Gibt es einen Unterschied wenn man eine LED per PWM oder über den Strom dimmt?

    Gibt es einen Unterschied wenn man eine LED per PWM oder über den Strom dimmt?

    Hi,
    gibt es einen Unterschied, abgesehen vom Flimmern, zwischen einer LED, die man mit Nennspannung/strom betreibt und durch PWM dimmt und einer LED, bei der man den Strom reduziert? Ich meine im Speziellen Sachen wie Wirkungsgrad, Farbtemperatur usw.

    Das würde mich mal interessieren

    Schönen Brückentag
    Markus
    Der Wirkungsgrad hängt vom Strom ab - bei einer Dimmung mit PWM verändert sich der Strom nicht, der wird ja "nur" gepulst. Daher passt die Aussage schon.
    A Christian telling an atheist he is going to Hell is about as scary as a small child telling an adult they wont get any presents from Santa.
    Bin kein RGB-Freund
    Theoretisch müßte der Wirkungsgrad bei PWM Dimmung, je weiter runtergedimmt wird, ebenfalls besser werden. Zwar nicht ganz so gut, wie bei äquivalenter Verringerung des Stromes, aber er müßte besser werden.
    Als Grund dafür sehe ich die geringere thermische Belastung der LED durch die Auskühlphasen und die integrierende Wirkung (durch die Masse) über die Zeit.
    Nicht ganz so gut, wie bei der Verringerung das Stromes deswegen, weil die Flusspannung bei höherem Strom größer ist.
    Für die Jüngeren: Led Zeppelin ist KEIN beleuchtetes Luftschiff! :D

    dottoreD schrieb:


    Ist das deine Meinung oder gibt es dafür belastbare Daten?

    Ja, gibt es, ein Blick in ein x-beliebiges Datenblatt würde dir das bestätigen. Beispielhaft habe ich früher im Forum schon mal eins gezeigt.

    Du kannst gerne selber mit dem Cree Product Characterization Tool spielen und nein, für den Abfall der Lichtausbeute mit steigendem Strom ist nicht alleine die ebenfalls ansteigende Vorwärtsspannung verantwortlich.
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    结局很近。

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    Cossart schrieb:


    Ja, gibt es, ein Blick in ein x-beliebiges Datenblatt würde dir das bestätigen. Beispielhaft habe ich früher im Forum schon mal eins gezeigt.


    OK, ich entnehme der Antwort, dass du KEINE belastbare Daten dafür hast, sondern das deine Meinung ist. Ich hatte das ja explizit auf die Dimmung per PWM bezogen. X-beliebige Datenblätter enthalten meist I/lm und I/U Diagramme oder Tabellen, Wirkungsgrade ausrechnen kann ich selber. Da braucht es kein Tool dazu.

    Was weder da noch dort steht, ist, ob der Strom analog oder digital (per PWM) oder irgendwas dazwischen wie schlecht geglätteter Ausgang eines x-beliebigen Netzteils aufgegeben wird. Und genau darauf bezog sich ja die Frage.

    L4M4 schrieb:

    Der Wirkungsgrad hängt vom Strom ab - bei einer Dimmung mit PWM verändert sich der Strom nicht, der wird ja "nur" gepulst. Daher passt die Aussage schon.


    Man darf LEDs nicht als ideales Bauelement ansehen. Bei 1Hz Pulsen würde ich der Aussage noch zustimmen, aber da das ja keiner macht, sondern eher 200-1000Hz typisch sind, kann man das nicht mehr ausschließlich statisch betrachten.

    Superluminal schrieb:

    Theoretisch müßte der Wirkungsgrad bei PWM Dimmung, je weiter runtergedimmt wird, ebenfalls besser werden. Zwar nicht ganz so gut, wie bei äquivalenter Verringerung des Stromes, aber er müßte besser werden.
    Als Grund dafür sehe ich die geringere thermische Belastung der LED durch die Auskühlphasen und die integrierende Wirkung (durch die Masse) über die Zeit.
    Nicht ganz so gut, wie bei der Verringerung das Stromes deswegen, weil die Flusspannung bei höherem Strom größer ist.


    So in etwa sehe ich das auch. Aber deshalb die Frage nach DATEN deinerseits.

    Aus eigener Erfahrung (Daten!) weiß ich, daß blaue oder grüne LEDs beim pulsen mit Rechtecken (PWM) kein sauberes Rechteck als Helligkeitssignal abgeben, und sich auch deren Wellenlängenmaximum (leicht) verschiebt. Ich vermutete damals (~Jahr 2000) durch thermische Effekte / Erwärmung des Chips.

    dottoreD schrieb:

    Aus eigener Erfahrung (Daten!) weiß ich, daß blaue oder grüne LEDs beim pulsen mit Rechtecken (PWM) kein sauberes Rechteck als Helligkeitssignal abgeben

    Würde ich bei weiß und anderen Kunstfarben, die über Wandlerphospore generiert werden, verstehen. Stichwort Nachleuchtzeit. Bei LEDs, die die gewünschte Wellenlänge direkt im Halbleiter erzeugen, verwundert mich das.
    Oder misst du hier die Reaktionszeit der Photodiode? ;)
    Für die Jüngeren: Led Zeppelin ist KEIN beleuchtetes Luftschiff! :D

