[lux-rc.com]

Итория стара как мир, но до сих пор не утихают споры на тему, как же все-таки должны быть реализованы режимы малой яркости в современном фонаре. Как известно существуют два подхода, каждый из них имеет свои достоинства и недостаки.

Первый, самый пожалуй распространненый - так называемый "PWM". По большому счету название не вполне корректное, т.к. в этом случае фонарь реализует только часть "модуляции", а именно генератор. Если объяснять на пальцах, то все просто - в режимах неполной яркости фонарь быстро "мигает". Настолько быстро, что визуально заметить строб мы не можем.

Второй способ кажется простым только на словах, через светодиод всегда течет постоянный стабилизированный ток. Чем меньше ток - тем ниже яркость. На деле такие регуляторы встречаются реже, т.к. то, что выглядит просто на словах оказывается не так просто реализовать.

Что же выбрать, если речь идет о создании "идеального фонаря"?

[ssr]

ну коль идеальный фонарь, то идти сложным путем)

[lux-rc.com]

А из чего следует, что constant current - это HOT, а PWM - NOT?

(я бы не начинал этот холивар, если бы у меня не было козыря в кармане, но нужно сначала пофлудить прежде чем я его достану)

[m72]

lux-rc.com,
В идеале "токовый" регулятор лучше. Я не знаю о чём тут можно спорить.

1. КПД светодиода однозначно лучше. Если посмотреть на кривую светоизлучения у XM-L, то четко видно, что при токе 2.8А он выдает всего в три раза больше света, чем при 700 мА. Итого при постоянных 700 мА мы имеем КПД на 25% выше, чем при токе 2.8А со скважностью 1/4.

2. КПД схемы питания. Начиная от использования АКБ, которая на больших токах отдает энергии меньше и КПД самой схемы. бОльшие токи, бОльшие потери. Как минимум оммические, ведь каждый элемент схемы имеет внутренне сопротивление на котором по закону Ома обязательно падает напряжение тем больше, чем больше протекающий через него ток.

Но вот для лунного света, как мне кажется, надо сочетать. Т.к. при маленьких токах мощные светодиоды сильно меняются в лице, т.е. в спектре.

В общем я руками и ногами за токовые режимы яркости, хоть это и реально сложнее.

P.S.
Даже если на глаз не заметно, то PWM таки свистит самым наглым образом.

[oleg235]

 Сообщение от lux-rc.com :

Что же выбрать, если речь идет о создании "идеального фонаря"?

Отдельный диод малой мощности.

[lux-rc.com]

 Сообщение от m72 :

lux-rc.com,
В идеале "токовый" регулятор лучше. Я не знаю о чём тут можно спорить.

1. КПД светодиода однозначно лучше. Если посмотреть на кривую светоизлучения у XM-L, то четко видно, что при токе 2.8А он выдает всего в три раза больше света, чем при 700 мА. Итого при постоянных 700 мА мы имеем КПД на 25% выше, чем при токе 2.8А со скважностью 1/4.

спорить всегда можно.

1 - вообще говоря неверно, т.к. графики зависимости даются для постоянного тока. КПД светодиода в режиме короткого импульса на токе 1.5А совсем не тоже самое, что КПД этого светодида на постоянном токе 1.5А. Тут уже приводились данные (которые кстати очень легко проверить в лаборатории) что КПД диода на меандре 50% 20 КГц с амплитудой 1 ампер мало отличается от КПД на постоянном токе 0.5 А.

 Сообщение от m72 :

lux-rc.com,

2. КПД схемы питания. Начиная от использования АКБ, которая на больших токах отдает энергии меньше и КПД самой схемы. бОльшие токи, бОльшие потери. Как минимум оммические, ведь каждый элемент схемы имеет внутренне сопротивление на котором по закону Ома обязательно падает напряжение.

Но вот для лунного света, как мне кажется, надо сочетать. Т.к. при маленьких токах мощные светодиоды сильно меняются в лице, т.е. в спектре.

С одной стороны это так. Но с учетом того, что современные импульсники как правило стремятся к эффективности 95% и выше, то пара-тройка процентов на этом фоне большой роли не играет. Даже если снизив ток мы выйдем на кпд 97% пользователь этого не заметит и не оценит. А вот что правда, так это то, что "универсальные" регуляторы работающие в режиме постоянного тока имеют как правило очень невысокий КПД в режимах 1:10 и ниже.

[lux-rc.com]

 Сообщение от m72 :

P.S.
Даже если на глаз не заметно, то PWM таки свистит самым наглым образом.

