LED spilgtuma kontrole

Dažos gadījumos, piemēram, lukturīšos vai mājas apgaismes ķermeņos, ir nepieciešams pielāgot mirdzuma spilgtumu. Šķiet, ka tas ir vienkāršāk: vienkārši mainiet strāvu caur LED, palielinot vai samazinot pretestību ierobežojošais rezistors. Bet šajā gadījumā ievērojama enerģijas daļa tiks iztērēta ierobežojošajam rezistoram, kas ir pilnīgi nepieņemami ar autonomu barošanas avotu no baterijām vai akumulatoriem.

Turklāt mainīsies gaismas diožu krāsa: piemēram, baltā krāsā, ja strāva ir mazāka par nominālo (lielākajai daļai gaismas diožu 20mA), būs nedaudz zaļgani nokrāsa. Šāda krāsas maiņa dažos gadījumos ir pilnīgi bezjēdzīga. Iedomājieties, ka šie gaismas diodes apgaismo televizora vai datora monitora ekrānu.

PWM regulēšanas princips

Šajos gadījumos piesakieties PWM - regulēšana (impulsa platums). Tā nozīme ir tāda LED periodiski iedegas un izdziest. Šajā gadījumā strāva paliek nomināla visā zibspuldzes laikā, tāpēc luminiscences spektrs netiek kropļots. Ja gaismas diode ir balta, zaļās nokrāsas neparādīsies.

Turklāt, izmantojot šo jaudas kontroles metodi, enerģijas zudumi ir minimāli, PWM kontrolēto ķēžu efektivitāte ir ļoti augsta, sasniedzot vairāk nekā 90 procentus.

PWM regulēšanas princips ir diezgan vienkāršs, un tas parādīts 1. attēlā. Atšķirīga acī iedegtā un nodzisušā stāvokļa attiecība tiek uztverta kā atšķirīgs spilgtums: tāpat kā filmā - atsevišķi rādīti pārmaiņus kadri tiek uztverti kā kustīgs attēls. Tas viss ir atkarīgs no projekcijas frekvences, par kuru tiks runāts mazliet vēlāk.

1. attēls. PWM regulēšanas princips

Attēlā parādītas signāla diagrammas PWM vadības ierīces (vai galvenā oscilatora) izejā. Nulle un viena ir apzīmēta ar loģiskie līmeņi: loģiskā vienība (augsts līmenis) izraisa gaismas diodes mirdzumu, attiecīgi loģiskās nulles (zems līmenis) izdzēšanu.

Lai gan viss var būt otrādi, jo viss ir atkarīgs no izvades taustiņa shēmas, gaismas diodi var ieslēgt zemu un izslēgt, tikai augstu. Šajā gadījumā fiziski loģiskajai vienībai būs zems sprieguma līmenis, un loģiskajai nullei būs augsta.

Citiem vārdiem sakot, loģiska vienība izraisa kāda notikuma vai procesa iekļaušanu (mūsu gadījumā LED apgaismojums), un loģiskai nullei vajadzētu atspējot šo procesu. Tas ir, ne vienmēr augsts līmenis digitālās mikroshēmas izejā ir LOGIC vienība, tas viss ir atkarīgs no tā, kā tiek uzbūvēta konkrētā shēma. Tas ir paredzēts informācijai. Bet pagaidām mēs pieņemam, ka atslēgu kontrolē augsts līmenis, un citādi tā vienkārši nevar būt.

Vadības impulsu biežums un platums

Jāatzīmē, ka impulsa atkārtošanās periods (vai frekvence) paliek nemainīgs. Bet kopumā impulsa frekvence neietekmē mirdzuma spilgtumu, tāpēc frekvences stabilitātei nav īpašu prasību. Mainās tikai pozitīva impulsa ilgums (PLATUMS), šajā gadījumā darbojas viss impulsa platuma modulācijas mehānisms.

