¿Por qué la mayoría de las pantallas LED PWM y las luces de fondo funcionan a una frecuencia relativamente baja?

A mi alrededor hay un montón de aparatos electrónicos: relojes digitales, mi computadora portátil, un refrigerador, una linterna regulable y más. Lo que todos tienen es un parpadeo perceptible de sus pantallas debido a PWM, especialmente cuando hago movimientos oculares rápidos (es decir, la visión normal de todos los días).

He jugado con PWM y LED antes; el parpadeo se vuelve cómodamente imperceptible a aproximadamente 1000 Hz, lo cual es trivial para un microcontrolador, incluso quizás insignificante.

Me doy cuenta de que algunos dispositivos pueden estar gobernados por la frecuencia de la red, pero que yo sepa, muchos de mis dispositivos electrónicos usan alimentación de CC filtrada.

¿Por qué no se puede diseñar cada pantalla LED para que no se produzca parpadeo?
Puedo pensar en algunas razones para nuestra situación actual:

  • Tenemos un montón de ingenieros perezosos.
  • Razones de costo: tal vez estén usando el peor microcontrolador absoluto para ahorrar unos centavos
  • Eficiencia: sé que PWM es más eficiente que la corriente constante, y supongo que cuanto mayor sea la frecuencia, más cerca estará de la corriente constante (¿puedo suponer eso?), Pero me sorprendería si hubiera una gran diferencia entre 100 Hz y 1000 Hz.
  • Soy literalmente la única persona molesta por esto.

Pensamientos, ¿alguien? Espero no ser el único.

EMI: cada borde produce ruido EM y cuantos menos bordes haya por segundo, menor será la EMI generada.
A veces, lo que parece PWM es el control de ángulo de fase (PA) de la red eléctrica o de CA reducido del suministro de red. Esto por su naturaleza es de 50/60 Hz dependiendo de la ubicación.
¿No es esto fuera de tema porque está pidiendo una opinión? Soy escéptico de que esté viendo señales de 1000 Hz, porque creo que es aproximadamente 10 veces más rápido de lo que creía que los ojos humanos son capaces de hacer. Después de todo, somos meras máquinas electroquímicas. Creo que las aves son más rápidas, lo cual tiene sentido, pero AFAIK, están muy por debajo de 1kHz. Sin embargo, puede ser algún artefacto de dos frecuencias diferentes 'pulsando'. Otra posibilidad es que sea un síntoma de una enfermedad. Recomiendo ponerse en contacto con un oftalmólogo local o con el departamento médico de la universidad.
@gbulmer A lo que te refieres es al umbral de fusión de parpadeo : la velocidad a la que las distintas imágenes se "fusionan" y se perciben como un movimiento suave. El umbral de los humanos está en algún lugar alrededor de los 60 Hz (pero la visión periférica puede detectar un parpadeo por encima de este, razón por la cual los balastos magnéticos pueden causar dolores de cabeza y fatiga visual), mientras que se sabe que las aves y las libélulas tienen al menos 100 Hz, quizás unos pocos cientos de Hz. Ref1 , Ref2

Respuestas (4)

No es realmente PWM, sino multiplexación de pantallas. No repasaré las ventajas de la multiplexación en detalle aquí, pero no se trata de la eficiencia energética, sino de una reducción en el costo y la complejidad de los componentes de la unidad. Es posible usar algunas piezas baratas para controlar una pantalla LED de 4 dígitos (32 segmentos) con solo 12 pines de puerto (en una PCB de un solo lado si es necesario).

La mayoría de este tipo de producto utilizará un procesador de 8 bits en lugar de algunos. cosa de 32 bits, y generalmente a una frecuencia de reloj relativamente baja, como 4 u 8 MHz. Por lo general, no estarán equipados con un controlador de pantalla de hardware, por lo que un ISR hará el trabajo. Si hay otras cosas que son de alta prioridad, entonces el brillo de los dígitos de la pantalla puede estar visiblemente modulado debido a la fluctuación en la multiplexación; algún nivel de eso se consideraría aceptable, si no completamente imperceptible. Lo mismo con el parpadeo en la pantalla. Aun así, el micro podría estar gastando más del 20% de su ancho de banda solo controlando la pantalla. Un reloj más rápido significaría un mayor consumo de energía del micro, más EMI y más costos. Para una pantalla de 8 dígitos multiplexada a 200Hz, se debe manejar un nuevo dígito cada 600useg más o menos, +/- 30 usec (esa sería una pantalla de bastante alta calidad para una aplicación sin vibración). Si hay mucha vibración, quizás 5 veces más rápido.

