16-битный ШИМ - проблема с быстродейтсвием

[formvit]

Всем доброго здравия!
Художники-фотографы поставили передо мной задачу - сделать световую панель 100х150 см, на которой на акриловом стекле будет наклеена фотография(сверху будет ещё плёнка затемняющая). 
Под стеклом располагаются 120 светодиодных 1-ваттных модулей, которыми надо управлять - плавно зажигать(~10сек), выдерживать зажжёными, плавно гасить(~10сек) и выдерживать в тёмном состоянии. И так по кругу.
Казалось бы задача тревиальная, но не тут-то было.
8-битного ШИМ недостаточно, т.к. отлично видно ступени изменения яркости.
Сдедал 16-битный ШИМ.
Частота ШИМ 243 Гц, т.к. решил попробовать сделать на Ардуино. Ниже 30 Гц, но мерцание отлично воспринимается глазом.
Изменение яркости сделано по логарифмическому закону(практически все органы восприятия человека работают по логарифму) на 128 ступеней.
При этом ступени изменения яркости в начальных нескольких ступенях также заметны, но я этот вопрос решу разбив все светодиоды на 2 группы и буду ими управлять поочереди через равные интервалы времени, что должно визуально увеличить число ступеней яркости в 2 раза, сделав более плавное включение и выключение.

Но дальше возникли проблемы.
Минимальная длительность импульса 62нсек.
Обычный белый светодиод непосредственно с порта микроконтроллера отлично эти времена отрабатывает.
Подключил в качестве драйвера для силовых транзисторов L293, что было под руками.
И вот результат на фото.

1 луч - выход микроконтроллера
2 луч - выход после L293 на белый светодиод с 20 мА.
Ну и понятно, что младшие ступени с 1 по 6, практически им не отрабатываются, что отлично видно невооружённым глазом.
Нашёл наиболее быстрый драйвер IR1210, но и он, судя по PDF, не отработает 1/65535 от 16-битного ШИМ.
С силовыми транзисторами буду дальше разбираться. Все 120 светодиодов кушают около 10А от 12В, но я совершенно спокойно могу их разбить на несколько групп для уменьнения тока через каждый. 

Может кто знаком с высокоскоростными драйверами, или делал что-нибудь подобное на рассыпухе?
 

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Lexter]

15 часов назад, formvit сказал:

Частота ШИМ 243 Гц, ... Ниже 30 Гц, но мерцание отлично воспринимается глазом.

Я бы решил эту проблему питанием светодиодов выпрямленным и сглаженным током. Выпрямителем с большими железными дросселями и ёмкостями. Напряжение должно меняться медленно (цикл ~10сек), так что постоянные времени тут могут быть большие, можно и переходы между ступеньками сгладить.

Изменено 31 октября, 2023 пользователем Lexter

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[oleg korotkov]

А, что мешает поставить ЦАП,  даже при 8 битах уже 255 ступенек.... а за ним простой стабилизатор тока для диодов.

Не знаю как для фото...., а для видео работа шим  светодиода очень заметна.

[Реклама]

Особенности хранения литиевых аккумуляторов и батареек

Потеря емкости аккумулятора напрямую зависит от условий хранения и эксплуатации. При неправильном хранении даже самый лучший литиевый источник тока с превосходными характеристиками может не оправдать ожиданий. Технология, основанная на рекомендациях таких известных производителей литиевых источников тока, как компании FANSO и EVE Energy, поможет организовать правильный процесс хранения батареек и аккумуляторов. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Lexter]

40 минут назад, oleg korotkov сказал:

простой стабилизатор тока

На 120 Вт нагрузку с регулировкой от нуля?
Не, можно конечно радиаторов напилить...

@formvit  Ещё мысль - китайский модуль импульсный DC-DC преобразователь с регулировкой, а регулировку сделать от контроллера. Или вообще готовый импульсный лабораторный блок питания под это дело купить. Есть и с внешним интерфейсом, но дорогие. Можно к самому дешёвому тоже внешнее управление присобачить.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[oleg korotkov]

Искусство требует жертв ;-)))

Стаб. тока можно и импульсный поставить с управлением по напряжению с цапа. Но все зависит от задач.... У нас камеры отлично рябили при использовании драйверов диодов с шим регулировкой......... яркости.

Тем более основной режим работы- 100% яркость.

[formvit]

3 часа назад, oleg korotkov сказал:

А, что мешает поставить ЦАП,  даже при 8 битах уже 255 ступенек

Человеческий глаз логарифмирует, поэтому для равномерного увеличения яркости изменять её по логарифмическому закону.

Да 8-бит = 256 ступеней, но посчитайте отношение двух младших ступеней и отношение двух старших.