    Superluminal schrieb:

    Würde ich bei weiß und anderen Kunstfarben, die über Wandlerphospore generiert werden, verstehen. Stichwort Nachleuchtzeit. Bei LEDs, die die gewünschte Wellenlänge direkt im Halbleiter erzeugen, verwundert mich das.
    Oder misst du hier die Reaktionszeit der Photodiode? ;)


    Wenn ich das heute nochmal machen würde, hätte ich sicher auch Daten für die Reaktionszeit der Photodiode. Damals: Nein. Aber ich ging davon aus, dass diese bei einer BPW34B nicht der bestimmende Faktor ist.
    Der Verlauf war vergleichbar zur Ladekurve (Strom/Spannung) eines Kondensators, und hat sich auf einen stabilen Wert eingepegelt. Visuell war der Unterschied nicht erkennbar, messtechnisch schon. Änderung der Emission war kleiner 1 bis max. 5% (abhängig von der Wellenlänge), stabil von <10s bis 10min.
    "Aus" war für mich uninteressant, aber das Signal entsprach dem Rechteck. Kein Nachleuchten.
    Die BPW34 ist, soweit ich das in Erinnerung habe, eine PIN-Diode. Die sind schon sehr schnell und mit Schottkydioden vergleichbar. Einzig die lichtempfindliche Fläche ist recht groß und damit auch ihre parasitäre Kapazität. Allerdings ist das jammern auf hohem Niveau, das sollte sich im ns Bereich bewegen.
    Die Zeitspannen, von denen du redest, passen eigentlich eher zu thermischen Effekten.
    Für die Jüngeren: Led Zeppelin ist KEIN beleuchtetes Luftschiff! :D

    Superluminal schrieb:


    Theoretisch müßte der Wirkungsgrad bei PWM Dimmung, je weiter runtergedimmt wird, ebenfalls besser werden. Zwar nicht ganz so gut, wie bei äquivalenter Verringerung des Stromes, aber er müßte besser werden.
    Als Grund dafür sehe ich die geringere thermische Belastung der LED durch die Auskühlphasen und die integrierende Wirkung (durch die Masse) über die Zeit.
    Nicht ganz so gut, wie bei der Verringerung das Stromes deswegen, weil die Flusspannung bei höherem Strom größer ist.

    Hallo,
    es gibt da edliche Effekte, welche Einfluß auf den Wirkungsgrad haben.

    Mit zunehmenden Strom (DC, kein PWM) wird natürlich der Chip wärmer und es gibt dadurch eine gewisses Verringerung der Helligkeit infolge thermischen Deratings.
    siehe z.B. hier S. 5 unten:
    cree.com/led-components/media/documents/XLampXML-11E.pdf
    Es gibt auch Halbleiterphys. Effekte, so z.B. die abnehmende Quanteneffizienz bei höhen Strömen.
    Außerdem steigen mit zunehmenden Strom die Leitungsverluste und die Flußspannung im Chip nimmt natürlich auch zwangsläufig zu, weil es ja eine Dode ist.
    -> siehe Datasheet S.5 oben auch hier:
    wirsindheller.de/Dimmen-von-LE…r-Dimmverfahren.91.0.html
    oder auch hier (unten Kennnlinie für blaue LED):
    leifiphysik.de/elektronik/halbleiterdiode/versuche
    Allerdings sinkt mit zunehmernder Temp. auch die Flußspannung des Chip (ca. -2.1mV/K -> bei 80K also ca. -0,17V ).

    Das thermische Derating (stark abhängig von Kühlung) und die zunehmende Flußspannung sind aber in der Regel die hauptsächlichen Parameter mit dem stärksten Einfluß für den abnehmenden Wirkungsgrad.

    Bei analoger Dimmung nimmt dann zwar hauptsächlich die Flußspannung ab, aber das macht am Ende meist keinen besseren Wirkungsgrad,
    weil die Restspannung dann eben im Vorwiderstand bzw. in der analogen Stromquelle verheißt wird.

    Nur mit einer analogen Dimmung per Schaltregler-KSQ kann dieser Vorteil tatsächlich ausgenutzt werden.

    Das thermische Derating ist bei PWM und analoger Dimmung grundsätzlich ähnlich. Die geringen Unterschiede wegen der Flußspannung verursachen sicher nur eine geringe Temp-Diff.

    Was die Farbverschiebungen angeht, so gibt es da wohl Unterschiede bei verschiedenen Marken.
    Bei Cree sind solche Effekte nach meiner Erfahrung nicht wahrnehmbar. Es gibt aber auch seriöse Berichte, dass anderen Marken bei geringen Strömen ein z.B. sichtbaren Grünstich erkennen lassen.

    Was die Dynamik angeht hier ein paar konkrete Messwerte:
    mikrocontroller.net/topic/437970#5196868
    Zumindest für diverse HP-LED von Cree ist das Nachleuchten ziemlich vernachlässigbar, sofern man nicht extrem hohe PWM-Frequenzen nutzt.
    Gruß Helles Licht

    dottoreD schrieb:

    OK, ich entnehme der Antwort, dass du KEINE belastbare Daten dafür hast, sondern das deine Meinung ist.

