Contrôle de luminosité LED

Dans certains cas, par exemple, dans les lampes de poche ou les appareils d'éclairage domestique, il devient nécessaire d'ajuster la luminosité de la lueur. Il semblerait que ce soit plus simple: il suffit de changer le courant à travers la LED, en augmentant ou en diminuant résistance limitant la résistance. Mais dans ce cas, une part importante de l'énergie sera dépensée sur la résistance de limitation, ce qui est totalement inacceptable avec une alimentation autonome par piles ou accumulateurs.

De plus, la couleur des LED changera: par exemple, le blanc lorsque le courant est inférieur au nominal (pour la plupart des LED 20mA) aura une teinte légèrement verdâtre. Un tel changement de couleur dans certains cas est complètement inutile. Imaginez que ces LED illuminent l'écran d'un téléviseur ou d'un écran d'ordinateur.

Le principe du PWM - régulation

Dans ces cas, appliquez PWM - régulation (largeur d'impulsion). Sa signification est que LED s'allume périodiquement et s'éteint. Dans le même temps, le courant reste nominal pendant toute la durée du flash, par conséquent, le spectre de la lueur n'est pas déformé. Si la LED est blanche, les nuances vertes n'apparaîtront pas.

De plus, avec cette méthode de contrôle de puissance, les pertes d'énergie sont minimes, l'efficacité des circuits contrôlés par PWM est très élevée, atteignant plus de 90%.

Le principe du contrôle PWM est assez simple, et est illustré à la figure 1. Un rapport différent du temps de l'état allumé et éteint dans l'œil est perçu comme luminosité différente: comme dans un film - les images montrées séparément alternativement sont perçues comme une image en mouvement. Tout dépend de la fréquence de la projection, qui sera discutée un peu plus loin.

Figure 1. Le principe de la régulation PWM

La figure montre les diagrammes de signaux à la sortie du dispositif de commande PWM (ou d'un oscillateur maître). Zéro et un sont indiqués par niveaux logiques: l'unité logique (niveau haut) fait allumer la LED, zéro logique (niveau bas), respectivement, extinction.

Bien que tout puisse être l'inverse, puisque tout dépend des circuits de la touche de sortie, la LED peut être allumée basse et éteinte, juste haute. Dans ce cas, l'unité physiquement logique aura un niveau de tension faible et le zéro logique sera élevé.

En d'autres termes, une unité logique provoque l'inclusion d'un événement ou d'un processus (dans notre cas, l'éclairage LED), et un zéro logique devrait désactiver ce processus. Autrement dit, pas toujours un niveau élevé à la sortie d'un microcircuit numérique n'est une unité LOGIC, tout dépend de la façon dont un circuit particulier est construit. C'est pour information. Mais pour l'instant, nous supposons que la clé est contrôlée par un niveau élevé, et il ne peut tout simplement pas en être autrement.

Fréquence et largeur des impulsions de commande

Il convient de noter que la période (ou fréquence) de répétition des impulsions reste inchangée. Mais, en général, la fréquence d'impulsion n'affecte pas la luminosité de la lueur, par conséquent, il n'y a pas d'exigences particulières pour la stabilité de la fréquence. Seule la durée (LARGEUR), dans ce cas, d'une impulsion positive change, grâce à laquelle fonctionne tout le mécanisme de modulation de la largeur d'impulsion.

La durée des impulsions de contrôle de la figure 1 est exprimée en %%. C'est ce que l'on appelle le "facteur de remplissage" ou, en terminologie anglaise, DUTY CYCLE. Il est exprimé comme le rapport de la durée de l'impulsion de commande à la période de répétition de l'impulsion.

Dans la terminologie russe est généralement utilisée "Rapport cyclique" - le rapport de la période à l'impulsion de tempsa. Ainsi, si le facteur de remplissage est de 50%, le rapport cyclique sera de 2.Il n'y a pas de différence fondamentale ici, par conséquent, vous pouvez utiliser l'une de ces valeurs, à qui elle est plus pratique et compréhensible.

Ici, bien sûr, on pourrait donner des formules pour calculer le cycle de service et le CYCLE DE FONCTIONNEMENT, mais afin de ne pas compliquer la présentation, nous nous passerons de formules. Dans les cas extrêmes, la loi d'Ohm. Il n'y a rien à faire: "Vous ne connaissez pas la loi d'Ohm, restez à la maison!" Si quelqu'un est intéressé par ces formules, elles peuvent toujours être trouvées sur Internet.

