LED-helderheidsregeling

In sommige gevallen, bijvoorbeeld in zaklampen of thuisverlichtingsarmaturen, wordt het noodzakelijk om de helderheid van de gloed aan te passen. Het lijkt erop dat het eenvoudiger is: verander gewoon de stroom door de LED, verhogen of verlagen weerstand beperkende weerstand. Maar in dit geval zal een aanzienlijk deel van de energie worden besteed aan de beperkende weerstand, die volledig onaanvaardbaar is met autonome stroomvoorziening van batterijen of accu's.

Bovendien zal de kleur van de LED's veranderen: bijvoorbeeld wit wanneer de stroom lager is dan de nominale (voor de meeste LED's 20 mA) zal een lichtgroene tint hebben. Een dergelijke kleurverandering is in sommige gevallen volledig nutteloos. Stel je voor dat deze LED's het scherm van een tv of computerscherm verlichten.

Het principe van PWM - regulering

In deze gevallen van toepassing PWM - regeling (pulsbreedte). De betekenis ervan is dat lichtdiode licht periodiek op en gaat uit. Tegelijkertijd blijft de stroom gedurende de hele flitstijd nominaal, daarom wordt het spectrum van de gloed niet vervormd. Als de LED wit is, verschijnen er geen groene tinten.

Bovendien zijn met deze methode van vermogensregeling de energieverliezen minimaal, de efficiëntie van PWM-gestuurde circuits is zeer hoog en bereikt meer dan 90 procent.

Het principe van PWM-regeling is vrij eenvoudig en wordt getoond in figuur 1. Een andere verhouding van de tijd van de verlichte en gedoofde toestand in het oog wordt waargenomen als verschillende helderheid: zoals in een film - afzonderlijk weergegeven afwisselend worden frames als een bewegend beeld waargenomen. Het hangt allemaal af van de frequentie van de projectie, die iets later zal worden besproken.

Figuur 1. Het principe van PWM-regulering

De afbeelding toont de signaaldiagrammen aan de uitgang van het PWM-besturingsapparaat (of een hoofdoscillator). Nul en één worden aangegeven door logische niveaus: logische eenheid (hoog niveau) zorgt ervoor dat de LED gaat branden, logische nul (laag niveau), respectievelijk, uitsterven.

Hoewel alles andersom kan zijn, omdat alles afhankelijk is van het circuit van de uitgangssleutel, kan de LED laag en uit worden gezet, gewoon hoog. In dit geval heeft de fysiek logische eenheid een laag spanningsniveau en is de logische nul hoog.

Met andere woorden, een logische eenheid veroorzaakt de opname van een gebeurtenis of proces (in ons geval LED-verlichting) en een logische nul moet dit proces uitschakelen. Dat wil zeggen dat niet altijd een hoog niveau aan de uitgang van een digitale microschakeling een LOGIC-eenheid is, het hangt allemaal af van hoe een bepaald circuit is gebouwd. Dit is ter informatie. Maar voor nu gaan we ervan uit dat de sleutel wordt bestuurd door een hoog niveau, en dat kan gewoon niet anders.

Frequentie en breedte van stuurpulsen

Opgemerkt moet worden dat de pulsherhalingsperiode (of frequentie) ongewijzigd blijft. Maar in het algemeen heeft de pulsfrequentie geen invloed op de helderheid van de gloed, daarom zijn er geen speciale vereisten voor de stabiliteit van de frequentie. Alleen de duur (WIDTH), in dit geval, van een positieve puls verandert, waardoor het hele mechanisme van pulsbreedtemodulatie werkt.

De duur van de stuurpulsen in figuur 1 wordt uitgedrukt in %%. Dit is de zogenaamde "vulfactor" of, in de Engelse terminologie, DUTY CYCLE. Het wordt uitgedrukt als de verhouding van de duur van de stuurpuls tot de pulsherhalingsperiode.

In de Russische terminologie wordt meestal gebruikt "Inschakelduur" - de verhouding tussen de periode en de tijdpulsa. Dus als de vulfactor 50% is, is de duty cycle 2.Er is hier geen fundamenteel verschil, daarom kunt u elk van deze waarden gebruiken, voor wie het handiger en begrijpelijker is.

Hier zou je natuurlijk formules kunnen geven voor het berekenen van de taakcyclus en de DUTY CYCLE, maar om de presentatie niet ingewikkelder te maken, doen we het zonder formules. In extreme gevallen, de wet van Ohm. Er is niets te doen: "Je kent de wet van Ohm niet, blijf thuis!" Als iemand geïnteresseerd is in deze formules, dan zijn ze altijd te vinden op internet.

