Control luminozitate LED

În unele cazuri, de exemplu, în lanterne sau corpuri de iluminat pentru casă, este necesară ajustarea luminozității strălucirii. S-ar părea că este mai ușor: schimbă doar curentul prin LED, în creștere sau în scădere rezistența de limitare a rezistenței. Dar în acest caz, o parte semnificativă a energiei va fi cheltuită pe rezistența de limitare, ceea ce este complet inacceptabil cu alimentarea autonomă de la baterii sau acumulatori.

În plus, culoarea LED-urilor se va schimba: de exemplu, albul atunci când curentul este mai mic decât nominal (pentru majoritatea LED-urilor 20mA) va avea o nuanță ușor verzuie. O astfel de schimbare de culoare în unele cazuri este complet inutilă. Imaginează-ți că aceste LED-uri luminează ecranul unui televizor sau monitor al computerului.

Principiul PWM - reglementare

În aceste cazuri, aplicați PWM - reglare (lățimea impulsului). Sensul ei este că Lumina diodice periodic se aprinde și se stinge. În același timp, curentul rămâne nominal pe întreaga perioadă de bliț, prin urmare, spectrul strălucirii nu este denaturat. Dacă LED-ul este alb, atunci nu vor apărea nuanțe de verde.

În plus, cu această metodă de control al puterii, pierderile de energie sunt minime, eficiența circuitelor controlate prin PWM este foarte mare, ajungând la peste 90%.

Principiul controlului PWM este destul de simplu și este prezentat în figura 1. Un raport diferit dintre timpul stării luminate și stinse în ochi este perceput ca luminozitate diferită: ca într-un film - imaginile separate, alternativ, cadrele sunt percepute ca o imagine în mișcare. Totul depinde de frecvența proiecției, despre care vom discuta puțin mai târziu.

Figura 1. Principiul reglementării PWM

Figura arată diagramele de semnal la ieșirea dispozitivului de control PWM (sau a unui oscilator principal). Zero și unul sunt indicate de niveluri logice: unitatea logică (nivel înalt) face ca LED-ul să strălucească, zero logic (nivel scăzut), respectiv, să stingă.

Deși totul poate fi invers, întrucât totul depinde de circuitul tastei de ieșire, LED-ul poate fi pornit jos și oprit, doar ridicat. În acest caz, unitatea fizică logică va avea un nivel de tensiune scăzut, iar zero logic va fi ridicat.

Cu alte cuvinte, o unitate logică determină includerea unui eveniment sau proces (în cazul nostru, iluminare cu LED), iar un zero logic ar trebui să dezactiveze acest proces. Adică, nu întotdeauna un nivel ridicat la ieșirea unui microcircuit digital este o unitate LOGIC, totul depinde de modul în care este construit un anumit circuit. Aceasta este pentru informare. Dar deocamdată, presupunem că cheia este controlată de un nivel ridicat și pur și simplu nu poate fi altfel.

Frecvența și lățimea impulsurilor de control

Trebuie menționat că perioada de repetare a pulsului (sau frecvența) rămâne neschimbată. Dar, în general, frecvența pulsului nu afectează luminozitatea strălucirii, prin urmare, nu există cerințe speciale pentru stabilitatea frecvenței. Doar durata (LĂțimea), în acest caz, a unei impulsuri pozitive se schimbă, datorită căreia funcționează întregul mecanism de modulare a lățimii pulsului.

Durata impulsurilor de control din figura 1 este exprimată în%%. Acesta este așa-numitul „factor de umplere” sau, în terminologia engleză, DUTY CYCLE. Se exprimă ca raportul dintre durata pulsului de control și perioada de repetare a impulsului.

În terminologia rusă se folosește de obicei „Ciclul de serviciu” - raportul dintre perioada și pulsul de timpa. Astfel, dacă factorul de umplere este de 50%, atunci ciclul de serviciu va fi de 2.Nu există nicio diferență fundamentală aici, prin urmare, puteți utiliza oricare dintre aceste valori, pentru care este mai convenabil și mai inteligibil.

Aici, desigur, s-ar putea oferi formule pentru calculul ciclului de îndatorire și CICLUL DE DATĂ, dar pentru a nu complica prezentarea, vom face fără formule. În cazuri extreme, legea lui Ohm. Nu este nimic de făcut: "Nu știi legea lui Ohm, rămâi acasă!" Dacă cineva este interesat de aceste formule, atunci poate fi întotdeauna găsit pe Internet.

Frecvența PWM pentru dimmer

Așa cum am menționat mai sus, nu sunt impuse cerințe speciale pentru stabilitatea frecvenței pulsului PWM: bine, „plutește” puțin și bine. O asemenea instabilitate de frecvență, apropo, este destul de mare, au controlerele PWM bazat pe cronometrul integrat NE555asta nu interferează cu utilizarea lor în multe modele. În acest caz, este important ca această frecvență să nu scadă sub o anumită valoare.

