tiempo entre pulsos para disipar el calor que se genera cuando funciona al 1%?

Absolutamente no hay otra forma de saberlo que no sea haciéndolo. Probablemente no sea genial.

(4) ¿Es posible obtener una corriente máxima de 18A al 1% del ciclo de trabajo de una fuente de 3A sin explotarla?

¿Con un buen suministro de corriente limitada? No. No explotará, eso sí. Simplemente no proporcionará más de 3 amperios. ¿Con un suministro económico de solo voltaje y un ancho de pulso estrecho? Claro, especialmente si pones un gran capacitor en la salida. Por supuesto, esto requiere que no esté tratando de proporcionar los pulsos comandando la fuente de alimentación.

Con todo esto dicho, lo estás haciendo de la manera incorrecta. Tienes que parar y pensar en lo que estás haciendo. En el mejor de los casos, su corriente promedio por LED será de 1,2 amperios x 1 % (su ciclo de trabajo) o 12 mA. Y puedo garantizar que la eficiencia del LED disminuirá a niveles de corriente más altos, por lo que obtendrá incluso menos que esto en términos de brillo. Un LED no es una bombilla, donde la potencia de la luz es aproximadamente la potencia eléctrica. Obtendrá más brillo al llevar cada LED a un máximo de 40 mA. No 50 mA. 50 es el máximo absoluto del fabricante, y llevar cualquier componente a su máximo nominal es una buena forma de reducir la confiabilidad.

EDITAR -

1) Fuente de alimentación: el problema con el enlace es que Velleman aparentemente no vende ese modelo en los EE. UU., por lo que es necesario seleccionar un país europeo para poder verlo. Sin embargo, esto no importa, es solo un suministro de conmutación.

Sin embargo, ha entendido mal el circuito limitador de corriente. Podría hacer bien en ponerse en contacto con Velleman y solicitar sus especificaciones sobre el tiempo de respuesta a un evento de límite actual. Probablemente esté en el rango de 50 a 100 usec. No solo eso, sino que el alto voltaje de ondulación (200 mV) sugiere que no hacen nada especial en su salida. Es solo una combinación de inductor/condensador. Esto significa que cuando pulsó su LED, el capacitor de salida se descargó inmediatamente en su LED, y el suministro también proporcionó una buena cantidad de corriente, mientras que la función de límite de corriente nunca se activó realmente.

Debe seguir los consejos de mkeith y usar una resistencia limitadora de corriente en serie con el LED.

2) Ancho de pulso: su descripción de lo que necesita aún no está clara. Según puedo entender, tiene una cámara autónoma que toma imágenes de 3 fps y está tratando de proporcionar iluminación IR. A estas alturas, no sabes exactamente cuándo se toma cada foto ni la velocidad de obturación de la cámara.

Si esto es cierto, PWMing los LED simplemente no es apropiado. Sí, al hacer funcionar los LED continuamente, desperdiciará energía al iluminar el área objetivo cuando la cámara no esté utilizando la iluminación. Sin embargo, dado que no sabe cuándo será, no tiene sentido preocuparse por ello. Simplemente ejecute los LED a 40 mA y listo. Considere la situación en la que la cámara toma 3 fps con una velocidad de obturación de 1/100. Si los LED simplemente funcionan de forma continua, cada exposición usará solo 0,01/0,33, o el 3 % de la luz disponible. Si el LED está siendo PWM a 1 kHz, una sola exposición solo usará 10 pulsos de luz de 333 que ocurren durante 1/3 de segundo. La eficiencia es 10/333, o alrededor del 3%.

Por otro lado, supongamos que puede proporcionar el controlador del obturador o mirar los datos de la cámara para determinar cuándo la cámara ha terminado de adquirir una imagen. Esto todavía no le dice cuál es la velocidad de obturación, por lo que no puede saber qué tan corto es el pulso que necesita.

Tenga en cuenta que la condición de pulso (10 usec @ 1% de ciclo de trabajo) dice que siempre que la velocidad de obturación sea superior a 1 ms, la iluminación continua es el camino a seguir. Como dije antes, el 1 % de 1,2 amperios es 12 mA, y un promedio de 40 mA continuo es más de 3 veces mejor, independientemente de las caídas de eficiencia. La única excepción a esto es si necesita tiempos de exposición más cortos. Si la velocidad de obturación de la cámara es inferior a unos 300 usec, se puede considerar pulsar el LED. Y también es posible considerar el uso de pulsos LED muy cortos como luz estroboscópica para congelar el movimiento a alta velocidad.

3) Eficiencia: la eficiencia se mide en salida óptica frente a corriente, y todos los LED muestran una eficiencia máxima (típicamente) de unos pocos mA. Un artículo sobre el tema: http://www.electronicsweekly.com/news/components/led-lighting/provred-why-led-efficiency-drops-at-high-current-2013-08/ . Y aquí http://www.tech-led.com/data/L940-66-60-550.pdf está la hoja de especificaciones de un iluminador de alta corriente. Tenga en cuenta que la eficiencia (mW/mA) es 0,875 a 700 mA, 0,800 a 5 A.

4) Caída de voltaje: si bien su LED específico no tiene una especificación de alta corriente para Vf, http://www.adafruit.com/datasheets/IR333_A_datasheet.pdf es probablemente una guía bastante buena. El material (GaAlAs) es el mismo.