LED ryškumo valdymas

Kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, žibintuvėliuose ar namų šviestuvuose, reikia sureguliuoti švytėjimo ryškumą. Atrodytų, kad tai paprasčiau: tiesiog pakeiskite srovę per LED, padidinkite arba sumažinkite atsparumą ribojantis rezistorius. Bet šiuo atveju nemaža energijos dalis bus išleista ribojančiam rezistoriui, o tai visiškai nepriimtina naudojant autonominį maitinimą iš baterijų ar akumuliatorių.

Be to, pasikeis šviesos diodų spalva: pavyzdžiui, balta spalva, kai srovė yra mažesnė už nominalią (daugumai LED yra 20 mA), turės šiek tiek žalsvą atspalvį. Toks spalvos pasikeitimas kai kuriais atvejais yra visiškai nenaudingas. Įsivaizduokite, kad šie šviesos diodai apšviečia televizoriaus ar kompiuterio monitoriaus ekraną.

PWM principas - reguliavimas

Tokiais atvejais kreipkitės PWM - reguliavimas (impulso plotis). Jo prasmė ta LED periodiškai užsidega ir užgeso. Tokiu atveju srovė išlieka nominali per visą blykstės laiką, todėl luminescencijos spektras nėra iškraipomas. Jei šviesos diodas yra baltas, žali atspalviai nebus rodomi.

Be to, taikant šį galios valdymo metodą, energijos nuostoliai yra minimalūs, PWM valdomų grandinių efektyvumas yra labai didelis - siekia daugiau nei 90 procentų.

PWM valdymo principas yra gana paprastas ir parodytas 1 paveiksle. Skirtingas akies apšviestos ir užgesintos būsenos laiko santykis suvokiamas kaip skirtingas ryškumas: kaip filme - atskirai rodomi pakaitomis kadrai suvokiami kaip judantis vaizdas. Viskas priklauso nuo projekcijos dažnio, apie kurį bus kalbama šiek tiek vėliau.

1 pav. PWM reguliavimo principas

Paveiksle pavaizduotos PWM valdymo įrenginio (arba pagrindinio generatoriaus) išėjimo signalo diagramos. Nulis ir vienas pažymėti loginiai lygiai: loginis vienetas (aukštas lygis) sukelia šviesos diodo švytėjimą, loginis nulis (žemas lygis) atitinkamai užges.

Nors viskas gali būti atvirkščiai, nes viskas priklauso nuo išvesties klavišo schemos, šviesos diodą galima įjungti žemai ir išjungti, tik aukštai. Tokiu atveju fiziškai loginis blokas turės žemą įtampos lygį, o loginis nulis bus aukštas.

Kitaip tariant, loginis vienetas sukelia tam tikro įvykio ar proceso įtraukimą (mūsų atveju, LED apšvietimas), o loginis nulis turėtų šį procesą išjungti. Tai yra, ne visada aukštas skaitmeninės mikroschemos išvesties lygis yra LOGIC įrenginys, viskas priklauso nuo to, kaip pastatyta tam tikra grandinė. Tai yra informacija. Tačiau kol kas mes manome, kad raktą valdo aukštas lygis, ir kitaip jis negali būti.

Valdymo impulsų dažnis ir plotis

Reikėtų pažymėti, kad impulsų pasikartojimo laikotarpis (arba dažnis) išlieka nepakitęs. Bet apskritai impulsų dažnis neturi įtakos švytėjimo ryškumui, todėl nėra jokių specialių reikalavimų dažnio stabilumui. Keičiasi tik teigiamo impulso trukmė (PLATUMAS), šiuo atveju veikia visas impulsų pločio moduliavimo mechanizmas.

1 paveiksle nurodytų kontrolinių impulsų trukmė yra išreikšta %%. Tai vadinamasis užpildymo koeficientas arba, angliškai tariant, DUTY CYCLE. Jis išreiškiamas kaip kontrolinio impulso trukmės ir impulsų pasikartojimo laikotarpio santykis.

Rusų kalba dažniausiai vartojama terminija „Darbinis ciklas“ - periodo ir laiko impulsų santykisa. Taigi, jei užpildymo koeficientas yra 50%, tada darbo ciklas bus lygus 2.Čia nėra jokio esminio skirtumo, todėl galite naudoti bet kurią iš šių vertybių, kurioms ji yra patogesnė ir suprantama.

Čia, žinoma, galima būtų pateikti darbo ciklo ir PAREIGOS CIKLO apskaičiavimo formules, tačiau, kad nebūtų sudėtinga pateikti, mes apsieisime be formulių. Kraštutiniais atvejais Ohmo įstatymas. Nėra ką veikti: „Jūs nežinote Ohmo įstatymo, likite namuose!“ Jei kas domina šias formules, jas visada galima rasti internete.

