Cała prawda o ściemnianiu świateł LED: ściemniacze, sterowniki i teoria

Regulacja jasności źródeł światła służy do wygodnego oświetlenia pomieszczenia lub miejsca pracy. Dostosowując jasność, można ustawić kilka obwodów, które są włączane przez indywidualne przełączniki. W takim przypadku otrzymasz stopniową zmianę oświetlenia, a także oddzielne lampy świecące i wyłączone, co może powodować niedogodności.

Stylowe i odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne obejmują płynną regulację ogólnego oświetlenia, pod warunkiem, że wszystkie lampy są zapalone. Pozwala to stworzyć zarówno intymne otoczenie do relaksu, jak i jasne na uroczystości lub pracę z drobnymi szczegółami.

Wcześniej, gdy głównymi źródłami światła były żarówki i reflektory punktowe z lampami halogenowymi, nie było problemów z regulacją. Został wykorzystany zwykły ściemniacz 220V na triaku (lub tyrystory). Który zwykle był w postaci przełącznika, z obrotowym pokrętłem zamiast kluczy.

Wraz z pojawieniem się energooszczędnych (kompaktowych lamp fluorescencyjnych), a następnie diod LED, takie podejście stało się niemożliwe. Ostatnio zdecydowana większość źródeł światła to lampy i żarówki LED, a żarówek w wielu krajach zabrania się stosowania do celów oświetleniowych.

Interesujące jest to, że teraz na opakowaniach domowych żarówek wskazują coś w rodzaju: „Elektryczny radiator”.

W tym artykule dowiesz się o zasadzie kontrolowania jasności diod LED, a także o tym, jak to wygląda w praktyce.

Teoria

Dowolny dioda półprzewodnikowa - To urządzenie elektroniczne, które przesyła prąd w jednym kierunku. W tym przypadku przepływ prądu nie ma liniowej zależności od przyłożonego napięcia, a raczej przypomina gałąź paraboli. Oznacza to, że po przyłożeniu niewielkiego napięcia do diody LED prąd nie będzie płynął.

Prąd przepływa przez nią tylko wtedy, gdy napięcie na diodzie przekracza wartość progową. W przypadku zwykłych diod prostowniczych wynosi od 0,3 V do 0,8 V w zależności od materiału, z którego wykonana jest dioda. Diody krzemowe zakładają około 0,7 V, german 0,3 V. Diody Schottky'ego rzędu 0,3 V.

LED nie był wyjątkiem. Napięcie progowe białej diody LED wynosi około 3V, ogólnie zależy od półprzewodnika, z którego jest wykonana, od tego zależy kolor jej jarzenia. Napięcie na czerwonej diodzie LED wynosi około 1,7 V. Po osiągnięciu tego napięcia przepłynie prąd i zaświeci się dioda LED. Poniżej widać charakterystykę prądowo-napięciową diody LED.

Jasność diody LED zależy od siły przepływającego przez nią prądu. Odzwierciedla to poniższy wykres.

Jasność idealnej teoretycznej diody LED zależy liniowo od prądu, ale w rzeczywistości rzeczy są nieco inne. Wynika to z rezystancji różnicowej diody i jej strat ciepła.

Wynika to z:

Dioda LED to urządzenie zasilane prądem, a nie napięciem. W związku z tym, aby dostosować jego jasność, musisz zmienić bieżącą siłę.

Oczywiście siła prądu zależy od przyłożonego napięcia, ale jak można ocenić na podstawie pierwszego wykresu, nawet niewielka zmiana napięcia prowadzi do niewspółmiernego wzrostu prądu.

Dlatego dostosowanie jasności za pomocą prostego reostatu jest daremnym ćwiczeniem. W takim schemacie, gdy rezystancja reostatu zmniejsza się, dioda LED nagle zaświeci się, a po jej jasności nieznacznie wzrośnie, a następnie przy nadmiernym przyłożonym napięciu zacznie się bardzo nagrzewać i zawieść.

