PWM Dimmer vs Konstantstrom Dimmer / Farbkennlinie Weiße LED

[RPH]

Wie von jm2_de angeregt hier mal eine Messung der Farbkennlinie einer weißen 5mm LED,
7.000mcd Nagelneu und ungebraucht aus originaler Tüte, ich hoffe es nützt Euch was.

Die Messung erfolgte einmal mit einer regelbaren analogen Konstantstromquelle und
zum zweiten mit einem PWM Dimmer, bei welchem die LED über einen Widerstand
an einem regelbaren Netzgerät angeschlossen war.

Der bei 100% fliesende Strom wurde hierbei auf 20mA eingestellt, die Angabe der mA
in dem Diagramm ist insoweit für die PWM nicht ganz richtig, da hier immer die 20mA
fliesen, nur halt für einen bestimmten Zeitraum, hier regelbar von 0 – 100%.

Daher die Ergänzung mit 0,25/0,5/0,75/1,0 die nur für PWM gilt.

Und nun mal die Messreihe:

Ganz eindeutig zu erkennen, bei PWM Ansteuerung ist der Helligkeitsanstieg der
einzelnen Farben wesentlich linearer als bei der analogen Stromregelung.

Daraus resultiert auch, dass das dabei entstehende weiße Licht der LED sich bei PWM ansteuerung
so gut wie nicht im Farbton ändert, bei der analogen Ansteuerung jedoch sehr stark verändert.

Hier das Diagramm mit dem weißen Anteil, hier sind RGB nicht so gut zu erkennen, darum ist
das obere Diagramm ohne weiß und in einer anderen Skalierung.

MfG RPH

PS: Wer für eigene Diagramme oder Skalierungen die Messdaten (sind nur ein paar)
als Text für Excel oder so haben will bitte einfach PM an mich.

[mchammer76]

Hallo RPH,
das ist ja wieder mal ein sehr aufschlussreicher Test von dir. Habe auch schon andere Tests von dir gelesen und war immer sehr begeistert davon.

Bei der PWM-Regelung ist natürlch aus meiner Sicht logisch, dass die Farbverteilung sehr homogen ist. Aber für die Stromregelung hatte ich bis jetzt keine Ahnung wie sich das verhält. Ist wirklich sehr aufschlussreich.
Das bestätigt meine Meinung, dass man bei Möglichkeit immer eine PWM-Regelung verwenden sollte.
Interessant wäre natrülich noch eine Messung einer farbigen LED (z. B. Rot oder Blau) und Analyse der Farbverteilung (Wellenlänge). Ich denke, dass da auch gravierende Unterschiede zwischen PWM- und Stromregelung entstehen könnten.

Noch ein eandere Frage. In unserer Firma gibt es Leute (Elektroniker) die behaupten, dass eine PWM-Regelung für eine LED betreffend Lebensdauer schlecht sei. Ich kann das einfach nicht glauben und habe hier im Forum auch noch nie etwas derartiges gelesen. Wie ist deine Meinung/Erfahrung dazu?

Gruss mchammer76

[synvox]

Danke RPH dass du die Physik und meine entsprechende Behauptung aus dem Ambilight-Thread auf so eindrucksvolle Weise experimentell bestätigst .

Gruss
Neni

[luckylu1]

da muss ich doch gleich noch etwas einwerfen dazu *g*

helligkeitsunterschiede werden vom auge sehr gut wahrgenommen, für farbunterschiede ist das auge aber wesentlich unempfindlicher. ich bin auch für PWM aber "nicht ohne rücksicht auf verluste". die überlegung, das vom auge 10%
helligkeitsunterschied gerade so wahrgenommen werden, will ich nur der vollständigkeit halber erwähnen. bei bewegten bildern von bildschirmen, wird wahrscheinlich 20% gerade so wahrnehmbar sein.

danke RPH^^

[jm2_de]

Also irgendwas stimmt nicht ganz.
Wenn Du bei 20mA ein PWM Tastverhältnis hast ist das ja kein PWM mehr,
sondern eigentlich hast Du dann ja eine reine Gleichspannung.

Du hast bei beiden Versuchen die Gleiche Spannung benutzt und einmal
z.B. über die Strombegrenzung des Labornetzteils (analog) gedimmt,
bei dem PWM Aufbau einfach einen PWM Dimmer zwischen Netzteil und LED
angeschlossen und damit gedimmt.
Ich glaube ich hab das auch genau so formuliert gehabt wie Du es jetzt
aufgebaut hattest ? (ich bin schuld )

Das ist Praxisnah, aber das Ergebnis bei 20mA muss man natürlich ignorieren,
aus dem PWM Signal wird bei einem Tastverhältnis von 1,00 ja eine Gleichspannung.
Praktisch wäre es aber sowieso ein riesen Zufall wenn man eine Spannungsquelle
hätte bei der man bei einem Tastverhältnis von 1,00 genau auf 20mA kommt
Aber man sieht bei 10mA und einem geringen Tastverhältnis (0,5) noch das bei PWM
Ansteuerung der Unterschied grösser ist als bei 15mA (und 0,75).



