Hallo zusammen, ich habe hier eine Standart 12V RGB Leiste (mit Wideständen zur Strombegrenzung) die ich gerne mit einem Arduino steuern (Dimmen, Farben einstellen) möchte - es ist nur ein halber Meter. Im Internet ließt man ja vom Standartverfahren "PWM-Dimmung" (mir ist das im Detail klar wie es geht) - aber auch dass das ganze seitens EMV eine Katastrophe ist (auch klar). Was spricht dafür oder dagegen einen "Low-Cost DC-DC" Wandler aufzubauen - also einfach in Reihe zur LED Leiste eine Spule und eine antiparallele Freilaufdiode? Vielen Dank für eure Ideen und sachliche Kritik, Grüße, Jonny PS: Ich hoffe ich bin noch richtig im uC Bereich, sonst verschiebt mich bitte.
Jonny schrieb: > Was spricht dafür oder dagegen einen "Low-Cost DC-DC" Wandler aufzubauen > - also einfach in Reihe zur LED Leiste eine Spule und eine antiparallele > Freilaufdiode? Eine Spule und eine Diode machen noch keinen Schaltregler oder was auch immer du vor hast. PWM ist sehr einfach umzusetzen, braucht kaum Komponenten (MOSFET, Widerstände, fertig) und die Firmware dazu ist auch denkbar einfach. Und was EMV angeht, kann ein Eigenbauschaltregler deutlich mehr Probleme machen, als PWM.
Jonny schrieb: > Was spricht dafür oder dagegen einen "Low-Cost DC-DC" Wandler aufzubauen > - also einfach in Reihe zur LED Leiste eine Spule und eine antiparallele > Freilaufdiode? Genau so funktionieren die sog. Constant Current LED Drivers, und da braucht man sogar keine Widerstände zur Strombegrenzung. Und ja, ich denke, mit einer kleinen Induktivität und einer Freilaufdiode kann man die Flanken der PWM-Impulse deutlich unschädlicher machen. Muss man probieren. - - - - - - - - - - - - - - - - Edit: Z.B.: https://info.pcboard.ca/constant-current-led-driver/
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Jonny schrieb: > Was spricht dafür oder dagegen einen "Low-Cost DC-DC" Wandler aufzubauen > - also einfach in Reihe zur LED Leiste eine Spule und eine antiparallele > Freilaufdiode? Ich bin grundsätzlich gegen reinen PWM-Betrieb und für die Stromglättung mittels Drossel. Man muss sich einfach mal vorstellen, was man bei PWM der Umwelt zumutet. Man erzeugt relativ niederfrequentes "Rechtecklicht". Nur weil unser Auge das wegintegriert, kann man nicht davon ausgehen, daß das alle Lebewesen so sehen. Es gibt (noch, obwohl weltweit mit Hochdruck an ihrer Abschaffung gearbeitet wird) Tiere und Insekten, die sehr viel schnellere Änderungen als Menschen sehen können. Für die ist das die Lichthölle. Stell einfach mal die PWM-Frequenz auf 10Hz und schau dir das bei verschiedenen Stromflusswinkeln eine Weile an, dann weist du was PWM wirklich bedeutet. Auch effizienzmäßig ist PWM schlecht. Die LED arbeitet immer mit höchster Leistung, also mit niedrigster Effizienz. Analog abgedimmt nimmt die Effizienz deutlich zu, und zwar mehr, als die Verluste in der sinnvoll dimensionierten Speicherdrossel ausmachen. Die immer wieder beklagte Farbortverschiebung bei analoger Dimmung tritt zwar auf, die ist aber idR so gering, daß die gar nicht bemerkt wird, zumal sich auch das Farbsehen des Menschen mit der Helligkeit stark verändert ("Nachts sind alle Katzen grau"). Übrigens tritt auch bei reiner PWM-Dimmung eine deutliche Farbortverschiebung auf, weil die spektrale Zusammensetzung des LED-Lichts grundsätzlich Temperaturabhängig ist, und sich die LED-Temperatur auch bei PWM-Dimmung stark ändert.
