De ce (nu) ne place dimming-ul PWM la leduri

[Dxxx]

M-am trezit si eu cu o tema, poate mai dezmortim atmosfera.

 

Sa vedem argumente si contra dar si pro pe aceasta tema.

 

Eu o sa incep cu argumente PRO, pentru ca astfel epuizez ce am de zis cu +, pentru ca pe partea de dezavantaje cred ca putem discuta mult mai mult.

 

PRO:

- chiar functioneaza si poate realiza modulari cu variatie foarte mare... de la 100% pana la 0,1% lejer.

- solutie simplu de implementat, foarte ieftina. Iesiri modulate PWM gasim cam la orice procesor...

- nu disipa caldura chiar la curenti mari. Randament bun*** (despre asta mai discutam si la contra).

- modularea PWM se impaca foarte bine cu sursele de lumina LED, capabile sa comute on-off rapid fara probleme.

 

Hai sa vedem ce zic si altii...

[UDAR]

Tot la ”PRO”

Unele LED-uri au un curent minim recomandat . Chiar dacă nu coborâm până acolo dar stăm mult sub curentul optim ( de obicei cel de binning ) cromaticitatea LED-ului poate fi mult afectată . Unele data sheet-uri prezintă migrarea coordonatelor în raport cu curentul dar nu vorbesc nimic despre afectarea CRI de exemplu. De aceea , pentru a păstra caracteristicile

LED-ului e bine să stăm în zona recomandată de curenți . În acest caz dimming-ul prin PWM este singura soluție dacă dorim cifre de ordinul a 1%.

 

[informer]

Am avut la un moment dat de facut o "lampa" cu LED pt. cineva care se ocupa de filmari profesionale.

L-am intrebat de ce nu cumpara una gata facuta.

Raspunsul a fost ca pt. filmari cu frame rate-uri mari apar efecte nedorite din cauza frecventei nu suficient de mari a PWM-ului (sunt convins ca nu in toata plaja de preturi ale lampilor dar probabil la cele ieftine).

Am cautat la vremea respectiva ceva drivere care sa accepte o frecventa cat mai mare pt. semnalul de dimming si la momentul in cauza n-am gasit foarte multe.

Am facut lampa cu XRP7613 de la Exar mergand aproape de maximul suportat.

Nu stiu daca-i chiar un dezavantaj dar atata experienta am avut cu PWM si LED-uri...   

[AdR!@N]

Interesant subiectul, eu am o mica aplicatie cu control PWM pe led-uri (iluminatul scarilor prezentat aici pe forum) , dar nu exceleaza in randament deoarece sursa de curent constant este liniara. Nu vad sa fie o treaba simpla cu o SCC in comutatie cu bucla inchisa.

 

Asadar urmaresc cu interes discutiile, din pacate nu am suficienta experienta pentru a ma implica activ in discutie. 

 

Numai bine!
Adrian

[Dxxx]

Ehe, deci tema lipsea, nu interlocutorii. Cred ca trebuie mai des sa propunem teme...

 

Gandeam ca dezavantajele vor fi prevalente... dar aveti dreptate... drept care modific putin titlul, "pe ici pe colo, prin partile esentiale".

 

Recunosc ca ideea mi-a fost data de o conversatie pe alt topic al colegilor Spitfire si Sesebe (cam era in contradictoriu, poate aici va fi mai multa armonie).

 

ON-TOPIC:

Informer - flicker/strobo este unul din dezavantajele majore ale PWM, dar aveai solutia foarte simpla de alimentare in curent continuu (continuu chiar continuu, fara variatie in timp)

 

UDAR - ma bucur sa ne reintalnim.

Ce spui tu este in mod evident un avantaj care merita adaugat pe lista.

Eu vedeam problema dintr-o perspectiva opusa, legat de aplicatiile care imi sunt mai familiare - si depinde daca apreciezi asta ca avantaj sau dezavantaj in functie de ce este mai important: cromaticitate sau eficienta...