Kontroles impulsu ilgums 1. attēlā ir izteikts %%. Tas ir tā saucamais "aizpildīšanas koeficients" vai, angļu valodā runājot, DUTY CYCLE. To izsaka kā kontroles impulsa ilguma un impulsa atkārtošanās perioda attiecību.

Krievu valodā parasti tiek izmantota terminoloģija "Darba cikls" - perioda un laika impulsa attiecībaa. Tādējādi, ja piepildījuma koeficients ir 50%, tad darba cikls būs 2.Šeit nav būtiskas atšķirības, tāpēc jūs varat izmantot jebkuru no šīm vērtībām, kurai tas ir ērtāk un saprotamāk.

Šeit, protams, varētu dot formulas darba cikla un NODOKĻA CIKLA aprēķināšanai, bet, lai nesarežģītu noformējumu, mēs iztiksim bez formulām. Ārkārtējos gadījumos Ohmas likums. Nav ko darīt: "Jūs nezināt Ohmas likumus, palieciet mājās!" Ja kādu interesē šīs formulas, tad tās vienmēr var atrast internetā.

PWM frekvence dimmerim

Kā minēts iepriekš, PWM impulsa frekvences stabilitātei netiek izvirzītas īpašas prasības: labi, ka tas mazliet “peld” un ir labi. Šāda frekvences nestabilitāte, starp citu, ir diezgan liela, piem., PWM kontrolieriem pamatojoties uz integrēto taimeri NE555kas netraucē to izmantošanu daudzos dizainos. Šajā gadījumā ir svarīgi tikai, lai šī frekvence nepārsniegtu noteiktu vērtību.

Kādai jābūt frekvencei, un cik nestabila tā var būt? Neaizmirstiet, ka mēs runājam par dimmeriem. Filmu tehnoloģijā pastāv termins "kritiska mirgošanas frekvence". Šī ir frekvence, kādā atsevišķi attēli, kas tiek parādīti viens pēc otra, tiek uztverti kā kustīgs attēls. Cilvēka acij šī frekvence ir 48Hz.

Šī iemesla dēļ filmēšanas biežums bija 24 kadri / s (televīzijas standarta 25 kadri / s). Lai palielinātu šo frekvenci līdz kritiskai, filmu projektori izmanto divu asmeņu obturētāju (slēģi), kas divreiz pārklājas ar katru parādīto kadru.

Amatieru šaurās filmas 8 mm projektoros projekcijas frekvence bija 16 kadri / s, tāpēc slēģam bija pat trīs asmeņi. To pašu televīzijas mērķi kalpo fakts, ka attēls tiek parādīts pa pusei kadru: vispirms pāra un pēc tam nepāra attēla līnijas. Rezultāts ir mirgošanas frekvence 50Hz.

Gaismas diodes darbība PWM režīmā ir atsevišķa regulējama ilguma zibspuldze. Lai acs šos zibšņus uztvertu kā nepārtrauktu mirdzumu, to biežumam jābūt vismaz kritiskam. Tik daudz, cik vēlaties, bet nekādā veidā zemāk. Veidojot, šis faktors jāņem vērā PWM - armatūras regulatori.

Starp citu, tieši kā interesants fakts: zinātnieki kaut kā noteica, ka bites acs kritiskā frekvence ir 800Hz. Tāpēc bite filmu uz ekrāna redz kā atsevišķu attēlu secību. Lai viņa redzētu kustīgu attēlu, projekcijas frekvence būs jāpalielina līdz astoņiem simtiem pusi kadru sekundē!

PWM kontroliera funkcionālā diagramma

Lai kontrolētu faktisko gaismas diodi tranzistora atslēgas pakāpe. Pēdējā laikā visplašāk tiek izmantots šim nolūkam tranzistori mosfet, ļaujot nomierināt ievērojamu jaudu (parasto bipolāro tranzistoru izmantošana šajos nolūkos tiek uzskatīta par vienkārši nepieklājīgu).