PWM-frequentie voor dimmer

Zoals hierboven vermeld, zijn er geen speciale vereisten voor de stabiliteit van de PWM-pulsfrequentie: wel, deze "zweeft" een beetje, en dat is prima. Dergelijke frequentie-instabiliteit is trouwens behoorlijk groot, hebben PWM-controllers gebaseerd op de geïntegreerde timer NE555dat interfereert niet met het gebruik ervan in veel ontwerpen. In dit geval is het alleen belangrijk dat deze frequentie niet onder een bepaalde waarde komt.

En wat zou de frequentie moeten zijn, en hoe onstabiel kan het zijn? Vergeet niet dat we het over dimmers hebben. In filmtechnologie bestaat de term "kritische flikkerfrequentie". Dit is de frequentie waarmee afzonderlijke foto's die na elkaar worden weergegeven als een bewegend beeld worden waargenomen. Voor het menselijk oog is deze frequentie 48Hz.

Het is om deze reden dat de frequentie van fotograferen op film 24 frames / sec was (televisiestandaard 25 frames / sec). Om deze frequentie tot kritisch te verhogen, gebruiken filmprojectoren een obturator met twee lamellen (sluiter) die tweemaal elk weergegeven beeld overlapt.

In 8 mm-projectoren voor amateur-smalfilm was de projectiefrequentie 16 frames / sec, dus de sluiter had maar liefst drie bladen. Hetzelfde doel in televisie wordt gediend door het feit dat het beeld in halve frames wordt weergegeven: eerst even en vervolgens oneven lijnen van het beeld. Het resultaat is een flikkeringsfrequentie van 50Hz.

De LED-bediening in de PWM-modus is een afzonderlijke flits met instelbare duur. Opdat deze flitsen door het oog als een continue gloed worden waargenomen, moet hun frequentie niet minder dan kritisch zijn. Zoveel als je wilt, maar op geen enkele manier hieronder. Met deze factor moet rekening worden gehouden bij het maken PWM - regelaars voor armaturen.

Trouwens, net als een interessant feit: de wetenschappers hebben op de een of andere manier bepaald dat de kritische frequentie voor het bijenoog 800 Hz is. Daarom ziet de bij de film op het scherm als een reeks afzonderlijke afbeeldingen. Om een ​​bewegend beeld te kunnen zien, moet de projectiefrequentie worden verhoogd tot achthonderd halve beelden per seconde!

Functioneel diagram van een PWM-controller

Om de feitelijke LED te bedienen wordt gebruikt transistor belangrijke fase. Onlangs het meest gebruikt voor dit doel transistors mosfet, waardoor u aanzienlijk vermogen kunt pendelen (het gebruik van conventionele bipolaire transistors voor deze doeleinden wordt als gewoon onfatsoenlijk beschouwd).

Een dergelijke behoefte (een krachtige MOSFET-transistor) ontstaat met een groot aantal LED's, bijvoorbeeld met met behulp van LED-strip, die later zal worden besproken. Als het vermogen laag is - bij gebruik van één - twee LED's, kunt u toetsen gebruiken op laag vermogen bipolaire transistorenen verbind indien mogelijk de LED's rechtstreeks met de uitgangen van de microschakelingen.

Afbeelding 2 toont het functionele diagram van de PWM-controller. Als een besturingselement wordt de weerstand R2 conventioneel in het diagram getoond. Door de hendel te draaien, is het mogelijk om de werkcyclus van de stuurpulsen binnen de vereiste grenzen te veranderen, en bijgevolg de helderheid van de LED's.

Figuur 2. Functioneel diagram van een PWM-controller

De afbeelding toont drie ketens van in serie geschakelde LED's met beperkende weerstanden. Ongeveer dezelfde verbinding wordt gebruikt in LED-strips. Hoe langer de tape, hoe meer LED's, hoe groter het stroomverbruik.

Het is in deze gevallen zo krachtig regulatoren op transistors MOSFETwaarvan de toelaatbare afvoerstroom iets groter moet zijn dan de stroom die door de tape wordt verbruikt. Aan deze laatste eis is vrij gemakkelijk voldaan: de IRL2505-transistor heeft bijvoorbeeld een afvoerstroom van ongeveer 100A, een afvoerspanning van 55V, terwijl de grootte en prijs aantrekkelijk genoeg zijn voor gebruik in verschillende ontwerpen.

PWM-masteroscillatoren

Een microcontroller (meestal in industriële omstandigheden), of een circuit gemaakt op microcircuits met een kleine mate van integratie, kan worden gebruikt als een PWM-masteroscillator. Als het thuis wordt verondersteld een kleine hoeveelheid PWM-regelaars te produceren, maar er is geen ervaring met het maken van microcontroller-apparaten, dan is het beter om een ​​regelaar te maken op wat nu voorhanden is.

Dit kan een logicaserie K561 zijn, een geïntegreerde timer NE555evenals gespecialiseerde microchips ontworpen voor schakelende voedingen. In deze rol kun je zelfs werk maken operationele versterkerer een instelbare generator op hebben gemonteerd, maar dit is misschien "uit liefde voor kunst". Daarom zullen hieronder slechts twee schema's worden overwogen: de meest voorkomende op de 555-timer en op de UC3843 UPS-controller.

