Smartyy86
03.02.2012, 00:33
Hier will ich euch mal etwas zur Pulsweitenmodulation, oder korrekt Pulsdauermodulation erklären, und wie ihr die negativen Effekte reduzieren und oder vermeiden könnt.
Hintergrund, Herkunft, Sinn und Folgen (könnt ihr gern überspringen ;)
Sie hat sich entwickelt nach der Frequenzmodulation (das ist der FM-Knopf am Radio ;)) sich aber nicht in der Nachrichtentechnik etabliert sondern in der Stromversorgung, den Übergang könnt ihr an Trafos (die schwarzen dicken Stecker) erkennen. Die alten Trafos von diversen Geräten, waren schwer und summten, und die Neuen sind furchtbar leicht, und fiepen manchmal ganz hochtönig. Die Neuen sind PWM-Trafos.
BSP.: Ich habe 12V bordspannung, und will eine LED benutzen. die LED braucht 3,7V, ich habe aber nur 12V. also benutzt man einen Vorwiderstand der die übringen 8,3V "verbrät". das ist in der Praxis einfach und gut umzusetzen. Das Wort verbraten ist ganz gut angebracht, weil der Widerstand "vernichtet" die Überflüssige Spannung in dem er sie in Wärme umwandelt. der LED im Auto sind die 3°C mehr, total wurscht, da eine LED kaum Strom benötigt. wenn jetz die Ströme aber größer werden, und die Abwärme mehr, dann wird das ganze schon fast unmöglich.
http://dl.dropbox.com/u/3159561/normal.png
der Orangene Bereich ist die Leistung der LED, der Blaue ist die Leistung im Widerstand die vernichtet wird.
BSP.: Ich habe 230V netzspannung, und will einen 300W deckenfluter benutzen, gedimmt auf 50%. ein vorwiderstand müsste 150W an leistung in wärme umwandeln (die hälfte), der widerstand wäre sehr groß, und sehr schnell sehr warm, euer stromanbieter bedankt sich.
Der Grund für die PWM war, Spannungen zu Regeln ohne Strom zu vernichten. in Netzteilen, in Dimmern etc. Vorteile: weniger Stromverbrauch, weniger Wärmeentwicklung.
Was letzendlich passiert:
Es gibt nur einen zustand in dem Strom "verbraten" wird, und das ist der Zustand, wenn ein Widerstand existiert, gibt es keinen Widerstand, fließt der Strom verlustfrei, ist der Widerstand unendlich hoch, fließt kein Strom, alles zwischendrin wird Strom verbraten. und genau diesen Vorteil nutzt die PWM aus.
Vergleich mit Wasserfluss:
Hahn auf: gut, kein widerstand
Hahn zu: gut, kein Stromfluss
Hahn halb auf: schlecht da widerstand.
Der Zustand "Hahn halb auf" soll vermieden werden, trotzdem soll nur die menge Wasser fließen wie bei "Hahn halb auf". Jetzt gibt es ein Ventil dass den Hahn 50mal Pro Sekunde komplett auf und zu macht, und zwar "unendlich schnell" d.h. der Zustand "Hahn halb auf" wird vermieden, und der Stromfluss passt. Genau das macht ein PWM-Regler.
Woher kommt das Flackern?
Die Spannung die ein PWM Regler ausgeben würde um die Spannung von 3,7V zu erzeugen (für die LED) sieht so aus:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM.png
Die Blauen Balken sind die, die aus dem PWM regler kommen, an den Balken hat der Regler den Widerstand 0, voller stromfluss, da wo die Balken fehlen, hat er den Widerstand "undendlich" kein stromfluss. und theoretisch, "im durchschnitt" haben wir die Orangene Fläche die wir haben möchten. Eigentlich. das ganze ist ja noch nicht fertig. Ähnlich wie man sich zusauen würde, wenn man den Wasserhahn immer voll auf und zudrehen würde, würde auch unsere spannung "versaut" aussehen, deswegen brauchen wir etwas das "puffert". Das macht ein Kondensator. Ein Kondensator ist eine "Ultrakurzzeitbatterie" er ist in der Lage kurz Strom aufzunehmen (und hält diese wenige sekundenbruchteile) und der sorgt dafür das aus den Blauen-Springbalken, soetwas herauskommt:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM-ex.png
diese Orangene Linie, die da um unsere Gewollte spannung tänzelt ist das was herauskommen würde. einer Softide ist das total Wurscht, die glimmt sowieso so träge, aber bei LED fällt das schon auf.
