LED-kirkkauden säätö

Joissakin tapauksissa, esimerkiksi taskulamppuissa tai kodin valaisimissa, on tarpeen säätää hehkuvuuden kirkkautta. Vaikuttaa siltä, ​​että se on helpompaa: vaihda vain virta LED: n kautta, lisää tai vähennä resistanssia rajoittava vastus. Mutta tässä tapauksessa huomattava osa energiasta kuluu rajoittavaan vastukseen, jota ei voida täysin hyväksyä, kun akkujen tai akkujen autonominen virransyöttö tapahtuu.

Lisäksi LEDien väri muuttuu: Esimerkiksi valkoisella, jos virta on nimellisarvoa pienempi (useimmille LEDille 20mA), on väriltään hieman vihertävä. Tällainen värinmuutos on joissain tapauksissa täysin hyödytön. Kuvittele, että nämä LEDit valaisevat television tai tietokoneen näytön näytön.

PWM - sääntelyn periaate

Käytä näissä tapauksissa PWM - säätö (pulssin leveys). Sen tarkoitus on se valoa lähettävä diodi syttyy ajoittain ja sammuu. Tässä tapauksessa virta pysyy nimellisenä koko salaman ajan, joten luminesenssispektri ei vääristy. Jos LED on valkoinen, vihreitä sävyjä ei tule näkyviin.

Lisäksi tällä tehonsäätömenetelmällä energiahäviöt ovat minimaaliset, PWM-ohjattujen piirien hyötysuhde on erittäin korkea, saavuttaen yli 90 prosenttia.

PWM-ohjauksen periaate on melko yksinkertainen, ja se on esitetty kuvassa 1. Silmän valaisun ja sammutetun tilan ajan eri suhde koetaan erilainen kirkkaus: kuten elokuvassa - näytetään erikseen vuorotellen kehykset liikkuvana kuvana. Kaikki riippuu heijastuksen taajuudesta, josta keskustellaan vähän myöhemmin.

Kuva 1. PWM-sääntelyn periaate

Kuvio näyttää signaalikaaviot PWM-ohjauslaitteen (tai isäntäoskillaattorin) ulostulossa. Nolla ja yksi on merkitty loogiset tasot: looginen yksikkö (korkea taso) aiheuttaa LEDin hehkua, looginen nolla (matala) vastaavasti, sammuu.

Vaikka kaikki voi olla päinvastoin, koska kaikki riippuu lähtöavaimen piiristä, LED voidaan kytkeä päälle ja pois, vain korkea. Tässä tapauksessa fyysisesti loogisella yksiköllä on matala jännitetaso ja loogisella nolla on korkea.

Toisin sanoen looginen yksikkö aiheuttaa jonkin tapahtuman tai prosessin sisällyttämisen (tässä tapauksessa LED-valaistus), ja loogisen nollan pitäisi poistaa tämä prosessi. Eli ei aina korkea taso digitaalisen mikropiirin ulostulossa ole LOGIC-yksikkö, kaikki riippuu siitä, kuinka tietty piiri on rakennettu. Tämä on tiedoksi. Mutta tällä hetkellä oletamme, että avainta hallitsee korkea taso, eikä se yksinkertaisesti voi olla muuten.

Ohjauspulssien taajuus ja leveys

On huomattava, että pulssin toistoaika (tai taajuus) pysyy muuttumattomana. Mutta yleensä pulssitaajuus ei vaikuta hehkuuden kirkkauteen, siksi taajuuden vakaudelle ei ole erityisiä vaatimuksia. Vain positiivisen pulssin kesto (WIDTH), tässä tapauksessa, muuttuu, minkä seurauksena koko pulssileveysmodulaation mekanismi toimii.

Kuvion 1 säätöpulssien kesto ilmaistaan%%. Tämä on niin kutsuttu "täyttökerroin" tai englanninkielisessä terminologiassa DUTY CYCLE. Se ilmaistaan ​​ohjauspulssin keston suhteena pulssin toistojaksoon.

Venäjän kielellä käytetään yleensä terminologiaa "Käyttöjakso" - ajanjakson suhde aikapulssiina. Siten, jos täyttökerroin on 50%, niin työsykli on 2.Tässä ei ole perustavanlaatuista eroa, joten voit käyttää mitä tahansa näistä arvoista, joille se on helpompaa ja ymmärrettävää.

Täällä tietysti voitaisiin antaa kaavoja käyttöjakson ja TULOSyklin laskemiseksi, mutta esityksen vaikeuttamiseksi tehdään ilman kaavoja. Ääritapauksissa Ohmin laki. Ei ole mitään tekemistä: "Et tiedä Ohmin lakia, pysy kotona!" Jos joku on kiinnostunut näistä kaavoista, ne löytyvät aina Internetistä.

PWM-taajuus himmentimelle

Kuten edellä mainittiin, PWM-pulssitaajuuden vakaudelle ei aseteta erityisiä vaatimuksia: No, se “kelluu” vähän ja on kunnossa. Tällainen taajuuden epävakaus on muuten melko suuri, PWM-ohjaimilla on integroidun ajastimen NE555 perusteellase ei häiritse niiden käyttöä monissa malleissa. Tässä tapauksessa on vain tärkeää, että tämä taajuus ei laske tietyn arvon alapuolelle.