Šāda vajadzība (jaudīgs MOSFET tranzistors) rodas ar lielu skaitu LED, piemēram, ar izmantojot LED sloksni, kas tiks apspriests vēlāk. Ja enerģijas patēriņš ir mazs, izmantojot vienu - divas gaismas diodes, varat izmantot taustiņus ar mazu enerģijas patēriņu bipolāri tranzistori, un, ja iespējams, pievienojiet gaismas diodes tieši pie mikroshēmu izejām.

2. attēlā parādīta PWM kontroliera funkcionālā shēma. Kā vadības elements rezistors R2 parasti ir parādīts diagrammā. Pagriežot tā rokturi, ir iespējams mainīt vadības impulsu darbības ciklu nepieciešamajās robežās un attiecīgi arī gaismas diožu spilgtumu.

2. attēls. PWM kontroliera funkcionālā diagramma

Attēlā parādītas trīs sērijveidā savienotu gaismas diožu ķēdes ar ierobežojošiem rezistoriem. Apmēram tāds pats savienojums tiek izmantots LED sloksnēs. Jo garāka lente, jo vairāk gaismas diožu, jo lielāks pašreizējais patēriņš.

Šajos gadījumos tas ir tik jaudīgi regulatori uz tranzistoriem MOSFET, kuras pieļaujamajai kanalizācijas strāvai jābūt nedaudz lielākai par lentes patērēto strāvu. Pēdējā prasība tiek izpildīta diezgan viegli: piemēram, tranzistora IRL2505 drenāžas strāva ir aptuveni 100A, notekas spriegums ir 55 V, savukārt tā izmērs un cena ir pietiekami pievilcīgi, lai tos izmantotu dažādos dizainos.

PWM galvenie oscilatori

Par PWM galveno oscilatoru var izmantot mikrokontrolleri (visbiežāk rūpnieciskos apstākļos) vai shēmu, kas izgatavota uz nelielas integrācijas mikroshēmām. Ja mājās ir paredzēts izgatavot nelielu daudzumu PWM regulatoru, bet nav pieredzes mikrokontrolleru izveidē, tad labāk ir izgatavot regulatoru tam, kas šobrīd ir pie rokas.

Tas var būt loģisko mikroshēmu sērija K561, integrēts taimeris NE555kā arī specializēti mikročipi, kas paredzēti komutācijas barošanas bloki. Šajā lomā jūs pat varat padarīt darbu darbības pastiprinātājsja tam ir samontēts regulējams ģenerators, bet tas, iespējams, ir “no mīlestības uz mākslu”. Tāpēc turpmāk tiks apskatītas tikai divas ķēdes: visbiežāk uz 555 taimeri un UC3843 UPS kontrolieris.

Galvenā oscilatora shēma uz taimeri 555

3. attēls. Galvenā oscilatora shēma

Šī ķēde ir regulārs kvadrātveida viļņu ģenerators, kura frekvenci iestata kondensators C1. Kondensators tiek uzlādēts caur ķēdi "Izeja - R2 - RP1-C1 - kopīgais vads". Šajā gadījumā izejai jābūt augsta līmeņa spriegumam, kas ir līdzvērtīgs faktam, ka izeja ir savienota ar enerģijas avota plus polu.

Kondensators tiek izlādēts caur ķēdi "C1 - VD2 - R2 - izeja - parasts vads" laikā, kad izejai ir zems spriegums, izeja ir savienota ar kopēju vadu. Šī lādēšanas ceļu atšķirība - laika iestatīšanas kondensatora izlāde - nodrošina impulsus ar regulējamu platumu.

Jāatzīmē, ka diodēm, pat viena veida, ir dažādi parametri. Šajā gadījumā loma ir viņu elektriskajai kapacitātei, kas mainās diožu sprieguma ietekmē. Tāpēc līdz ar izmaiņām izejas signāla darba ciklā mainās arī tā frekvence.