Mit der Schaltung am Ende sieht unsere Spannung dann viel tolliger aus, etwa so:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM-small.png
Was hat das mit den LEDs im Auto zu tun die Flackern beim an und Ausgehen?
Gedimmt wird inzwischen auch über PWM, etwa so:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM%20dimm%20ist.png
daher kommt der eigentliche name, durch Änderung (Modulierung) der Weite oder Breite der Pulse, wird die Absolute Spannung geregelt. Jedoch ist das was am ende Rauskommt, nicht sehr glatt. Nach unserer Schaltung jedoch wird diese sinkende Linie, Glatt wie ein Babypopo:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM%20dimm%20soll.png
Hintergedanke der Schaltung
Die LEDs Glimmen nicht nach, deswegen "füllen" sie nicht die Lücken der "Leeren" Pulse
LEDs brauchen sehr wenig Strom, d.h. wir können einen Kondensator als Stromspeicher benutzen.
Die Schaltung
Wir brauchen nur 2 Bausteine, eine Diode und einen Kondensator.
Diode: lässt Strom nur in eine richtung durch. die sorgt dafür, dass die Ladung von unserem Kondensator, bei einer Puls-Lücke nicht wieder in das ganze Restliche Auto "zurückgesogen" wird, sondern nur durch die LED kann.
Kondensator: Lädt sich zur Zeit eines Pulses auf, um die Ladung zur Zeit eines Fehlenden Pulses wiederabzugeben
http://dl.dropbox.com/u/3159561/modul.png
Das ganze ding ist Supereinfach zu bauen, und die Elemente kosten wenige Cent.
BSP für Bautteilwerte, für eine Lampe (z.b. Softide austausch-LED)
Kondensator: 16V 470µF
Diode: 1A
man kann auch ein Größeres Modul bauen und direkt an eine Licht-steuer Leitung aus dem LCM hängen um ein ganzen Kabelbus zu "glätten"
Ich werde bald ein paar Module bauen, und jemandem der Intresse hat Verschicken (warscheinlich nicht passend für den Lampensockel) aber zum testen und optimieren. Bilder vom Löten und Fertigem Modul folgen.
Dieses Modul ist auch in der Lage (für die Codier-Unwilligen) das Blitzen der Kaltlichtüberprüfung zu entfernen.
Hintergrund, Herkunft, Sinn und Folgen (könnt ihr gern überspringen ;)
Sie hat sich entwickelt nach der Frequenzmodulation (das ist der FM-Knopf am Radio ;)) sich aber nicht in der Nachrichtentechnik etabliert sondern in der Stromversorgung, den Übergang könnt ihr an Trafos (die schwarzen dicken Stecker) erkennen. Die alten Trafos von diversen Geräten, waren schwer und summten, und die Neuen sind furchtbar leicht, und fiepen manchmal ganz hochtönig. Die Neuen sind PWM-Trafos.
BSP.: Ich habe 12V bordspannung, und will eine LED benutzen. die LED braucht 3,7V, ich habe aber nur 12V. also benutzt man einen Vorwiderstand der die übringen 8,3V "verbrät". das ist in der Praxis einfach und gut umzusetzen. Das Wort verbraten ist ganz gut angebracht, weil der Widerstand "vernichtet" die Überflüssige Spannung in dem er sie in Wärme umwandelt. der LED im Auto sind die 3°C mehr, total wurscht, da eine LED kaum Strom benötigt. wenn jetz die Ströme aber größer werden, und die Abwärme mehr, dann wird das ganze schon fast unmöglich.
http://dl.dropbox.com/u/3159561/normal.png
der Orangene Bereich ist die Leistung der LED, der Blaue ist die Leistung im Widerstand die vernichtet wird.
BSP.: Ich habe 230V netzspannung, und will einen 300W deckenfluter benutzen, gedimmt auf 50%. ein vorwiderstand müsste 150W an leistung in wärme umwandeln (die hälfte), der widerstand wäre sehr groß, und sehr schnell sehr warm, euer stromanbieter bedankt sich.
Der Grund für die PWM war, Spannungen zu Regeln ohne Strom zu vernichten. in Netzteilen, in Dimmern etc. Vorteile: weniger Stromverbrauch, weniger Wärmeentwicklung.