Jonny schrieb: > > Was spricht dafür oder dagegen einen "Low-Cost DC-DC" Wandler aufzubauen > - also einfach in Reihe zur LED Leiste eine Spule und eine antiparallele > Freilaufdiode? Was du da beschreibst ist noch kein DC/DC Wandler. Mit diesem Ansatz wirst du die Stromflanken jedenfalls abschwächen, sodass du EMV Schwierigkeiten verringerst (ich gehe davon aus, dass du weiterhin PWM benutzt). Die LED Stormtreiber bspw. von Analog (Linear Technology) machen das ja auch nicht anders. Die Schalten dann eben bei dem eingestellten Peak-Current ab. Was du mit deiner Vorstellung nicht abdeckst sind: - Erwärmung der LED + Widerstand --> Anderer Strom --> Andere Helligkeit - Alterung der LED Außerdem solltest du darauf achten, dass deine Schaltfrequenz der Impedanz des ganzen Aufbaus angepasst ist. Ansonsten wird das Dimmen nicht wirklich funktionieren. Viel Erfolg, Mathias
Bei aller Liebe: Dann muss man aber eine einstellbare/geregelte Stromquelle bauen, keinen normalen DC/DC-Konverter (der eine Spannungsquelle ist). Nur dann kann man weit runterregeln ohne das bei 8 von 12V das Licht ganz aus ist. Einige fertige KSQ-Chips können per PWM und wahlweise per DC im Sollwert verstellt werden, z.B. der PT4115. Nachteil einer solchen Lösung: Die LED-Streifen sind für Spannung ausgelegt. Der Controller ist dann für "47cm". Mehr geht nicht weil der Strom pro LED dann abnimmt. Weniger geht nicht weil der Storm pro LED dann zu hoch wird. Man muss also jeden Controller exakt für den jeweiligen Anwendungsfall auslegen und aufgrund der analogen Steuerung auch noch einzeln justieren. Bei PWM: Dicker FET rein, fertig. 12V/24V? No problemo. 3cm zum testen, 3m für die Anwendung? Ja klar. Und wegen der Flickerfrequenz: Die kann man ja hoch machen, 200 und mehr Hz sind völlig problemlos. Wenn sich Tiere dran stören würden, müssten Hunde, Katzen, Vögel, Hamster, Fische (besonders die, mit den Kunstsonnen!) und was weiß ich noch schon seit 1950 irre sein, mit den ganzen TV-Strahlen, die zunehmend auf sie einleuchten.
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Die Katze meiner Eltern liegt auch sehr gerne neben der 20kHz PWM der Wohnzimmerlampe. Weder das Flimmern noch das Quietschen stören - nur am Anfang gab's einen interessierten Blick in Richtung Lampe.
Viel Theorie und viele Erklärungen. Meine Theorie, analog gedimmt bringt mehr Effizienz, bedeutet aber, dass Du Deine Stromversorgung dimmen kannst. Geht aber mit fast jedem modifizierten Netzteil. PWM hat bei den Spannungen, Frequenzen und Strömen kein EMV Problem. Ich favorisiere Frequenzen > 1kHz, da flimmert nichts und ob sich da ein Insekt dran stört, das ich eh nicht in der Wohnung haben möchte, positiv. Eine Induktivität + Diode + PWM ist schon ein Step-Down-Wandler, für LEDs aber nicht nötig, für Lüfter schon. Ergo: ich nehme PWM mit 14 Bit, da kann ich butterweich dimmen die Betriebsspannung sollte den LEDs angepasst werden
ArnoR schrieb: > Man muss sich einfach mal vorstellen, was man bei PWM der Umwelt > zumutet. Man erzeugt relativ niederfrequentes "Rechtecklicht". Nur weil > unser Auge das wegintegriert, kann man nicht davon ausgehen, daß das > alle Lebewesen so sehen. Nun klapp mal deinen erhobenen Zeigefinger wieder ein. Wenn du hier sowas predigst, mußt du konsequenterweise auf jegliche künstliche Beleuchtung verzichten. Oder was glaubst du, warum nachtaktive Insekten sich wie bekloppt an Lichtquellen sammeln? Weil sie das so toll finden? Nein, weil sie völlig die Orientierung verlieren. Und die Flimmerkiste, vor der du gerade sitzt, flimmert auch nur für dich nicht. Lass mal die Kirche im Dorf.
