Warum wird PWM zur Steuerung von LEDs verwendet, auch wenn sie nur ein- oder ausgeschaltet sind?

Entgegen der anfänglichen Intuition geht es tatsächlich darum , die Helligkeit zu erhöhen .

LEDs können mit konstantem Strom oder mit gepulstem Strom betrieben werden.

Bei Konstantstrom müssen Sie den Strom auf einen relativ niedrigen Wert begrenzen - zum Beispiel sind viele gängige kleine LEDs auf einen Konstantstrom von beispielsweise 20 mA begrenzt. Das gibt eine gute Helligkeit für Anzeigezwecke, aber es ist nicht so toll.

LEDs können, wenn sie mit gepulstem Strom betrieben werden, mit einem erheblich höheren Strom betrieben werden – vielleicht 5- bis 10-mal so viel oder sogar mehr. Das könnten beispielsweise 100 mA für eine normalerweise 20-mA-LED sein. Es gibt jedoch Beschränkungen, was die Impulse sein können – typischerweise mit Beschränkungen der Frequenz und des Tastverhältnisses – vielleicht so wenig wie 1 % Tastverhältnis.

Das Endergebnis ist, dass der höhere Strom die wahrgenommene Helligkeit der LEDs erhöht, da mehr Photonen emittiert werden, wenn sie eingeschaltet sind, aber auf Kosten eines gewissen Flimmerns, das nur wirklich bemerkt wird, wenn die LEDs in Bewegung sind.

Eine Forschungsgruppe an der Ehime University entwickelte eine Pulsantriebs-Steuerungsmethode, um LEDs doppelt so hell erscheinen zu lassen, indem sie die Eigenschaften nutzt, wie Menschen Helligkeit wahrnehmen.

Die Gruppe wurde von Masafumi Jinno geleitet, einem außerordentlichen Professor der Abteilung für Elektrotechnik und Elektronik an der Graduate School of Science and Engineering der Ehime University.

Wenn eine kurzzyklische Impulsspannung mit einer Frequenz von etwa 60 Hz bei einem Tastverhältnis von etwa 5 % an eine LED angelegt wird, sieht die LED für das menschliche Auge etwa doppelt so hell aus wie eine LED, die mit einer Gleichspannung betrieben wird, so die Forschungsgruppe genannt.

- Nikkei-Technologie - Die menschliche Wahrnehmung wurde untersucht, um die LED-Helligkeit zu verdoppeln

Sie erhalten also mehr wahrgenommene Helligkeit von kleineren und billigeren LEDs, ohne im Durchschnitt mehr Strom (oft weniger Strom) zu verbrauchen, als wenn sie konstant eingeschaltet wären.

Der obige Bericht erläutert den Effekt weiter im Detail:

Es gibt zwei Prinzipien, den Broca-Sulzer-Effekt und den Talbot-Plateau-Effekt, die daran beteiligt sind, wie das menschliche Auge Helligkeit wahrnimmt. Der Broca-Sulzer-Effekt bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem Licht für das Auge um ein Vielfaches heller erscheint, als es tatsächlich ist, wenn es einem Lichtfunken wie einem Kamerablitz ausgesetzt wird.

Darüber hinaus ist der Talbot-Plateau-Effekt ein Prinzip, bei dem menschliche Augen wiederholt Blitze sehen und die durchschnittliche Helligkeit der wiederholten Lichter wahrnehmen. Bisher „glaubte man, dass sich die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit aufgrund des Talbot-Plateau-Effekts nicht ändern würde, selbst wenn eine LED pulsgesteuert ist“, sagte Jinno.

„Der Talbot-Plateau-Effekt ist ein Prinzip, das in den Tagen gefunden wurde, als fluoreszierende Quecksilberlampen und andere Lichtquellen verwendet wurden, die von einer Stromversorgung mit einem längeren Spannungszyklus von etwa mehreren hundert Millisekunden angetrieben wurden“, sagte Jinno.

Daher entschied sich die Gruppe, die LEDs mit einer Stromversorgung mit einem kürzeren Spannungszyklus von etwa mehreren hundert Mikrosekunden anzusteuern. Als Ergebnis entdeckte die Gruppe, dass, wenn eine Impulsspannung mit einer Frequenz von etwa 60 Hz bei einem Tastverhältnis von etwa 5 % angelegt wird, der Einfluss des Broca-Sulzer-Effekts größer wird als der des Talbot-Plateau-Effekts Das von der LED emittierte Licht sieht für das menschliche Auge heller aus.

