LED контрол на яркостта

В някои случаи, например, при фенерчета или осветителни тела за дома, става необходимо да се регулира яркостта на сиянието. Изглежда, че е по-лесно: просто променете тока чрез светодиода, увеличавайки или намалявайки резистор, ограничаващ съпротивлението, Но в този случай значителна част от енергията ще се изразходва за ограничаващия резистор, което е напълно неприемливо с автономно захранване от батерии или акумулатори.

Освен това цветът на светодиодите ще се промени: например, бял, когато токът е по-нисък от номиналния (за повечето светодиоди 20mA) ще има леко зеленикав оттенък. Такава промяна на цвета в някои случаи е напълно безполезна. Представете си, че тези светодиоди осветяват екрана на телевизор или монитор на компютъра.

Принципът на ШИМ - регулиране

В тези случаи кандидатствайте ШИМ - регулиране (широчина на импулса), Смисълът му е в това светодиод периодично свети и угасва. В този случай токът остава номинален през цялото време на светкавицата, следователно спектърът на луминесценция не се изкривява. Ако светодиодът е бял, тогава зелените нюанси няма да се появят.

В допълнение, при този метод на управление на мощността загубите на енергия са минимални, ефективността на веригите, управлявани от ШИМ, е много висока, достигайки над 90 процента.

Принципът на управление на ШИМ е доста прост и е показан на фигура 1. Различното съотношение на времето на запаленото и угасено състояние в окото се възприема като различна яркост: като във филм - отделно показаните последователно кадри се възприемат като движещо се изображение. Всичко зависи от честотата на проекцията, която ще бъде обсъдена малко по-късно.

Фигура 1. Принципът на регулиране на ШИМ

Фигурата показва сигналните диаграми на изхода на PWM управляващото устройство (или главен осцилатор). Нулата и едното се означават с логически нива: логическата единица (високо ниво) кара светодиода да свети, логическата нула (ниското ниво), съответно, изчезва.

Въпреки че всичко може да бъде обратното, тъй като всичко зависи от схемата на изходния ключ, светодиодът може да бъде включен ниско и изключено, просто високо. В този случай физически логическата единица ще има ниско ниво на напрежение, а логическата нула ще бъде висока.

С други думи, логическа единица причинява включването на някакво събитие или процес (в нашия случай LED осветление), а логическа нула трябва да деактивира този процес. Тоест, не винаги високото ниво на изхода на цифрова микросхема е LOGIC единица, всичко зависи от това как е изградена определена схема. Това е за информация. Но засега приемаме, че ключът се контролира от високо ниво и просто не може да бъде по друг начин.

Честота и ширина на контролните импулси

Трябва да се отбележи, че периодът (или честотата) на повторение на импулса остава непроменен. Но като цяло честотата на импулсите не влияе на яркостта на сиянието, следователно няма специални изисквания за стабилността на честотата. В този случай само продължителността (WIDTH) на положителен импулс се променя, поради което работи целият механизъм на модулация на широчината на импулса.

Продължителността на контролните импулси от Фигура 1 се изразява в %%. Това е така нареченият „коефициент на запълване“ или, в английската терминология, DUTY CYCLE. Изразява се като съотношението на продължителността на контролния импулс към периода на повторение на импулса.

В руската терминология обикновено се използва „Дежурен цикъл“ - съотношението на периода към времевия импулса. По този начин, ако коефициентът на запълване е 50%, тогава работният цикъл ще бъде 2.Тук няма фундаментална разлика, следователно можете да използвате някоя от тези стойности, за които това е по-удобно и разбираемо.

Тук, разбира се, бихме могли да дадем формули за изчисляване на работния цикъл и ЦИКЪЛ ЗА ДЪЛГО, но за да не усложним представянето, ще се справим без формули. В крайни случаи законът на Ом. Няма какво да се направи: "Ти не знаеш закона на Ом, остани вкъщи!" Ако някой се интересува от тези формули, тогава те винаги могат да бъдат намерени в Интернет.

