Sterowanie LEDa mocy - PWM vs Constant current.

[EdiM]

Z uwagi na zauważone przez kolegę Midiego pewne dziwne zachowania LEDa zasilanego ze sterownika Cali@df, ostatnio robiliśmy testy. Porównywałem z moim driverkiem, gdzie płynie stały prąd. Chwilę zajmie opracowanie wyników, ale jedno jest pewne - sposób sterowania LEDa przy wyższym zasilaniu nie jest godny polecenia. Powoduje znaczny spadek jasności oraz przesunięcie widma w stronę niebieskiego.

Spróbuję pokrótce opisać jaśniej.
W driverze Flagiusza nie ma za bardzo elementu, który ogranicza prąd diody. Jest mały (to dobrze) rezystor pomiarowy 0R1, czyli 120mV spadku przy 1,2A. Do tego dobry mosfet, dodatkowe kilkadziesiąt miliomów. Reszta nadwyżki napięcia odkłada się w strukturze diody.
Oczywiście w pewnych granicach, nie ma to większego znaczenia, pewnie dla akumulatora LI-Ion też jeszcze nie ma większego znaczenia.
Ale jeśli damy zasilanie 5V czy nawet trochę więcej, to się nagle okazuje, że dioda świeci na niebiesko i znacznie słabiej niż by się wydawało. Driver teoretycznie utrzymuje prąd na poziomie ok. 1,2A (prawdopodobnie jest to wartość średnia), natomiast w miarę wzrostu napięcia zasilania jasność diody mocno spada i światło się robi niebieskie.
Dla niższych trybów natomiast było to zauważalne przy normalnym zasilaniu z Li-iona i to zainspirowało do przemyśleń i próby zbadania. Podobny efekt można zaobserwować z niektórymi driverami z DXa, ale ja jeszcze nie kojarzę ich oznaczeń. Efekt jest taki, że dla bardzo niskich trybów światło staje się niebieskawe.
Ogólnie często widzę pogoń za jakimś cieplejszym binem diod, tymczasem widać, że sterowanie PWM z dużymi impulsami prądu powoduje właśnie znaczne przesunięcie widma w kierunku niebieskiego. Niestety nie dysponuję sprzętem pomiarowym by to można było to jednoznacznie stwierdzić. Także fotografie i filmik słabo odzwierciedlają efekt.

[Dominik]

Teraz jeszcze napisz na jakim ledzie to testowałeś ?

[EdiM]

Test z diodą Cree XR-E Q5 z DXa o Vf rzędu 3,3V@1A. Duży radiator gwarantujący niską temperaturę LEDa.
Jak zrobię wykresy to zostaną umieszczone na forum.
Ogólnie układ pomiarowy umożliwiał przełączanie za pomocą przełącznika drivera z którego była zasilana dioda w ciągu ułamka sekundy.


Poniżej dwa zdjęcia, dla najgorszego przypadku - zasilanie z napięcia ok. 5,5V.
L700P1 z prądem ok. 1,15A 5,50V


Driver Falgiusz&Cali ok. 1,15A 5,50V


Oczywiście ten przypadek jest wybrany celowo jako graniczny i wyraźnie widoczny.

[midi]

Podczas zasilania impulsowego ledów dioda ma zimniejszy kolor niż podczas zasilania stałym prądem ( na fotkach nie jest to dobrze widoczne gdyż aparat ma automatyczną korekcję bieli i cały czas ją koryguje ). Tak żeby było jasne to driver Cali & Df podczas zasilania mniejszym napięciem działa dobrze, nie jest gorszy od Edimowego co pewnie i on podkreśli więc nie ma co do tematu podchodzić w sposób złośliwy a postarajmy się wspólnie obrać ten lepszy kierunek w którym powinno się iść podczas dalszego udoskonalania sposobów zasilania ledów. Mam nadzieję iż większość z kolegów jest w stanie prowadzić dyskusję w tym temacie a nie stwarzać sytuacji które mogły by wywoływać nic nie wnoszące kłótnie.
Pozdrawiam Artek.