ArnoR schrieb: > Nur weil unser Auge das wegintegriert, kann man nicht davon ausgehen, > daß das alle Lebewesen so sehen. Es gibt (noch, obwohl weltweit mit > Hochdruck an > ihrer Abschaffung gearbeitet wird) Tiere und Insekten, > die sehr viel schnellere Änderungen als Menschen sehen können. > Für die ist das die Lichthölle. Na, jetzt mal Ball flach halten! Laut diesem sehr ausführlichen Paper (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4038456/) ist die höchste bekannte flicker fusion frequency für Lebewesen bei 400Hz, und neben dieser einsamen Spitze liegen alle anderen Insekten und Tiere bei <= 240Hz. Wenn er also z.B. 500Hz PWM-Frequenz verwendet, ist alles im grünen Bereich. Ansonsten stimme ich dir zu dass die (Weißpunkt-)verschiebung bei LEDs eher Geschmackssache ist, und wenn er eh RGB ohne W dimmt, ist es eh egal ob die Farben auf diese oder andere Weise unnatürlich aussehen.
Jonny schrieb: > Was spricht dafür oder dagegen einen "Low-Cost DC-DC" Wandler aufzubauen > - also einfach in Reihe zur LED Leiste eine Spule und eine antiparallele > Freilaufdiode? Und? Was genau spricht jetzt dagegen?
Philipp G. schrieb: > Jonny schrieb: >> Was spricht dafür oder dagegen einen "Low-Cost DC-DC" Wandler aufzubauen >> - also einfach in Reihe zur LED Leiste eine Spule und eine antiparallele >> Freilaufdiode? > > Und? Was genau spricht jetzt dagegen? Dass es keinen Sinn macht. Damit die Spule was bringt und nicht nur 99% der Zeit in Sättigung rumhängt (oder so groß wie ein Netztrafo wird), muss deine PWM-Frequenz deutlich höher sein, ich sag mal 100kHz aufwärts. Das heißt dann MOSFET-Treiber, höhere Schaltverluste, grottige PWM-Auflösung (oder analoge PWM, was wieder extra Komponenten bedeutet). Außerdem hat eine D-L-C-Kombination mit einem beliebigen Elko am Ausgang deutlich weniger Ripple als eine gleiche D-L-Kombination mit nur Diode und Induktivität. Andersrum heißt dass dass du für gleiches Ripple eine deutlich kleinere Induktivität verwenden kannst. Also wenn schon billiger Step-Down dann richtig! Also - eine billigst-Lösung mit nur einer zusätzlichen Diode und nem MOSFET bringt nix, aber das hättest du acuh mit ner 5-Minuten-Simulation herausfinden können.
ArnoR schrieb: > Auch effizienzmäßig ist PWM schlecht. Die LED arbeitet immer mit > höchster Leistung, also mit niedrigster Effizienz. Analog abgedimmt > nimmt die Effizienz deutlich zu, und zwar mehr, als die Verluste in der > sinnvoll dimensionierten Speicherdrossel ausmachen. Kannst du das mal genauer ausführen und definieren? Von welcher Effizient sprichst du (Lichtausbeute, Gesamtsystem, LED alleine, Lichtleistung, ...). Wie ist deine Definition von "Analog"?