Чем ближе к 0xFF, тем менее заметно увеличение яркости, в то время как при 0x01 и 0x02 разница вдвое.

Я пробовал использовать 8-битный ШИМ - ступени изменения яркости ярко выражены, особенно в начале.

Поэтому и пришлось применит 16-битный ШИМ, создав массив с логарифмической шкалой и отношением между соседними ступенями 1,078, чтоб вписаться в 128 ячеек . Но и всё равно в начале пришлось скорректировать таблицу.

Это часть массива

расчётное приведённые к целочисленным значениям.

16, 15, 14, 13, 12, 11, 1 0, 9, 9, 8, 7, 7, 6, 6, 5, 5, 5, 4, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 3, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0

А это скорректированное

16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0

 

3 часа назад, oleg korotkov сказал:

У нас камеры отлично рябили при использовании драйверов диодов с шим регулировкой......... яркости.

Да, снимая на смартфон так же.

Поэтому я не стал выкдадывать видео.

3 часа назад, oleg korotkov сказал:

Стаб. тока можно и импульсный поставить с управлением по напряжению с цапа.

А на этот счёт надо поразмыслить. Но его тоже надо будет приблизить к "аля" логарифму

5 часов назад, Lexter сказал:

Я бы решил эту проблему питанием светодиодов выпрямленным и сглаженным током

Думал об этом.

И есть опыт управления элементом пельтье.

Но там частота ШИМ была 12 кГц и 8 бит, и делал это на мк Silabs.

 

[oleg korotkov]

ну поставьте 12-16 битный цап можно R2R  и шагать по любому графику...... просто 8 бит шим и 8 бит цап немножко разные результаты

 

 

элемент пельтье довольно таки инерционное устройство

диод 1вт это около 300ма 1 шаг равен 300/256=1.17ма, а дальше смотреть характеристику диода....... и подобрать величину шага. У нас в приборе вполне плавно  нарастает за 2-3 сек. при простой линейной характеристике.  Просто на большой яркости, на глаз, уже не понять 80% или 100%

[formvit]

18 минут назад, oleg korotkov сказал:

просто 8 бит шим и 8 бит цап немножко разные результаты

В данной ситуации ЦАПом можно управлять только источником тока, но будут большие потери на нагрев.

Придётся увеличить мощность источника питания со 150 Вт до 200 - 250.

И понадобится принудительная вентиляция, а это шум и пыль.

Таких 30 панелей будут стоять на фотовыставке в зале, размеры которого никто пока не занет. не знаю

У меня примерно 10 секунд увеличение яркости и 10 сек на уменьшение.

И от 60 до 150 секунд максимальная яркость.

С импульсными источниками тока пока не приходилось сталкиваться.

Поделитесь вариантами реализации.

Изменено 31 октября, 2023 пользователем formvit

[Lexter]

4 часа назад, formvit сказал:

С импульсными источниками тока пока не приходилось сталкиваться.

Приходилось. Вы просто не обратили внимания.
Такие драйверы вы держали в руке, когда вкручивали в люстру светодиодную лампочку.

А вот с регулировкой тока от нуля, из готового пожалуй только лабораторные блоки питания. Хотя может и из китайских модулей с регулировкой тока можно что-нибудь найти.

 

А разница в "вариантах реализации" между импульсным стабилизатором напряжения и стабилизатором тока фактически только в том, с чего обратная связь берётся - с датчика напряжения или с датчика тока.

 

5 часов назад, formvit сказал:

Но там частота ШИМ была 12 кГц

Основной объём "обвески" всё равно будут занимать силовые ключи, так что разница небольшая - делать ШИМ самим контроллером или сделать импульсный преобразователь полностью внешним. Во втором случае - никакой головной боли из-за ограничений на частоту ШИМ, накладываемых контроллером.

Изменено 31 октября, 2023 пользователем Lexter

[Dmitriy Parfenov]

5 часов назад, formvit сказал:

Поделитесь вариантами реализации.

Я как-то уже хвалил эту штуку: https://www.mean-well.ru/uploads/files/datasheets/LDD-1000L.pdf

Выбираете под нужный ток в линейке, ШИМ на вход -> выход мигает синхронно.

Правда ограничение в 1кГц для младших моделей и 500Гц для старших.

 

ПыСы. Жаль "Электронщик" загнулся, сколько-то лет назад я эти драйверы там заказывал так, что "оптом" 10шт выходили дешевле чем 3шт в розницу.

[formvit]

Покопался поглубже в Atmega328 (это мой первый опыт работы с Ардуино).

И выяснил что предделитель  возможен не только 8, как все описывают, но и 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 и 256.

Поставив clock_prescale_set ( clock_div_4 ) ; , получил частоту ШИМ 60,8 Гц, а  длительность минимального импульса 540 нсек.