[swietlik]

... tymczasem widać, że sterowanie PWM z dużymi impulsami prądu powoduje właśnie znaczne przesunięcie widma w kierunku niebieskiego...

Jeżeli piszę oczywistości to mnie naprostujcie, ale wydaje mi się, że w grę mogą wchodzić, oddzielnie lub łącznie, niektóre z tych zjawisk:

• - przesunięcie widma pierwotnego
  - nasycenie luminoforu
  - opóźnienie w zadziałaniu luminoforu

z tym, że dwa ostatnie jako alternatywa.

EdiM, skoro masz zestawione stanowisko pomiarowe, zobacz czy zmiana charakterystyki obciążenia (i uśrednienie prądu) ma wpływ na to zjawisko? Dodaj do obwodu zasilania LEDa prostownik jednopołówkowy na szybkiej diodzie i pojemność 100-470n równolegle do LEDa.

[midi]

Jeśli chodzi o driver liniowy, to dla mnie Edim przygotowuje takie na prąd 1A i więcej. To że potrzeba diody o niskim Vf jest oczywiste i on o tym wspomina, ale tak samo takiej diody wymaga driver df@cali, aby dawał w diodę duży prąd.
Kwestia trybów to zupełnie inna historia. Driver Edima ma proste tryby i nie ma pamięci, ale nie każdy tego potrzebuje za to jest idiotoodporny. Na marginesie to mam od niego jeszcze inny driver step-up step-down który zapewnia 75minut świecenia z praktycznie tą samą siłą światła, oczywiście jeżeli Vf diody jest niskie zyskujemy na czasie świecenia, w diodę idzie około 1A. Driver Cali&Df jest całkiem inny od Edima jednak mnie chodzi o aspekt zasilania leda nie o jego tryby, z tego co zaobserwowałem w praktyce wydaje mi się iż zasilanie impulsowe nie jest lepsze od zasilania stałym prądem. Są to moje spostrzeżenia kiedyś w latarce w której zamontowany był driver Edima wymieniłem go na driver Cali&Df, dokonałem pomiarów na luksometrze i byłem zdziwiony że na pierwszym uzyskałem 9400 luxów przy 1,1A w diodę a na drugim przy 1,2A w diodę 7400 luxów. Po tym zdarzeniu rozmawiałem telefonicznie z Arkiem w celu wyjaśnienia takiego stanu, stwierdził że właśnie zasilanie impulsowe jest prawdopodobnie przyczyną tego faktu jak i nadmienił że może powodować też delikatną zmianę koloru leda na zimniejszą. Proponuję o przeprowadzenie testów przez kilka osób, niech chętni sprawdzą jak świeci dioda ze sterownikiem impulsowym a jak zasilana stałym napięciem, czy widzą jakieś różnice w kolorze i jasności leda. Tymczasem ja już testuję nowy ciekawy driver step up/down. Zasilanie z Li-Ion lub trochę więcej. Protekcja akumulatora przed nadmiernym rozładowaniem. Wymaga jeszcze małej poprawki softu dotyczącej protekcji.

ps. fajnie by było jak by chłopaki połączyli swoje siły i któregoś dnia wspólnie zaprojektowali jakiś driver

[EdiM]

Ponieważ dyskusja robi się coraz gorętsza to szybko przygotowałem wykres. Nie będę go teraz komentował. Dane zapisywane były przez Midiego - robiliśmy to razem. Niestety całość testu była przygotowana na prędce w niedzielę, ze względu na notoryczny brak czasu. Ale oczywiście ja stawiam na odpowiednią metodykę pomiaru, a znam się na tym.
Wykres zawiera jednocześnie jasność i prąd diody dla obu driverów porównywanych. oczywiście jeśli chodzi o wskazania luxometru to chodziło o wyniki porównawcze, a nie konkretne wartości. Oświetlenie tła nie przekraczało 10 luxów, więc nie ma dodatkowych błędów. Natomiast fakt przełączenia przy napięciu 5,5V i gwałtowny spadek jasności i zmiana barwy najlepiej były widoczne przez obserwatorów. Niestety zdjęcia, ani filmik video tego nie oddają.


