PWM-dimmrad LED flimmrar?

Nej, det är du inte ensam om att uppmärksamma.. mycket störande!

I "början" när det dök upp retrofit LED-ljuskällor så kunde man ofta känna igen de billigare modellerna på dess flimmer, då "nätdelen" ofta bara bestod av en diod och en kondensator för strömbegränsning.
Ingen switchad nätdel där inte!

Tror att det kan ha med EMC-krav att göra varför tillverkarna verkar vägra köra högre PWM frekvens än några hundra Hz.


Eller så är det ingen annan än vi två som uppmärksammat detta?

Jodå, det här är ett känt fenomen. Någonstans i bakhuvet är det något som som säger att man skall ha en bakkantsstyrd dimmer för att slippa flimmer när man dimmar LED. Jag har inte örnkoll på detta, men har ett konstigt minne som lagrar information utan att jag tänker på det... :tokig:

Eftersom en LED i sig reagerar mycket snabbare på strömändringar än vad t ex glödljus eller lysrör gör, så medför så att säga samma strömflimmer ett otrevligare ljusflimmer på LED än på andra ljuskällor.

Vanliga "framkants"-dimmers med triac har ofta egenheten att de klipper olika mycket av positiv och negativ halvperiod i nätspänningen, och det kan uppfattas som flimmer. Ofta är den där egenheten temperaturberoende (blir oftast värre när dimmern är kall), och det kan vara stora skillnader mellan olika exemplar av samma modell.

Om drivdonet för LED tål kapacitiv last så kan man prova att hänga på en elektrolytkondensator parallellt med LEDarna. En tumregel för att välja kapacitans är minst 1 uF per mA.

Jag hade flimmer och monterade en konding från Elko för att få bort flimmer. Istället började dimmern bete sig konstigt. Monterade bort kodningen och flimmret försvann!?

Hej!
Har ni någon gång kollat om det har med ledlningarna att göra. Om den led pulsen blir mindre kan det vara svårare att få igeom den.

En induktans skulle jämna ut strömmen - minska flimret.

MEN, så hög induktans har inga ledningar i hus/hem/normalstora hallar/lokaler, att det kan påverka mer än precis mätbart med känsliga instrument.

För mycket förlusteffekt att seriereglera. Det betyder att all (spänning * ström) som inte går till lasten ska eldas upp i effekt i drivdonet, så det blir för varmt.
(Alternativt bli väldigt stort eller kräva fläktkylning.)

Så PWM är nog enda framkomliga vägen. Vi ska ju dessutom konstruera och installera energisnåla saker, inte drivdon som utvecklar 30W värme (som en lödkolv, ni vet ).

Men det finns ändå tricks att ta till. T.ex. lågpassfiltrera PWM-utgången med en spole och kondensator.
Men dessa blir typiskt relativt stora, om vi inte går högt upp i PWM-frekvens, och då får vi andra problem.
Sen kostar ju två komponenter extra någon krona till. I en produkt där man jagar delar av ettöringar vid konstruerandet.

Använder ni Mångtrådig kabel typ RKUB vid installationen ?. Jag har fått lära mig att det är vid dimring man kan få problem om man använt vanlig fk på sekundärsidan.

Electrum skrev: För mycket förlusteffekt att seriereglera. Det betyder att all (spänning * ström) som inte går till lasten ska eldas upp i effekt i drivdonet, så det blir för varmt.
(Alternativt bli väldigt stort eller kräva fläktkylning.)

Så PWM är nog enda framkomliga vägen. Vi ska ju dessutom konstruera och installera energisnåla saker, inte drivdon som utvecklar 30W värme (som en lödkolv, ni vet ).

Men det finns ändå tricks att ta till. T.ex. lågpassfiltrera PWM-utgången med en spole och kondensator.
Men dessa blir typiskt relativt stora, om vi inte går högt upp i PWM-frekvens, och då får vi andra problem.
Sen kostar ju två komponenter extra någon krona till. I en produkt där man jagar delar av ettöringar vid konstruerandet.

