LED lysstyrkekontroll

I noen tilfeller, for eksempel i lommelykter eller belysningsarmaturer til hjemmet, blir det nødvendig å justere glødens lysstyrke. Det ser ut til at det er enklere: bare bytt strøm gjennom LED, øke eller redusere motstandsbegrensende motstand. Men i dette tilfellet vil en betydelig del av energien bli brukt på den begrensende motstanden, noe som er helt uakseptabelt med autonom strømforsyning fra batterier eller akkumulatorer.

I tillegg vil fargen på lysdiodene endre seg: for eksempel hvit når strømmen er lavere enn den nominelle (for de fleste lysdioder 20 mA) vil ha en litt grønnaktig fargetone. En slik fargeendring er i noen tilfeller helt ubrukelig. Se for deg at disse lysdiodene lyser opp skjermen på en TV eller dataskjerm.

Prinsippet om PWM - regulering

I disse tilfellene gjelder du PWM - regulering (pulsbredde). Dens mening er det lysemitterende diode lyser med jevne mellomrom og slukker. I dette tilfellet forblir strømmen nominell gjennom hele blitztiden, derfor blir ikke luminescensspekteret forvrengt. Hvis lysdioden er hvit, vises ikke grønne nyanser.

I tillegg, med denne metoden for kontroll av energi, er energitapet minimale, effektiviteten til PWM-kontrollerte kretsløp er veldig høy og når over 90 prosent.

Prinsippet for PWM-kontroll er ganske enkelt, og er vist i figur 1. Et annet forhold mellom tiden for den opplyste og slukkede tilstanden i øyet oppfattes som forskjellig lysstyrke: som i en film - separat vises alternativer som rammer oppfattes som et bevegelig bilde. Det hele avhenger av hyppigheten av projeksjonen, som vil bli diskutert litt senere.

Figur 1. Prinsippet for PWM-regulering

Figuren viser signalskjemaene ved utgangen fra PWM-kontrollenheten (eller en masteroscillator). Null og en er indikert med logiske nivåer: logisk enhet (høyt nivå) får lysdioden til å gløde, henholdsvis logisk null (lavt nivå), utryddelse.

Selv om alt kan være omvendt, siden alt avhenger av kretsløpet på utgangstasten, kan LED-en slås på og av, bare høy. I dette tilfellet vil den fysisk logiske enheten ha et lavt spenningsnivå, og den logiske null vil være høy.

Med andre ord, en logisk enhet forårsaker inkludering av en eller annen hendelse eller prosess (i vårt tilfelle LED-belysning), og en logisk null bør deaktivere denne prosessen. Det vil si at ikke alltid et høyt nivå ved utgangen til en digital mikrokrets er en LOGIC-enhet, alt avhenger av hvordan en bestemt krets er bygget. Dette er til orientering. Men foreløpig antar vi at nøkkelen styres av et høyt nivå, og det kan ganske enkelt ikke være annet.

Frekvens og bredde på kontrollpulser

Det skal bemerkes at repetisjonsperioden (eller frekvensen) for puls forblir uendret. Men generelt påvirker ikke pulsfrekvensen glødens lysstyrke, det er derfor ingen spesielle krav til frekvensens stabilitet. Bare varigheten (WIDTH), i dette tilfellet, av en positiv puls endres, på grunn av hvilken hele mekanismen for pulsbreddemodulasjon fungerer.

Varigheten av kontrollpulsene i figur 1 er uttrykt i %%. Dette er den såkalte "fyllingsfaktoren" eller, i engelsk terminologi, DUTY CYCLE. Det uttrykkes som forholdet mellom varigheten av kontrollpulsen og pulsrepetisjonstiden.

I russisk terminologi brukes vanligvis "Duty cycle" - forholdet mellom perioden og tidsimpulsena. Så hvis fyllingsfaktoren er 50%, vil driftssyklusen være 2.Det er ingen grunnleggende forskjell her, derfor kan du bruke noen av disse verdiene som det er mer praktisk og forståelig for.