Test schrieb: > ArnoR schrieb: >> Auch effizienzmäßig ist PWM schlecht. Die LED arbeitet immer mit >> höchster Leistung, also mit niedrigster Effizienz. Analog abgedimmt >> nimmt die Effizienz deutlich zu, und zwar mehr, als die Verluste in der >> sinnvoll dimensionierten Speicherdrossel ausmachen. > > Kannst du das mal genauer ausführen und definieren? Von welcher > Effizient sprichst du (Lichtausbeute, Gesamtsystem, LED alleine, > Lichtleistung, ...). Wie ist deine Definition von "Analog"? Das würde mich auch mal interessieren was "Analog abgedimmt" bedeutet ? Und generell zu sagen, dass PWM "effizienzmäßig schlecht" ist kann von Grund auf schon mal nicht richtig sein... (Frequenz, Schaltverluste, Spannung, Strom). Ich lass mich allerdings gerne vom Gegenteil überzeugen. VG, Mathias
Mathias _. schrieb: > Das würde mich auch mal interessieren was "Analog abgedimmt" bedeutet ? Normalerweise wird die Helligkeit von LEDs über den (konstanten) Strom gesteuert. > Und generell zu sagen, dass PWM "effizienzmäßig schlecht" ist kann von > Grund auf schon mal nicht richtig sein. Jedes zusätzliche Bauelement im Strompfad verschlechtert den Wirkungsgrad. Dazu kommen die Schaltverluste.
Georg M. schrieb: > Genau so funktionieren die sog. Constant Current LED Drivers, und da > braucht man sogar keine Widerstände zur Strombegrenzung. Und wie soll der Treiber dann den Strom regeln? Einen Widerstand als Shunt wird man i.A. schon brauchen.
Wolfgang schrieb: > Und wie soll der Treiber dann den Strom regeln? > Einen Widerstand als Shunt wird man i.A. schon brauchen. Den kann man ja umschalten.
Philipp G. schrieb: > Jonny schrieb: >> Was spricht dafür oder dagegen einen "Low-Cost DC-DC" Wandler aufzubauen >> - also einfach in Reihe zur LED Leiste eine Spule und eine antiparallele >> Freilaufdiode? > > Und? Was genau spricht jetzt dagegen? Dass du ihn sehr groß bauen musst, wenn du mit einem µC steuern willst. Aber Spule+Freilaufdiode würde ich trotzdem verbauen - um nämlich die Steilheit der Flanken zu dämpfen. Da tun es dann auch kleine Spulen. Alternativ kann man auch einen größeren MOSFET nehmen und den über einen Widerstand am Gate bremsen - aber da bin ich nicht wirklich Fan von, weil man dann einiges an Energie verheizt.
Die PWM ist eigentlich eine der effizientesten Dimmungen, denn damit liegt fast die komplette Spannung über der LED an. Bei einer OPV-FET-Stromreglung ist die Restspannung über dem FET und wird dort verbrannt. Nun ein DC-DC ist sehr interessant. Nun habe ich mir eine Lampe angesehen und musste feststellen, dass dieser Schaltkreis auch wieder über eine PWM dimmt. Dabei hätte ich erwartet, dass der DC-DC einfach konstant auf einen niedrigeren Strom regelt.
Also erstmal vielen Dank für die Antworten. Eine leichte Helligkeitsverschiebung oder Farbverschiebung ist mir tatsächlich egal. @Alle die das Tierwohl im Auge haben: Ich werde auf jeden Fall ab 500Hz dimmen. Und wenn ich dann Insekten im Zimmer vertreibe - gerne. Dafür baue ich dann aber auch ein Insektenhotel in den Garten - versprochen :) @Philipp: Danke für den Hinweis dass ein C sehr sinnvoll ist. Wusste ich auch- an einem 10ct Kondensator wird es schon nicht fehlen. Der wird übrigens in beiden Fällen verbaut ;) Low Cost ziehlt eher auf wenig Bauteile, keine Regelung, einfache Steuerung (...) ab. Ich glaube ihr konntet mir zusammen die Frage gut beantworten: Ich brauche für eine LED Dimmung keine hohe Frequenz - die angedachten 10kHz sind Unfug. Ich dimme mit ca 500Hz, das sehe weder ich noch die Bienen und dann habe ich auch eigentlich keine EMV Probleme zu erwarten. Ansonsten kann ich ja die Flankensteilheit reduzieren. Wirkungsgrad - keine Ahnung ob man es in der Leistungsklasse schaffen kann besser als eine einfache PWM zu werden. 10% an der LED gewonnen, 5% an der Diode und 5% an der Spule verloren.... Vorallem: Wirkungsgrad - dann muss man wohl erstmal auf die LED Stripes schauen und die Widerstände entfernen^^ Aber dann bitte nurnoch stromgeregelt...