Co do stanowiska pomiarowego:
Zasilanie - zasilacz laboratoryjny.
Tuż przy driverach kondensator elektrolityczny LOW ESR 1000uF. Obydwa drivery podłączone do zasilania jednocześnie. Dioda XR-E Q5 Vf ok. 3,3V@1A podłączona na stałe do plusa, z drugiej strony przez przełącznik do jednego lub drugiego drivera - oba sterują od strony masy.
Zwróciłem uwagę, co pokazuje amperomierz zasilacza oraz amperomierz wskazujący prąd diody - wskazania były identyczne. Niestety nie mogę tego być pewnym, dla wyższego zasilania, po prostu nie pamiętam (edit: już jestem pewny, że tak było, na podstawie dalszych fotografii) Zwracam na to uwagę, gdyż na wejściu jest duży kondensator i powinien on wygładzić impulsy prądu na tyle, że na pewno amperomierz zasilacza pokazuje sensowna wartość. Myślę, że amperomierz pomiaru prądu diody też pokazywał prawdę, a przynajmniej działał tak samo jak driver df@cali, czyli były tam w miarę stałe wskazania.

Dla wnikliwych proszę zwrócić uwagę, czy driver L700 zachowuje się gorzej niż df@cali przy niższym zasilaniu?

Jeszcze do świetlika. Ja nie mam nawet takiego drivera. Robiliśmy to u Midiego. Co do kondensatora do diody, to nawet nie trzeba diody prostowniczej przecież. Odpowiednio duży kondensator na pewno zmieni zachowanie diody przy wyższym zasilaniu. Nie wiem co na to powie sterownik, czy nadal utrzyma średni prąd podobny.

[lennin]

Midi to o czym pisałeś tyczyło sie z tego co pamiętam pewnego sterownika z wyłącznikiem typu swith. Co do reszty nie chce sie wypowiadać. Może miernik jako taki luxometr inaczej odczytuje jasność biorąc pod uwagę "chybotanie" światła?

[Calineczka]

Kusi mnie, co by rozwodzić się nad tym wszystkim ale jeszcze trochę poczekam
jesli to mozliwe to poproszę o pomiary przy NORMALNYCH warunkach pracy, np. od 4,2V w dół i może nawet z akumulatora a nie zasilacza labo?Bo róznica JEST
Wykresy fajna sprawa, przydał by się jeszcze do lepszej oceny wykres sprawności, czasu działania etc... Absolutnie niczego nie oceniam i nie sugeruję...ale mierzenie PWM-a najprostsze nie jest.
Edim, czemu TAKIE napięcie zasilające?Uzywasz takiego w latarce na co dzień?
A moim marzeniem swego czasu było mieć latarkę która bardzo długo świeci, taką na ekstremalne warunki... gdzie trzeba liczyć każdą mAh

[Bocian]

Studząc emocje Edek czekam na pomiar w zakresie pracy 1x Li-Ion (3v-4.2V) i rzetelne pomiary (pokazałeś póki co wygodny wycinek wykresu). Pokazałeś słabość zasilania z wyższego napięcia ale porównajmy też zakres docelowy aplikacji Cali&df vs Twoja ( i jego możliwości sterowania setup etc)...

PS. I panowie bez emocji PWM z wyższych napięc nie jest korzystny i przegrzewa strukturę powodując zmianę barwy światła i gorsze parametry. Dla mnie to fakt z autopsji i Edek stara się to właśnie pokazać. Dajcie mu szansę

PS. Proszę o wykres wyraźny w zakresie 3-4,2V albo sam taki zrobię

PS2: Była dioda zabezpieczająca odwrotną polaryzację w tym 700 czy nie?