Aunque un diseñador podría proponer usar, digamos, un FPGA pequeño para eliminar por completo todas las restricciones de tiempo y una placa de 6 capas para lidiar con la EMI, ese sería probablemente su acto final en una empresa de productos de consumo. La actitud es que una reducción de 5 centavos en el costo sería suficiente para contratar a otro ingeniero.

Los relojes LED digitales alimentados por la red son un caso especial, y algunos utilizan un esquema de biplexación inteligente que alimenta la pantalla desde un transformador secundario no regulado con toma central, por lo que la frecuencia mux está vinculada a la frecuencia de la red.

Son ingenieros perezosos, punto. Lo encuentro particularmente molesto con respecto a las luces traseras de los automóviles por la noche. Cuando paso la vista por el tráfico, el efecto "estroboscópico" me vuelve loco.

He diseñado pantallas multiplexadas, y puedo decirles que no cuesta más multiplexar/PWM una pantalla a 1000 Hz que a 50/60 Hz.

Mi experiencia en el diseño de pantallas PWM ha sido que si solo está controlando unos pocos LED en un múltiplex, puede tener una frecuencia de actualización relativamente alta. Pero con más LED para actualizar (dado el mismo microcontrolador y reloj), las cosas pueden empeorar notablemente.
Totalmente de acuerdo con el efecto estroboscópico de la noche, distrae inmensamente al menos a algunas personas con alta sensibilidad al parpadeo, incluido yo mismo.

Supongo que (ya que nunca he diseñado una pantalla PWM):

  • Costo: procesadores más rápidos/IC cuestan más
  • Costo: los circuitos de mayor frecuencia (placas, componentes) cuestan más
  • Costo: eliminar la interferencia de radio cuesta dinero, frecuencia más alta = más probable que actúe como un transmisor y tenga efectos secundarios no deseados
  • Costo: desarrollar circuitos de alta frecuencia que se comporten correctamente y no generen RFI requiere más esfuerzo
  • Costo: Muy pocas personas notan o se preocupan de que la pantalla de su despertador parpadee menos, ciertamente no pagarán más por ese despertador.

También costo. ;)

Además, el encendido/apagado no es exacto en el tiempo. Con pulsos más largos, el error absoluto sigue siendo el mismo, por lo que se reduce el error relativo, que se traduce en una diferencia en el brillo percibido.
  1. Tenemos un montón de microcontroladores perezosos :)
  2. Costo (todo lo que dice John U es cierto)
  3. No he encontrado ninguna diferencia visual con 100 Hz y frecuencias más altas (excepto que hay efectos estroboscópicos involucrados: vibración, rotación, etc.)
  4. En muchos casos, la aplicación integrada utiliza un temporizador repetitivo con 50, 64, 100, 1000 Hz o más, como base principal para controlar los intervalos de tiempo. A menudo, la actualización de la pantalla LCD también está vinculada a este temporizador.
  5. A veces, el dispositivo funciona con un oscilador de cristal de 32768 Hz (y es suficiente).
  6. El cambio de frecuencias de audio puede causar un tono continuo no deseado en los altavoces o en algunas partes electrónicas, como los inductores.
  7. A veces, los LED se activan mediante convertidores de voltaje de conmutación y el brillo se controla encendiéndolo y apagándolo. Como el inicio requiere algo de tiempo, no se puede cambiar con demasiada frecuencia.

Hay una gran diferencia en la conducción de corriente continua variable led o PWM. Cambiar la corriente instantánea causa no solo el brillo, sino que también puede cambiar el espectro de emisión (especialmente con LED blancos) y el factor de eficiencia. Además, controlar el brillo mediante el ciclo de trabajo PWM es estrictamente lineal.