Fréquence PWM pour variateur

Comme mentionné ci-dessus, il n'y a pas d'exigences particulières pour la stabilité de la fréquence d'impulsion PWM: eh bien, elle "flotte" un peu, et ça va. Une telle instabilité de fréquence, en passant, est assez importante, les contrôleurs PWM ont basé sur la minuterie intégrée NE555cela n'interfère pas avec leur utilisation dans de nombreux modèles. Dans ce cas, il est seulement important que cette fréquence ne tombe pas en dessous d'une certaine valeur.

Et quelle devrait être la fréquence, et comment peut-elle être instable? N'oubliez pas que nous parlons de gradateurs. Dans la technologie des films, le terme "fréquence de scintillement critique" existe. Il s'agit de la fréquence à laquelle les images individuelles affichées l'une après l'autre sont perçues comme une image en mouvement. Pour l'œil humain, cette fréquence est de 48 Hz.

C'est pour cette raison que la fréquence de tournage sur film était de 24 images / sec (norme de télévision 25 images / sec). Pour augmenter cette fréquence à critique, les projecteurs de film utilisent un obturateur à deux pales (obturateur) qui chevauche deux fois chaque image affichée.

Dans les projecteurs amateurs à film étroit de 8 mm, la fréquence de projection était de 16 images / s, l'obturateur avait donc jusqu'à trois lames. Le même objectif à la télévision est servi par le fait que l'image est affichée en demi-images: d'abord les lignes paires, puis impaires de l'image. Le résultat est une fréquence de scintillement de 50 Hz.

Le fonctionnement des LED en mode PWM est un flash séparé de durée réglable. Pour que ces éclairs soient perçus par l'œil comme une lueur continue, leur fréquence ne doit pas être moins que critique. Autant que vous voulez, mais en aucun cas ci-dessous. Ce facteur doit être pris en compte lors de la création PWM - régulateurs pour luminaires.

Soit dit en passant, tout comme un fait intéressant: les scientifiques ont en quelque sorte déterminé que la fréquence critique pour l'œil de l'abeille est de 800 Hz. Par conséquent, l'abeille voit le film à l'écran comme une séquence d'images individuelles. Pour qu'elle puisse voir une image en mouvement, la fréquence de projection devra être augmentée à huit cent demi-images par seconde!

Schéma fonctionnel d'un contrôleur PWM

Pour contrôler la LED réelle est utilisée étape clé de transistor. Récemment, le plus largement utilisé à cet effet transistors mosfet, vous permettant de commuer une puissance importante (l'utilisation de transistors bipolaires conventionnels à ces fins est considérée comme simplement indécente).

Un tel besoin (un transistor MOSFET puissant) se pose avec un grand nombre de LED, par exemple, avec en utilisant une bande LED, qui sera discuté plus tard. Si la puissance est faible - lorsque vous utilisez une ou deux LED, vous pouvez utiliser les touches de faible puissance transistors bipolaires, et si possible, connectez les LED directement aux sorties des microcircuits.

La figure 2 montre le schéma fonctionnel du contrôleur PWM. En tant qu'élément de commande, la résistance R2 est classiquement représentée sur le schéma. En tournant sa poignée, il est possible de modifier le rapport cyclique des impulsions de commande dans les limites requises et, par conséquent, la luminosité des LED.

Figure 2. Diagramme fonctionnel d'un contrôleur PWM

La figure montre trois chaînes de LED connectées en série avec des résistances de limitation. Environ la même connexion est utilisée dans les bandes LED. Plus la bande est longue, plus il y a de LED, plus la consommation de courant est élevée.

C’est dans ces cas régulateurs sur transistors MOSFET, dont le courant de drain admissible doit être légèrement supérieur au courant consommé par la bande. Cette dernière exigence est satisfaite assez facilement: par exemple, le transistor IRL2505 a un courant de drain d'environ 100A, une tension de drain de 55V, tandis que sa taille et son prix sont suffisamment attractifs pour être utilisés dans diverses conceptions.

Oscillateurs maîtres PWM

Un microcontrôleur (le plus souvent dans des conditions industrielles), ou un circuit réalisé sur des microcircuits d'un faible degré d'intégration, peut être utilisé comme oscillateur maître PWM. Si à la maison, il est censé fabriquer une petite quantité de régulateurs PWM, mais qu'il n'y a aucune expérience dans la création de microcontrôleurs, il est préférable de créer un régulateur sur ce qui est maintenant à portée de main.

Il peut s'agir d'une puce logique série K561, d'une minuterie intégrée NE555ainsi que des micropuces spécialisées conçues pour alimentation à découpage. Dans ce rôle, vous pouvez même faire du travail amplificateur opérationnely avoir monté un générateur réglable, mais c'est peut-être «par amour pour l'art». Par conséquent, seuls deux circuits seront considérés ci-dessous: le plus courant sur la minuterie 555 et sur le contrôleur UPS UC3843.