С этим будет уже на много проще подобрать драйвер и силовые элементы, которым будет уже проще работать. 

Попробуем этот вариант.

Но импульсный источник тока оставлю под черепом, пусть шевелится.

Изменено 1 ноября, 2023 пользователем formvit

[Геннадий]

20 минут назад, formvit сказал:

пределитель для 16-битного ШИМ

Это значения для System Clock Prescaler (делитель тактовой частоты ВСЕГО МК). Для таймеров существуют свои предделители тактовой частоты. Например для T1 они могут принимать значения 1,8,64,256 и 1024.

[formvit]

1 час назад, Геннадий сказал:

Это значения для System Clock Prescaler (делитель тактовой частоты ВСЕГО МК).

Да, конечно.

Но 16-битный ШИМ может работать только от системной частоты, а 8-битными можно отдельно управлять.

[_abk_]

On 10/31/2023 at 3:16 AM, formvit said:

8-битного ШИМ недостаточно,

А вы что, светодиоды питаете ШИМом? Питание - какое? И основной вопрос: а как ограничивается ток? Ну вот включены светодиоды на 100% яркости. Как, чем через них ограничен ток?

Или речь о каких-то особенных светодиодных модулях идет?

[formvit]

12 минут назад, _abk_ сказал:

А вы что, светодиоды питаете ШИМом?

Сейчас с выхода микроконтроллера через токоограничивающий резистор.

А в изделии будут готовые 12-вольтовы светодиодные модули. Судя по всему у них внутри уже есть резистор.

Плохо, что они не разбираются и 60% энергии вылетает в трубу, а 5-вольтовых таких нет.

Да и не я определяю какие модули применять.

Моя задача ими управлять по алгоритму заказчика.

[_abk_]

С модулями понятно. А питание какое задумано? ИИП 12 В 10 А?

[formvit]

14 минут назад, _abk_ сказал:

С модулями понятно. А питание какое задумано? ИИП 12 В 10 А?

120 модулей кушают 10 А.

Блок питания 12В 12,5А.

[_abk_]

Поскольку фотодела мерцания не допускают, регулирование только линейное. К вам не будет никаких вопросов. Светодиодные модули питаются напряжением.

Вижу простую схему: МК с ШИМом по нужному закону регулирования - каскад преобразования уровня - ФНЧ с большой постоянной времени(под ваши 10 сек) - линейный регулятор напряжения(эмиттерный повторитель на дарлингтоне, например). Средняя рассеиваемая мощность не превысит несколько ватт, а если снимете ВАХ LED модуля, узнаете точно.

[formvit]

34 минуты назад, _abk_ сказал:

Поскольку фотодела мерцания не допускают

Это я прекрасно понимаю. Но там нет задачи фотографировать.

Это фотовыставка фотографа, желающего так представить свои работы.

Сейчас делается пилотный экземпляр, который покажет все нюансы.

Далее заказчик вынесет своё резюме(он сам пока не знает чего хочет). Если потребуется, будем делать другой вариант.

[IMXO]

19 часов назад, formvit сказал:

В данной ситуации ЦАПом можно управлять только источником тока, но будут большие потери на нагрев.

Вы пишите чушь... будет это линейный стаб тока или интегрированный на плате резистор потери будут одинаковыми.
Если Вы рассчитываете поставить импульсные стаб тока и управлять ими ШИМом, можете сразу забыть про 16 разрядов, там даже 10 под большим вопросом. ловить единицы микроампер при милиамперных пульсациях верх идиотизма.
И если уж так сложилось что Вы разрабатываете систему управления, то

 

2 часа назад, formvit сказал:

Да и не я определяю какие модули применять.

Моя задача ими управлять по алгоритму заказчика.

какими модулями сможет управлять ваше устройство  должны решить Вы , а не заказчик далекий от схемотехники. иначе может случится так что вам выдадут модули вообще не предназначеные для управления даже ШИМом и че Вы тогда делать будите?

[Геннадий]

4 часа назад, formvit сказал:

16-битный ШИМ может работать только от системной частоты

Это не так. Каждый таймер (и Т1 тоже) имеет отдельный независимый прескалер системной тактовой частоты для формирования тактирования счетного регистра. Более того, эти прескалеры имеют возможность одновременного сброса для синхронизации между таймерами.

[formvit]

21 минуту назад, IMXO сказал:

какими модулями сможет управлять ваше устройство  должны решить Вы

Модули уже были у меня и их включал.

Они определены рядом параметров, необходимых для данной конструкции, угол рассеивания и расширенный диапазон цветовай температуры.

Коме модуле в световой панели будут использоваться специальное стекло + 2 вида плёнок.

Я в эти дела не лезу.