    Daten aus dem Datenblatt sind schon etwas mehr als eine Meinung, findest du nicht auch?

    X-beliebige Datenblätter enthalten meist I/lm und I/U Diagramme oder Tabellen, …

    Eben!

    Wirkungsgrade ausrechnen kann ich selber.

    Schön :D . Dann ist es nur noch ein kleiner Schritt, die richtigen Schlüsse daraus zu ziehen. Wohlan, es ist auch gar nicht so schwer…

    Was weder da noch dort steht, ist, ob der Strom analog oder digital (per PWM) oder irgendwas dazwischen wie schlecht geglätteter Ausgang eines x-beliebigen Netzteils aufgegeben wird.

    Und jetzt wird's albern, merkst du das nicht selbst? Selbstverständlich werden solche Messungen unter standardisierten Bedingungen gemacht, sonst wären die Daten des Herstellers A ja nicht mit denen des Herstellers B vergleichbar. Im Gegensatz zu deiner Pfusch-Messung (wenn deine Messung richtig wäre, würde kein Optokoppler funktionieren) weiß man bei LEDs sehr genau, wie was gemessen wird.

    Messungen an konstantstromversorgten LEDs werden Gleichstrom (CIE 127:2007 und IEC 47E/418/CD:2011) mit einer Restwelligkeit kleiner 3 % (IEC 47E/418/CD:2011) durchgeführt. Die Impedanz der Stromversorgung muß so hoch sein, daß die Messung nicht beeinflusst wird (IEC 47E/418/CD:2011). Um den Einfluß der Temperaturerhöhung des Chips während der Messung weitgehend auszuschließen, wird die Messung üblicherweise mit einem einzelnen, nicht wiederholten Stromimpuls gemacht, die Impulslänge liegt üblicherweise im Bereich 20…50 ms (CIE 127:2007). Gemessen wird auch nicht während der gesamten Länge des Impulses, sondern erst etwa 10 ms (abhängig von der LED) nach Beginn. Das ist beschrieben beispielsweise in der DIN 5032-9, Anhang A.

    Warum reagierst du eigentlich so zickig? Was passt dir an der Aussage nicht, daß PWM-gedimmte LEDs einen schlechteren Wirkungsgrad besitzen als analog gedimmte?
    结局很近。

    Cossart schrieb:

    Um den Einfluß der Temperaturerhöhung des Chips während der Messung weitgehend auszuschließen, wird die Messung üblicherweise mit einem einzelnen, nicht wiederholten Stromimpuls gemacht, die Impulslänge liegt üblicherweise im Bereich 20…50 ms (CIE 127:2007). Gemessen wird auch nicht während der gesamten Länge des Impulses, sondern erst etwa 10 ms (abhängig von der LED) nach Beginn. Das ist beschrieben beispielsweise in der DIN 5032-9, Anhang A.


    Auch auf die Gefahr hin jetzt OT vom eigentlichen Thread zu werden, aber mir wurde diese Impulsmessung von einer Fa, die derlei Messequipment herstellt, so erklärt, das die LED durch den Impuls auf Betriebstemperatur (85°C) gebracht wird, um Farbwiedergabe und Helligkeit unter weitestgehend realen Bedingungen innerhalb kürzester Zeit ermitteln zu können.
    Für die Jüngeren: Led Zeppelin ist KEIN beleuchtetes Luftschiff! :D

    Cossart schrieb:

    Was passt dir an der Aussage nicht, daß PWM-gedimmte LEDs einen schlechteren Wirkungsgrad besitzen als analog gedimmte?


    Warum denn nicht gleich so. Oben sagtest du ja noch, der Wirkungsgrad ändert sich beim Dimmen nicht:

    Cossart schrieb:

    Ja: Bei analoger Dimmung steigt der Wirkungsgrad mit fallendem Strom, dafür ändert sich geringfügig (sehr geringfügig) der Farbort. Der bleibt bei PWM-Dimmung stabil, stabil bleibt da allerdings auch der Wirkungsgrad.


    HellesLicht schrieb:


    Das thermische Derating (stark abhängig von Kühlung) und die zunehmende Flußspannung sind aber in der Regel die hauptsächlichen Parameter mit dem stärksten Einfluß für den abnehmenden Wirkungsgrad.

    Bei analoger Dimmung nimmt dann zwar hauptsächlich die Flußspannung ab, aber das macht am Ende meist keinen besseren Wirkungsgrad,
    weil die Restspannung dann eben im Vorwiderstand bzw. in der analogen Stromquelle verheißt wird.

    Nur mit einer analogen Dimmung per Schaltregler-KSQ kann dieser Vorteil tatsächlich ausgenutzt werden.

    Das thermische Derating ist bei PWM und analoger Dimmung grundsätzlich ähnlich. Die geringen Unterschiede wegen der Flußspannung verursachen sicher nur eine geringe Temp-Diff.


    Kann man denn abschätzen, welcher der beiden Einflüsse überwiegt?