Și care ar trebui să fie frecvența și cât de instabilă poate fi? Nu uitați că vorbim despre dimmeri. În tehnologia de film, există termenul „frecvență critică de licărire”. Aceasta este frecvența cu care imaginile individuale afișate una după alta sunt percepute ca o imagine în mișcare. Pentru ochiul uman, această frecvență este de 48Hz.

Din acest motiv, frecvența filmărilor pe film a fost de 24 de cadre / sec (standard TV de 25 de cadre / sec). Pentru a mări această frecvență la critici, proiectoarele de film utilizează un obturator cu două lame (obturator) care se suprapune de două ori pe fiecare cadru afișat.

În proiectoarele de 8 mm cu film îngust amator, frecvența de proiecție a fost de 16 cadre / sec, astfel încât obturatorul avea până la trei lame. Același scop în televiziune este servit de faptul că imaginea este afișată în jumătate de cadre: mai întâi par, și apoi linii impare ale imaginii. Rezultatul este o frecvență strălucitoare de 50Hz.

Funcționarea LED-ului în modul PWM este un bliț separat, cu durata reglabilă. Pentru ca aceste sclipiri să fie percepute de ochi ca o strălucire continuă, frecvența lor nu trebuie să fie mai puțin decât critică. Cât de multe doriți, dar nu în niciun fel mai jos. Acest factor trebuie luat în considerare la crearea PWM - regulatoare pentru accesorii.

Apropo, la fel de interesant: oamenii de știință au stabilit cumva că frecvența critică pentru ochiul albinei este de 800Hz. Prin urmare, albina vede filmul pe ecran ca pe o secvență de imagini individuale. Pentru ca ea să poată vedea o imagine în mișcare, frecvența de proiecție va trebui să fie crescută la opt sute de jumătate de cadre pe secundă!

Diagrama funcțională a unui controler PWM

Pentru a controla LED-ul propriu-zis este utilizat stadiul cheii tranzistorului. Recent, cel mai utilizat în acest scop tranzistoare mosfet, care vă permite să comutați o putere semnificativă (utilizarea tranzistoarelor bipolare convenționale în aceste scopuri este considerată pur și simplu indecentă).

O astfel de nevoie (un tranzistor MOSFET puternic) apare cu un număr mare de LED-uri, de exemplu, cu folosind bandă LED, despre care vom discuta mai târziu. Dacă puterea este scăzută - când utilizați unul - două LED-uri, puteți utiliza tastele cu consum redus tranzistoare bipolareși, dacă este posibil, conectați LED-urile direct la ieșirile microcircuitelor.

Figura 2 prezintă diagrama funcțională a controlerului PWM. Ca element de control, rezistența R2 este convențional prezentată în diagrama. Rotind mânerul acestuia, este posibil să schimbați ciclul de funcționare al impulsurilor de control în limitele cerute și, în consecință, luminozitatea LED-urilor.

Figura 2. Schema funcțională a unui controler PWM

Figura prezintă trei lanțuri de LED-uri conectate în serie cu rezistențe de limitare. Aproximativ aceeași conexiune este folosită în benzi cu LED-uri. Cu cât banda este mai lungă, cu atât mai multe LED-uri, cu atât este mai mare consumul curent.

În aceste cazuri este atât de puternic regulatoare pe tranzistoare MOSFET, al cărui curent admis de scurgere ar trebui să fie puțin mai mare decât curentul consumat de bandă. Ultima cerință este îndeplinită destul de ușor: de exemplu, tranzistorul IRL2505 are un curent de scurgere de aproximativ 100A, o tensiune de scurgere de 55V, în timp ce dimensiunea și prețul acestuia sunt suficient de atractive pentru utilizarea în diferite proiecte.

Oscilatoare master PWM

Un oscilator PWM poate fi utilizat un microcontroler (cel mai adesea în condiții industriale) sau un circuit realizat pe microcircuite cu un grad mic de integrare. Dacă acasă se presupune că va face o cantitate mică de regulatoare PWM, dar nu există experiență în crearea dispozitivelor de microcontroler, atunci este mai bine să faceți un regulator pentru ceea ce este acum.

Acesta poate fi un cip logic seria K561, un cronometru integrat NE555precum și microcipuri specializate concepute pentru surse de alimentare cu comutare. În acest rol, puteți chiar să faceți treabă amplificator operaționala montat pe el un generator reglabil, dar acesta este, poate, „din dragoste pentru artă”. Prin urmare, mai jos vor fi luate în considerare doar două circuite: cel mai comun pe cronometrul 555 și pe controlerul UPS 3843.