Stąd pochodzi zadanie: Ustaw prąd przy określonej wartości napięcia z niewielką zmianą.

Sposoby kontroli jasności diod LED: liniowe regulatory „analogowe”

Pierwszą rzeczą, jaka przychodzi na myśl, jest zastosowanie tranzystora bipolarnego, ponieważ jego prąd wyjściowy (kolektor) zależy od prądu wejściowego (podstawy) zawartego w ogólnym obwodzie kolektora. Już rozważaliśmy ich pracę. w dużym artykule na temat tranzystorów bipolarnych.

Zasada działania:

Zmieniasz prąd bazowy, zmieniając spadek napięcia na złączu emiter-baza za pomocą potencjometru R2, potrzebne są rezystory R1 i R3, aby ograniczyć prąd z maksymalnym otwartym tranzystorem obliczonym na podstawie wzoru:

R = (U zasilania-U spadek na diodach-U spadku na tranzystorze) / I świeci.

Sprawdziłem ten obwód, całkiem dobrze reguluje prąd przez diody LED i jasność światła, ale zauważalny jest stopień kroczenia w niektórych pozycjach potencjometru, być może z powodu faktu, że potencjometr był logarytmiczny, i być może z powodu faktu, że każde złącze pn tranzystora jest takie samo dioda z tym samym CVC.

Obecny obwód stabilizatora jest lepszy do tego zadania. na regulowanym stabilizatorze LM317, chociaż jest częściej stosowany jako stabilizator napięcia.

Można go również wykorzystać do uzyskania stałego prądu przy stałym napięciu. Jest to szczególnie przydatne podczas podłączania diod LED do sieci pokładowej samochodu, gdzie napięcie w sieci z wyłączonym silnikiem wynosi około 11,7-12 V, a po zwijaniu osiąga 14,7 V, różnica wynosi ponad 10%. Działa również świetnie, gdy jest zasilany z zasilacza.

Obliczenie prądu wyjściowego jest dość proste:

Okazuje się dość kompaktowe rozwiązanie:

Ta metoda nie różni się wysoką wydajnością, zależy od różnicy napięć między wejściem stabilizatora a jego mocą wyjściową. Całe napięcie „przepala się” na LM-ke. Straty mocy określa się według wzoru:

P = Uin-Uout / I

Aby zwiększyć wydajność kontrolera, konieczne jest radykalnie inne podejście - kontroler impulsów lub kontroler PWM.

Sposoby regulacji jasności: regulacja PWM

PWM oznacza modulację szerokości impulsu. Polega na włączaniu i wyłączaniu mocy obciążenia przy dużej prędkości. W ten sposób otrzymujemy zmianę prądu przez diodę LED, ponieważ za każdym razem otrzymuje ona pełne napięcie niezbędne do jej otwarcia. Szybko włącza się i wyłącza przy pełnej jasności, ale z powodu bezwładności naszego pola widzenia nie zauważamy tego i wygląda to na zmniejszenie jasności.

Przy takim podejściu źródło światła może wytwarzać zmarszczki, nie zaleca się używania źródeł światła o tętnieniu większym niż 10%. Szczegółowe wartości dla każdego rodzaju pokoju opisano w SNIP-23-05-95 (lub 2010).

Praca w pulsującym świetle powoduje zwiększone zmęczenie, bóle głowy, a także może powodować efekt stroboskopowy, gdy obracające się części wydają się nieruchome. Jest to niedopuszczalne podczas pracy na tokarkach, wiertarkach i innych rzeczach.

Istnieje wiele obwodów i opcji do wykonania sterowników PWM, więc nie ma sensu wymieniać ich wszystkich. Najprostszą opcją jest montaż kontrolera PWM oparty na układzie timera NE555. To popularny układ. Poniżej znajduje się schemat takiego ściemniacza LED:

Ale w rzeczywistości jest to ten sam obwód, różnica polega na tym, że tranzystor mocy jest tutaj wykluczony i nadaje się do regulacji 1-2 diod LED małej mocy za pomocą prądu kilkudziesięciu miliamperów. Również stabilizator napięcia dla układu 555 jest z niego wykluczony.