Ich sage nicht, dass es so gemacht wird, aber so KÖNNTE es gemacht werden:

Ein Auto hat hinten rote Lichter. Rot wird sowohl für Rücklichter als auch für Bremslichter verwendet, warum also duplizieren?

Sie werden mit Glühlampen dupliziert, da ihre Intensität nur durch Steuern des Widerstands der Filamente gesteuert werden kann. Aus diesem Grund werden/wurden üblicherweise Doppelfadenlampen als kombinierte Rück-/Bremslampen verwendet.

Bei LEDs können Sie die Intensität jedoch einfach mit einer PWM-Schaltung steuern. Gleiche rote LEDs; unterschiedlicher Einschaltdauer und damit unterschiedlicher Intensität.

Schauen Sie sich noch einmal diese flackernden Rücklichter vor Ihnen an: Wenn die Bremsen betätigt werden, hört das Flackern auf.

Da ich in diesem Bereich tätig war, lautet die Antwort, dass es an der werkseitigen Anpassung der Software liegt, bei der Lumenmessung in einer Testumgebung das Licht mit einem einfachen Firmware-Upgrade genau gemäß den regulatorischen Standards oder Anforderungen zu kalibrieren.

Dies ist eine NEUE BEARBEITUNG meiner vorherigen Antwort, die gelöscht wird, da sie meine anfänglichen Gedanken vollständig verwirft.

Es ist eine sehr gute Frage! +1 Ich habe mich dasselbe gefragt. Auch an Signal-LEDs anderer Geräte (Festplatte, Tacho vom Auto, was auch immer) die nur an oder aus sind. Warum PWM anstelle eines billigen Widerstands verwenden?

Ich habe gedacht, dass dies mit einer besseren LED-Effizienz zusammenhängen könnte, die bei einem bestimmten Arbeitszyklus mit Überstrom (Strom, der bei Dauerbetrieb nicht aufrechterhalten werden kann) betrieben wird. Dies ist jedoch nur eine Annahme, die beim Lesen von Datenblättern für Leistungs-LEDs / Treiber gemacht wurde. Wie bereits erwähnt (aber ich denke, es hat einen anderen Grund) hier: Warum flackern einige mit Gleichstrom betriebene LED-Schaltungen?

Noch dunkel ist die Antwort, dies sogar auf NICHT-Strom-LEDs zu tun. Diese LED haben immer noch einen Widerstand im Inneren, den ich zerlegt habe, also kann es kein wirtschaftlicher Grund sein. Irgendeine Antwort?

Eine mögliche Antwort liegt in der besseren Wahrnehmung des Flimmerns bei seitlicher Betrachtung. Ich neige dazu, diese Lichter besser zu erkennen als Nicht-PWM-Lichter. Dies könnte erklären, warum in meinem Auto (in Europa, weiß nicht, ob die Standardfarben in den USA anders sind) das Abblendlicht mit einer grünen, langsamen PWM-gedimmten (wenige Milliwatt) LED in der Nähe des Drehzahlmessers als aktiv signalisiert wird. Und aufgrund der besseren Blauempfindlichkeit der menschlichen Augenstäbchen werden die vollen Scheinwerfer mit einem blauen Licht (von immer noch wenigen mW) signalisiert, das nicht PWM-moduliert ist, aber sichtbar ist, wenn man auf die Straße blickt, ohne das Auge darauf zu bewegen.

Bearbeiten: Wenn negative Stimmen, bitte sagen Sie warum. Ich glaube, in der Frage liegt ein Missverständnis vor. Wir alle wissen, dass LEDs dimmbar sind, aber sie müssen einen sehr genauen Grund haben, wenn sie digital gedimmt werden, auch wenn die Stromversorgung keine Rolle spielt (Signal-LEDs), selbst bei alten Systemen.

Das Flackern, das Sie bemerken, ist nicht einzigartig für LED-Lampen. Erstens sind LED-Lampen, zumindest Signallampen, keine Scheinwerferlampen, einfache Ballastwiderstandsschaltungen. Sie sind bei Spannungsänderungen nicht stabil, genau wie Glühlampen.

Zweitens sind Autos laut. Die Spannung schwankt je nach Motor- und Generatorzustand. Wenn Sie das nächste Mal nachts in Ihrem Auto sitzen, achten Sie genau auf Ihr Armaturenbrett im Leerlauf, dann drehen Sie das Auto hoch und bemerken Sie den Lichtunterschied.

In meinem Auto reicht das elektrische Rauschen, die Welligkeit aus, dass die Glühbirnen, LED und Glühlampen, merklich flackern. Das ist, was Sie sehen.