если выше 20 КГц - не свистит. 50 КГц - ну вообще не свистит, даже если воображение очень развито :-)

[m72]

oleg235,
Ага. А для другого диода, другую схему стабилизации? Т.е. три кристалла, три схемы для трёх уровней?

[m72]

lux-rc.com,
На 50 кГц уже можно синхронники запускать. ;-)

Вот есть вроде бы не самый плохой коммуникатор HTC Sensation. 960x540 на 4.3" экрана. Вроде бы точек не должно быть видно, а вот мой глаз выхватывает зерно. Долго думал почему да как. Экран сделан ячейками 2х2 пикселя. Между ячейками черные полоски, видимо с проводниками. Так вот глаз замечает эти кластеры, которых всего 480х270, а это уже зерно. Эффект очень заметен при рассматривании картинок с полутонами. На равномерно ярких или темных заливках эффект практически отсуствует.

Вот 50 кГц могут модулироваться гармониками, а это уже можно будет услышать. Развертку телевизоров я слышу достаточно отчетливо. Органолептическое восприятие очень нелинейная штука.

[vaska]

 Сообщение от m72 :

КПД светодиода однозначно лучше.

Поскольку речь идет о режимах малого тока, то отнюдь не "однозначно":
У XP-G, например, максимум КПД приходится на ток примерно 70 мА, и при дальнейшем снижении тока эффективность падает. Скорее всего это происходит потому, что уровень излучения уже настолько невелик, что начинают играть роль потери при "просвечивании" люминофора.
Так что на сверхмалых режимах импульсы однозначно лучше постоянки.

[awl]

А что именно мешает сделать нормальную регулировку по току?

[oleg235]

 Сообщение от m72 :

Ага. А для другого диода, другую схему стабилизации?

Нет, просто последовательно включенный резистор. А для основного света - импульсный драйвер.

 Сообщение от m72 :

Вот 50 кГц могут модулироваться гармониками, а это уже можно будет услышать. Развертку телевизоров я слышу достаточно отчетливо.

Развертка телевизора - примерно 16 Кгц. Гармоники идут вверх от основной частоты, а не вниз.
Так что если вы слышите 100 Кгц и выше, то вы не человек, а инопланетная летучая мышь.

[andory]

 Сообщение от lux-rc.com :

А вот что правда, так это то, что "универсальные" регуляторы работающие в режиме постоянного тока имеют как правило очень невысокий КПД в режимах 1:10 и ниже.

Все это, дословно, относится и к регуляторам с прерывистым током. В среднем, кпд конкретных реализаций очень близок.

[Li-Ion]

 Сообщение от oleg235 :

Развертка телевизора - примерно 16 Кгц.

15625Гц, если не забыл.

[AVSel]

Как не крути, а постоянный ток все-равно лучше, за исключением может сверхслабых режимов. Даже если допустить, что падение эффективности от нагрева на высоких частотах отсутствует, потери на паразитных сопротивлениях останутся. А они, как известно, имеют квадратичную зависимость от тока.

[dsche]

 Сообщение от vaska :

У XP-G, например, максимум КПД приходится на ток примерно 70 мА, и при дальнейшем снижении тока эффективность падает.

Но при этом

 Сообщение от lux-rc.com :

Тут уже приводились данные (которые кстати очень легко проверить в лаборатории) что КПД диода на меандре 50% 20 КГц с амплитудой 1 ампер мало отличается от КПД на постоянном токе 0.5 А.

Можно предположить, что и для малых токов оно (при достаточно высокой частоте) работает ровно так же. Ну, плюс-минус.

[Evgeniy1]

 Сообщение от AVSel :

Как не крути, а постоянный ток все-равно лучше, за исключением может сверхслабых режимов. Даже если допустить, что падение эффективности от нагрева на высоких частотах отсутствует, потери на паразитных сопротивлениях останутся. А они, как известно, имеют квадратичную зависимость от тока.

Спектр меняется. Так что постоянный ток, конечно, хорош, но грамотная реализация ШИМ с частотой в десятки кгц , бесшумная, должна быть немного интереснее на малых режимах.

Если же говорить не об идеальной схеме, а о покупке готовых фонарей, где качество реализации ШИМ неизвестно, то постоянный ток лучше - я уверен , что не будет ни мерцания, ни свиста. ну а сдвиг спектра... это мЕньшее зло.