[Calineczka]

Panowie, my nie robimy driverka idealnego. Edim tez nie. Ktos robi?
Zrobiła się jakas rywalizacja...które lepsze...a wyszło od kolorów. Zasilanie PWM a stałopradowe to dwie inne bajki i tyle. ja nie chciał bym marnować P=(5,5V-3,3V)*1A=2,2W mocy na stabilizację jasności świecenia. wolę PWM-a nawet jeśli kolor światła ma być inny.Tak naprawde w nocy to mi kolor wielkiej róznicy nie robi, oko inaczej widzi, w dzień do pokoju, mieszkania...wystawy-jak najbardziej.
Edim robi driverki niejako zawodowo, my z przygody tak naprawdę.Żeby było, żeby cieszyło, żeby świeciło, i zeby miały low jakiego nawet na CPF-ie nie mają
jak ktoś chce cacy, płasko, kolorki, bleble-proponuję SKU15880 obejrzec z np. softem Df, a może byc jeszcze ciekawiej, lepiej, fajniej, mozna na polu driverków zrobic jeszcze baaaardzo wiele, ale ani Darek, ani ja nie mamy na to czasu. Można zrobić fajne sepice z trybami, upy, downy, no elektronika to piękne pole do popisu....jak się ma czas.I chęci.I kasę na prototypy, badania...mierniki...itd itp. Ja się cieszę jak ktoś wyraża mi potem swoje zadowolenie, pisze że extra mu się klika, świeci...tuninguje czy customizuje tryby, jasności etc. Ludzie się zmieniają, potrzeby też. Dzisiaj chcesz mieć biel bielsza niz z poprzedniego proszku(leda) w super throwerze a jutro...znudzi Ci się i zapragniesz kieszonkowego EDC które nie poparzy ręki a w nocy do dziecka pójdziesz bo nie obudzisz nikogo snopem światła.Niekoniecznie równo 5000K
A badania ciekawa rzecz, tylko mozna się dac złapać na dążeniu do...CZEGOŚ...wyniku, charakterystyki...etc etc. Z badaniami to niestety zycie, historia juz pokazały, że czasem mozna uzyskac to, co się chce uzyskac a nie to, co jest prawdą.Niczego nie sugerując...

[lennin]

A tak szczerze Edim i midi czemu ma służyć ten test przy 5,5V? Co macie zamiar uzyskać? Sporo pracy i czasu to musiało kosztować. Bez owijania w bawełnę. Bo jakoś w bezinteresowność w dzisiejszych czasach nie wierze szczególnie w zamiarach Edima. Zdyskredytować ludzi i ich projekt? Trochę samokrytycyzmu. Że co pokarze że mój jest lepszy? Może wtedy będzie sie lepiej sprzedawał? Mój pomysł jest lepszy? A kontekst UI i tego co one oferują nie przez pryzmat zasilania powyżej 4,2V? Lekko śmieszne to jest. No offens ale sam sobie strzelasz w kolano.

[EdiM]

Witam
Teraz postaram się napisać jeszcze kilka słów.
Jeśli chodzi o sam test to od dawna chciałem go przeprowadzić, właśnie by potwierdzić, to co mówił Midi, że na moim driverku przy mniejszym prądzie ma większą jasność na diodzie oraz to co widziałem na własne oczy niestety przy zawieszającym się prototypie Cali sterownika w zakrętce, jak z niskiego LOW bardzo zimnego nagle robił się LOW ciepły, przy czym różnica była taka, że w pierwszej chwili był to PWM o małym wypełnieniu, a po chwili prąd stały o niedużej wartości. Oczywiście było to przy zasilaniu z LI-Iona.

Zakres napięcia wejściowego badańru dałem taki jak mi się wydawało przewiduję Calineczka, ale teraz jak sprawdza, to ostatnio zalecał jednak do 4,5V.