 

Din DSuri in general cam toti producatorii prescriu puncte de functionare mergand pana la 30% din puterea maxima, sper ca observatia mea este confirmata de toata lumea.

Implicit indicii de incarcare care nu scad sub 30% din maxim sunt utilizabili fara sa produca afectare cromatica semnificativa.

Este interesant ca firmele pot sa-ti puna la dispozitie si determinari in puncte de functionare cu putere mult mai mica, daca le ceri in mod politicos, dar iti vor mentiona explicit ca nu sunt valori garantate, sunt doar valori medii.

Totusi unele firme dau in DS puncte de functionare pana la 10% din maxim, puteti sa verificati la Edison si LiteOn. Se subintelege ca in intervalul respectiv cromaticitatea ar fi conservata.

 

Deci ce spune foarte just UDAR:

- daca doresti sa variezi luminozitatea unui led in zona de cromatica garantata PRIN MICSORAREA CURENTULUI CONTINUU poti sa o faci de la 100% pana la 30%, iar cu unele produse poti ca scadera sa mearga pana la 10%.

- daca scaderea este mai mare atunci vei afecta cromatica

- cat timp cromatica are importanta, sub limita respectiva nu se poate scadea.

- INSA moduland tip PWM vei putea sa mergi - cel putin teoretic - la un procent oricat de mic. Vei folosi impulsuri cu amplitudinea corespunzand la peste 30% din maxim (deci ledul va emite corect cromatic) apoi o pauza de multe ori mai lunga decat impulsul, urmand ca integrarea sa o faca remanenta de la analizatorul vizual.

 

***

 

Pai si cum vedeam eu "pe invers"???

 

Situatia mai uzuala pentru mine este cazul in care eficienta primeaza.

Mergi la munte si duci in spinare bagajele - automat fiecare gram conteaza.

Doresti ca fiecare Coulomb de electricitate sa fie eficient folosit.

 

Daca te pricepi la leduri deja punctul de functionare ales este la limita unde cromatica incepe sa fie afectata, adica cei 10...30% din maxim, despre care am discutat.

Cu o incarcare asa mica, eficienta ledului este mare, usor atingi 150lm/W. Dar si 200lm/w sunt actualmente posibili.

Asta este pe putere maxima a lanternei.

 

Dar cand esti in camping doresti sa reduci si mai mult puterea - de la sute de lumeni la cateva zeci de lumeni. Iar daca este lumina de veghe iti ajung cativa lumeni.

 

Daca alimentezi in curent continuu vei fi probabil sub 5% din maxim.... poate si sub 1%... eficienta va fi foarte mare.

Daca alimentezi in mod echivalent, dar cu  PWM si in impuls esti undeva spre curentul maxim, atunci posibil ca eficienta ledului sa fie pe jumatate.

Evident ca la curenti de 1% din maxim cromatica va fi total aiurea, dar lumina va fi suficienta ca sa te descurci, si defapt asta este ce iti doresti.

 

In conditiile descrise nimanui nu-i va place PWM, iar deteriorarea cromaticitatii si CRIului chiar iti este indiferenta atat timp cat bateria te tine mai mult.

(...nu discut aici cum rezolvi driverul capabil in curent continuu de asa-ceva...)

 

 

 

 

Editat Februarie 8, 2019 de Dxxx

[informer]

48 minutes ago, Dxxx said:

Informer - flicker/strobo este unul din dezavantajele majore ale PWM, dar aveai solutia foarte simpla de alimentare in curent continuu (continuu chiar continuu, fara variatie in timp)

Imi cer scuze ca n-am dat toate amanuntele.

Era vorba de un COB Bridgelux 29V / 1A cu alimentare din acumulatoare si se dorea o autonomie cat mai buna, cu posibilitatea de variatie a iluminarii.

Aici sunt cateva poze cu electronica facuta.