[AVSel]

Evgeniy1, я говорил за самые слабые режимы, типа "лунный свет". Спектр на такой освещенности уже роли не играет. И особо высоких КПД с драйвера тоже не снять, если только не использовать отдельный слаботочный светодиодик с отдельным драйвером.

[andory]

 Сообщение от AVSel :

И особо высоких КПД с драйвера тоже не снять, если только не использовать отдельный слаботочный светодиодик с отдельным драйвером.

Драйвер аналогичной Вашей схемотехники отлично масштабируется и вверх, и для малых токов (как и любые драйверы с внешним ключем). Естественно, потребление ис не уменьшить, но в остальном все замечательно.

[lux-rc.com]

Пока тема не сдулась, я достаю свой роаль из кустов.

Значит тут мы имеем некий прототип с ампутированным токоизмерительным резистором.



За основу взял уже хорошо отлаженный 334 модуль. Смысл доработки достаточной простой - сделать так, чтобы режимами можно было управлять линейным измемением управляющего напряжения. При этом на выходе, независимо от выбранной мощности, ток всегда постоянный. Постоянный, хорошо отфильтрованный ток без высокочастотного шума.



Желтым цветом - напряжение обратной связи, оно всегда на уровне 200мв и строго пропорционально току через диоды. Мы видим ровное плато без щума. Меандр внизу - работа регулятора на частоте 1.6Мгц.

Самый интересный момент, как эта штука работает в режимах сверхнизкой мощности (лунный свет), и сколько это стоит в плане затрат.

Первый кадр. Работа регулятора с выходным нулевым током. Сразу оговорюсь, это не режим спячки, когда потребление измеряется в микроамперах. Регулятор запущен но ток на выходе - ноль. Практического смысла в таком режиме нет, но он позволяет оценить накладные затраты на постоянно работающий регуль. Итог - 5 мА на одном литии. Или 25 суток от полностью заряженного 18650 аккумулятора.



Теперь увеличиваем управляющее напряжение до 1.3 вольт, что соотв. режиму, когда регулятор устойчиво гонит ток порядка 0.5мА через диоды.





Потребляемый ток увеличился всего лишь на 1.2mA, при чем режим работы регулятора по-прежнему - честный и чистый постоянный ток (желтый трейс). Это 3 недели на одном 18650 в режиме постоянно работающего светлячка.

Забавно выглядит работа регуля. Он включается спорадически на короткое время, "накачивает" необходимое напряжение в выходной фильтр и засыпает пока напряженение не просядет ниже порога. Все это происходит с очень небольшим гэпом, в итоге мы не видим на выходе никаких заметных пульзаций. Чистое ровное плато.



Экстримальный случай, управляющее напряжение 1.1 вольт, диоды практически не горят, но даже в этом варианте мы наблюдаем идеальную стабилизацию тока. Регулятор запускается совсем редко, примерно раз в 200-300 мкс.



Видео дает некоторе представление о принципе "аналогового" управления мощностью. Первая часть видео - меняем управляющее напряжение (дипазон от 1 до 2.5 вольт) - меняется мощность. Вторая и третья части - меняем входное напряжение - яркость остается неизменной. В том числе в режиме "почти ноль".

Прямая ссылка на видео YouTube

Разгром PWM? Я думаю таки нет. 335й прототип по прежнему сохранил возможность принимать внешний PWM сигнал, точнее сказать он необходим как минимум для реализации режима спячки. Компромиссное решение как раз в том и заключается, чтобы предложить пользователю эффективный регуль с полной стаблизацией, управлять которым можно как внешним PWM, так и аналоговым сигналом в режиме постоянного тока. Можно комбинировать оба способа.

Конечно новая парадигма к сожалению разрушает некоторые устои. Во-первых отпадает необходимость в делении на разные уровни мощности. Теперь уровень максимальной мощности полностью определяется "софтом". В какой-то части деление можно сохранить, только смысл будет уже другой. Если модуль в основном работает на слабых режимах, то имеет смысл использовать чуть другой дроссель ради нелишних пары-тройки процентов эффективности.

Второй головняк - как быть с топологией мастер-слейв. Я склоняюсь вообще отказаться от этого. Если сохранять, то нужно изобретать способ внешнего управления слейвом. Во-первых потребуется уже минимум 2 провода. Но скорее всего все хуже, т.к. наводки на "аналоговом" канале могут сильно влиять на работу слейва, поэтому как вариант нужно будет городить цифровой протокол общения и это кажется не стоит выделки.

Продолжение следует...