Galvenais, lai tas nekļūtu mazāks par kritisko frekvenci, kas tika pieminēta tieši iepriekš. Pretējā gadījumā vienmērīga mirdzuma ar atšķirīgu spilgtumu vietā būs redzamas atsevišķas zibspuldzes.

Aptuveni (atkal diodes ir vainīgas) ģeneratora frekvenci var noteikt pēc formulas, kas parādīta zemāk.

PWM ģeneratora frekvence uz taimeri 555.

Ja formulā aizstājam kondensatora kapacitāti ar fāzēm un pretestību Ohm, tad rezultātam jābūt Hz Hz: jūs nevarat nokļūt nekur no SI sistēmas! Tiek saprasts, ka mainīgā rezistora RP1 motors atrodas vidējā stāvoklī (formulā RP1 / 2), kas atbilst līknes formas izejas signālam. 2. attēlā tieši tā ir tā daļa, kurā norādīts 50% impulsa ilgums, kas ir ekvivalents signālam ar darba ciklu 2.

PWM galvenais oscilators UC3843 mikroshēmā

Tās shēma ir parādīta 4. attēlā.

4. attēls. PWM galvenā oscilatora shēma UC3843 mikroshēmā

Mikroshēma UC3843 ir PWM vadības kontrolieris barošanas avotu pārslēgšanai, un to izmanto, piemēram, ATX formāta datoru avotos. Šajā gadījumā tā iekļaušanas tipiskā shēma ir nedaudz mainīta vienkāršošanas virzienā. Lai kontrolētu izejas impulsa platumu, ķēdes ieejai tiek pielietots pozitīvas polaritātes regulēšanas spriegums, pēc tam izejā tiek iegūts impulsa platuma modulēts PWM signāls.

Vienkāršākā gadījumā regulatīvo spriegumu var pielietot, izmantojot mainīgu rezistoru ar pretestību 22 ... 100K. Ja nepieciešams, vadības spriegumu var iegūt, piemēram, no analogā gaismas sensora, kas izgatavots uz fotorezistora: jo tumšāks ir logs, jo gaišāka ir telpa.

Normatīvais spriegums ietekmē PWM izeju, tāpēc, kad tas samazinās, izejas impulsa platums palielinās, kas nepavisam nav pārsteidzoši.Galu galā UC3843 mikroshēmas sākotnējais mērķis ir stabilizēt barošanas avota spriegumu: ja izejas spriegums samazinās, un līdz ar to arī regulēšanas spriegums, tad jums ir jāveic pasākumi (palieliniet izejas impulsa platumu), lai nedaudz palielinātu izejas spriegumu.

Regulējošais spriegums barošanas avotos parasti tiek ģenerēts ar Zener diožu palīdzību. Visbiežāk tā ir TL431 vai tamlīdzīgi.

Ar diagrammā norādītajām detaļu vērtībām ģeneratora frekvence ir aptuveni 1 KHz, un atšķirībā no ģeneratora uz taimeri 555 tas “neplūst”, mainoties izejas signāla darba ciklam - bažas par komutācijas barošanas avotu frekvences noturību.

Lai regulētu ievērojamu jaudu, piemēram, LED sloksni, MOSFET tranzistora atslēgas posms jāpievieno izejai, kā parādīts 2. attēlā.

Varētu runāt vairāk par PWM regulatoriem, bet pagaidām pakavēsimies pie tā, un nākamajā rakstā mēs apsvērsim dažādus gaismas diožu pievienošanas veidus. Galu galā ne visas metodes ir vienlīdz labas, ir arī tādas, no kurām vajadzētu izvairīties, un, pievienojot gaismas diodes, ir pietiekami daudz kļūdu.

Raksta turpinājums:Labas un sliktas LED vadu shēmas

Boriss Aladyshkin