LED lysstyrke kontrol

I nogle tilfælde, for eksempel i lommelygter eller belysningsarmaturer til hjemmet, bliver det nødvendigt at justere glødens lysstyrke. Det ser ud til, at det er lettere: bare ændre strømmen gennem LED'en, forøgelse eller formindskelse modstandsbegrænsende modstand. Men i dette tilfælde vil en betydelig del af energien blive brugt på den begrænsende modstand, hvilket er helt uacceptabelt med autonom strømforsyning fra batterier eller akkumulatorer.

Derudover vil farven på lysdioderne ændre sig: for eksempel vil hvid, når strømmen er lavere end den nominelle (for de fleste lysdioder 20mA), have en let grønlig farvetone. En sådan farveændring er i nogle tilfælde helt ubrugelig. Forestil dig, at disse lysdioder oplyser skærmen på et tv eller computerskærm.

Princippet om PWM - regulering

Anvend i disse tilfælde PWM - regulering (pulsbredde). Dens betydning er det lysdiode tændes med jævne mellemrum og slukkes. På samme tid forbliver strømmen nominel gennem hele flashtid, derfor spredes glødets spektrum ikke. Hvis lysdioden er hvid, vises grønne nuancer ikke.

Derudover er energitabene med denne metode til effektkontrol minimale, effektiviteten af ​​PWM-kontrollerede kredsløb er meget høj og når over 90 procent.

Princippet for PWM-kontrol er ganske enkelt og vises i figur 1. Et andet forhold mellem tiden for den oplyste og slukkede tilstand i øjet opfattes som forskellig lysstyrke: som i en film - separat vist skiftevis vises rammer som et bevægende billede. Det hele afhænger af hyppigheden af ​​projektionen, som vil blive diskuteret lidt senere.

Figur 1. Princippet for PWM-regulering

Figuren viser signaldiagrammerne ved udgangen fra PWM-kontrolenheden (eller en masteroscillator). Nul og en er angivet med logiske niveauer: logisk enhed (højt niveau) får LED'en til at gløde, henholdsvis logisk nul (lavt niveau), udryddelse.

Selvom alt kan være omvendt, da alt afhænger af udgangstastens kredsløb, kan LED'en tændes lavt og slukket, bare højt. I dette tilfælde vil den fysisk logiske enhed have et lavt spændingsniveau, og den logiske nul vil være høj.

Med andre ord forårsager en logisk enhed inkluderingen af ​​en eller anden hændelse eller proces (i vores tilfælde LED-belysning), og en logisk nul bør deaktivere denne proces. Det vil sige, at ikke altid et højt niveau ved output fra en digital mikrokredsløb er en LOGIC-enhed, alt afhænger af, hvordan et bestemt kredsløb er bygget. Dette er til information. Men indtil videre antager vi, at nøglen styres af et højt niveau, og det kan simpelthen ikke være andet.

Frekvens og bredde af kontrolpulser

Det skal bemærkes, at puls repetitionsperioden (eller frekvensen) forbliver uændret. Men generelt påvirker pulsfrekvensen ikke glødens lysstyrke, derfor er der ingen særlige krav til frekvensens stabilitet. Kun varigheden (WIDTH), i dette tilfælde, af en positiv puls ændres, hvilket hele mekanismen for pulsbreddemodulation fungerer.

Varigheden af ​​kontrolpulserne i figur 1 udtrykkes i %%. Dette er den såkaldte "fyldfaktor" eller, i engelsk terminologi, DUTY CYCLE. Det udtrykkes som forholdet mellem varigheden af ​​kontrolpulsen og pulsrepetitionsperioden.

I russisk terminologi bruges normalt "Duty cyclus" - forholdet mellem perioden og tidsimpulsena. Hvis påfyldningsfaktoren således er 50%, vil arbejdscyklussen således være 2.Der er ingen grundlæggende forskel her, derfor kan du bruge nogen af ​​disse værdier, som det er mere praktisk og forståeligt.

