moyen le plus rapide de faire une modulation on / off d'une LED?

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J'ai besoin de moduler / éteindre rapidement une LED (plage multi-mégahertz). C'est une LED haute puissance. J'ai eu du mal à trouver des méthodes bien connues pour ce faire. La simple commutation de la tension avec un FET allume rapidement la LED, mais le temps de chute en souffrira, et pour résoudre ce problème, je suppose qu'il existe différentes solutions, par exemple peut-être une commutation en polarisation inverse pendant un court instant? Des idées?

Je pense que le problème sous-jacent avec la coupure est que les porteurs de charge font que la jonction pn agit un peu comme une inductance dans la mesure où le courant continuera pendant un petit moment après avoir désactivé le gradient de tension, mais je n'ai pas trouvé aucune référence à ce sujet.

Je sais qu'une diode laser peut être modulée beaucoup plus rapidement.

EDIT: puisque cette question a beaucoup de points de vue, permettez-moi d'ajouter un peu de contexte - l'application pour cela était une caméra 3D utilisant un capteur CMOS à temps de vol. Essentiellement, vous envoyez de la lumière, elle rebondit sur la scène à imager et le capteur d'image peut discerner la différence de phase entre la lumière envoyée et la lumière reçue. Une modulation plus rapide et plus profonde signifie une meilleure résolution et moins de bruit dans l'image 3D. Dans cette application particulière, 20 MHz était le taux de modulation cible.

Bjorn Wesen
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les lasers ne sont en aucun cas comparables aux LED (sauf que les deux émettent de la lumière). Le laser le plus rapide à ce jour est plus de fois plus rapide qu'une LED. dix9
stevenvh
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@stevenvh: oui, cela se qualifie comme "beaucoup plus rapide" non? ;)
Bjorn Wesen
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Pourquoi les diodes laser peuvent-elles être modulées plus rapidement que les diodes électroluminescentes ordinaires?
endolith

Réponses:

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Si vous essayez d'envoyer des données de cette façon, n'essayez pas de les moduler de 0% à 100%. Allez de 10% à 90%, ce sera beaucoup plus rapide.

Pour l'éteindre rapidement, vous avez besoin de 2 transistors en configuration push-pull, PNP + NPN ou N-MOSFET + P-MOSFET, afin que la LED à l'état `` off '' soit court-circuitée à la masse. Atteindre une vitesse élevée avec BJT serait plus facile.

Si vous devez dépasser 1-5Mhz, vous devrez ajouter des diodes Schottky anti-saturation.

Une autre chose à essayer est un circuit de pont sur 4 BJT - cela éliminera la charge restante dans la LED encore plus rapidement (car la LED sera polarisée en inverse à l'état éteint), mais je n'ai pas essayé cela. Certaines LED peuvent mourir si la polarisation inverse est trop importante.

BarsMonster
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merci pour votre réponse, c'est quelque chose comme ça que j'expérimentais! question supplémentaire: que voulez-vous dire avec 0-100 étant plus lent que 10-90%? évidemment le temps total de montée / descente sera plus lent, mais si la vitesse du bord de montée / descente est la même, le contour des yeux augmente au total et aide à ma modulation. pourquoi une configuration BJT est-elle plus rapide au fait? le manque de modulation de charge de porte FET?
Bjorn Wesen
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Oui, conduire des MOSFET à grande vitesse est difficile. À propos de la chose 10-90 - l'augmentation de la coupure est plus lente que de 10% de la luminosité. Donc, à cause de cela dans les lecteurs de DVD-RW par exemple, cette approche est utilisée - le laser n'est jamais éteint, mais à l'état "éteint", sa puissance est nettement inférieure.
BarsMonster
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En outre, il me semble que j'avais tort à environ 90% - ne tenez pas compte du fait que 2 cas sont 0-100% et 10-100%, pas 0-100 et 10-90.
BarsMonster
@BarsMonster Vous devriez éditer votre commentaire d'origine avec un correctif pour la chose 10-100%
Shadetheartist
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Les LED elles-mêmes mettent un peu de temps à s'éteindre, mais je pense que quelques MHz sont encore possibles.

Il semble que votre problème soit le temps d'arrêt du transistor utilisé pour commuter la LED. Essayez de piloter la LED de l'émetteur au lieu du collecteur. La sortie logique pilote directement la base de NPN, le collecteur connecté à l'alimentation, l'émetteur à la résistance, puis à la LED, puis à la masse. Comme le transistor ne sature jamais, il devrait s'éteindre rapidement. La base est activement forcée à une basse tension, ce qui devrait également aider à l'éteindre rapidement.