Her kunne man selvfølgelig gi formler for beregning av pliktsyklus og PERSONSYKLUS, men for ikke å komplisere presentasjonen, vil vi klare oss uten formler. I ekstreme tilfeller Ohms lov. Det er ingenting å gjøre: "Du kjenner ikke Ohms lov, vær hjemme!" Hvis noen er interessert i disse formlene, kan de alltid finnes på Internett.

PWM-frekvens for dimmer

Som nevnt over stilles det ingen spesielle krav til stabiliteten til PWM-pulsfrekvensen: vel, den “flyter” litt, og greit nok. Slik frekvensinstabilitet er forresten ganske stor, har PWM-kontrollere basert på den integrerte tidtakeren NE555som ikke forstyrrer bruken av dem i mange design. I dette tilfellet er det bare viktig at denne frekvensen ikke faller under en viss verdi.

Og hva skal være frekvensen, og hvor ustabil kan den være? Ikke glem at vi snakker om dimmere. I filmteknologi eksisterer uttrykket "kritisk flimmerfrekvens". Dette er frekvensen som individuelle bilder som vises etter hverandre blir oppfattet som et bevegelig bilde. For det menneskelige øye er denne frekvensen 48Hz.

Det er av denne grunn at fotograferingsfrekvensen på film var 24 bilder / sek (TV-standard 25 bilder / sek). For å øke denne frekvensen til kritisk bruker filmprojektorer en to-bladet lukker (lukker) som to ganger overlapper hver vist ramme.

I amatør smalfilm 8mm-projektorer var projeksjonsfrekvensen 16 bilder / sek, så lukkeren hadde så mange som tre kniver. Det samme formålet med TV er tjent med at bildet vises i halve rammer: først jevn og deretter rare linjer i bildet. Resultatet er en flimmerfrekvens på 50Hz.

LED-operasjonen i PWM-modus er en separat blits med justerbar varighet. For at disse blinkene skal oppfattes av øyet som en kontinuerlig glød, må frekvensen deres være ikke mindre enn kritisk. Så mange du vil, men ikke på noen måte nedenfor. Denne faktoren bør tas i betraktning når du oppretter PWM - regulatorer for inventar.

Forresten, like et interessant faktum: Forskerne bestemte på en eller annen måte at den kritiske frekvensen for bieøyet er 800Hz. Derfor ser bien filmen på skjermen som en sekvens av individuelle bilder. For at hun skal kunne se et bevegelig bilde, må projeksjonsfrekvensen økes til åtte hundre halvbilder per sekund!

Funksjonsdiagram over en PWM-kontroller

For å kontrollere den faktiske LED-en brukes transistor nøkkeltrinn. Nylig den mest brukte til dette formålet transistorer mosfet, slik at du kan pendle betydelig kraft (bruk av konvensjonelle bipolare transistorer til disse formål anses som ganske enkelt uanstendig).

Et slikt behov (en kraftig MOSFET-transistor) oppstår med et stort antall lysdioder, for eksempel med ved hjelp av LED-stripe, som vil bli diskutert senere. Hvis strømmen er lav - når du bruker en - to lysdioder, kan du bruke tastene på lite strøm bipolare transistorer, og om mulig kobler du LEDene direkte til utgangene til mikrokretsene.

Figur 2 viser funksjonsdiagrammet til PWM-kontrolleren. Som et kontrollelement er motstanden R2 konvensjonelt vist i diagrammet. Ved å rotere håndtaket er det mulig å endre driftssyklusen til kontrollpulsene innenfor de nødvendige grensene, og følgelig lysstyrken til lysdiodene.

Figur 2. Funksjonsdiagram over en PWM-kontroller

Figuren viser tre kjeder med seriekoblede LED-er med begrensende motstand. Omtrent samme tilkobling brukes i LED-strips. Jo lenger båndet er, jo flere lysdioder, jo større er strømforbruket.