[UDAR]

Am studiat puțin acu' vreo 2 ani - din păcate nu știu dacă mai pot regăsi materialele, tocmai am pierdut un ”stick” săptămâna trecută . Pentru aplicații gen filmări , cum vorbea colegul @informer , se vorbea de frecvențe de PWM de la 1000 de Hz în sus . 

Asta intră la ”CONTRA”. 

[informer]

15 minutes ago, UDAR said:

Pentru aplicații gen filmări , cum vorbea colegul @informer , se vorbea de frecvențe de PWM de la 1000 de Hz în sus . 

 

Da, asa e, de aceea am si ales driverul ala de la Exar: corespundea ca si tensiune /curent iar PWM-ul pt. dimming mergea pana la 40kHz.

[Dxxx]

In cazul unei aplicatii concrete putem discuta numai daca definim complet ce se doreste.

 

Filmarea este un caz special... foarte pretentios.

Sensibilitate extrema la cromatica iluminarii...

Sensibilitate la efecte stroboscopice...

 

Eu insa  - daca era vorba de a merge pe baterii - in nici un caz nu as fi ales PWM.

O variatie de cateva ori este lejer posibila in curent continuu iar in final nimeni nu interzice sa ai mai multe drivere si leduri, comutabile. Sau mai multe unitati complete si independente pornind cate / care sunt necesare.

Filmarea are si ea posibilitati largi de modificare a sensibilitatii, deci o iluminare in trepte este suficient de flexibila, nu ai nevoie de variere continua.

Insa astea sunt numai idei, fara sa am datele complete ale cazului respectiv.

[informer]

Sincer nici eu nu mai retin exact ce si cum, au trecut ceva ani de atunci.

Am facut un prototip, l-am trimis omului sa-l testeze (apropo de asta, el vedea multe chestii la o filmare pe care eu oricat ma chinuiam nu le vedeam...  ), i-a corespuns ca si calitate a iluminarii, incalzirii, autonomiei etc., am proiectat varianta finala, documentatie alea alea... si am mancat tortu` la final. 

Nu contest ca-i posibil sa fi existat sau sa existe variante mai bune... am sa urmaresc cu interes ce se mai discuta aici pe topic. 

 

Editat Februarie 8, 2019 de informer

[Dxxx]

Pai intotdeauna exista varii solutii.

De multe ori sunt solutii care par echilibrate ca raspuns la cerinte si atunci intervine in mod sigur subiectivismul, fiecare are o maniera preferata.

Si eu zic ca este bine asa.

 

OK, ontopic hai sa spunem si de cele mai evidente dezavantaje:

 

- flicker & efect stroboscopic

- efect fiziologic - chiar daca subiectiv nu sesizam fluctuatiile de intensitate, oboseala/disconfortul sunt evidente

- randament inferior in cazul pulsurilor cu curent mare fata de curent continuu de intensitate mai mica (cum spuneam ,mai sus)

- chiar daca aminteam costul scazut, totusi inseamna o unitate in plus in schema, adica in afara de driver mai trebuie si PWMul

- necesitatea unui driver cu intrare capabila PWM sau care sa poata functiona in conditiile unor trenuri de impulsuri... legat de ce spunea si Adr!@n

[Marian]

Ma bag si eu ca musca'n lapte daca nu e cu suparare.

Tot la capitolul contra:
-Zgomot/radiatii emi semnificativ, tipic surselor in comutatie cu comanda "hard".

Diferenta aici este ca efectul de "antena" emisiva este amplificat pentru ca fiecare led in parte este o mica antena.

Vezi eevblog, sunt mai multe clipuri in care prezenta zgomotului este dovedita, si este vorba de lampi de sute de dolari, nu chinezarii ieftine. 

Pentru teste de precizie Dave opreste ledurile din laborator sau isi ia masuri greu accesibile unui electronist amator.