Her kunne man selvfølgelig give formler til beregning af driftscyklus og TILSYNSSYSTEM, men for ikke at komplicere præsentationen klarer vi os uden formler. I ekstreme tilfælde Ohms lov. Der er intet at gøre: "Du kender ikke Ohms lov, bliv hjemme!" Hvis nogen er interesseret i disse formler, kan de altid findes på Internettet.

PWM-frekvens for lysdæmper

Som nævnt ovenfor er der ingen særlige krav til stabiliteten af ​​PWM-pulsfrekvensen: ja, den "flyder" lidt, og det er okay. Sådan frekvensinstabilitet er for øvrig ganske stor, PWM-controllere har baseret på den integrerede timer NE555der ikke forstyrrer brugen af ​​dem i mange designs. I dette tilfælde er det kun vigtigt, at denne frekvens ikke falder under en bestemt værdi.

Og hvad skal frekvensen være, og hvor ustabil kan den være? Glem ikke at vi taler om dæmpere. I filmteknologi findes udtrykket "kritisk flimmerfrekvens". Dette er den frekvens, hvormed individuelle billeder, der vises efter hinanden, opfattes som et bevægende billede. For det menneskelige øje er denne frekvens 48Hz.

Det er af denne grund, at frekvensen af ​​optagelse på film var 24 billeder / sek (tv-standard 25 billeder / sek). For at øge denne frekvens til kritisk bruger filmprojektorer en to-bladet lukker (lukker), der to gange overlapper hver vist ramme.

I amatører med smalfilm 8 mm-projektorer var projektionsfrekvensen 16 billeder / sek, så skodden havde så mange som tre klinger. Det samme formål i tv tjenes ved, at billedet vises i halve rammer: først lige og derefter ulige linjer i billedet. Resultatet er en flimmerfrekvens på 50Hz.

LED-betjeningen i PWM-tilstand er en separat blitz med justerbar varighed. For at disse blitz kan opfattes af øjet som en kontinuerlig glød, må deres frekvens være ikke mindre end kritisk. Så mange, som du vil, men ikke på nogen måde nedenfor. Denne faktor skal overvejes, når du opretter PWM - regulatorer til inventar.

Forresten, lige som en interessant kendsgerning: Videnskabsmændene bestemte på en eller anden måde, at den kritiske frekvens for bi-øjet er 800Hz. Derfor ser bien filmen på skærmen som en række af individuelle billeder. For at hende skal kunne se et bevægende billede, skal projektionsfrekvensen øges til otte hundrede halve rammer pr. Sekund!

Funktionsdiagram over en PWM-controller

Til kontrol af den aktuelle LED bruges transistor nøgletap. For nylig er det mest anvendte til dette formål transistorer mosfet, så du kan pendle betydelig magt (brugen af ​​konventionelle bipolære transistorer til disse formål betragtes som simpel uanstændig).

Et sådant behov (en kraftig MOSFET-transistor) opstår med et stort antal lysdioder, for eksempel med ved hjælp af LED-strimmel, som vil blive diskuteret senere. Hvis strømmen er lav - når du bruger en - to lysdioder, kan du bruge tasterne på lav strøm bipolære transistorer, og om muligt skal du tilslutte lysdioderne direkte til mikrokredsløbets udgange.

Figur 2 viser PWM-controllerens funktionsdiagram. Som kontrolelement er modstanden R2 konventionelt vist i diagrammet. Ved at dreje håndtaget er det muligt at ændre styrepulsernes driftscyklus inden for de krævede grænser, og følgelig lysstyrken på lysdioderne.

Figur 2. Funktionsdiagram over en PWM-controller

Figuren viser tre kæder af seriekoblede LED'er med begrænsende modstande. Cirka den samme forbindelse bruges i LED-strimler. Jo længere båndet er, jo flere lysdioder, desto større er strømforbruget.