Det er i disse tilfellene så mektige regulatorer på transistorer MOSFEThvis tillatte avløpsstrøm skal være litt større enn strømmen som forbrukes av båndet. Det siste kravet oppfylles ganske enkelt: For eksempel har IRL2505 transistoren en avløpsstrøm på omtrent 100A, en tappespenning på 55V, mens størrelsen og prisen er attraktiv nok til bruk i forskjellige utførelser.

PWM-masteroscillatorer

En mikrokontroller (ofte i industrielle forhold), eller en krets laget på mikrokretser med liten grad av integrasjon, kan brukes som PWM-masteroscillator. Hvis det hjemme er ment å lage en liten mengde PWM-regulatorer, men det er ingen erfaring med å lage mikrokontrollenheter, så er det bedre å lage en regulator på det som nå er for hånden.

Dette kan være en logisk brikkeserie K561, en integrert tidtaker NE555samt spesialiserte mikrobrikker designet for bytte strømforsyninger. I denne rollen kan du til og med lage arbeid driftsforsterkerhar satt sammen en justerbar generator på den, men dette er kanskje "av kjærlighet for kunst". Derfor vil bare to ordninger bli vurdert nedenfor: den vanligste på 555-tidtakeren, og på UC3843 UPS-kontrolleren.

Skjema for masteroscillatoren på tidtakeren 555

Figur 3. Skjema for masteroscillatoren

Denne kretsen er en vanlig firkantbølgenerator hvis frekvens er innstilt av kondensator Cl. Kondensatoren lades gjennom kretsen "Utgang - R2 - RP1-C1 - felles ledning". I dette tilfellet må utgangen ha en høy nivå spenning, noe som tilsvarer det faktum at utgangen er koblet til plusspolen til strømkilden.

Kondensatoren tømmes gjennom kretsen "C1 - VD2 - R2 - Utgang - felles ledning" på et tidspunkt når utgangen er lavspent, og utgangen er koblet til en felles ledning. Denne forskjellen i banene til ladningen - utladning av tidsinnstillende kondensator - gir pulser med justerbar bredde.

Det skal bemerkes at dioder, selv av samme type, har forskjellige parametere. I dette tilfellet spiller deres elektriske kapasitans en rolle, som endres under påvirkning av spenning på diodene. Derfor endres også frekvensen, sammen med en endring i utgangssignalets driftssyklus.

Hovedsaken er at den ikke blir mindre enn den kritiske frekvensen, som ble nevnt like over. Ellers, i stedet for en jevn glød med ulik lysstyrke, vil individuelle blink være synlige.

Omtrent (igjen er det dioden som har skylden), frekvensen til generatoren kan bestemmes av formelen vist nedenfor.

Frekvensen til PWM-generatoren på tidtakeren 555.

Hvis vi erstatter kondensatorens kapasitans i formelen i farads og motstanden i Ohms, bør resultatet være i Hz Hz: du kan ikke komme noen vei fra SI-systemet! Det er underforstått at RP1-motoren med variabel motstand er i midtposisjonen (i formelen RP1 / 2), som tilsvarer utgangssignalet til meanderformen. I figur 2 er dette nøyaktig den delen der pulslengden på 50% er indikert, noe som tilsvarer et signal med en driftssyklus på 2.

PWM-masteroscillator på UC3843-brikke

Kretsen er vist på figur 4.

Figur 4. Skjema for PWM-masteroscillatoren på UC3843-brikken

UC3843-brikken er en PWM-kontrollkontroll for å bytte strømforsyning og brukes for eksempel i ATX-format datamaskinkilder. I dette tilfellet endres det typiske opplegget for inkludering litt i retning av forenkling. For å kontrollere bredden på utgangspulsen påføres en reguleringsspenning med positiv polaritet på inngangen til kretsen, deretter oppnås et pulsbreddemodulert PWM-signal ved utgangen.