Wenn ich eine LED aus irgendwelchen Labortechnischen Gründen so ansteuern müsste
das ich eine lineares Verhalten bekommen, dann wäre PWM meine Entscheidung.
Aber für den Hobbyanwender ist der Unterschied garnicht mit dem Auge erkennbar,
also recht auch ein günstiger Widerstand
Durch Deinen Versuch jetzt auch sicher klar das es sich nicht lohnt bei Spannungen
die gering über dem Sollwert liegen mit PWM zu dimmen, also im Bereich nahe den 100%.

[mchammer76]

Hallo jm2_de,

dein Einwand ist natürlich schon richtig. Aber ich bin der Meinung, dass eine PWM-Regelung in den meisten Fällen genutzt wird, um eine Helligkeit immer wiederkehrend einzustellen. Und in diesem Fall ist dies die bessere Alternative als den Strom zu ändern oder sogar die Spannung zu ändern. Bei der PWM-Regelung tritt nur ein sehr geringer Verlust auf, wenn die Helligkeit gedimmt wird.

Den Fall den du meinst (Höherer Eingangsstrom) würde ich bei Möglichkeit sowieso mit einem festen Widerstand einstellen, wie du es beschrieben hast.

Meine Schaltung würde etwa so aussehen:
U+ --> PWM-Regelung --> Widerstand --> LED --> U-
Wobei der Vorwiderstand bei 100% PWM-Aussteuerung so eingestellt wird, dass durch die LED genau 20mA fliessen.

Aus meiner Sicht ist diese Schaltung der Haupteinsatzzweck einer PWM-Regelung für LED's.
Wer eine andere Meinung hat darf diese natürlich gerne preisgeben. Das ist nur meine Meinung.

Gruss mchammer76

[RPH]

Hallo,

Ich habe doch oben neben dem großen Diagramm doch mal einen Text angebracht, da steht:

************************************************************************************************
Die Messung erfolgte einmal mit einer regelbaren analogen Konstantstromquelle und
************************************************************************************************
zum zweiten mit einem PWM Dimmer, bei welchem die LED über einen Widerstand
an einem regelbaren Netzgerät angeschlossen war.
Der bei 100% fliesende Strom wurde hierbei auf 20mA eingestellt, die Angabe der mA
in dem Diagramm ist insoweit für die PWM nicht ganz richtig, da hier immer die 20mA
fliesen, nur halt für einen bestimmten Zeitraum, hier regelbar von 0 – 100%.
Daher die Ergänzung mit 0,25/0,5/0,75/1,0 die nur für PWM gilt.
************************************************************************************************
Also da bin ich jetzt aber froh dass ich das richtig gemacht habe.

PWM bedeutet zumindest für mich im Normalfall das ein Verbraucher mit seinen typischen
Daten an einer Stromquelle hängt, mithilfe der PWM jedoch dosiert geregelt oder betrieben
bzw. gedimmt werden kann.

Ein Schaltregler funktioniert zwar teilweise ähnlich ist aber doch etwas ganz anderes.

Unter diesen Voraussetzungen dürfte es auch überhaupt keine Bedenken bezüglich der Lebensdauer
der LED geben, solange keine zusätzlichen Bauteile (Spule!) noch irgendwo angebracht werden.

Hier vielleicht noch ein kleiner Tip am Rande:
Im Gegensatz zu einem Schaltregler, wo es durchaus Sinn macht zur Vermeidung von Stromspitzen
einen Kondensator parallel zur LED zu hängen sollte das unterbleiben, wenn man eine Farbneutrale
Regelung haben will oder diese benötigt.
Der Kondensator verschleift das ganze Signal und der Vorteil der PWM Steuerung ist eliminiert.


MfG RPH


PS: Gerade noch gelesen, mit dem Farbempfinden muss ich widersprechen.
Wenn ich nicht gerade Farbenblind bin oder eine Farbschwäche habe dann ist unser
Auge sehr wohl in der Lage, auch feinste Farbnuancen voneinander zu Unterscheiden.

Ich möchte sogar behaupten, das es bei zwei identischen und nebeneinander angebrachten LEDs
möglich ist, den Farbunterschied zwischen Analoger und PWM Ansteuerung zu erkennen.
Also eine LED wird Analog und eine wird mit PWM angesteuert, vorsichtshalber erwähnt.

[Sailor]

Eine gute Entscheidungshilfe für die "Dimmer" unter uns!

100 Credits dafür.

[klett]

Hallo
(ich weiß der letzte Beitrag ist 2 Jahre her, aber vielleicht weiß ja jemand hierzu mehr, dann muss ich keinen neuen aufmachen)
Ich arbeite zurzeit an einer linear gedimmten LED für den Foto/Video Bereich. PWM ist hier leider nicht möglich.
Mir kam jetzt die Frage wie groß dieser Effekt der Wellenlängenänderung ist. Gerade im Bezug auf die Brennweite einer vorangstellten Linse.
Würde sichd as lineare dimmen die Brennweite im mm Bereich veränderen oder vielleicht auch blos im µm? Vielleicht hat jemand damit schon Erfahrungen gemacht und kann mir helfen.
Gruß
klett

[Achim H]

Willkommen im Forum.

