Schaltfrequenz von LEDs, was ist sinnvoll

    Moin zusammen,

    ich bin im Moment dabei meine Aquariumbeleuchten zu "revidieren", bzw. neu zu machen. Im Moment verwende ich die Boost-Treiber von PCB-Components (ehemals ledtreiber.de) Leider hat der Laden zugemacht :(

    Also, Boost-Treiber mit 1,5A, Cree XM LEDs in Kaltweiß und Warmweiß in mehreren Strängen, 24V Eingangsspannung. Nun ist eins der Treber (von drei insgesamt) am Verrecken und da dachte ich mir, machst halt mal alles neu. Die LEDs sehen jetzt auch nicht mehr ganz so frisch aus.

    Nun wollte ich fragen, was ist eine sinnvolle Schaltfrequenz für die LEDs. Die Treiber ICs gehen da Bereiche von mehreren MHz.

    Aber was ich wirklich sinnvoll?

    Danke im Voraus :)

    Grüße
    Heinrich

    Hi,

    Moin aus Stuttgart - schäm dich :D

    Sinnvoll für was? Meinst du Effizienz , die Fische oder was ganz anderes.

    Wenn es nach üblicher Definition geht: möglichst hoch, heißt möglichst klein und damit möglichst wenig Kosten.

    Tja, gute Frage. Über 100 Hz ist es für die meisten Menschen flimmerfrei. Welche Bildwiederholfrequenz nehmen Fische wahr, um sie nicht zu stressn?

    Das andere Ende der Fahnenstange ist die Hardware. Ein (gemächlicher) Schaltregler der mit 100 KHz taktet, bei dem ist es sinnlos, mit einer PWM Frequenz in ähnlicher Größenordnung takten zu wollen. Faktor 100 sollte man schon mindestens unter der Schaltfrequenz bleiben, um überhaupt einen sinnvollen Regelumfang (1%, oder besser) zu haben, denn das Auge reagiert bekanntlich logarithmisch auf Helligkeit. Außerdem spielt bei hohen PWM Frequenzen dann schon die Umladung der Gate-Kapazitäten bei Power-MOSFETs eine Rolle, wenn du Stripes oder Power LEDs nicht über den Treiber dimmen kannst. Und ehe ich da Handstände machen muß, wie Gate-Treiber, würde ich nicht ohne Not über 3 stellige Hz Werte hinausgehen.

    Für die Jüngeren: Led Zeppelin ist KEIN beleuchtetes Luftschiff! :D

    Zitat von HeinrichG

    Nun wollte ich fragen, was ist eine sinnvolle Schaltfrequenz für die LEDs. Die Treiber ICs gehen da Bereiche von mehreren MHz.

    Du verwechselst die PWM-Frequenz, mit denen die LEDs angesteuert werden, mit der internen Schaltfrequenz der Treiber-ICs.

    Bei der Schaltfrequenz gibt es einen Sweetspot bei Wirkungsgrad des Wandlers und Kosten der Speicherdrossel. Bei höherer Schaltfrequenz wird zwar die Drossel kleiner und billiger, dafür aber sinkt der Wirkungsgrad. Die Schaltfrequenz wird *nicht* an die LEDs weitergegeben!

    Die viel niedrigere PWM-Frequenz liegt dann an den LEDs an, wenn der Treiber per PWM gedimmt wird. Auch bei den viel verwendeten Meanwell LDDS und Recom RCDs Konstantstromquellen.

    Bei der PWM-Frequenz, also die Dimm-Frequenz die an die LEDs weitergereicht wird, sehe ich 300 Hz als unterste Grenze. Dieses Paper behandelt die potenziellen biologischen und ökologischen Auswirkungen von flackerndem künstlichem Licht auf verschiedene Tierarten und deren Wahrnehmung. Selbst LED-Licht mit Flicker-Frequenzen von bis zu 200 Hz kann neurologische Effekte hervorrufen, die nicht bewusst wahrgenommen werden, aber messbare physiologische und neurologische Veränderungen verursachen können. Ich sehe 100 Hz noch aus den Augenwinkeln.

    Der in Aquaristikkreisen weit verbreitete TC420/TC421 schaltet übrigens mit 300 Hz.

    Zitat von Superluminal

    Außerdem spielt bei hohen PWM Frequenzen dann schon die Umladung der Gate-Kapazitäten bei Power-MOSFETs eine Rolle, wenn du Stripes oder Power LEDs nicht über den Treiber dimmen kannst.

    Ich bitte dich. Alles unter 100 kHz ist für MOSFETs Gleichstrom.