Kobstant-strömskällor måste ju inte vara linjära - det finns ju switchande konstantströmskällor också och dom har ju inte mer förluster än det som ändå blir att ta ner 230 V från nätet till en lägre likspänning. Dock har jag ju inte helt koll på vad som finns att köpa färdigt - men det är ju relativt lätt att bygga.

Spolar och kondensatorer blir ju oftast billiga vid dom effekter som LED-lampor brukar ha eftersom man kan använda så tunn tråd i spolarna och kondensatorerna behöver inte vara särskilt stora. Men det är ju klart att i en produkt där man jagar ören kanske det blir kännbart ändå.

Ride84XL skrev: Kobstant-strömskällor måste ju inte vara linjära - det finns ju switchande konstantströmskällor

Ja nu är ju switchad ström/spänningskälla = PWM-teknik.

Seriereglering=

Där transistorn hela tiden har ett spänningsfall över sig (Vin - Vut) och strömmen Ic som ger förlusteffekten (Vin - Vut)* Ic.


Jag vet dock inte om det finns starka skäl till att switcha med låg PWM-frekvens till LED. Kanske att t.ex. chippen mår bättre och får längre livslängd, eller att det blir mer korrekt ljusfärg eller något sådant.

Spänningsfallet över transistorn kan man ju normalt dimensionera så det blir proportionellt litet (välja rätt typ av transistor för den spänning man har) och är det en "riktig" omvandlare (vilket det i princip måste va om det ska va en konstantströmsmatning) som inte bara slår på och av dioden direkt så har man i princip alltid ett LC-filter så dioden får kontinuerlig likström - högre frekvens är normalt bara fördel då filtret fungerar bättre.
Förlusterna i transistorn ökar dock också med frekvensen - så det brukar va optimalt att lägga sig så högt man kan och ändå få en bra verkningsgrad (ofta brukar det bli PWM-frekvenser på över 50 kHz vid dom här låga effekterna).

Dock så föredrar man ofta linjära regulatorer för känslig elektronik eftersom det är den allra "tystaste" tekniken störningsmässigt (även om verkningsgraden är dålig). Men lysdioder är ju knappast så känsliga att det har nån betydelse

I små switchregulatorer (t ex mobilladdare) lägger man numera gärna switchfrekvensen strax under 50 kHz. Detta för att EMC-bestämmelserna för elektroniska småprylar i största allmänhet har krav på ledningsbunden störning från 150 kHz och uppåt, ofta är tredje tonen (alltså andra övertonen, tre gånger switchfrekvensen) den som är svårast ur störningssynpunkt och på det sättet får man den utanför det frekvensområde där kravet gäller.

Men i EMC-kraven för belysningsutrustning börjar man av någon anledning mäta ledningsbunden störning redan vid 9 kHz. Och filterkomponenter för att hålla ner störningar i området på något tiotal kHz blir mycket större och dyrare än för tio gånger högre frekvens, så därför kan jag tänka mig att man gärna lägger switchfrekvensen så lågt att det ändå knappt blir några märkbara övertoner över 9 kHz, och på så sätt kan spara in filter helt och hållet. Och så får känsliga ögon finna sig i flimmer istället.

Om man ser på enkla switchregulatorer "buck converters", alltså med en transistor och LC-filter i serie med lasten, så ska man inte glömma bort den s k frihjulsdioden. I Electrums schema skulle den vara inritad mellan transistorns emitter och jord. Den kan vara en stor bov ur störsynpunkt, det är viktigt att den jordas till samma punkt som filterkondensatorerna både före och efter regulatorn. Om det är en "seg" diod med lång efterledningstid (recovery time) så kan dioden själv ge högfrekventa störningar ifrån sig som kan vara svåra att bli av med, det kan t ex behövas RC-nät parallellt med dioden eller spolen i LC-filtret, eller en en mycket liten induktans i serie med dioden. Det är också viktigt att dimensionera omvandlaren så att spolen aldrig blir helt strömlös, det måste alltid flyta ström genom antingen transistorn eller frihjulsdioden. Om omvandlaren går med relativt låg switchfrekvens och låg pulskvot (duty cycle) så kan det inträffa att den lagrade energin i spolen tar slut innan transistorn börjar leda nästa gång, och just i ögonblicket när frihjulsdioden blir strömlös kan det spridas störningar. Man undviker detta genom att se till att spolen har tillräckligt stor induktans i förhållande till switchfrekvensen, men det kan såklart vara frestande att snåla eftersom spolen ofta är omvandlarens största och dyraste komponent. En spole med onödigt stor induktans har säkert också hög DC-resistans, vilket drar ner verkningsgraden.