Philipp M. schrieb: > Außerdem hat eine D-L-C-Kombination mit einem beliebigen Elko am Ausgang > deutlich weniger Ripple als eine gleiche D-L-Kombination mit nur Diode > und Induktivität. Andersrum heißt dass dass du für gleiches Ripple eine > deutlich kleinere Induktivität verwenden kannst. Also wenn schon > billiger Step-Down dann richtig! Um das in Zahlen zu fassen, eine Simulation: 100kHz PWM-Frequenz, 100µH Spule, Ausgang: 6V/200mA (resistive Last, war zu faul ne Diode zu simulieren). Ohne Kondensator: 8Vpp Ripple Mit 10µF parallel zur Last: 39mVpp Ripple -> ein Faktor 200 reduzierter Ripple Philipp M. schrieb: > Damit die Spule was bringt und nicht nur 99% der Zeit in Sättigung > rumhängt (oder so groß wie ein Netztrafo wird), muss deine PWM-Frequenz > deutlich höher sein, ich sag mal 100kHz aufwärts. Das heißt dann > MOSFET-Treiber, höhere Schaltverluste, grottige PWM-Auflösung (oder > analoge PWM, was wieder extra Komponenten bedeutet). Um das in Zahlen zu fassen, eine Rechnung. max. Spulenstrom < 2A, 100µH Spule, 12V Versorgung, critical conduction-Betrieb: 100µH * 2A / 12V = 16,6µs Anstiegszeit = 30kHz Mindestfrequenz. Als Hausnummer.
Jonny schrieb: > Wirkungsgrad - keine Ahnung ob man es in der Leistungsklasse schaffen > kann besser als eine einfache PWM zu werden. 10% an der LED gewonnen, 5% > an der Diode und 5% an der Spule verloren.... Vorallem: Wirkungsgrad - > dann muss man wohl erstmal auf die LED Stripes schauen und die > Widerstände entfernen^^ Aber dann bitte nurnoch stromgeregelt... Nebenbei - über welche Ströme/Leistungen reden wir denn? 5M RGB mit 5050er LEDs @ 3x20mA pro 5cm?
Erstmal danke dass du dir die Mühe gemacht hast das Nachzusimuleren! Wir reden hier tatsächlich nur über max. 500mA, 12V je Kanal. Von Frequenzen in dem Bereich bin ich ausgegangen - auch für PWM. Das war mein entscheidender Gedankenfehler....
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Wolfgang schrieb: > Und wie soll der Treiber dann den Strom regeln? > Einen Widerstand als Shunt wird man i.A. schon brauchen. Klar, es gibt kein Wunder. Aber der Strommesswiderstand kann deutlich kleiner sein als der LED-Vorwiderstand.
Test schrieb: > ArnoR schrieb: >> Auch effizienzmäßig ist PWM schlecht. Die LED arbeitet immer mit >> höchster Leistung, also mit niedrigster Effizienz. Analog abgedimmt >> nimmt die Effizienz deutlich zu, und zwar mehr, als die Verluste in der >> sinnvoll dimensionierten Speicherdrossel ausmachen. > > Kannst du das mal genauer ausführen und definieren? Von welcher > Effizient sprichst du (Lichtausbeute, Gesamtsystem, LED alleine, > Lichtleistung, ...). Ich nehme mal als Beispiel eine OSRAM GoldenDragon plus, weil ich zu der so ein schönes Datenblatt habe. Die LED hat typ. bei 600mA eine Flußspannung von 3,4V, die Leistung ist somit 2,04W. Wenn man das als Betriebswerte für PWM nimmt, bekommt man bei 50%-PWM den halben Lichtstrom bei halber LED-Leistung, also 1,02W. Wenn man die LED aber mit Gleichstrom betreibt und den Strom soweit reduziert, daß wieder der halbe Lichtstrom emittiert wird, dann bekommt man das bei 250mA und 3,05V, also nur 0,76W. Bei noch kleineren Strömen ist der Effekt noch deutlicher. PWM-Betrieb bei 50% Lichtstrom braucht also ~33% mehr Leistung als Gleichstrombetrieb bei 50% Lichtstrom.