    终结很近。

    Zitat von Cossart

    Du verwechselst die PWM-Frequenz, mit denen die LEDs angesteuert werden, mit der internen Schaltfrequenz der Treiber-ICs.

    Nein, ich meine wirklich die Schaltfrequenz des Treibers, nicht die PWM Frequenz.

    Ein Wald-und-Wiesen IC wie der LT3761 geht bis 1MHz, (adjustable switching frequency 100kHz to 1MHz) oder der TI LP8868 geht bis 2,2MHz.

    Superluminal und dottoreD Sinnvoll bedeutet einfach, dass "P/L" stimmt. Sprich keine Handschtände um irgendwas zu erreichen, was kein Mensch (in dem Fall Fisch) braucht, ohne das 30% als Umgebungserwärmung verheizt werden (also halbwegs effizient)... Die Platinengröße ist absolut egal, ich mag keine gequetschten Layouts, absolut unnötig,

    100Hz sind nicht immer flimmerfrei, sondern je nach Blickwinkel. Die 100Hz sieht man "im Augenwinkel" sehr gut. Das andere Problem der Schaltregler sprichst Du ja auch an, Gatekapazität, bei "zu hoher" Schaltfrequenz, glüht der ganze Spaß, also braucht auch keiner. Die Treiber, die ich mir bis jetzt angeschaut habe, nutzen in der App Note überwiegend die OptiMos FETs von Infineon, scheinen für diese Aufgabe das Passende zu sein. Der TI LP8868 braucht gar keinen externen FET, nur ein Sack voll Widerstände, Induktion, ein paar Kerkos... Das ist auch ganz cool. Glaube, den schaue ich mir genauer an.

    Grüße
    Heinrich

    Zitat von HeinrichG

    Nein, ich meine wirklich die Schaltfrequenz des Treibers, nicht die PWM Frequenz.

    Das habe dann vermutlich nicht nur ich missverstanden.

    Ich verwende gerne in meinen Projekten Eigenbautreiber. Bei Strömen bis 750 mA die Stepdown SCT 2932 und AL8808 (pinkompartibel) und wenn etwas mehr Power gebraucht wird: Stepdown XL3005 (bis 5A) und Step Up XL6006 (ebenfalls bis 5A, aber von der Eingangsspannung)

    Und bei kleinen Spannungen (Akkuversorgung, eine Zelle) den PAM2804. Der kann, je nach Spannungsdifferenz sowohl als Schaltregler, als auch als low drop Linearregler arbeiten (automatisch)

    Für die Jüngeren: Led Zeppelin ist KEIN beleuchtetes Luftschiff! :D

    ich versuche es mal mit geänderter Fragestellung: was ist deine eigentliche Intention?

    - einen step-up Wandler 24V=>xx mA@ yy V mit von mir aus 90% Effizienz eimsetzen um deine LEDs zu betreiben?

    - obiges, aber unbedingt alles von Grund auf (inkl. Platine) selber machen? (wobei sich da auch die Frage nach dem eigentllichen warum stellt)

    Und dann die Feinheiten: nur boost sprich 100% oder auch PWM Dimmung? Und da wird es dann wieder spannend: Frequenz / Ratio

    Die Frequenz des Schaltwandlers wäre das, worum ich mir zum Schluß Gedanken machen würde.

    Zitat von Cossart

    Die ist doch absolut Wumpe, weil sie nicht an die angeschlossenen LEDs weitergereicht wird.

    Ok, ich nehme meine ziemlich schnippische Antwort von gestern zurück.

    Nachdem die Platinengröße keine Rolle, würde ich die Schaltfrequenz so niedrig wie möglich wählen. Warum? Je höher die Schaltfrequenz, desto mehr Ärger handelst du dir mit EMV ein, desto mehr spielen Leiterinduktivitäten und andere parasitäre Effekte eine Rolle, usf. Bei einer niedrigeren Frequenz brauchst du zwar eine größere und damit teurere Speicherdrossel, hast aber weniger Scherereien.

    终结很近。

    Zitat von Cossart

    Die ist doch absolut Wumpe, weil sie nicht an die angeschlossenen LEDs weitergereicht wird. Ich verstehe deine Fragerei danach nicht.

    Datenblatt LT8868:

    Datenblatt LT3518:

    Zitat von dottoreD

    ich versuche es mal mit geänderter Fragestellung: was ist deine eigentliche Intention?

    - einen step-up Wandler 24V=>xx mA@ yy V mit von mir aus 90% Effizienz eimsetzen um deine LEDs zu betreiben?

    Korrekt.

