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Alt 03.02.2012, 00:33   #1
Smartyy86
'The Perforator'
 
Benutzerbild von Smartyy86
 
Registriert seit: 16.05.2011
Ort: Seeheim-Jugenheim
Fahrzeug: Ka eF Zett
Standard PWM - Pulsweitenmodulation oder "warum flackern die LEDs"

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.


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:



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:



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:




Was hat das mit den LEDs im Auto zu tun die Flackern beim an und Ausgehen?

Gedimmt wird inzwischen auch über PWM, etwa so:



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:



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



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.

Geändert von Smartyy86 (03.02.2012 um 10:28 Uhr).
Smartyy86 ist offline   Antwort Mit Zitat antworten
Alt 03.02.2012, 08:13   #2
warp735
Mr. Diesel
 
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Registriert seit: 22.12.2002
Ort: Südbaden
Fahrzeug: E65 760i, G30/1 530i+e
Standard

Toller Beitrag

Muss aber mal was hinterfragen. Das ist ja wegen der LEDs in den Türen entstanden, sprich Pfützenbeleuchtung.

Diese Lichter hängen am jeweiligen Türmodul und sind NICHT PWM geregelt. Sie hängen also am ganz normalen Stromnetz und flackern deshalb auch unregelmässig.
Ich glaub das wird hier grad verwechselt.

Ich hab zum Beispiel im Kofferraum und beim Standlicht inzwischen LEDs und dort wird mit PWM gefahren. Kein Flackern, kein Blitzen oder sonst was.
Das Problem besteht nur bei den ungeregelten Türen...


mfg Benni
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Alt 03.02.2012, 09:08   #3
IMANUEL
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Standard Hallo Smartyy86

Prima

Vielen Dank !


Gruss Manu
__________________
Heute ist der erste Tag vom Rest meines Lebens.
IMANUEL ist offline   Antwort Mit Zitat antworten
Alt 03.02.2012, 10:27   #4
Smartyy86
'The Perforator'
 
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Ort: Seeheim-Jugenheim
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ich werde probieren das thema so zu erweitern dass es so ziemlich jeden Fall abdeckt, war bisher sehr algemein gehalten.

Ob, und wie stark, PWM-geregelte LEDs flackern hängt davon ab welche Frequenz im PWM-Regler benutzt wird. Alles bis ca. 200Hz ist bei LEDs noch wahrnehmbar (z.b. 50Hz bei Neonröhren). LEDs sind jedoch so schnell das selbst mit über 100Hz getaktete PWM-LEDs noch wahrnehmbar flackern (v.a. aus dem Augenwinkel heraus).

Wenn man einen PWM-Regler mit etwa 1000Hz hat dann ist kein Flackern mehr wahrnehmbar.

Soweit ich das aus dem WDS herausgelesen habe sind die Spannungen aus dem Türmodul auch geregelt (evtl. nicht so gut). Jedoch hilft die o.g. Schaltung auch in dem Falle, da sie nicht "PWM-spezifisch" ist sondern einfach nur einen Puffer darstellt. Sie wird bei jeder , mit Gleichstrom Betriebenen, Beluchtung das Flacker Reduzieren bis Aufheben.

Leute die eine Anlage im Auto haben, und ein PowerCap (ein Riesenkondensator mit 1F+, der Größe einer 1L Flasche hat), die wissen um die Glättende Wirkung der Kondensatoren.
Smartyy86 ist offline   Antwort Mit Zitat antworten
Alt 10.03.2012, 08:32   #5
Bandit1973
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Zitat:
Zitat von Smartyy86 Beitrag anzeigen
Alles bis ca. 200Hz ist bei LEDs noch wahrnehmbar (z.b. 50Hz bei Neonröhren). LEDs sind jedoch so schnell das selbst mit über 100Hz getaktete PWM-LEDs noch wahrnehmbar flackern (v.a. aus dem Augenwinkel heraus)
Hmmm...
Ich dachte das Menschliche Auge ist bei etwa 25Hz fertig
__________________
Wer einen Rechtschreibfehler findet, darf ihn behalten

It´s better to burn out, than to fade away
Bandit1973 ist offline   Antwort Mit Zitat antworten
Alt 10.03.2012, 12:46   #6
Smartyy86
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Zitat:
Zitat von Bandit1973 Beitrag anzeigen
Hmmm...
Ich dachte das Menschliche Auge ist bei etwa 25Hz fertig
Jein, bei 25gehts los, fertig zu sein:

Das menschliche Auge kann 25 Bilder pro Sekunde gerade so nichtmehr voneinander unterscheiden, das ist die "filmgrenze". Flackern oder Flimmern ist ne andere kategorie. Denk mal zurück an die Röhrenmonitore, 50hz bildwiederholfrequenz, hat Augenkrebs gemacht, geflackert ohne Ende.
75hz war nahezu flimmerfrei, man konnte es noch aus dem augenwinkel wahrnehmen (jüngerer Menschen besser als ältere) und 100hz war dann für alle flimmerfrei.

Der Grund warum man das Flimmern dort noch wahrnehmen konnte, ist die Dauer die das Bild bestehen bleibt, nach einen Aufbau. Bei einem Röhrenmonitor wird das Bild durch einen Elektronenstrahl (oder 3) erzeugt welcher über die Bildfläche schießt, das Bild ist nicht statisch, je nach Lochmaske und fluoreszenzschicht hatte ein Pixel eine Leuchtdauer von etwa 0,5-2ms, nachdem er bestrahlt wurde. Man braucht also eine hohe wiederholrate um das Bild statisch wirken zu lassen.

Bei LCD Displays leuchten alle Pixel gleichzeitig und konstant, sodas sie, egal bei welcher wiederholrate, nie flackern können, sie können lediglich "ruckeln" also der bildaufbau kann unflüssig wirken. Das liegt dann aber an der grafikleistung.


LEDs sind noch schneller als Röhrenmonitore, ein lichtimpuls einer LED, kann in den mycrosecundenbereich runtergehen, d.h. Die Frequenz die man braucht um flackern zu verhindern ist umso höher.
Smartyy86 ist offline   Antwort Mit Zitat antworten
Alt 10.03.2012, 15:23   #7
Winni
Gesperrt
 
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Ort: an der Donau
Fahrzeug: E65 - 745i
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Zitat:
Zitat von Bandit1973 Beitrag anzeigen
Ich dachte das Menschliche Auge ist bei etwa 25Hz fertig
Das Auge, als optisches Instrument, schon. Aber nicht das Gehirn.
Das registriert "Input" aber ohne es effektiv zu verarbeiten.

Dieses "Phänomen" wird z.B. in der Werbung verwendet und in einem normalen Film (nur) ein Bild eingefügt, daß die Werbeaussage (oder auch politische Propaganda) im Unterbewusstsein abspeichert und vertieft.

Ein höchst interessantes Feld.....aus begreiflichen Gründen kaum kommuniziert.
Winni ist offline   Antwort Mit Zitat antworten
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