Olin Lathrop
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oui, je vais au moins essayer avec un FET avec un temps d'arrêt spécifié plus rapide - bien que le simple fait de déplacer la charge de la porte soit également un facteur de délimitation, donc des tampons sont nécessaires. pensez-vous qu'un BJT fonctionnerait mieux dans ce cas? Je tire 2A ...
Bjorn Wesen
Δt=(slewrunete)ΔV
<grève> l'un de ces transistors bipolaires à commutation d'émetteur que nous avons vus l'autre jour pourrait-il aider? Je me souviens qu'ils semblaient avoir des temps de commutation plus rapides que les bjts NPN normaux </strike> Nevermind, je suppose qu'ils étaient destinés aux applications à haute tension
NickHalden
@JGord: Je ne parlais pas vraiment de dV / dt. Dans ce cas, nous commutons le courant, pas la tension. Un BJT saturé met un certain temps à s'éteindre car il y a beaucoup de porteurs minoritaires supplémentaires dans la base. Ils traînent après la coupure du courant de base, provoquant une conduction jusqu'à épuisement final. Un BJT ne sature jamais en mode émetteur suiveur, il peut donc s'éteindre rapidement. Non, un bipolaire à commutation d'émetteur ne serait pas approprié ici.
Olin Lathrop
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il y a un circuit simple pour une commutation rapide des LED sur ce site. http://www.fiber-optics.info/articles/light-emitting_diode_led Je ne l'ai pas essayé mais je travaille sur le même problème. besoin d'un temps d'arrêt plus rapide après un fonctionnement continu

brian o'regan
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Pouvez-vous apporter certaines des informations liées à votre réponse? Lorsque ce lien disparaît, votre réponse devient inutile.
stevenvh
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Pour ajouter les informations pertinentes à partir du lien publié par Brian O'Regan comme réponse complète:

Le document fait référence à trois circuits communs / populaires pour les lecteurs LED numériques:

  1. Entraînement en série
  2. Shunter
  3. Shunt avec sur et sous-entraînement

1. Série

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

  • Q1 commute directement la LED

Pro: courant d'alimentation moyen faible
Con: basse vitesse (<30-50 Mb / s)

2. Shunt

schématique

simuler ce circuit

  • Q1 shunte la LED - donc une décharge rapide == temps d'arrêt rapide

Pro: vitesse plus élevée (plusieurs fois plus rapide que 1)
Con: dissipation de puissance supérieure (le circuit consomme plus de courant lorsque la LED est allumée!)

3. Shunt avec entraînement Over & Under

schématique

simuler ce circuit

s'étend 2.

  • C1 diminue les temps de commutation de Q1
  • R3, R4 et C2 fournissent un sur-entraînement à l'allumage et un sous-entraînement à l'arrêt
  • constante de temps RC typique pour R3 + C2 == temps de montée / descente de la LED

Pro: vitesses résultantes supérieures à 2.
Con: valeurs soigneusement choisies nécessaires - sinon destructives

sommaire:

  • Pour les LED hautes performances et la conception du pilote, les temps de montée optiques peuvent être aussi courts que 1,5 ns.
  • La plupart des LED ont des temps d'extinction plus lents.
  • Ici, avec une conception soignée, le temps de désactivation optique de 2,5 ns peut être atteint.
  • C'est souvent une bonne idée d'avoir un petit courant de pré-polarisation (quelques pour cent du courant de crête) pour améliorer la réponse dynamique et ainsi la LED n'est jamais polarisée en inverse.

Avec tous ces concepts, des vitesses de fonctionnement jusqu'à environ 270 Mb / s peuvent être atteintes pour des configurations prêtes pour la production.


Toutes ces informations proviennent uniquement du document lié. Aucune auto-expérimentation n'a été effectuée.


J'ai senti que c'était un trop gros montage de la réponse originale; si c'est faux, je suis heureux de déplacer les informations dans une édition.

Stefan Krüger
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1

Avez-vous envisagé d'utiliser un "pilote de transistor" pour piloter votre LED? (Ou peut-être envisagé d'utiliser un "pilote de transistor" tel qu'il était destiné à être utilisé, pour piloter un transistor - qui alimente ensuite votre LED?)