I enkleste tilfelle kan reguleringsspenningen påføres ved å bruke en variabel motstand med en motstand på 22 ... 100K. Om nødvendig kan kontrollspenningen oppnås, for eksempel fra en analog lyssensor laget på en fotoresistor: jo mørkere vindu, jo lysere i rommet.

Reguleringsspenningen påvirker PWM-utgangen, slik at når den synker, øker bredden på utgangspulsen, noe som ikke er overraskende i det hele tatt.Tross alt er det opprinnelige formålet med UC3843-brikken å stabilisere spenningen i strømforsyningen: hvis utgangsspenningen synker, og med den reguleringsspenningen, må du iverksette tiltak (øke bredden på utgangspulsen) for å øke utgangsspenningen litt.

Reguleringsspenning i strømforsyninger genereres som regel ved bruk av zenerdioder. Oftest er det TL431 eller lignende.

Med verdiene på delene som er angitt på diagrammet, er generatorfrekvensen omtrent 1 KHz, og i motsetning til generatoren på 555-timeren, flyter den ikke når driftssyklusen til utgangssignalet endres - bekymring for konstanten av frekvensen for å bytte strømforsyninger.

For å regulere betydelig effekt, for eksempel en LED-stripe, bør nøkkeltrinnet på MOSFET-transistoren kobles til utgangen, som vist i figur 2.

Det ville være mulig å snakke mer om PWM-regulatorer, men for nå lar vi dvele ved dette, og i neste artikkel vil vi vurdere forskjellige måter å koble til LED-er. Tross alt er ikke alle metodene like gode, det er de som bør unngås, og det er akkurat nok feil når du kobler til LED-er.

Fortsettelse av artikkelen:Gode ​​og dårlige ledningsføringsmønstre

Boris Aladyshkin

Comments

[#1]

Takk for informasjonen. Veldig nyttig og relevant.

[#2]

Det er bedre å regulere bakgrunnsbelysningen til skjermer uten PWM. Og hva som vil endre skyggen - den kan korrigeres med en matrise, det er bedre enn å ødelegge visjonen med PWM.

[#3]

Ja, saken er interessant, bare i noen tilfeller begynner BP å "synge". Videre, på det maksimale og minimale, "synger" nesten ikke, og i den midterste stillingen var det tilfeller som allerede legger ører. Intelligente mennesker som vi bare ikke ble rådet til: Sett kraftige kondensatorer på utgangen, øk tverrsnittet på lederne, ta strømforsyningen mer effektivt, pakk inn en anstendig induktor, sett filteret på PWM-utgangen - til ett sted, mens det skrek og skrek. På en eller annen måte var det ett prosjekt kunden ønsket på spennet, omtrent 30 meter, for å lage 3 bakgrunnsbelysningssoner som ville styres uavhengig av hverandre, og justeringsblokken ville være i det elektriske panelet, og på et vridd par signal skulle komme til PWM-brettet i hver LED-lampe, på brettet var det en dobbel mikrobryter som satte tilhørigheten til ønsket sone. Hver lampe hadde sin egen strømforsyningsenhet (Mean Well S 250-12). Kretsen ble kontrollert fra en felles kontroller, soner ble slått på og hver hadde sitt eget belysningsnivå, og så når vi slo på det, var det ikke at det ikke var mulig i rommet, men jeg ville flykte derfra. Høyfrekvente skrik var at det ikke var behagelig å være i et tomt rom. Da vi "anstrengt" utvikleren vår, løste han problemet bare for tredje gang, for å si det slik at han "kvartet", og økte klokkefrekvensen til kontrollerne i hver lampe. Og så, som bestemoren hvisket, stillhet og frykt. Men jeg satte sammen 555 kretskortene selv og kjøpte ferdige og oppførte seg i forskjellige situasjoner annerledes uavhengig av lastkraften og produsenten av PSU, noen skrik, andre ikke. Så hvis noen har erfaring med å løse dette problemet, ville det være interessant å høre en mening.

[#4]

Takk skal du ha!