Hallo,
Ich habe in VHDL ein PWM-Modul geschrieben, mit dem ich eine einfache
LED dimmen will. Das Problem ist nun, dass man bei der LED ab nem
Duty-Cycle von ca 50% keine Helligkeitsänderung mehr merkt. Die LED
hängt direkt am FPGA und wird daher mit 3V3 betrieben. Ich habe das
ganze auch schon durchgemessen, der Duty-Cycle passt eigentlich
(0%-100%), nur die LED will das halt ned wahr haben :).
Hat da wer ne Idee, woran das liegen kann?
Danke schon mal im vorraus.
LG,
Michael
Michael schrieb:> (0%-100%), nur die LED will das halt ned wahr haben :).>
Nicht die LED ist das Problem, sondern dein Auge. Das Auge ist nunmal
nicht linear.
Lothar Miller schrieb:> Dann würde sie aber eher gar nicht leuchten...
Gerade weisse LEDs haben oft eine flache Kennlinie. Das heisst,
manche leuchten bereits bei 2,5V ein wenig.
Da sich der Michel nicht mehr dazu ausgelassen hat, welche LED er nutzt,
könnte es auch eine 1,7V-Type sein und sein 50% PWM schon die
Vollaussteuerung darstellen - unabhängig von der Kennlinie.
Markus W. schrieb:> ...könnte es auch eine 1,7V-Type sein und sein 50% PWM schon die> Vollaussteuerung darstellen - unabhängig von der Kennlinie.
So ist es sicher nicht. Einfach nochmal nachdenken:
Eine 1,7V Led ist mit 3,3V schon bei 0,1% schon "voll" ausgesteuert: sie
leuchtet dann 1/1000 der Zeit mit voller Helligkeit.
Oder andersrum: bei 50% ist sie nur die halbe Zeit eingeschaltet. Man
könnte sie aber auch 60% oder gar 100% der Zeit einschalten. Dann würde
sie "noch mehr" leuchten...
So kann man aber nicht rechnen. Die PWM wird ja durch die Kapazität der
LED geglättet und es stellt sich eine mittlere Spannung ein. Die
Trägheit des Auges tut noch ein Zweites. Bei 0,1% PWM on, wird man noch
garnichts sehen.
>die Kapazität der LED
Wird diese denn in Serrrichtung betrieben?
Wenn Du soo anfängst, musst Du die Zuleitungsinduktivitäten auch noch
mit einberechnen. Möchtest Du das?
Markus W. schrieb:> So kann man aber nicht rechnen.
Doch. Muss man sogar.
> die Kapazität der LED
Welche? Wo finde ich deren Wert im Datenblatt?
> Die PWM wird ja durch die Kapazität der> LED geglättet und es stellt sich eine mittlere Spannung ein
Da wird nichts geglättet. Womit denn? PWM ist ja nichts mystisches oder
geheimnisvolles, sondern einfach ein Schalter, der ein- und
ausgeschaltet wird. Und die "mittlere Spannung" stellt sich nur an der
Anzeige eines Messgeräts ein.
Markus W. schrieb:> Die PWM wird ja durch die Kapazität der> LED geglättet und es stellt sich eine mittlere Spannung ein.
Welche Grenzfrequenz hat der Tiefpass aus den paar 100Ω Vorwiderstand
und dieser Kapazität eigentlich?
Max H. schrieb:> dieser Kapazität
Die Diode hat in Durchlassrichtung keine wahrnehmbare oder nennenswerte
Kapazität Kapazität. Und in Sperrrichtung wird sie bei der PWM nicht
betrieben....
LauT unseres ehrenvollen Profs haben LEDs wie alle Halbleiterdioden eine
parasitäte Raumladungskapazität von einigen pf. Angenommen es sind 20pF
so hätte man mit 100 Ohm einen Tiefpass von rund 7MHz. Der Vorwiderstand
ist aber eher bei 1k, also wären es 7kHz. Bei einer PWM deulich oberhalb
ergibt sich eher Gleichstrom, als Puls. Ausserdem werden FPGAs meistens
mit langsamem Treiberausgang eingestellt. Siehe auch das Thema hier:
Beitrag "Re: SSO-limits handhaben - Berechnung der Treiberleistung"
PWM bei LEDs hat man so richtig eigentlich nur bei Frequenzen bis 10
kHz. Bis dahin sind die auch ziemlich "rechteckig".
Markus W. schrieb:> Angenommen es sind 20pF so hätte man mit 100 Ohm einen Tiefpass von rund> 7MHz. Der Vorwiderstand ist aber eher bei 1k, also wären es 7kHz.
Ich komme auf ca. 80/8Mhz
Markus W. schrieb:> LauT unseres ehrenvollen Profs haben LEDs wie alle Halbleiterdioden eine> parasitäte Raumladungskapazität von einigen pf.