Ja minkä taajuuden tulisi olla, ja kuinka epävakaa se voi olla? Älä unohda, että puhumme himmentimistä. Elokuvatekniikassa termi "kriittinen välkyntätaajuus" on olemassa. Tämä on taajuus, jolla yksittäiset peräkkäin esitetyt kuvat havaitaan liikkuvina. Ihmisilmälle tämä taajuus on 48Hz.

Tästä syystä filmille kuvaamisen taajuus oli 24 kuvaa / s (televisio-standardi 25 kuvaa / s). Jos haluat lisätä tämän taajuuden kriittiseksi, elokuvaprojektorit käyttävät kaksiteräistä suljinta (suljinta), joka kaksinkertaisesti päällekkäin jokaisen näytetyn kehyksen kanssa.

Amatööriluokan 8 mm: n kapea-elokuvaprojektorissa projisointitaajuus oli 16 kuvaa / s, joten sulkimessa oli jopa kolme terää. Samaa tarkoitusta televisiossa palvelee se, että kuva näytetään puolikkaana: kuvan ensin parilliset ja sitten parittomat rivit. Tuloksena on välkkymistaajuus 50 Hz.

LED-toiminta PWM-tilassa on erillinen salama, jonka kesto on säädettävissä. Jotta silmä näkee nämä välähdöt jatkuvana hehkua, niiden taajuuden on oltava vähintään kriittinen. Niin monta kuin haluat, mutta ei millään tavalla alla. Tämä tekijä on otettava huomioon luotaessa PWM - kiinnittimien säätimet.

Muuten, yhtä mielenkiintoinen tosiasia: tutkijat totesivat jotenkin, että mehiläisen silmän kriittinen taajuus on 800Hz. Siksi mehiläinen näkee elokuvan näytöllä yksittäisten kuvien sarjana. Jotta hän näkee liikkuvan kuvan, projisointitaajuutta on nostettava kahdeksaan sataan puoli kuvaa sekunnissa!

PWM-ohjaimen toimintakaavio

Käytetään todellisen LEDin ohjaamista transistorin avainvaihe. Äskettäin eniten käytetty tähän tarkoitukseen transistorit mosfet, jonka avulla voit liikuttaa merkittävää tehoa (tavanomaisten bipolaaristen transistorien käyttöä näihin tarkoituksiin pidetään yksinkertaisesti säädyttömänä).

Tällainen tarve (voimakas MOSFET-transistori) syntyy suurelle määrälle LEDiä, esimerkiksi käyttämällä LED-nauhaa, josta keskustellaan myöhemmin. Jos virrankulutus on vähäistä - kun käytetään yhtä - kahta LEDiä, voit käyttää näppäimiä virransäästötilaan bipolaaritransistorit, ja jos mahdollista, kytke LEDit suoraan mikropiirien ulostuloihin.

Kuvio 2 näyttää PWM-ohjaimen toimintakaavion. Ohjauselementtinä vastus R2 on perinteisesti esitetty kaaviossa. Kääntämällä sen kahvaa on mahdollista muuttaa ohjauspulssien toimintajaksoa vaadituissa rajoissa ja siitä johtuen LEDien kirkkautta.

Kuva 2. PWM-ohjaimen toimintakaavio

Kuvassa on kolme sarjaketjuisten LEDien ketjua, joissa on rajoittavat vastukset. Noin sama yhteys käytetään LED-nauhoissa. Mitä pidempi nauha, sitä enemmän LEDiä, sitä suurempi virrankulutus on.

Se on näissä tapauksissa niin voimakas transistorien MOSFET-säätimet, jonka sallitun tyhjennysvirran tulisi olla hiukan suurempi kuin nauhan kuluttama virta. Jälkimmäinen vaatimus täytetään melko helposti: esimerkiksi IRL2505-transistorin tyhjennysvirta on noin 100A, tyhjennysjännite 55V, kun taas sen koko ja hinta ovat riittävän houkuttelevia käytettäväksi erilaisissa malleissa.

PWM-pääoskillaattorit

PWM-pääoskillaattorina voidaan käyttää mikrokontrolleri (useimmiten teollisuusolosuhteissa) tai piiriä, joka on tehty pienillä integraatioasteilla oleville mikropiireille. Jos kotona sen on tarkoitus tuottaa pieni määrä PWM-säätimiä, mutta mikro-ohjainlaitteiden luomisesta ei ole kokemusta, niin on parempi tehdä säädin tällä hetkellä käsillä olevaan.

Tämä voi olla loginen sirusarja K561, integroitu ajastin NE555sekä erikoistuneet mikrosirut, jotka on suunniteltu kytkentävirtalähteet. Tässä roolissa voit jopa tehdä työtä operaatiovahvistinkun olet koonnut säädettävän generaattorin päälle, mutta tämä on ehkä ”rakkautta taidetta vastaan”. Siksi vain kahta järjestelmää tarkastellaan alla: yleisin ajastimella 555 ja UC3843 UPS-ohjaimella.