[AdR!@N]

Nu urmăresc, decât foarte rar eevblog,  dar te întreb pe tine, asta cu zgomotul e valabil tututor aplicațiilor cu scc în comutatie, sau doar celor cu variator cu semnal PWM? 

Și dacă tot s-a adus vorba de zgomot de comutatie la astfel de surse de lumina, în viata de zi cu zi cu ce te influențează? Facem excepție de sursele ordinare ce afectează radioul sau comunicația wireless a mouse-ului. 

Unde ar trebui sa ne ferim de utilizarea Led-urilor cu sursa în comutatie? 

 

[Dxxx]

Corect Mariane ... (cum sa fie cu suparare?) exact asta era si ideea, cu cat vin mai multe idei, cu atat mai bine.

 

Acum hai sa mai lansez o idee:

- cum zicea si Adr!@n, este evident ca in schema de alimentare exista un generator de curent constant (GCC) care functioneaza impreuna cu PWMul.

- schema poate sa fie variabila, fie unitati total independente, fie driverul fiind singurul care are mosfetul de putere, acest driver avand o intrare de tip "enable" pentru PWM, capabila de reactie la frecventa PWMului.

Deci la iesire vom avea un tren de impulsuri comandate de PWM, insa curentul pentru fiecare impuls fiind controlat de GCC.

 

Pai o astfel de schema suporta fara probleme o sarcina capacitiva, curentul fiind limitat.

Deci cu un simplu condensator in paralel cu iesirea, de valoare mare (sute-mii) de microfarazi, putem filtra ce iese din driver si sa obtinem un curent continuu adevarat.

Va exista oarecare riplu, dar cu cat PWMul functioneaza la frecventa mai mare cu atat va fi mai mic, oricum este foarte probabil sa avem peste 50HZ, deci situatia va fi posibil mai buna decat la un redresor clasic de 50/100Hz.

(este analog cu ideea conversiei DA printr-un semnal PWM).

 

Daca ideea merge atunci scapam de multe aspecte neplacute ale PWM: flicker/strobo, efect fiziologic, emisie electromagnetica (macar cea la distanta prin fire si leduri).

Nu am vazut ideea implementata, pentru ca industria ar vedea-o probabil ca o cheltuiala inutila, merge si fara...

Si nici nu am incercat-o (nu sunt adeptul PWM).

Dar poate are cineva experienta practica.

 

Marian probabil ca se intersecteaza des cu astfel de situatii, pentru ca SMPSurile au din cate stiu eu regim functional echivalent, cu PWM intern dar cu filtrare in final obtinand la iesire curent continuu.

 

 

Adr!@n - la intrebarea ta cred ca mai simplu este sa cumparam surse SMPS-CC bune.

Personal am constatat ca la chinezisme EMI este deosebit de deranjant, in timp ce la surse medii (MeanWell, unele europene - diversi producatori) sau premium (Inventronics) asa ceva nici macar nu am observat, darmite sa ma deranjeze...

Varianta ca sa faci artizanal ceva comparabil calitativ nu cred ca merita de fel, de aceea am zis "sa cumparam".

Editat Februarie 9, 2019 de Dxxx

[Marian]

6 minutes ago, AdR!@N said:

dar te întreb pe tine, asta cu zgomotul e valabil tututor aplicațiilor cu scc în comutatie, sau doar celor cu variator cu semnal PWM?

Zgomotul exista in ambele variante, dar diferenta este ca SCC-urile desi sunt tot in comutatie, totusi alimenteaza ledurile cu un curent continuu si constant, deci tensiunea la bornele lor este mai mult sau mai putin constanta ( fara variatii periodice semnificative ). In schimb variatoarele pwm alimenteaza in pulsuri ledurile, si tocmai aici e problema, ai o "antena" de emisie mult mai mare contand din leduri, placa pe care sunt puse, si chiar firele de legatura pana la ele,toate astea "vad" un curent in pulsuri periodice, toate astea genereaza zgomot care cumulat este mult mai semnificativ decat in cazul unui driver scc.