Det er i disse tilfælde så kraftfuld regulatorer på transistorer MOSFET, hvis tilladte dræningsstrøm skal være lidt større end den strøm, der forbruges af båndet. Det sidstnævnte krav opfyldes ganske let: For eksempel har IRL2505-transistoren en dræningsstrøm på ca. 100A, en dræningsspænding på 55V, mens dens størrelse og pris er attraktiv nok til anvendelse i forskellige design.

PWM-masteroscillatorer

En mikrokontroller (oftest under industrielle forhold) eller et kredsløb lavet på mikrokredsløb med en lille grad af integration, kan bruges som en PWM-masteroscillator. Hvis der hjemme der formodes at lave en lille mængde PWM-regulatorer, men der ikke er nogen erfaring med at oprette mikrokontrolenheder, så er det bedre at lave en regulator til det, der nu er ved hånden.

Dette kan være en logisk chip-serie K561, en integreret timer NE555samt specialiserede mikrochips designet til skifte strømforsyning. I denne rolle kan du endda gøre arbejde driftsforstærkerhar samlet en justerbar generator på den, men dette er måske "af kærlighed til kunsten". Derfor overvejes kun to kredsløb nedenfor: det mest almindelige på 555-timeren og på UC3843 UPS-controller.

Skema med masteroscillatoren på timeren 555

Figur 3. Skema med masteroscillatoren

Dette kredsløb er en almindelig firkantbølgenerator, hvis frekvens er indstillet af kondensator C1. Kondensatoren oplades gennem kredsløbet "Output - R2 - RP1-C1 - common wire". I dette tilfælde skal udgangen have en højspændingsniveau, hvilket svarer til det faktum, at udgangen er tilsluttet strømkildens pluspol.

Kondensatoren aflades gennem kredsløbet "C1 - VD2 - R2 - Output - fælles ledning" på et tidspunkt, hvor udgangen er lavspænding, og udgangen er forbundet til en fælles ledning. Denne forskel i ladningens baner - afladning af tidsindstillende kondensator - giver impulser med en justerbar bredde.

Det skal bemærkes, at dioder, selv af samme type, har forskellige parametre. I dette tilfælde spiller deres elektriske kapacitet en rolle, der ændres under påvirkning af spænding på dioderne. Derfor ændres det også sammen med en ændring i udgangssignalets driftscyklus.

Det vigtigste er, at det ikke bliver mindre end den kritiske frekvens, som blev nævnt lige ovenfor. Ellers i stedet for en ensartet glød med forskellig lysstyrke, vil individuelle blink være synlige.

Cirka (igen skyldes dioderne), generatorens frekvens kan bestemmes ved hjælp af nedenstående formel.

Frekvensen af ​​PWM-generatoren på timeren 555.

Hvis vi erstatter kondensatorens kapacitans i formlen i farads og modstanden i Ohms, skal resultatet være i Hz Hz: du kan ikke komme nogen steder fra SI-systemet! Det er underforstået, at RP1-motoren med variabel modstand er i den midterste position (i formlen RP1 / 2), hvilket svarer til udgangssignalet i bølgeformen. I figur 2 er dette nøjagtigt den del, hvor impulsvarigheden på 50% er indikeret, hvilket er ækvivalent med et signal med en driftscyklus på 2.

PWM-masteroscillator på UC3843-chip

Dets kredsløb er vist i figur 4.

Figur 4. Skema af PWM-masteroscillatoren på UC3843-chippen

UC3843-chippen er en PWM-styreenhed til at skifte strømforsyning og bruges for eksempel i ATX-format computerkilder. I dette tilfælde ændres det typiske skema for dets optagelse lidt i retning af forenkling. For at styre bredden af ​​udgangspulsen føres en reguleringsspænding med positiv polaritet til indgangen til kredsløbet, hvorefter der sendes et pulsbredde-moduleret PWM-signal.