Schema van de hoofdoscillator op de timer 555

Figuur 3. Schema van de hoofdoscillator

Dit circuit is een regelmatige blokgolfgenerator waarvan de frequentie wordt ingesteld door condensator C1. De condensator wordt opgeladen via het circuit "Uitgang - R2 - RP1-C1 - gemeenschappelijke draad". In dit geval moet de uitgang een hoge niveauspanning hebben, wat overeenkomt met het feit dat de uitgang is verbonden met de pluspool van de stroombron.

De condensator wordt ontladen via het circuit "C1 - VD2 - R2 - Uitgang - gemeenschappelijke draad" op een moment dat de uitgang laagspanning is, - de uitgang is verbonden met een gemeenschappelijke draad. Dit verschil in de paden van de lading - de ontlading van de tijdinstellende condensator - levert pulsen met een instelbare breedte.

Opgemerkt moet worden dat diodes, zelfs van hetzelfde type, verschillende parameters hebben. In dit geval speelt hun elektrische capaciteit een rol, die verandert onder invloed van spanning op de diodes. Daarom verandert, samen met een verandering in de werkcyclus van het uitgangssignaal, ook de frequentie ervan.

Het belangrijkste is dat het niet minder wordt dan de kritische frequentie, die net hierboven werd genoemd. Anders zijn afzonderlijke flitsen zichtbaar in plaats van een gelijkmatige gloed met verschillende helderheid.

Ongeveer (nogmaals, de schuld van de diodes) kan de frequentie van de generator worden bepaald met de onderstaande formule.

De frequentie van de PWM-generator op de timer 555.

Als we de condensatorcapaciteit in farads in de formule vervangen, de weerstand in Ohm, dan zou het resultaat in Hz Hz moeten zijn: je kunt nergens komen van het SI-systeem! Het is duidelijk dat de RP1-motor met variabele weerstand zich in de middelste positie bevindt (in de formule RP1 / 2), wat overeenkomt met het uitgangssignaal van de meandervorm. In figuur 2 is dit precies het gedeelte waar de pulsduur van 50% wordt aangegeven, wat overeenkomt met een signaal met een duty-cycle van 2.

PWM-masteroscillator op UC3843-chip

Het circuit is weergegeven in figuur 4.

Figuur 4. Schema van de PWM-masteroscillator op de UC3843-chip

De UC3843-chip is een PWM-controller voor het schakelen van voedingen en wordt bijvoorbeeld gebruikt in computerbronnen in ATX-formaat. In dit geval is het typische schema van de opname ervan enigszins veranderd in de richting van vereenvoudiging. Om de breedte van de uitgangspuls te regelen, wordt een regelspanning met positieve polariteit aan de ingang van het circuit toegevoerd, en vervolgens wordt een pulsbreedtegemoduleerd PWM-signaal uitgevoerd.

In het eenvoudigste geval kan de reguleringsspanning worden aangelegd met behulp van een variabele weerstand met een weerstand van 22 ... 100K. Indien nodig kan de stuurspanning bijvoorbeeld worden verkregen van een analoge lichtsensor gemaakt op een fotoresistor: hoe donkerder het raam, hoe helderder de kamer.

De stuurspanning werkt op de PWM-uitgang, zodat wanneer deze afneemt, de breedte van de uitgangspuls toeneemt, wat helemaal niet verrassend is.Het oorspronkelijke doel van de UC3843-chip is immers het stabiliseren van de spanning van de voeding: als de uitgangsspanning daalt, en daarmee de regelspanning, moet u maatregelen nemen (de breedte van de uitgangspuls vergroten) om de uitgangsspanning iets te verhogen.

Regelspanning in voedingen wordt in de regel gegenereerd met behulp van zenerdioden. Meestal is het TL431 of iets dergelijks.

Met de waarden van de onderdelen die in het diagram worden aangegeven, is de generatorfrequentie ongeveer 1 KHz en in tegenstelling tot de generator op de 555 timer, 'zweeft' deze niet wanneer de werkcyclus van het uitgangssignaal verandert - bezorgdheid over de constantheid van de frequentie van schakelende voedingen.

Om een ​​aanzienlijk vermogen, bijvoorbeeld een LED-strip, te regelen, moet de belangrijkste trap op de MOSFET-transistor worden aangesloten op de uitgang, zoals weergegeven in figuur 2.

Het zou mogelijk zijn om meer te praten over PWM-regelaars, maar laten we hier nu over nadenken en in het volgende artikel zullen we verschillende manieren overwegen om LED's aan te sluiten. Niet alle methoden zijn immers even goed, er zijn er die moeten worden vermeden en er zijn net genoeg fouten bij het aansluiten van LED's.

Vervolg van het artikel:Goede en slechte LED-bedradingspatronen

Boris Aladyshkin