Do testu do Midiego wziąłem R163 (przetwornica regulowana step-down), bo w założeniu było aby ustawić taki sam prąd dla drivera df@cali oraz mojego ze stałym prądem, by porównać właśnie jasność i kolor. Niestety zasilacz Midiego ma jedno wyjście, więc nie dało się zrobić tak, by szybko przełączać pomiędzy R163 i df@cali. Na szczęście miałem też właśnie L700P1 z podwyższonym prądem - wcale nie chciałem na siłę udowadniać, że on jest lepszy, bo nie jest idealny.

L700P1 jest też hybrydą, procek montowany na pająką. Dla mnie to tylko problem, przynajmniej przy takiej cenie. Nie zależy mi na promocji. Myślę, że wkrótce i tak się sprzedadzą.

Proszę jednak zwrócić uwagę, że ja celowo w sprzedawanym driverze mam prąd do ok. 700mA oraz piszę o diodzie selekcjonowanej, aby właśnie wydłużyć płaską charakterystykę wyjściową w czasie. O tym, że dla drivera df@cali nie jest płaska też wspominał mi Midi.

Co do wykresu, to proszę zauważyć, że jest on od minimalnego napięcia, przy którym prąd jest bardzo mały, ok. 2,8V - nie mam danych pod ręka teraz. Pokrywa więc zakres zasilania z LI-Iona.

Pomiary były wykonywane co około 0,1V na wejściu. Kto twierdzi, że tam jest jedynie wygodny dla mnie fragment mija się z prawdą. Wykres jest na tyle duży, że widać wszystko.

Co do zasilania z zasilacza, to ten kto ma odpowiednie pojęcie o prądzie wie, czym się może różnić zasilanie z Li-Iona rzeczywistego od zasilania z zasilacza. No i jak przeprowadzić testy porównawcze? Oczywiście wszystko się da zrobić.

Jeśli ktoś wątpi w przeprowadzone testy to nich sam powtórzy coś podobnego lub coś, co daje podobne ciekawe wyniki.

Co do straty mocy, to jeśli nie tracimy mocy (odpowiednio dużej) w driverze, to gdzie ja tracimy? W strukturze LEDa!

Przykro mi, że w sprawę wciągam zasłużonego dla światełek Midiego, ale tak się składa, że współpraca z nim dobrze się układa i robię wiele rzeczy specjalnie dla niego.

Jeszcze jedna sprawa. Oczywiście pomiary oscyloskopem były by lepsze, ale akurat nie mam teraz dostępnego.

Tymczasem na mnie są znowu ataki.
Proszę się jeszcze zastanowić, ile jest firm polskich które próbują robić coś dla DIY. Zna ktoś jakąkolwiek? Dlaczego nikt się nie pcha w takie produkty?

Nie jestem też osobą, która kupuje tanio u Chińczyka, nie płacąc za przesyłkę, sprzedaje 2x drożej, wciska kit, nie płaci za wysyłkę, czy VAT, nie płaci podatków i jest zadowolona z biznesu.

Jeszcze jedno, o co pytał Bocian: oczywiście L700P1 nie ma diody zabezpieczającej przed odwrotną polaryzacją.

[Bocian]

Apeluję o spokój. Ideologii się nie dopatrywać proszę. Liczę że Edek kompleksowo porówna obydwa produkty (z podaniem szczegółów pomiaru) w zakresie napięcia pracy czyli 1xLi-Ion. Adamie tu nie chodzi zdaje się o promowanie (chociaż za Edkiem ciężko trafić ) tylko ukazanie ograniczeń PWM (jest fajne ale w pewnym zakresie).

[czarny_kruk]

Bocian, na zalaczonym przez Edima wykresie widze charakterystyke jasnosci i pradu dla zasilania od 2,8V do 5,5V.

EdiM przy okazji czy moglbys zamiescic na forum wykresy sprawnosci swoich sterownikow? Pytam o to, bo swego czasu nabylem Twoj flagowy sterownik (buck, 22x22mm) i bylem zaskoczony otrzymanymi sprawnosciami (ok. 70%) z zasilania li-ion 7.2V, co jak na przetwornice obnizajaca jest slabym wynikem.