Schéma de l'oscillateur maître sur la minuterie 555

Figure 3. Schéma de l'oscillateur maître

Ce circuit est un générateur à onde carrée régulier dont la fréquence est réglée par le condensateur C1. Le condensateur est chargé via le circuit "Sortie - R2 - RP1-C1 - fil commun". Dans ce cas, la sortie doit avoir une tension de haut niveau, ce qui équivaut au fait que la sortie est connectée au pôle positif de la source d'alimentation.

Le condensateur est déchargé par le circuit "C1 - VD2 - R2 - Sortie - fil commun" à un moment où la sortie est basse tension, la sortie est connectée à un fil commun. Cette différence dans les trajets de la charge - la décharge du condensateur de mise à l'heure - fournit des impulsions d'une largeur réglable.

Il est à noter que les diodes, même du même type, ont des paramètres différents. Dans ce cas, leur capacité électrique joue un rôle qui change sous l'influence de la tension sur les diodes. Par conséquent, parallèlement à une modification du rapport cyclique du signal de sortie, sa fréquence change également.

L'essentiel est qu'elle ne devienne pas inférieure à la fréquence critique, qui a été mentionnée juste ci-dessus. Sinon, au lieu d'une lueur uniforme avec une luminosité différente, des flashs individuels seront visibles.

Approximativement (encore une fois, les diodes sont à blâmer), la fréquence du générateur peut être déterminée par la formule ci-dessous.

La fréquence du générateur PWM sur la minuterie 555.

Si nous substituons la capacité du condensateur dans la formule en farads et la résistance en Ohms, alors le résultat devrait être en Hz Hz: vous ne pouvez pas vous éloigner du système SI! Il est entendu que le moteur à résistance variable RP1 est en position médiane (dans la formule RP1 / 2), ce qui correspond au signal de sortie de la forme en méandre. Sur la figure 2, c'est exactement la partie où la durée d'impulsion de 50% est indiquée, ce qui équivaut à un signal avec un rapport cyclique de 2.

Oscillateur maître PWM sur puce UC3843

Son circuit est illustré à la figure 4.

Figure 4. Schéma de l'oscillateur maître PWM sur la puce UC3843

La puce UC3843 est un contrôleur de contrôle PWM pour la commutation des alimentations et est utilisée, par exemple, dans les sources informatiques au format ATX. Dans ce cas, le schéma typique de son inclusion est légèrement modifié dans le sens de la simplification. Pour contrôler la largeur de l'impulsion de sortie, une tension de régulation de polarité positive est appliquée à l'entrée du circuit, puis un signal PWM modulé en largeur d'impulsion est obtenu à la sortie.

Dans le cas le plus simple, la tension de régulation peut être appliquée à l'aide d'une résistance variable avec une résistance de 22 ... 100K. Si nécessaire, la tension de commande peut être obtenue, par exemple, à partir d'un capteur de lumière analogique réalisé sur une photorésistance: plus la fenêtre est sombre, plus la pièce est lumineuse.

La tension de commande agit sur la sortie PWM, de sorte que lorsqu'elle diminue, la largeur de l'impulsion de sortie augmente, ce qui n'est pas du tout surprenant.Après tout, l'objectif initial de la puce UC3843 est de stabiliser la tension de l'alimentation: si la tension de sortie chute, et avec elle la tension de régulation, vous devez prendre des mesures (augmenter la largeur de l'impulsion de sortie) pour augmenter légèrement la tension de sortie.

La tension réglementaire dans les alimentations est générée, en règle générale, à l'aide de diodes Zener. Le plus souvent, c'est TL431 ou similaire.

Avec les valeurs des pièces indiquées sur le schéma, la fréquence du générateur est d'environ 1 KHz, et contrairement au générateur sur la minuterie 555, il ne "flotte" pas lorsque le rapport cyclique du signal de sortie change - inquiétude quant à la constance de la fréquence de commutation des alimentations.

Pour réguler une puissance importante, par exemple une bande de LED, l'étage clé du transistor MOSFET doit être connecté à la sortie, comme illustré à la figure 2.

Il serait possible de parler davantage des régulateurs PWM, mais pour l'instant, nous allons nous attarder sur cela, et dans le prochain article, nous examinerons différentes façons de connecter les LED. Après tout, toutes les méthodes ne sont pas également bonnes, il y en a qui doivent être évitées et il y a juste assez d'erreurs lors de la connexion des LED.

Suite de l'article:Bons et mauvais schémas de câblage LED

Boris Aladyshkin