Dafür verschiebt sich die Farbe, und die Schaltung wird weit komplexer.
ArnoR schrieb: > Test schrieb: >> ArnoR schrieb: >>> Auch effizienzmäßig ist PWM schlecht. Die LED arbeitet immer mit >>> höchster Leistung, also mit niedrigster Effizienz. Analog abgedimmt >>> nimmt die Effizienz deutlich zu, und zwar mehr, als die Verluste in der >>> sinnvoll dimensionierten Speicherdrossel ausmachen. >> >> Kannst du das mal genauer ausführen und definieren? Von welcher >> Effizient sprichst du (Lichtausbeute, Gesamtsystem, LED alleine, >> Lichtleistung, ...). > > Ich nehme mal als Beispiel eine OSRAM GoldenDragon plus, weil ich zu der > so ein schönes Datenblatt habe. > > Die LED hat typ. bei 600mA eine Flußspannung von 3,4V, die Leistung ist > somit 2,04W. Wenn man das als Betriebswerte für PWM nimmt, bekommt man > bei 50%-PWM den halben Lichtstrom bei halber LED-Leistung, also 1,02W. > Wenn man die LED aber mit Gleichstrom betreibt und den Strom soweit > reduziert, daß wieder der halbe Lichtstrom emittiert wird, dann bekommt > man das bei 250mA und 3,05V, also nur 0,76W. Bei noch kleineren Strömen > ist der Effekt noch deutlicher. PWM-Betrieb bei 50% Lichtstrom braucht > also ~33% mehr Leistung als Gleichstrombetrieb bei 50% Lichtstrom. Das ist mir noch nie aufgefallen, stimmt aber natürlich. Wenn man sich eine ideale LED vorstellt: 1. Lichtstrom ist proportional zum Strom 2. Spannung über der LED steigt logarithmisch mit dem Strom 3. Lichtstrom *2 -> Strom *2 > Spannung *log_x(2) -> Verlustleistung *2*log_x(2) -> Effizienz "Lichtstrom pro Leistung" sinkt. Bei einer realen LED wird es noch schlechter: - ohmsche Leitungsverluste - Der Lichtstrom steigt nicht so stark wie der Strom - die Leuchteffizienz sinkt mit der Junction-Temperatur Die interessante Frage ist, ab wann sich das energietechnisch und ab wann kostentechnisch rentiert: ArnoR schrieb: > PWM-Betrieb bei 50% Lichtstrom braucht also ~33% mehr Leistung als > Gleichstrombetrieb bei 50% Lichtstrom. Krass, d.h. bei ganz alltäglichen Anwendungen (Ultra-Mega-Wow-hell-Taschenlampe auf "normale" 50% Helligkeit gedimmt) gibt das schon ein Drittel(!) mehr Laufzeit. Jens M. schrieb: > Dafür verschiebt sich die Farbe, und die Schaltung wird weit komplexer. Wenn du einfach nur Licht brauchst um was zu sehen oder simple Effektbeleuchtung machst ist die Farbverschiebung nicht so schlimm. Und wenn wir über Effizienz reden gibt es hoffentlich eh schon eine geschaltete KSQ und keine lineare, d.h "weit komplexer" beschränkt sich auf "Sollwert der Stromregelschleife kontinuierlich einstellen statt hart schalten"
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Jens M. schrieb: > Dafür verschiebt sich die Farbe Unmerklich wenig, und bei PWM auch, wurde oben schon diskutiert. Im Anhang mal eine Messung dazu. Ist schon uralt, heutige LEDs sind da besser. Jens M. schrieb: > und die Schaltung wird weit komplexer. Ja stimmt, sind 2 bzw. 3 einfache Bauteile (L, D, C) mehr.
Die Farbverschiebung ist LED abhängig. Manche haben's schlimm, manche nicht. Aber die einfache Spannungsglättung sorgt doch für ne schräge PWM->Helligkeit-Beziehung, oder? Und als Stromquelle gibt sich das Problem der exakten Anpassung des Stellers zur LED. Die 3 Teile da dran zu frickeln ist das einfachste...
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