Ride84XL skrev: Spänningsfallet över transistorn kan man ju normalt dimensionera så det blir proportionellt litet (välja rätt typ av transistor för den spänning man har)

Nej, så fungerar det inte.
Den enda dimensioneringen av transistorn i en seriereglering man kan göra är att välja så transistorn tål spänningsfallet över sig, strömmen genom och effektutvecklingen.
(Ja man kan ju också välja en lämplig råförstärkning (hfe) för att om möjligt slippa en drivare)
Spänningsfallet över transistorn är ju vad det är ; det är som max inspänningen - utspänningen vid lägsta utspänning.
Och maxströmmen hittar man vid max utspänning.
Och effekten är lastberoende, men ligger typiskt någonstans omkring halv utspänning.

Så transistorn dimensionerar inte spänningsfallet, utan måste väljas utifrån vilket spänningsfall man måste ha i applikationen.

och är det en "riktig" omvandlare (vilket det i princip måste va om det ska va en konstantströmsmatning) som inte bara slår på och av dioden direkt så har man i princip alltid ett LC-filter så dioden får kontinuerlig likström - högre frekvens är normalt bara fördel då filtret fungerar bättre.

Är det PWM så slår det av och på, ofta med en relativt hög frekvens.
Någon form av lågpassfilter är vanligt, men behövs inte i alla applikationer.

Man säger nog (kanske lite slarvigt) att man kan göra både konstantströmsgeneratorer likväl som konstantspänningsgeneratorer både med linjär teknik som med switchad teknik.
En lite sämre utförd med linjär teknik är inte fri från ström/spännings-variationer, en bra utförd switchad har väldigt jämn spänning/ström. Men dock alltid lite rippel. Man gör den ju typiskt inte bättre än applikationen kräver.

Men jag håller med i vad du skrev i föregående stycke.

Förlusterna i transistorn ökar dock också med frekvensen - så det brukar va optimalt att lägga sig så högt man kan och ändå få en bra verkningsgrad (ofta brukar det bli PWM-frekvenser på över 50 kHz vid dom här låga effekterna).

Ja precis så är.
Det blir väldigt låg förlusteffekt i transistorn vid helt öppen eller helt stängt. Men under själva switchningen så är det hög effektutveckling en mycket kort tid. Och höjer man switchfrekvensen så blir det samma effektutveckling, men fler ggr per sekund.
Här väljer man snabba transistorer, dvs MOS-FET med lägre kapacitans på gaten, BJT som blir mättade av mindre laddning osv.

Så lägre frekvens ger mindre värme, och snällare EMC-beteende. Men samtidigt sämre jämnhet på utspänningen och dyrare filtrering efter switchen.

Dock så föredrar man ofta linjära regulatorer för känslig elektronik eftersom det är den allra "tystaste" tekniken störningsmässigt (även om verkningsgraden är dålig). Men lysdioder är ju knappast så känsliga att det har nån betydelse

Ja. Men switchat har blivit riktigt bra idag. Så det är ganska sällan att man därför måste välja linjärreglering.
Men visst finns det behovet ibland.

Torbjörn Forsman skrev: Om man ser på enkla switchregulatorer "buck converters", alltså med en transistor och LC-filter i serie med lasten, så ska man inte glömma bort den s k frihjulsdioden. I Electrums schema skulle den vara inritad mellan transistorns emitter och jord.