Da wird sich nichts ändern. Lediglich die Intensität, mit der das Licht die Led verlässt, wird geändert, nicht aber der Fokus (falls denn einer eingestellt war). Der Abstand "Led bis zur Linse" bleibt gleich.

[klett]

Vielen Dank!
Das erleichtert meine Arbeit doch ein wenig.
Ich frage mich blos woher ich diese Info gehabt haben könnte, weil das so bei mir im Hinterkopf abgespeichert war...

[CRI 93+ / Ra 93+]

Ich könnte mir sehr gut vorstellen, das, wenn man mit 10 kHz aufwärts (vielleicht reichen auch schon 1 kHz) PWM-dimmt es auch bei Fotografie keine Streifen/Flimmereffekte gibt. Heutige LEDs können eigentlich alle bis 1 MHz reagieren.


Auch wenn's schon sehr alt ist: ich kapiere nicht ganz, wie es sein kann, dass bei PWM-Dimmung und 100% Duty-Cycle, was ja auch nur 20 mA konstant sind, eine andere Farbverteilung auftritt als mit 20 mA per linearer KSQ. Da ist irgendwas faul! Generell ein sehr interessanter Test, aber das irritiert mich dann doch.

Außerdem wäre es schön, wenn jemand den Test vielleicht mal mit einer "richtigen" LED, z.V. einer Cree XR-E Q2 wiederholen könnte. (wer weiß, vielleicht bin ich ja eines Tages derjenige, ich würde mir einfach eine rote, grüne und blaue LED als Sensoren nehmen und deren Spannungen messen, wenn die weiße LED dort reinleuchtet...)

[LEDs erzeugen eine kleine Spannung, wenn sie mit Licht bestrahlt werden, dass mit der normalerweise von der LED abgestrahlten Wellenlänge identisch ist]


Übrigens ist es zwar aufwändig, aber durchaus sinnvoll, bis zu einer gewissen untergrenze per Schaltregler zu dimmen (wobei die Peaks per sieb-Elko von der LED ferngehalten werden sollten), denn z.B. eine Cree XR-E, die @ 350 mA konstant betrieben wird erzeugt 20% mehr Licht, als eine, die per PWM auf einen Mittleren Strom von 350 mA gedimmt ist, aber dabei mit einem duty cycle von 50% jeweils 700 mA-Pulse bekommt.
Die im Datenblatt von Cree angegebenen Eigenschaften gelten erst ab einem bestimmten Mindeststrom (weiß ich gerade nicht), mit 250 mA ist der aber längst erreicht. Innerhalb des angegebenen Stromstärkebereichs sind zumindest bei hochwertigen High-Power-LEDs keine gravierenden Farbunterschiede zu erwarten (minimale aber sicherlich schon).

[Achim H]

Außerdem wäre es schön, wenn jemand den Test vielleicht mal mit einer "richtigen" LED, z.V. einer Cree XR-E Q2 wiederholen könnte. (wer weiß, vielleicht bin ich ja eines Tages derjenige, ich würde mir einfach eine rote, grüne und blaue LED als Sensoren nehmen und deren Spannungen messen, wenn die weiße LED dort reinleuchtet...)

(LEDs erzeugen eine kleine Spannung, wenn sie mit Licht bestrahlt werden, dass mit der normalerweise von der LED abgestrahlten Wellenlänge identisch ist)

Ist ja witzig. Gerade gestern erst habe ich nach RGB-Sensoren gesucht und folgendes IC gefunden:
Datenblatt: TCS230

[Beatbuzzer]

Ich könnte mir sehr gut vorstellen, das, wenn man mit 10 kHz aufwärts (vielleicht reichen auch schon 1 kHz) PWM-dimmt es auch bei Fotografie keine Streifen/Flimmereffekte gibt. Heutige LEDs können eigentlich alle bis 1 MHz reagieren.

Sind nicht eher zu kurze Belichtungszeiten das Problem?
Also das im Moment der Belichtung die LED entweder an, oder aber aus ist, und dadurch die Dimmung wirkungslos ist?

Mal eine Beispielrechnung zur Problemlösung:
Die Belichtungszeit beträgt 1/500sec. Das wären 2ms. Die Blende ist also 2ms lang geöffnet. Innerhalb dieser 2ms muss die LED noch so oft getaktet werden, dass es einen Helligkeitsmittelwert gibt.
Nehmen wir mal aus dem Alltag 100Hz an, wobei kein Flimmern mehr für das Auge sichtbar ist.
Das Licht sollte in den 2ms also 100mal getaktet werden. Das entspräche 50.000 Taktungen pro sec., also 50kHz.

Eine PWM mit 50kHz ist machbar, allerdings sollte man schon auf die Schaltzeiten der FETs achten, damit die Verluste nicht zu hoch werden. Denn sonst kann man sich die PWM vom Wirkungsgrad her auch sparen.