Was letzendlich passiert:
Es gibt nur einen zustand in dem Strom "verbraten" wird, und das ist der Zustand, wenn ein Widerstand existiert, gibt es keinen Widerstand, fließt der Strom verlustfrei, ist der Widerstand unendlich hoch, fließt kein Strom, alles zwischendrin wird Strom verbraten. und genau diesen Vorteil nutzt die PWM aus.
Vergleich mit Wasserfluss:
Hahn auf: gut, kein widerstand
Hahn zu: gut, kein Stromfluss
Hahn halb auf: schlecht da widerstand.
Der Zustand "Hahn halb auf" soll vermieden werden, trotzdem soll nur die menge Wasser fließen wie bei "Hahn halb auf". Jetzt gibt es ein Ventil dass den Hahn 50mal Pro Sekunde komplett auf und zu macht, und zwar "unendlich schnell" d.h. der Zustand "Hahn halb auf" wird vermieden, und der Stromfluss passt. Genau das macht ein PWM-Regler.
Woher kommt das Flackern?
Die Spannung die ein PWM Regler ausgeben würde um die Spannung von 3,7V zu erzeugen (für die LED) sieht so aus:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM.png
Die Blauen Balken sind die, die aus dem PWM regler kommen, an den Balken hat der Regler den Widerstand 0, voller stromfluss, da wo die Balken fehlen, hat er den Widerstand "undendlich" kein stromfluss. und theoretisch, "im durchschnitt" haben wir die Orangene Fläche die wir haben möchten. Eigentlich. das ganze ist ja noch nicht fertig. Ähnlich wie man sich zusauen würde, wenn man den Wasserhahn immer voll auf und zudrehen würde, würde auch unsere spannung "versaut" aussehen, deswegen brauchen wir etwas das "puffert". Das macht ein Kondensator. Ein Kondensator ist eine "Ultrakurzzeitbatterie" er ist in der Lage kurz Strom aufzunehmen (und hält diese wenige sekundenbruchteile) und der sorgt dafür das aus den Blauen-Springbalken, soetwas herauskommt:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM-ex.png
diese Orangene Linie, die da um unsere Gewollte spannung tänzelt ist das was herauskommen würde. einer Softide ist das total Wurscht, die glimmt sowieso so träge, aber bei LED fällt das schon auf.
Mit der Schaltung am Ende sieht unsere Spannung dann viel tolliger aus, etwa so:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM-small.png
Was hat das mit den LEDs im Auto zu tun die Flackern beim an und Ausgehen?
Gedimmt wird inzwischen auch über PWM, etwa so:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM%20dimm%20ist.png
daher kommt der eigentliche name, durch Änderung (Modulierung) der Weite oder Breite der Pulse, wird die Absolute Spannung geregelt. Jedoch ist das was am ende Rauskommt, nicht sehr glatt. Nach unserer Schaltung jedoch wird diese sinkende Linie, Glatt wie ein Babypopo:
http://dl.dropbox.com/u/3159561/PWM%20dimm%20soll.png
Hintergedanke der Schaltung
Die LEDs Glimmen nicht nach, deswegen "füllen" sie nicht die Lücken der "Leeren" Pulse
LEDs brauchen sehr wenig Strom, d.h. wir können einen Kondensator als Stromspeicher benutzen.
Die Schaltung
Wir brauchen nur 2 Bausteine, eine Diode und einen Kondensator.
Diode: lässt Strom nur in eine richtung durch. die sorgt dafür, dass die Ladung von unserem Kondensator, bei einer Puls-Lücke nicht wieder in das ganze Restliche Auto "zurückgesogen" wird, sondern nur durch die LED kann.
Kondensator: Lädt sich zur Zeit eines Pulses auf, um die Ladung zur Zeit eines Fehlenden Pulses wiederabzugeben
http://dl.dropbox.com/u/3159561/modul.png
Das ganze ding ist Supereinfach zu bauen, und die Elemente kosten wenige Cent.
BSP für Bautteilwerte, für eine Lampe (z.b. Softide austausch-LED)
Kondensator: 16V 470µF
Diode: 1A
man kann auch ein Größeres Modul bauen und direkt an eine Licht-steuer Leitung aus dem LCM hängen um ein ganzen Kabelbus zu "glätten"
Ich werde bald ein paar Module bauen, und jemandem der Intresse hat Verschicken (warscheinlich nicht passend für den Lampensockel) aber zum testen und optimieren. Bilder vom Löten und Fertigem Modul folgen.
Dieses Modul ist auch in der Lage (für die Codier-Unwilligen) das Blitzen der Kaltlichtüberprüfung zu entfernen.