I det enkleste tilfælde kan reguleringsspændingen påføres ved hjælp af en variabel modstand med en modstand på 22 ... 100K. Om nødvendigt kan styrespændingen opnås for eksempel fra en analog lyssensor lavet på en fotoresistor: jo mørkere vindue, jo lysere er rummet.

Den regulatoriske spænding påvirker PWM-udgangen, så når bredden af ​​outputpulsen øges, når den falder, hvilket slet ikke er overraskende.Når alt kommer til alt, er det oprindelige formål med UC3843-chippen at stabilisere spændingen i strømforsyningen: Hvis udgangsspændingen falder, og med den reguleringsspændingen, skal du tage forholdsregler (øge udgangspulsens bredde) for at øge udgangsspændingen lidt.

Reguleringsspænding i strømforsyninger genereres som regel ved hjælp af zenerdioder. Oftest er det TL431 eller lignende.

Med værdierne for de dele, der er angivet på diagrammet, er generatorfrekvensen ca. 1 KHz, og i modsætning til generatoren på 555-timeren “flyder” den ikke, når udgangssignalets driftscyklus ændres - bekymring for konstanten af ​​frekvensen af ​​skiftende strømforsyninger.

For at regulere betydelig effekt, for eksempel en LED-strimmel, skal nøgletrinnet på MOSFET-transistoren tilsluttes udgangen, som vist i figur 2.

Det ville være muligt at tale mere om PWM-regulatorer, men lad os nu dvæle ved dette, og i den næste artikel vil vi overveje forskellige måder at tilslutte LED'er på. Når alt kommer til alt er ikke alle metoder lige så gode, der er dem, der skal undgås, og der er lige nok fejl, når man tilslutter lysdioder.

Fortsættelse af artiklen:Gode ​​og dårlige ledningsføringsmønstre

Boris Aladyshkin

Comments

[#1]

Tak for info. Meget nyttig og relevant.

[#2]

Det er bedre at regulere skærmens baggrundsbelysning uden PWM. Og hvad der vil ændre skyggen - det kan korrigeres med en matrix, det er bedre end at ødelægge synet med PWM.

[#3]

Ja, tinget er interessant, kun i nogle tilfælde begynder BP at "synge". Desuden ”synger” det maksimale og minimale næsten ikke, og i den midterste position var der tilfælde, hvor han lagde ørerne. Intelligente mennesker, som vi bare ikke blev rådet til: Sæt magtfulde kondensatorer ved udgangen, øg lederens tværsnit, tag en strømforsyning mere effektivt, indpak en anstændig induktor, sæt filteret på PWM-udgangen - til et sted, da det skreg og skrig. På en eller anden måde var der et projekt, som kunden ønskede på spændvidden, ca. 30 meter, for at lave 3 baggrundsbelysningszoner, der skulle styres uafhængigt af hinanden, og justeringsblokken ville være i det elektriske panel, og på et snoet par signal skulle komme til PWM-kortet i hver LED-lampe, på tavlen var der en dobbelt mikroswitch, der indstiller tilhørsforholdet til den ønskede zone. Hver lampe havde sin egen strømforsyningsenhed (Mean Well S 250-12). Kredsløbet blev kontrolleret fra en fælles controller, zoner blev skiftet og hver havde sit eget belysningsniveau, og så når vi tændte det, var det ikke, at det ikke var muligt i rummet, men jeg ville flygte derfra. Højfrekvente skrig var, at det ikke var behageligt at være i et tomt rum. Da vi "anstrengt" vores udvikler, løste han problemet kun tredje gang, så at sige ved at "quartze", og øgede urfrekvensen for controllere i hver lampe. Og så, som bedstemoren hviskede, tavshed og frygt. Men jeg monterede 555 kredsløbskort selv og købte færdige og opførte sig i forskellige situationer forskelligt uanset lastkraften og producenten af ​​PSU, nogle knirker, andre ikke. Så hvis nogen har erfaring med at løse dette problem, ville det være interessant at høre en mening.

[#4]

Tak!