PWM-LED-Treiberproblem

Question

Ich fahre 6 serielle 5-Zweig-LED-Streifen mit PWM-Treiber. Jeder Zweig hat einen 90R-Widerstand. In den Streifen werden OSRAM GW JCLPS2.EM 6500K-LEDs verwendet.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Meine Eingangsspannung beträgt 28VDC und auf diesem Spannungspegel beträgt das Tastverhältnis meines PWM-Treibers 30%. Meine Schaltfrequenz beträgt ca. 800Hz.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Mein Hauptschema ist unten gezeigt.

Als ich die Durchlassspannung (Vf) einer LED an einem Streifen mit einem Oszilloskop gemessen habe, habe ich das unten gezeigte Signal gesehen.

--- Warum habe ich in der Ausschaltzeit von PWM ungefähr 960 mV Vf gesehen?

Mein Ausgang des PWM-Treibersignals bei Volllast (50 Stk. LED-Streifen) ist also:

Ich sah, dass es 8,25 V gab, als die Ausschaltzeit des PWM-Signals.

Schließlich habe ich eine 4 Ohm Vollwiderstandslast (Rheostat) an das Ende meines PWM-Treiberausgangs angeschlossen.

Das Signal wurde wie folgt.

Warum ist das von mir gemessene Signal bei LED-Streifenlast und ohmscher Last unterschiedlich?

Vielen Dank für Ihre Antworten im Voraus.

Answer 1

LED sind wie alles andere in der Elektronik ladungsgesteuerte Geräte : Lassen Sie mich diesen Punkt ein wenig mit einer (vielleicht langen) Prämisse erklären.
Wenn Sie eine konstante Spannung anlegen$V_{AK}\$zwischen der Anode und der Kathode von einem dieser Dioden, der Anodenstrom \$I_A\$ beginnt zu steigen und fließt durch es, bis es den Gleichgewichtswert erreicht $$ I_A=I_o\left(e^\frac{V_{AK}}{V_T} - 1\right)\label{1}\tag{1} $$ wo

• \.$I_o\$ist der Sättigungsstrom der Verbindungsstelle
• \.$V_T=k_BT/q\$ist die übliche thermische Spannung bei der Sperrschichttemperatur \$T\$, \$k_B\$ist die Boltzmann-Konstante und \$q\$ ist die Grundladung.

Die Gleichung \ eqref {1} ist jedoch nur im Gleichgewicht gültig, dh nach Beendigung eines Übergangsprozesses: Dieser Übertragungsprozess speichert eine Ladung in der Vorrichtung, die ihren Leitungszustand ändert und einen Stromfluss durch sie ermöglicht: Die gespeicherte Ladung hat ungefähr die folgenden Wert$$ Q_j\simeq \tau_{jm} I_A $$wo \$\tau_{jm}\$ist die Lebensdauer der Verbindungsminderheit .

Was bedeutet das? Dies impliziert, dass eine realistischere äquivalente dynamische Schaltung einer LED mindestens die folgende Form haben sollte

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

wo \$C_j\$ist die (sehr) große Vorwärtsvorspannungs-Diodenübergangskapazität , die ungefähr den folgenden Wert hat$$ C_j= \frac{Q_j}{V_{AK}}\simeq \frac{\tau_{jm} I_A}{V_{AK}} $$

Das Vorhandensein von \$C_j\$das bedeutet, wenn Sie die MOSFET - Treiber deaktivieren, während der globale Strom durch die Reihenschaltung von LEDs (die LED - Leiste) aufhört, jeder lokaler LED Anodenstrom hält durch den idealen Teil der Vorrichtung Entladung fließt \$C_j\$obwohl es, bis sich diese Kapazitäten vollständig entladen und die Anodenspannung \$V_{AK}\$fällt auf Null. Wenn jedoch die Anodenspannung die sogenannte Diodenschwellenspannung erreicht, dh \$V_{AK}\simeq V_\mathrm{th}\$Der Anodenstrom \ eqref {1} fällt auf sehr niedrige Werte ab (im \$\mu\mathrm{A}\$Bereich): Dies impliziert, dass der Selbstentladungsprozess erheblich verlangsamt wird und somit auf kleinen Zeitskalen als \$500\mu\mathrm{s}/\text{div}\$Verwenden Sie richtig die PWM - Wellenform zu visualisieren, man eine nahezu konstante Anodenspannung messen \$V_{AK}\simeq V_\mathrm{th}\$.

Schlussbemerkungen .

• Der Prozess der Entladung von \$C_j\$ oben beschrieben ist eine Beschreibung auf Schaltungsebene der Zeit, die von den Minoritätsladungen benötigt wird, die in die Verbindungsstelle injiziert werden, um (nicht strahlend) innerhalb der Vorrichtung zu rekombinieren.

• Nachtrag nach den Kommentaren . Eine sehr detaillierte Erklärung des Schaltmechanismus in allgemeinen Sperrschichtdioden (die jedoch LEDs nicht explizit berücksichtigt), die sowohl die Halbleiterphysik als auch die Schaltungstheorie umfasst, ist in den beiden alten Monographien [1] und [2] enthalten.

• Der beschriebene Effekt hat keine oder nur geringe Auswirkungen auf den Betrieb Ihrer PWM-Stromregelung. Es erleichtert effektiv das EIN-schalten der LED - Kette , da alle Dioden bereits vorgespannt sind (nach der ersten PWM Kommutierung) in der Nähe ihrer Anode an Katode Emittieren Spannung \$V_F\$Daher muss nicht jedes Mal erneut aufgeladen werden$C_j\$: glättet auch das Verhalten oder den Anodenstrom der Dioden und wirkt als Tiefpassfilter.

Verweise

[1] Yu. R. Nosov, "Switching in Semiconductor Diodes", Plenum Press (1969).
[2] Yu. A. Tkhorik, "Transient in gepulsten Halbleiterdioden", Israel-Programm für wissenschaftliche Übersetzungen (1968).