Schema oscilatorului principal pe cronometru 555

Figura 3. Schema oscilatorului principal

Acest circuit este un generator de unde pătrate obișnuit, a cărui frecvență este setată de condensatorul C1. Condensatorul este încărcat prin circuitul "Ieșire - R2 - RP1-C1 - sârmă comună". În acest caz, ieșirea trebuie să aibă o tensiune la nivel ridicat, ceea ce este echivalent cu faptul că ieșirea este conectată la polul plus al sursei de alimentare.

Condensatorul este descărcat prin circuitul "C1 - VD2 - R2 - Ieșire - sârmă comună" într-un moment în care ieșirea este de joasă tensiune, ieșirea este conectată la un fir comun. Această diferență între căile de încărcare - descărcarea condensatorului de reglare a timpului - asigură impulsuri cu o lățime reglabilă.

Trebuie menționat că diodele, chiar de același tip, au parametri diferiți. În acest caz, capacitatea lor electrică joacă un rol, care se schimbă sub influența tensiunii asupra diodelor. Prin urmare, împreună cu o modificare a ciclului de funcționare a semnalului de ieșire, frecvența acestuia se modifică și el.

Principalul lucru este că nu devine mai mică decât frecvența critică, menționată chiar mai sus. În caz contrar, în loc de o strălucire uniformă cu luminozitate diferită, vor fi vizibile licăriri individuale.

Aproximativ (din nou, vinele sunt de vină), frecvența generatorului poate fi determinată de formula prezentată mai jos.

Frecvența generatorului PWM pe cronometru 555.

Dacă înlocuim capacitatea condensatorului în formula faradelor și rezistența în Ohms, atunci rezultatul ar trebui să fie în Hz Hz: nu puteți obține nicăieri din sistemul SI! Se înțelege că motorul RP1 cu rezistență variabilă se află în poziția de mijloc (în formula RP1 / 2), ceea ce corespunde semnalului de ieșire a formei meandrei. În figura 2, aceasta este exact partea în care este indicată durata impulsului de 50%, ceea ce este echivalent cu un semnal cu un ciclu de serviciu de 2.

Oscilator master PWM pe cip UC3843

Circuitul său este prezentat în figura 4.

Figura 4. Schema oscilatorului principal PWM de pe cipul UC3843

Cipul UC3843 este un controler de control PWM pentru comutarea surselor de alimentare și este utilizat, de exemplu, în surse de computer în format ATX. În acest caz, schema tipică a includerii sale este ușor schimbată în direcția de simplificare. Pentru a controla lățimea impulsului de ieșire, la intrarea circuitului se aplică o tensiune de reglare a polarității pozitive, apoi la ieșire se obține un semnal PWM modulat pe lățimea impulsului.

În cel mai simplu caz, tensiunea de reglare poate fi aplicată folosind un rezistor variabil cu o rezistență de 22 ... 100K. Dacă este necesar, tensiunea de comandă poate fi obținută, de exemplu, de la un senzor de lumină analog realizat pe un fotorezistor: cu cât este mai întunecată fereastra, cu atât camera este mai luminoasă.

Tensiunea de reglare afectează ieșirea PWM, astfel încât atunci când aceasta scade, lățimea impulsului de ieșire crește, ceea ce nu este deloc surprinzător.La urma urmei, scopul inițial al cipului UC3843 este de a stabiliza tensiunea sursei de alimentare: dacă tensiunea de ieșire scade, iar odată cu aceasta tensiunea de reglare, atunci trebuie luate măsuri (creșterea lățimii impulsului de ieșire) pentru a crește oarecum tensiunea de ieșire.

Tensiunea de reglare a surselor de alimentare este generată, de regulă, folosind diode zener. Cel mai adesea este TL431 sau altele asemenea.

Cu valorile pieselor indicate în diagramă, frecvența generatorului este de aproximativ 1 KHz și, spre deosebire de generatorul de pe cronometrul 555, acesta nu „plutește” atunci când ciclul de serviciu al semnalului de ieșire se schimbă - îngrijorare cu privire la constanța frecvenței alimentărilor de comutare.

Pentru a regla puterea semnificativă, de exemplu, o bandă LED, etapa de cheie a tranzistorului MOSFET ar trebui conectată la ieșire, așa cum se arată în figura 2.

Ar fi posibil să vorbim mai multe despre regulatoarele PWM, dar, deocamdată, să ne bazăm pe acest lucru, iar în articolul următor vom lua în considerare diverse moduri de conectare a LED-urilor. Până la urmă, nu toate metodele sunt la fel de bune, există cele care ar trebui evitate și sunt doar suficiente erori la conectarea LED-urilor.

Continuarea articolului:Modele de cablare LED bune și rele

Boris Aladyshkin