    Zitat von dottoreD

    - obiges, aber unbedingt alles von Grund auf (inkl. Platine) selber machen?

    Korrekt.

    Zitat von dottoreD

    (wobei sich da auch die Frage nach dem eigentllichen warum stellt)

    weil es möglich ist

    weil ich was lernen will

    weil ich Bock am basteln habe

    weil Hobby

    weil Gründe

    Zitat von dottoreD

    Und dann die Feinheiten: nur boost sprich 100% oder auch PWM Dimmung? Und da wird es dann wieder spannend: Frequenz / Ratio

    PWM-gedimmt, max 5KHz, Ratio weiß ich noch nicht.

    Zitat von dottoreD

    Die Frequenz des Schaltwandlers wäre das, worum ich mir zum Schluß Gedanken machen würde.

    Nein... dafür hat es zu große Auswirkungen auf weitere Bauteile und das Layout, man sollte sich da schon eher entscheiden... Meine Meinung.

    Zitat von Cossart

    Nachdem die Platinengröße keine Rolle, würde ich die Schaltfrequenz so niedrig wie möglich wählen. Warum? Je höher die Schaltfrequenz, desto mehr Ärger handelst du dir mit EMV ein, desto mehr spielen Leiterinduktivitäten und andere parasitäre Effekte eine Rolle, usf. Bei einer niedrigeren Frequenz brauchst du zwar eine größere und damit teurere Speicherdrossel, hast aber weniger Scherereien.

    Danke. Also dasselbe was ich weiter oben schon aus den Datenblätter gezogen habe. So viel zum Thema "ist doch wumpe"... wenn es so wäre, wäre dieser Wert einfach fest. ;)

    @Topic: Der Treiber wird ein LP8868-Q1, LP8868XQDMTRQ1 (Boost mit Spread Spectrum).

    Grüße
    Heinrich

    Danke, das hilft.

    Nur der Punkt Spannung und Strom (Leistung) ist noch nicht geklärt.

    Da der Chip ja wohl feststeht (darf man fragen weshalb die Wahl darauf gefallen ist? Für den Einsatzzweck hätte ich andere präferiert wie TPS932655)

    , sonst hätte ich empfohlen mal die von Kollege Superluminal hier vorgestellten getaktete KSQs anzuschauen. Weiß auf Anhieb aber nicht ob da auch Boost dabei war.

    Ansonsten würde ich es machen wie sonst üblich in der Branche: bleib soweit möglich an der Applikation und Layout Vorschlag, beides gibt es ja für den Chip. Damit hätte sich die Frage im Titel auch geklärt: 400kHz

    Und halte uns über den Fortschritt auf dem Laufenden, ist allemal spannend zu sehen.

    dottoreD Ich bediene mich gern im Automotiv-Katalog und der Chip für mich gepasst. Ich mag sehr gern die "hochintegrierte" Chips, mit minimalen Außenbeschaltung und da sind die Automotiv-Chips schon sehr cool. Der TPS923655 ist dem LP8868-Q1 sehr ähnlich, auf den ersten Blick.

    Cossart Ich habe eine Heißluftlötstation, damit geht es.

    Aber es geht auch ohne. Ich mache immer zweilagige (mindestens) Platinen, wo beide Seiten GND-Flächen sind (Polygone) und dann halt routen. Dann wenn ich die Thermal Pads habe, setze ich einpar ein paar etwas größere Vias drauf (bei den Chip, wo ich bis jetzt am Wickel hatte war Thermal Pad Ground), möglichst nah an den Ecken und dann halt mehrere in der Mitte, je nach der Form vom Pad. Und dann flute sie mit dem Lot, fertig.

    Grüße
    Heinrich

    Zitat von Cossart

    Du meinst den TPS923655, nicht? Frage an euch beide: Wie kriegt ihr vernünftig das Thermal Pad mit der Platine verlötet?

    Korrekt

    dito, Heißluft. Gibt nur Probleme wenn eine zusätzliche Fläche über Vias angeschlossen sind die zuviel Wärme saugt. Den Fall hatte ich bisher aber nur einmal, da hat Zusatzwärme von unten (auf Heizplatte aufgelegt) geholfen

    Wenn das Thermalpad unter dem Chip rausschaut, ist ein Lötkolben mit nicht zuwenig Watt tatsächlich eine gute Option.

    Zitat von Cossart

    Das Evaluationsmodul zumTPS92365x ist immerhin ein 4-Lagen-Multilayer…

    Und 3 von 4 fast nur Masse. Genau das hat mich von Versuchen mit dem Teil bisher abgehalten.