PWM честота за димер

Както бе споменато по-горе, не се налагат специални изисквания за стабилността на PWM импулсната честота: добре, тя „плава“ малко и е добре. Между другото, такава честотна нестабилност е доста голяма, имат PWM контролери на базата на интегрирания таймер NE555това не пречи на използването им в много дизайни. В този случай е важно само тази честота да не падне под определена стойност.

И каква трябва да бъде честотата и колко нестабилна може да бъде? Не забравяйте, че говорим за димери. Във филмовата технология съществува терминът „критична честота на трептене“. Това е честотата, с която отделните изображения, показани една след друга, се възприемат като движещо се изображение. За човешкото око тази честота е 48Hz.

Поради тази причина честотата на заснемане на филм е била 24 кадъра / сек (телевизионен стандарт 25 кадъра / сек). За да увеличат тази честота до критична, филмовите проектори използват двукрилен обтуратор (затвор), който два пъти припокрива всеки показан кадър.

В аматьорските 8-милиметрови прожекционни проектори честотата на прожектиране е 16 кадъра / сек, така че затворът има толкова три ножа. Същата цел в телевизията се обслужва от факта, че изображението се показва в половин кадър: първо четни, а след това нечетни редове на изображението. Резултатът е честота на трептене 50Hz.

Работата с LED в PWM режим е отделна светкавица с регулируема продължителност. За да могат тези светкавици да се възприемат от окото като непрекъснат блясък, честотата им трябва да бъде не по-малка от критичната. Колкото искате, но не по никакъв начин по-долу. Този фактор трябва да се има предвид при създаването ШИМ - регулатори за тела.

Между другото, също като интересен факт: учените по някакъв начин определиха, че критичната честота за окото на пчелата е 800Hz. Следователно пчелата вижда филма на екрана като последователност от отделни изображения. За да може тя да види движещо се изображение, честотата на прожектиране ще трябва да бъде увеличена до осемстотин половини кадъра в секунда!

Функционална схема на PWM контролер

За управление на действителния светодиод се използва транзисторен ключов етап, Напоследък най-широко използваната за тази цел транзистори мосфет, което ви позволява да комутирате значителна мощност (използването на конвенционални биполярни транзистори за тези цели се счита за просто неприлично).

Такава нужда (мощен MOSFET транзистор) възниква при голям брой светодиоди, например, с с помощта на LED лента, които ще бъдат обсъдени по-късно. Ако мощността е ниска - когато използвате един - два светодиода, можете да използвате клавишите с ниска мощност биполярни транзистории, ако е възможно, свържете светодиодите директно към изходите на микросхемите.

Фигура 2 показва функционалната схема на PWM контролера. Като контролен елемент, резисторът R2 е конвенционално показан на диаграмата. Чрез завъртане на дръжката е възможно да се промени работният цикъл на управляващите импулси в рамките на необходимите граници и, следователно, яркостта на светодиодите.

Фигура 2. Функционална схема на PWM контролер

Фигурата показва три вериги от серийно свързани светодиоди с ограничаващи резистори. Приблизително същата връзка се използва в LED ленти. Колкото по-дълга е лентата, толкова повече светодиоди, толкова по-голяма е консумацията на ток.

Именно в тези случаи е мощен регулатори на транзистори MOSFET, чийто допустим източващ ток трябва да е малко по-голям от тока, изразходван от лентата. Последното изискване се изпълнява доста лесно: например транзисторът IRL2505 има източващ ток от около 100А, напрежение на източване от 55V, докато размерите и цената му са достатъчно привлекателни за използване в различни дизайни.

PWM главни осцилатори

Микроконтролер (най-често в индустриални условия) или схема, направена на микросхеми с малка степен на интеграция, може да се използва като главен осцилатор на ШИМ. Ако у дома трябва да се направи малко количество PWM регулатори, но няма опит в създаването на устройства с микроконтролери, тогава е по-добре да направите регулатор за това, което сега е под ръка.

Това може да бъде логически чип от серия K561, интегриран таймер NE555както и специализирани микрочипове, предназначени за превключване на захранващи устройства, В тази роля можете дори да направите работа операционен усилвателкато сглобих на него регулируем генератор, но това може би е „от любов към изкуството“. Следователно, по-долу ще бъдат разгледани само две схеми: най-често срещаната на 555 таймера и на UC3843 UPS контролера.