Je parle d'appareils tels que le Microchip MCP14628, le Texas Instruments TPS28226, etc., disponibles sur mes sites Web de fourniture électronique préférés , tous dont les revendications de la fiche technique peuvent commuter une charge hautement capacitive en 10 ns. (J'espère que votre LED est beaucoup moins capacitive et que ces puces peuvent donc la changer plus rapidement).

ps: la fiche technique de chaque pilote de transistor donne un nombre important pour la "puissance de crête". Ce nombre n'est valable que pour des impulsions très courtes. Les LED ont souvent une "puissance de crête" similaire à environ 4 fois la puissance nominale continue. J'entends que la plupart des systèmes de communication optiques sont soigneusement conçus de telle sorte que le système allume la LED ou le laser pendant au plus une ou deux fois avant de l'éteindre et de le laisser refroidir - comme un codage sur deux aka code Manchester , et un codage sur quatre, alias PPM .

J'entends des rumeurs selon lesquelles certains appareils IrDA peuvent communiquer à 16 Mbit / s, 96 Mbit / s ou 1 Gbit / s. Est-ce assez proche de ce que vous voulez faire pour pouvoir acheter quelque chose sur étagère? Ou peut-être acheter quelque chose sur étagère, l'ouvrir et faire des modifications relativement mineures?

davidcary
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1

J'ai réalisé un circuit à transistors à avalanche avec le Zetex FMMT 413, 415 ou 417 TA. Au lieu d'un condensateur, j'ai utilisé un câble coaxial de 50 ohms comme dans un circuit Blumlein. Avec cela, j'ai conduit une petite LED verte SMT et j'ai obtenu un temps de montée de ~ 7 ns et une largeur d'impulsion de ~ 10 ns (déterminée par la longueur du câble coaxial pour le circuit Blumlein). Vous avez besoin d'une alimentation HT pour le transistor à avalanche.

Stephan
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Un schéma aiderait à rendre votre réponse plus utile. Jusqu'à ce que vous ayez un peu plus de représentants, vous pouvez le télécharger sur un site d'hébergement d'images gratuit et inclure un lien dans votre réponse. Quelqu'un éditera ensuite votre réponse pour mettre l'image en ligne.
The Photon
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De plus, les salutations et les salutations ne sont pas utilisées ici. Une icône avec votre nom d'utilisateur est automatiquement ajoutée à tous vos messages. Si vous souhaitez partager vos coordonnées, vous pouvez les mettre sur votre page utilisateur.
The Photon
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J'ai voulu ajouter ce circuit que j'ai vu dans un papier. Il a à la fois un disque et un disque mais je ne sais pas comment il se compare à 3. Shunt avec Over & Under Drive dans la réponse de Stefan Kruger. Il semble que la puissance devrait être inférieure ... au moins lorsqu'elle est éteinte. Encore une fois, les valeurs doivent être soigneusement évitées pour que le courant positif atteignant un pic sur la charge et le courant négatif atteignant la décharge (et leur pic de tension associé appliqué à la diode) ne le fassent pas frire, bien que vous puissiez peut-être placer un TVS dans parallèle pour protéger la LED et rendre la sélection des composants critique sans sacrifier la vitesse.

Je n'ai pas encore utilisé ce circuit mais vous pourriez être en mesure d'améliorer la vitesse d'activation avec une grande résistance de polarisation en parallèle avec le MOSFET afin que la LED soit polarisée lorsqu'elle est éteinte. Cependant, le courant de fuite MOSFET peut être suffisant pour cela ou il peut être inutile avec le pic de courant. Je suppose que vous pouvez également le changer en émetteur ou suiveur de source pour éviter la saturation si la vitesse du transistor finit par être en quelque sorte le facteur limitant.

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

DKNguyen
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Je ne sais pas quelle est votre application, mais cette gamme de pilotes LED haute luminosité pourrait-elle être intéressante / utile?

http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/5274

Il en existe d'autres similaires.

Majenko
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merci, mais les alimentations en courant à découpage sont trop lentes pour contrôler une LED modulée à moins que cela ne soit fait comme un contrôle moyen pur - par exemple, si vous modulez marche / arrêt avec un cycle de service 50/50, vous pouvez utiliser le pilote actuel pour fournir le courant moyen. mais pour mon application, je n'ai pas vraiment besoin d'un courant super stable, c'est la commutation marche / arrêt réelle qui est la chose importante et cela doit être ajouté à la puce mentionnée de toute façon en externe. le problème ici est principalement celui de la physique des LED et FET / BJT, pas le contrôle du courant (une résistance en série ferait l'affaire).
Bjorn Wesen
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J'ai déjà étudié les impulsions rapides et nous avons fini par implémenter quelque chose comme le circuit dans cet article (des chiffres de meilleure qualité dans un powerpoint connexe ). Il s'agit en fait d'un circuit de mise en forme d'impulsions de courant, et vous en trouverez plus si vous recherchez des "LED pulsées nanosecondes"

Chris H
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