    Zitat von HeinrichG

    Der TPS923655 ist dem LP8868-Q1 sehr ähnlich, auf den ersten Blick.

    Nur auf den ersten Blick. Das ist für mich ein Argument, Zitat: Dimming method Analog, PWM, Hybrid, Flexible

    Hybrid and flexible dimming (2,000:1 at 20kHz PWM, 10,000:1 at 4kHz PWM, 1,000,000:1 at 120Hz PWM)

    Zitat von dottoreD

    Gibt nur Probleme wenn eine zusätzliche Fläche über Vias angeschlossen sind die zuviel Wärme saugt. Den Fall hatte ich bisher aber nur einmal, da hat Zusatzwärme von unten (auf Heizplatte aufgelegt) geholfen

    Halt, langsam.

    Bei Heißluft gibt es keine Vias und sonstwas. Bei Heißluft wird thermal pad ganz normal verlötet.

    Die Vias mit dem bottom layer gibt es nur, wenn ich mit dem Lötkolben rumhantiere, ohne Heißluft.

    Also:

    • Heißluft ja: einfach drauf löten.
    • Heißluft nein: Vias.
    Zitat von dottoreD

    Und 3 von 4 fast nur Masse. Genau das hat mich von Versuchen mit dem Teil bisher abgehalten.

    Weswegen?

    Eine 4-layer Platine ist einfacher zu routen als eine 2-layer, finde ich.

    Ich habe schon ein paar 4-layer Platinen gemacht. TOP und BOTTOM ein GND-Polygon, dann "inner layer 1" (unter dem top) ist VCC (also +3,3v oder 5v) und "inner layer 2" ist ebenfalls GND. Die Signale habe ich nur auf dem TOP und BOTTOM geroutet, die inneren Layler sind geschlossen, bis auf die Vias natürlich.

    Zitat von dottoreD

    Nur auf den ersten Blick. Das ist für mich ein Argument, Zitat: Dimming method Analog, PWM, Hybrid, Flexible

    Hybrid and flexible dimming (2,000:1 at 20kHz PWM, 10,000:1 at 4kHz PWM, 1,000,000:1 at 120Hz PWM)

    Okay, dann schaue ich mir in mal an. Die Frage ist halt, inwiefern ist dieses 1000000:1 sinnvoll...

    Grüße
    Heinrich

    Zitat von HeinrichG

    Bei Heißluft wird thermal pad ganz normal verlötet.

    Äh, wie? Du hast dir das Beispiellayout des EVM aber schon angesehen? Da sind Vias im Thermal Pad.

    Zitat

    Eine 4-layer Platine ist einfacher zu routen als eine 2-layer, finde ich.

    Klar, man hat ja zwei Layer mehr zur Verfügung. Nur: Ein doppelseitiges Layout kriegt man noch mit Hausmitteln hin, für 4 Lagen brauchst du PCBWay, JLCPCB oder andere Lohnfertiger.

    终结很近。

    Ich dachte Deine Frage zu thermal pads ist allgemein, ohne den Bezug auf das EVM Layout, daher habe ich sie allgemein beantwrotet.

    Platinen: ich lasse meine Platinen schon immer fertigen, früher bei Oshpark und seit ca 5 Jahren nur noch bei Aisler, beide mega gut und absolut zu empfehlen.

    Grüße
    Heinrich

    Zitat von HeinrichG

    … und seit ca 5 Jahren nur noch bei Aisler, beide mega gut und absolut zu empfehlen.

    Aisler ist halt doppelt so teuer wie JLCPCB. Gut finde ich bei Aisler die Resourcenschonung, bei JLCPCB kriegt man immer mindestens 5, obwohl man nur eine oder zwei braucht, bei Aisler nur 3 PCBs.

    终结很近。

    Ja, das ist leider oft das Problem, dass man nur eine Platine braucht und der Rest fliegt im Schrank rum, zum Wegschmeißen ist es zu schade (weil Ressourcen und so). Oshpark liefert auch drei Platinen (wenn ich es noch richtig im Kopf habe), die PCB Farbe ist cool, aber die Lieferzeiten von USA nach D sind halt schon auch knackig. Die Qualität ist aber top, sehr transparent, kundenfreundlich, man kann noch Zeig nachliefern, wenn was falsch oder so.

    Ich nutze gern Aisler, weil sie Mega kundenorientiert sind, den Felix kann man oft mit Fragen nerven, transparent, sehr gute Qualität abliefern, die DRU und etc. passen und stimmen. Da können sie auch etwas teuerer sein.

    Grüße
    Heinrich