¿Por qué se usa PWM para controlar los LED incluso cuando solo se usan encendidos o apagados?

Contrariamente a la intuición inicial, en realidad es para aumentar el brillo.

Los LED pueden funcionar con una corriente constante o pueden funcionar con una corriente pulsada.

Con corriente constante, debe limitar la corriente a un valor relativamente bajo; por ejemplo, muchos LED pequeños comunes están limitados a una corriente constante de, por ejemplo, 20 mA. Eso da un buen brillo para fines de indicación, pero no es tan bueno.

Los LED, cuando funcionan con corriente pulsada, pueden funcionar con una corriente considerablemente más alta, tal vez de 5 a 10 veces más, o incluso más. Eso podría ser 100 mA para lo que normalmente sería un LED de 20 mA. Sin embargo, existen restricciones sobre lo que pueden ser los pulsos, generalmente con límites en la frecuencia y el ciclo de trabajo, tal vez tan solo un 1% de trabajo.

El resultado final es que la corriente más alta aumenta el brillo percibido de los LED, ya que se emiten más fotones cuando están encendidos, pero a costa de un parpadeo, que solo se nota realmente cuando los LED están en movimiento.

Un grupo de investigación de la Universidad de Ehime desarrolló un método de control de impulsos para hacer que los LED se vean el doble de brillantes al aprovechar las propiedades de cómo las personas perciben el brillo.

El grupo estuvo dirigido por Masafumi Jinno, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Ehime.

Cuando se aplica un voltaje de pulso de ciclo corto con una frecuencia de aproximadamente 60 Hz a un LED con una relación de trabajo de aproximadamente el 5 %, el LED se ve aproximadamente dos veces más brillante [sic] para los ojos humanos que el que funciona con un voltaje directo, dijo el grupo de investigación. dicho.

- Tecnología Nikkei - Percepción humana estudiada para doble brillo LED

Por lo tanto, obtiene más brillo percibido de LED más pequeños y más baratos sin usar más corriente (a menudo menos corriente) en promedio que si estuvieran en constante.

El informe anterior continúa explicando el efecto con más detalle:

Hay dos principios, el efecto Broca-Sulzer y el efecto Talbot-Plateau, involucrados en cómo los ojos humanos perciben el brillo. El efecto Broca-Sulzer se refiere a un fenómeno en el que la luz se ve varias veces más brillante para el ojo de lo que realmente es cuando se expone a una chispa de luz, como el flash de una cámara.

Además, el efecto Talbot-Plateau es un principio en el que los ojos humanos ven destellos repetidamente y perciben el brillo promedio de las luces repetidas. Hasta ahora, "se ha creído que, debido al efecto Talbot-Plateau, el brillo percibido por los ojos humanos no cambiaría incluso si un LED funciona con pulsos", dijo Jinno.

"El efecto Talbot-Plateau es un principio que se encuentra en los días en que se usaban lámparas fluorescentes de mercurio y otras fuentes de luz impulsadas por una fuente de alimentación con un ciclo de voltaje más largo de unos cientos de milisegundos", dijo Jinno.

Por lo tanto, el grupo decidió impulsar los LED utilizando una fuente de alimentación con un ciclo de voltaje más corto de unos cientos de microsegundos. Como resultado, el grupo descubrió que, cuando se aplica un voltaje de pulso con una frecuencia de aproximadamente 60 Hz con una relación de trabajo de alrededor del 5 %, el impacto del efecto Broca-Sulzer se vuelve mayor que el del efecto Talbot-Plateau, de modo que la luz emitida por el LED se ve más brillante para los ojos humanos.

No digo que así sea como se hace, pero así es como se PODRÍA hacer:

Un automóvil tiene luces rojas en la parte trasera. El rojo se usa tanto para las luces traseras como para las luces de freno, entonces, ¿por qué duplicarlos?

Se duplican con bombillas incandescentes porque su intensidad solo se puede controlar controlando la resistencia de los filamentos. Es por eso que las bombillas de doble filamento se utilizan comúnmente como bombillas combinadas de cola/freno.

Sin embargo, con los LED puedes controlar fácilmente la intensidad con un circuito PWM. Los mismos LED rojos; diferente ciclo de trabajo y por lo tanto diferente intensidad.

Mire nuevamente esas luces traseras parpadeantes frente a usted: cuando se aplican los frenos, el parpadeo se detiene.

Como trabajé en este campo, la respuesta es que se debe al ajuste de fábrica en el software al realizar la medición de lúmenes en un entorno de prueba, para calibrar la luz con precisión de acuerdo con los estándares o requisitos reglamentarios con una simple actualización de firmware.

Esta es una NUEVA EDICIÓN en mi respuesta anterior, que se eliminará, ya que descartará por completo mis pensamientos iniciales.

¡Es una muy buena pregunta! +1 Me he preguntado lo mismo. Incluso en señal de luces LED de otros dispositivos (disco duro, taquímetro del coche, lo que sea) que solo están encendidos o apagados. ¿Por qué usar PWM en lugar de una resistencia barata?

Pensé que podría estar relacionado con una mejor eficiencia del LED, llevándolo a sobrecorriente (corriente que es insostenible si es continua) con un ciclo de trabajo determinado. Pero esto es solo una suposición hecha al leer las hojas de datos de los controladores/LED de alimentación. Como se mencionó (pero creo que es por una razón diferente) aquí: ¿Por qué parpadean algunos circuitos LED alimentados por CC?

Todavía oscura la respuesta de hacerlo incluso con LED SIN alimentación. Estos LED todavía tienen una resistencia dentro de cosas que desarmé, por lo que no podría ser una razón económica. ¿Alguna respuesta?

Una posible respuesta se debe a la mejor percepción del parpadeo con una vista lateral. Tiendo a detectar mejor estas luces en lugar de las que no son PWM. Esto podría explicar por qué en mi automóvil (en Europa, no sé si los colores estándar son diferentes en EE. UU.) las luces de cruce se señalan para estar activas con un LED verde atenuado con PWM lento (pocos milivatios) cerca del tacómetro. Y, debido a la mejor sensibilidad al azul de los bastones del ojo humano, los faros completos se señalizan con una luz azul (de pocos mW todavía) que no está modulada por PWM pero es visible cuando se mira a la calle sin mover el ojo.

Editar: si los votos son negativos, explique por qué. Creo que hay un malentendido en la pregunta. Todos sabemos que los LED son atenuables, pero deben tener una razón muy precisa si se atenuan digitalmente, incluso cuando la energía no es una preocupación (LED de señal), incluso en sistemas antiguos.

El parpadeo que notas no es exclusivo de las bombillas LED. Primero, las bombillas LED, al menos las de señal, no las de los faros, tienden a ser simples circuitos de resistencia de balasto. No son estables con el cambio de voltaje, al igual que las bombillas incandescentes.

Segundo, los autos son ruidosos. El voltaje fluctúa dependiendo del estado del motor y del alternador. La próxima vez que esté en su automóvil por la noche, preste mucha atención a su tablero en ralentí, luego acelere el automóvil y observe la diferencia de luz.

En mi carro, el ruido eléctrico, la ondulación es suficiente para que las bombillas, led e incandescentes, parpadeen notablemente. Eso es lo que estás viendo.