Welche Raumladungszone im Durchlassbereich?
> Angenommen es sind 20pF> so hätte man mit 100 Ohm einen Tiefpass von rund 7MHz.
Dass solltest du noch einmal durchrechnen.
> Der Vorwiderstand> ist aber eher bei 1k, also wären es 7kHz.
Es wird nicht besser.
Außerdem steht oben was von 3,3V. Selbst bei einer LED mit 1,8V
Flussspannung stellen sich bei 100 Ohm nur 15mA ein. 100 Ohm sind also
bereits ein realistischer Wert.
Markus W. schrieb:> so hätte man mit 100 Ohm einen Tiefpass von rund 7MHz
Und was würde der nochmal bewirken? Im Bereich der für eine LED übliche
PWM-Frequenzen und Flankensteilheiten nichts, was nicht im Rauschen
untergehen würde.
Markus W. schrieb:> 7kHz. Bei einer PWM deulich oberhalb
Man fährt eine LED sinnvollerweise nicht mit zig kHz PWM Grundfrequenz
an, weil sonst die zugrundeliegende Zählerfrequenz unnötig hoch werden
muss. Bei einer PWM Frequenz "deutlich oberhalb 7kHz" (ungeachtet der
Tatsache, dass die Rechnung, die diesen Wert ergab, falsch ist), also
z.B. 70kHz (1 Dekade höher, damit wir wenigstens 20dB Dämpfung haben)
müsste der PWM Zähler für 12Bit Auflösung (was angesichts des
logarithmischen Verhaltens des Auges eher zu wenig ist) mit
70kHz*4096=284MHz laufen. Und das ist unnötig sportlich...
Fazit:
Für mich würden in diesem simplen Aufbau irgendwelche "Tiefpasseffekte"
auf ein fehlerhaftes Design hindeuten.
Christian L. schrieb:> Welche Raumladungszone im Durchlassbereich?
Du musst immer erst eine gewisse Ladung beseitigen, bevor sich ein
nennenswerter Strom einstellt.
>80MHz
Mag sein, ich habe es überschlägig berechnet
>20dB /280MHz
Ich bezog mich auf die Grenzfrequenz des entstehenden Filters. Die PWM
Frequenz wäre natürlich zu diskutieren. Bei einer Aussteuerung von 50%
wird eine PWM im FPGA aber durchaus ungefähr mit Taktfrequenz laufen,
weil praktisch mit jeder Flanke umgeschaltet wird.
>100 Ohm
Vielleicht hat der Anwender ja einen höheren R drin.
@ Markus W. (elektrowagi78) Benutzerseite
>LauT unseres ehrenvollen Profs haben LEDs wie alle Halbleiterdioden eine>parasitäte Raumladungskapazität von einigen pf.
Mag sein, spielt hier aber kaum eine Rolle.
> Angenommen es sind 20pF>so hätte man mit 100 Ohm einen Tiefpass von rund 7MHz.
Eine Zeitkonstante von 2ns entspricht ~80MHz Bandbreite.
> Der Vorwiderstand>ist aber eher bei 1k, also wären es 7kHz.
8MHz.
> Bei einer PWM deulich oberhalb>ergibt sich eher Gleichstrom, als Puls.
Er hat nicht mal ansatzweise 8 MHz PWM-Frequenz.
> Ausserdem werden FPGAs meistens>mit langsamem Treiberausgang eingestellt. Siehe auch das Thema hier:
Der trotzdem immer noch verdammt schnell ist! Weniger als 5ns Schaltzeit
kriegst du bei so einem FPGA heute nicht mehr hin (dicker Kondensator
zählt nicht)
>PWM bei LEDs hat man so richtig eigentlich nur bei Frequenzen bis 10>kHz.
Die PWM ist bis in den MHz -ereich gegeben!
Schönen Gruß an den Prof im Elfenbeinturm.
Markus W. schrieb:> Du musst immer erst eine gewisse Ladung beseitigen, bevor sich ein> nennenswerter Strom einstellt.
Das ist irgendwie esoterisches Geplapper.
Oder andersrum: dein Messgerät ist gar nicht so genau, dass es diesen
Effekt erfassen kann.
Mit einem halbwegs durchdachten Layout kann man eine LED durchaus im MHz
Bereich mit Flanken unter 10ns schalten. Und damit meine ich nicht mal
nur den Strom, sondern sogar das Licht der LED. Nirgends ein
unerklärlicher Tiefpass zu sehen...
Bei PWM Frequenzen bei denen diese Kapazität einen nennenswerten
Einfluss hat sollte man am besten auch die parasitären Kapazitäten und
Induktivitäten der Leiterbahnen und restlichen Bauteile mit in die
Rechnung einfließen lassen.
@ Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
>Mit einem halbwegs durchdachten Layout kann man eine LED durchaus im MHz>Bereich mit Flanken unter 10ns schalten.
Sicher.
> Und damit meine ich nicht mal>nur den Strom, sondern sogar das Licht der LED. Nirgends ein>unerklärlicher Tiefpass zu sehen...
Na wenn WIRKLICH KEINERLEI Tiefpass da wäre, könnte die LED an einer
deutlich schnelleren Quelle deutlich schneller schalten, eigentlich
unbegrenzt schnell. Es gibt also schon ein begrenzendens Element IN der
LED.
So ganz unrecht hat der Markus W. nicht, wenn gleich die Größenordnung
woanders liegt.
"Der trotzdem immer noch verdammt schnell ist! Weniger als 5ns
Schaltzeit
kriegst du bei so einem FPGA heute nicht mehr hin (dicker Kondensator
zählt nicht)"
Hach, ich meinte LANGSAMER als 5ns Anstiegszeit geht heute eher nicht
mehr.
Markus W. schrieb:> Ich bezog mich auf die Grenzfrequenz des entstehenden Filters. Die PWM> Frequenz wäre natürlich zu diskutieren. Bei einer Aussteuerung von 50%> wird eine PWM im FPGA aber durchaus ungefähr mit Taktfrequenz laufen,> weil praktisch mit jeder Flanke umgeschaltet wird.>
Du verwechselst PWM mit Delta Sigma Modulation oder Pulse Density
Modulation.
Markus W. schrieb:> Bei einer Aussteuerung von 50% wird eine PWM im FPGA aber durchaus> ungefähr mit Taktfrequenz laufen, weil praktisch mit jeder Flanke> umgeschaltet wird.
Selbst bei Dorset Modulationsart, die wie erwähnt keine PWM ist, tritt
nur die Hälfte des FPGA Takts auf.
Und zur Ansteuerung/Helligkeitssteuerung einer LED wird keiner ernsthaft
mit 50 MHz in der Weltgeschichte herumfahren.
>> 100 Ohm> Vielleicht hat der Anwender ja einen höheren R drin.
Ja, ist gerade Ratestunde? Es ist doch egal, ob "der Anwender" 100 oder
500 Ohm drin hat, wenn die relevanten Frequenzen schon um gut 4
Zehnerpotenzen auseinander sind.
Falk Brunner schrieb:>> Und damit meine ich nicht mal nur den Strom, sondern sogar das Licht>> der LED. Nirgends ein unerklärlicher Tiefpass zu sehen...> Na wenn WIRKLICH KEINERLEI Tiefpass da wäre, könnte die LED an einer> deutlich schnelleren Quelle deutlich schneller schalten, eigentlich> unbegrenzt schnell.
Man kann mit LED Recht hohe Frequenzen erreichen. Ich sage nur:
Glasfaser.
Um in der Realität zu bleiben: schalte so schnell wie nötig und so
langsam wie möglich.
> Es gibt also schon ein begrenzendens Element IN der> LED.
Ja klar: die Induktivität der Zuleitungen, parasitäre Kondensatoren und
irgendwelche Halbleitereffekte.
> So ganz unrecht hat der Markus W. nicht
Er hat insofern unrecht, als diese Effekte laut seiner Aussage hier
berücksichtigt werden müssten.
Lothar Miller schrieb:> hat insofern unrecht, als diese Effekte laut seiner Aussage hier> berücksichtigt werden müssten
Das sehe ich nach wie vor nicht so, denn der TE hat sich noch nicht
erklärt, mit welcher Frequenz er da rausgeht.
>PWM
Das wissen wir, aber hat der TE wirklich nur eine PWM?
Markus W. schrieb:> Lothar Miller schrieb:>> hat insofern unrecht, als diese Effekte laut seiner Aussage hier>> berücksichtigt werden müssten> Das sehe ich nach wie vor nicht so
Du bist da irgendwie in der Minderzahl...
> denn der TE hat sich noch nicht erklärt, mit welcher Frequenz er> da rausgeht.
Ich vermute sehr, dass wir das auch nicht mehr erfahren.
>> PWM> Das wissen wir, aber hat der TE wirklich nur eine PWM?
Ja, sollen wir von irgendwas anderem ausgehen, nachdem er in seinen
ersten Worten genau das behauptet hat?
Denn Michael schrieb:>>>> Ich habe in VHDL ein PWM-Modul
Könnte natürlich auch sonst irgendwas sein, aber das hier ist ja keine
Ratestunde. Aber falls es eine PWM zur Helligkeitseinstellung einer
LED ist, dann sollte die sinnvollerweise nicht wesentlich mehr als 200Hz
haben...