Схема на главния осцилатор на таймера 555

Фигура 3. Схема на главния осцилатор

Тази схема е редовен генератор с квадратна вълна, чиято честота се задава от кондензатор С1. Кондензаторът се зарежда чрез веригата "Изход - R2 - RP1-C1 - общ проводник". В този случай изходът трябва да има напрежение на високо ниво, което е еквивалентно на факта, че изходът е свързан към плюс полюс на източника на захранване.

Кондензаторът се разтоварва през веригата "C1 - VD2 - R2 - изход - общ проводник" в момент, когато изходът е с ниско напрежение, изходът е свързан към общ проводник. Тази разлика в пътищата на заряда - разрязването на кондензатора за настройка на времето - осигурява импулси с регулируема ширина.

Трябва да се отбележи, че диодите, дори от един и същи тип, имат различни параметри. В този случай тяхната електрическа вместимост играе роля, която се променя под въздействието на напрежението върху диодите. Следователно, заедно с промяна в работния цикъл на изходния сигнал, неговата честота също се променя.

Основното е, че тя не става по-малка от критичната честота, която беше спомената малко по-горе. В противен случай вместо равномерно сияние с различна яркост ще се виждат отделни светкавици.

Приблизително (отново диодите са виновни) честотата на генератора може да се определи по формулата, показана по-долу.

Честотата на PWM генератора на таймера 555.

Ако заместим кондензаторния кондензатор във формулата във фаради и съпротивлението в ома, тогава резултатът трябва да бъде в Hz Hz: не можете да стигнете до никъде от системата SI! Разбира се, че двигателят с променлив резистор RP1 е в средно положение (във формулата RP1 / 2), което съответства на изходния сигнал на меандърната форма. На фигура 2 това е точно частта, в която е посочена продължителността на импулса 50%, което е еквивалентно на сигнал с работен цикъл 2.

PWM главен осцилатор на чипа UC3843

Неговата схема е показана на фигура 4.

Фигура 4. Схема на PWM главния осцилатор на чипа UC3843

Чипът UC3843 е PWM контролер за превключване на захранвания и се използва например в компютърни източници на формат ATX. В този случай типичната схема за неговото включване е леко променена в посока на опростяване. За да се контролира ширината на изходния импулс, към входа на веригата се прилага регулиращо напрежение с положителна полярност, след това на изхода се получава модулиран импулс PWM сигнал.

В най-простия случай регулаторното напрежение може да се приложи с помощта на променлив резистор с съпротивление 22 ... 100K. Ако е необходимо, управляващото напрежение може да бъде получено например от аналогов сензор за светлина, направен на фоторезистор: колкото по-тъмен е прозорецът, толкова по-светла е стаята.

Управляващото напрежение действа на изхода на ШИМ, така че когато намалява, ширината на изходния импулс се увеличава, което изобщо не е изненадващо.В крайна сметка първоначалната цел на чипа UC3843 е да стабилизира напрежението на захранването: ако изходното напрежение падне, а с него и регулиращото напрежение, тогава трябва да вземете мерки (увеличете ширината на изходния импулс), за да увеличите леко изходното напрежение.

Регулаторното напрежение в захранванията се генерира като правило с помощта на ценерови диоди. Най-често е така TL431 или други подобни.

Със стойностите на частите, посочени на диаграмата, честотата на генератора е около 1 KHz, и за разлика от генератора на таймера 555, той не "плава", когато работният цикъл на изходния сигнал се промени - загриженост за постоянството на честотата на комутация на захранващите устройства.

За да регулирате значителна мощност, например, LED лента, ключовият етап на MOSFET транзистора трябва да бъде свързан към изхода, както е показано на фигура 2.

Би било възможно да поговорим повече за PWM регулаторите, но засега нека се спрем на това и в следващата статия ще разгледаме различни начини за свързване на светодиоди. В крайна сметка, не всички методи са еднакво добри, има и такива, които трябва да се избягват, а има достатъчно просто грешки при свързване на светодиоди.

Продължение на статията:Добри и лоши модели на окабеляване с LED

Борис Аладишкин