Ja nu var det schemat över en linjär seriereglering.
Så därför finns det naturligtvis ingen frihjulsdiod.

Här är ett enkelt schema som visar hur en enkel sekundärswitchad nätagg kan vara utformat.
Nu är det en IC, men i denna finns det alltså en snabb switchtransistor på utgången som matar PWM-pulser mot D1 som är frihjulsdioden och utgångsfiltret som består av L1 och C2.
I IC-kretsen finns det dessutom den elektronik som styr PWM'en för att utgöra regleringen.

Denna slideshow i PDF är faktiskt en hyggligt bra snabbgenomgång av spänningsaggregat, både switchade och linjära.
www.eit.lth.se/fileadmin/eit/courses/ess.../ht2/HT2013_fsw1.pdf

Ett litet litet mått av elektronik och elkunnande krävs nog dock för att förstå vissa delar av dokumentet.

Electrum skrev:

Ride84XL skrev: Spänningsfallet över transistorn kan man ju normalt dimensionera så det blir proportionellt litet (välja rätt typ av transistor för den spänning man har)

Nej, så fungerar det inte.
Den enda dimensioneringen av transistorn i en seriereglering man kan göra är att välja så transistorn tål spänningsfallet över sig, strömmen genom och effektutvecklingen.
(Ja man kan ju också välja en lämplig råförstärkning (hfe) för att om möjligt slippa en drivare)
Spänningsfallet över transistorn är ju vad det är ; det är som max inspänningen - utspänningen vid lägsta utspänning.
Och maxströmmen hittar man vid max utspänning.
Och effekten är lastberoende, men ligger typiskt någonstans omkring halv utspänning.

Så transistorn dimensionerar inte spänningsfallet, utan måste väljas utifrån vilket spänningsfall man måste ha i applikationen.

Jo med en linjär regulator så är det ju så - men med en switchande regulator är ju transistorn fullt på eller fullt av. Men även när transistorn är fullt på så har man ju ett litet spänningsfall och det är ju olika stort beroende på typ av transistor och vilken spänning och effekt den är konstruerad för samt hur mycket ström som passerar. Vanligtvis ligger det på allt från några tiondels volt (på tex MOSFET eller bipolära transistorer för låga spänningar) upp till ca 2-3 V (för IGBT och MOSFET med genomslagsspänning på >1000 V). Därav blir det ju en liten förlust - men väljer man rätt transistor för applikationen blir ju den förlusten proportionellt sett väldigt liten. Trodde det var det du menade. Men sen tillkommer ju till och frånslagen ovanpå den (förlusterna p g a dom dom ökar ju med frekvensen)

Bumpar tråden lite!

PWM-tekniken går att förfina och jag har läst om det innan men det är väldigt dåligt med info på nätet.

Traditionell dimring med PWM innebär av och på i en hög frekvens vilket ger flimmer för oss (inklusive mig) med känsliga ögon.

Den förfinade tekniken är istället för av/på en digital efterliknelse av glödtråden i en glödlampa. I den är det som bekant en svängning på 50 Hz men flimret uteblir för att tråden inte hinner sluta glöda mellan svängningarna.

Precis så kan PWM användas också. Istället för AV-PÅ-AV-PÅ-AV-PÅ-AV kan identisk ljusmängd uppnås genom en lågnivå samt en peak.

Exempel: LÅG-LÅG-PEAK-LÅG-LÅG-PEAK-LÅG-LÅG-PEAK.

Hoppas ni förstår hur jag menar. Det skulle innebära att ljuset aldrig slocknar helt och således eliminerar flimmer markant. Gissningsvis är tekniken inte lönsam att producera eftersom jag inte kan hitta ett sådant alternativ. Det finns dock garanterat en kundbas för detta som vill slippa flimmer men ändå använda dimbar LED.

Någon som vet mer eller har synpunkter?
Mvh Kaj