Master-oskillaattorin kaavio ajastimella 555

Kuva 3. Pääoskillaattorin kaavio

Tämä piiri on säännöllinen neliöaaltogeneraattori, jonka taajuuden asettaa kondensaattori C1. Kondensaattori ladataan piirin "Lähtö - R2 - RP1-C1 - yhteinen johdin" kautta. Tässä tapauksessa ulostulolla on oltava korkea jännite, joka vastaa sitä tosiasiaa, että lähtö on kytketty virtalähteen plusnapaan.

Kondensaattori purkautuu piirin "C1 - VD2 - R2 - lähtö - yhteinen johdin" kautta, kun lähtö on matalajänniteinen, - lähtö on kytketty yhteiseen johtoon. Tämä varauspolkujen ero - ajan asetuskondensaattorin purkaminen - tarjoaa pulsseja, joiden leveys on säädettävissä.

On huomattava, että jopa samantyyppisillä diodeilla on erilaiset parametrit. Tässä tapauksessa niiden sähkökapasitanssilla on merkitys, joka muuttuu diodien jännitteen vaikutuksesta. Siksi muutoksen kanssa lähtösignaalin työjaksossa muuttuu myös sen taajuus.

Tärkeintä on, että siitä ei tule pienempää kuin kriittinen taajuus, joka mainittiin juuri edellä. Muutoin yksittäisen välähdyksen näkyvät eri kirkkaudella tasaisen hehkuvuuden sijasta.

Noin (taas diodit ovat syyllisiä) generaattorin taajuus voidaan määrittää alla esitetyn kaavan avulla.

Ajastimen 555 PWM-generaattorin taajuus.

Jos korvaamme kondensaattorin kapasitanssin faradeissa kaavassa, resistanssi Ohmeissa, tuloksen pitäisi olla Hz Hz: et pääse mistään SI-järjestelmästä! Ymmärretään, että muuttuvan vastuksen RP1-moottori on keskiasennossa (kaavassa RP1 / 2), mikä vastaa mutterin muodon lähtösignaalia. Kuviossa 2 tämä on tarkalleen osa, jossa pulssin kesto on 50%, mikä vastaa signaalia, jonka työsykli on 2.

PWM-pääoskillaattori UC3843-sirulla

Sen piiri on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. Kaavio PWM-isäntäoskillaattorista UC3843-sirulla

UC3843-siru on PWM-ohjain virtalähteiden kytkemiseen ja sitä käytetään esimerkiksi ATX-muodossa olevissa tietokonelähteissä. Tässä tapauksessa sen sisällyttämisen tyypillinen kaavio muuttuu hieman yksinkertaistamisen suuntaan. Lähtöpulssin leveyden ohjaamiseksi virtapiirin tuloon syötetään positiivisen napaisuuden säätöjännite, sitten pulssileveysmoduloitu PWM-signaali annetaan.

Yksinkertaisimmassa tapauksessa säätöjännite voidaan syöttää käyttämällä muuttuvaa vastusta, jonka resistanssi on 22 ... 100K. Ohjausjännite voidaan tarvittaessa saada esimerkiksi fotoresistorille tehdystä analogisesta valoanturista: mitä tummempi ikkuna, sitä valoisampi huone.

Ohjausjännite vaikuttaa PWM-lähtöön, joten kun se pienenee, lähtöpulssin leveys kasvaa, mikä ei ole ollenkaan yllättävää.Loppujen lopuksi UC3843-sirun alkuperäinen tarkoitus on tasapainottaa virtalähteen jännitettä: jos lähtöjännite laskee, ja sen mukana myös säätöjännite, sinun on ryhdyttävä toimenpiteisiin (lisättävä lähtöpulssin leveyttä), jotta lähtöjännitettä voidaan lisätä jonkin verran.

Teholähteiden säätöjännite generoidaan pääsääntöisesti zener-diodeilla. Useimmiten se on TL431 tai vastaavaa.

Kaaviossa ilmoitettujen osien arvoilla generaattorin taajuus on noin 1 KHz, ja toisin kuin 555-ajastimen generaattori, se ei "kellu", kun lähtösignaalin työsykli muuttuu - huolta kytkentävirtalähteiden taajuuden jatkuvuudesta.

Merkittävän tehon, esimerkiksi LED-nauhan, säätelemiseksi MOSFET-transistorin näppäinvaihe tulisi kytkeä lähtöön, kuten kuvassa 2 näytetään.

Olisi mahdollista puhua enemmän PWM-säätimistä, mutta nyt pitäkäämme asiaa ja seuraavassa artikkelissa tarkastellaan erilaisia ​​tapoja kytkeä LEDit. Loppujen lopuksi kaikki menetelmät eivät ole yhtä hyviä, on joitakin, joita tulisi välttää, ja virheitä on vain tarpeeksi, kun LEDit kytketään.

Artikkelin jatko:Hyvät ja huonot LED-johdotuskuviot

Boris Aladyshkin