Jak wyregulować jasność lamp LED 220 V.

Odpowiedź na to pytanie jest prosta: zwykłe żarówki ledowe praktycznie nieuregulowany - tj. nie ma mowy Aby to zrobić, sprzedawane są specjalne ściemnialne lampy LED, jest to napisane na opakowaniu lub ikona ściemniacza jest pomalowana.

Być może najszersza gama ściemnialnych lamp LED jest prezentowana przez GAUSS - w różnych kształtach, wzorach i cokołach.

Dlaczego nie można ściemniać lamp LED 220 V.

Faktem jest, że obwód zasilania konwencjonalnych lamp LED jest zbudowany albo na podstawie zasilacza balastowego (kondensatorowego). Lub na schemacie najprostszy konwerter impulsowy pierwszego rodzaju. Z kolei ściemniacze 220 V po prostu dostosowują efektywną wartość napięcia.

Z przodu pracy są takie ściemniacze:

1. Ściemniacze przecinające krawędź natarcia półfali (krawędź natarcia). Są to takie systemy, które najczęściej występują w regulatorach domowych. Oto wykres ich napięcia wyjściowego:

2. Ściemniacze przecinające krawędź końcową półfali (Falling Edge). Różne źródła podają, że takie regulatory działają lepiej zarówno w przypadku konwencjonalnych, jak i ściemnialnych lamp LED. Ale są znacznie mniej powszechne.

Wynika to z:

Konwencjonalne lampy LED praktycznie nie zmieniają jasności za pomocą takiego ściemniacza, ponadto może to przyspieszyć ich awarię. Efekt jest taki sam jak w obwodzie reostatu pokazanym w poprzedniej części artykułu.

Warto zauważyć, że większość tanich regulowanych lamp LED zachowuje się dokładnie tak samo jak zwykłe, ale kosztują więcej.

Regulacja jasności lamp LED - racjonalne rozwiązanie 12V

Na przykład lampy LED są szeroko rozprowadzane w podstawie do reflektorów punktowych G4, GX57, G5.3 i inni. Faktem jest, że często w tych lampach nie ma schematu zasilania jako takiego. Chociaż niektóre są zainstalowane przy wejściu mostek diodowy i kondensator filtrującyale nie wpływa to na możliwość regulacji.

Oznacza to, że można regulować takie żarówki za pomocą kontrolera PWM.

W taki sam sposób, jak regulacja jasności Pasek LED. Najprostsza wersja regulatora, np. Tutaj na okablowaniu, w sklepach jest zwykle nazywana: „ściemniacz 12-24 V do paska LED”.

Wytrzymują, w zależności od modelu, około 10 amperów. Jeśli potrzebujesz użyć w pięknym kształcie, tj. Jeśli zamiast używać konwencjonalnego przełącznika, w sprzedaży można znaleźć takie wrażliwe na dotyk ściemniacze 12V lub opcje z pokrętłem.

Oto przykład zastosowania takiego rozwiązania:

Wcześniej stosowane Żarówki halogenowe 12V były zasilane transformatorami elektronicznymi i było to świetne rozwiązanie. 12 woltów to bezpieczne napięcie. Do zasilania tych lamp w transformatorze elektronicznym 12 V nie działa, potrzebujesz zasilacza do taśm LED. Zasadniczo jest to zmiana oświetlenia z halogenowych na lampy LED.

Wniosek

Najbardziej rozsądnym rozwiązaniem do regulacji jasności oświetlenia LED jest użycie lamp 12V lub pasków LED. Gdy jasność spada, światło może migać, w tym celu możesz spróbować użyć innego sterownika, a jeśli wykonujesz kontroler PWM własnymi rękami, zwiększ częstotliwość PWM.