PWM dažnis pritemdytojui

Kaip minėta aukščiau, PWM impulsų dažnio stabilumui nėra keliami jokie specialūs reikalavimai: gerai, jis šiek tiek „plūduriuoja“ ir gerai. Toks dažnio nestabilumas, beje, yra gana didelis, PWM valdikliai turi remiantis integruotu laikmačiu NE555tai netrukdo jų naudojimui daugelyje dizainų. Šiuo atveju svarbu tik tai, kad šis dažnis nenukristų žemiau tam tikros vertės.

Koks turėtų būti dažnis ir koks jis gali būti nestabilus? Nepamirškite, kad mes kalbame apie pritemdymus. Filmų technologijoje egzistuoja terminas „kritinis mirgėjimo dažnis“. Tai yra dažnis, kuriuo atskiros nuotraukos, rodomos viena po kitos, suvokiamos kaip judantis vaizdas. Žmogaus akiai šis dažnis yra 48Hz.

Būtent dėl ​​šios priežasties filmavimo dažnis buvo 24 kadrai / sek (televizijos standartas - 25 kadrai / sek.). Norėdami padidinti šį dažnį iki kritinio, kino projektoriai naudoja dviejų menčių sklendę (sklendę), kuri du kartus sutampa su kiekvienu rodomu kadru.

Mėgėjiškuose siaurų juostų 8 mm projektoriuose projekcijos dažnis buvo 16 kadrų per sekundę, todėl sklendė turėjo net tris ašmenis. Tą patį tikslą televizijoje teikia ir tai, kad vaizdas rodomas per pusę kadrų: pirmiausia lygios, o paskui nelyginės vaizdo linijos. Rezultatas yra 50Hz virpėjimo dažnis.

LED veikimas PWM režimu yra atskira reguliuojamos trukmės blykstė. Kad šiuos blyksnius akis galėtų suvokti kaip nuolatinį švytėjimą, jų dažnis turi būti ne mažesnis kaip kritinis. Kiek nori, bet jokiu būdu ne žemiau. Į šį veiksnį reikia atsižvelgti kuriant PWM - armatūros reguliatoriai.

Beje, tiesiog įdomus faktas: mokslininkai kažkodėl nustatė, kad kritinis bitės akies dažnis yra 800Hz. Todėl bitė filmą ekrane mato kaip atskirų vaizdų seką. Kad ji matytų judantį vaizdą, projekcijos dažnį reikės padidinti iki aštuonių šimtų pusės kadro per sekundę!

PWM valdiklio funkcinė schema

Kontroliuojamas tikras šviesos diodas tranzistoriaus rakto etapas. Pastaruoju metu plačiausiai naudojama šiam tikslui tranzistoriai mosfetas, leidžianti jums kompensuoti didelę galią (įprastinių bipolinių tranzistorių naudojimas šiais tikslais laikomas tiesiog nepadoru).

Toks poreikis (galingas MOSFET tranzistorius) atsiranda esant daugybei šviesos diodų, pavyzdžiui, su naudojant LED juostą, kuris bus aptartas vėliau. Jei mažai energijos - kai naudojate vieną - du šviesos diodus, galite naudoti mažos galios klavišus bipoliniai tranzistoriai, ir, jei įmanoma, šviesos diodus prijunkite tiesiai prie mikroschemų išėjimų.

2 paveiksle parodyta PWM valdiklio funkcinė schema. Kaip valdymo elementas, rezistorius R2 paprastai parodomas diagramoje. Pasukdami rankeną, galite pakeisti valdymo impulsų veikimo ciklą iki reikiamų ribų, taigi ir šviesos diodų ryškumą.

2 pav. PWM valdiklio funkcinė schema

Paveikslėlyje pavaizduotos trys serijiniu būdu sujungtų šviesos diodų grandinės su ribojančiais rezistoriais. Maždaug tokia pati jungtis naudojama LED juostose. Kuo ilgesnė juosta, tuo daugiau šviesos diodų, tuo didesnė sunaudojama srovė.

Būtent šiais atvejais tai yra galinga reguliatoriai ant tranzistorių MOSFET, kurios leistina nutekėjimo srovė turėtų būti šiek tiek didesnė už juostos sunaudotą srovę. Pastarasis reikalavimas įvykdomas gana lengvai: pavyzdžiui, IRL2505 tranzistoriaus išleidimo srovė yra apie 100A, nutekėjimo įtampa 55V, o jo dydis ir kaina yra pakankamai patrauklūs, kad būtų galima naudoti įvairius dizainus.

Pagrindiniai PWM generatoriai

Mikrokontroleris (dažniausiai pramoninėmis sąlygomis) arba grandinė, sudaryta nedidelio integracijos laipsnio mikroschemose, gali būti naudojami kaip pagrindinis PWM generatorius. Jei namuose manoma, kad reikia pagaminti nedaug PWM reguliatorių, tačiau nėra patirties kuriant mikrovaldiklius, tada geriau padaryti reguliatorių tuo, kas yra po ranka.

Tai gali būti loginių mikroschemų serija K561, integruotas laikmatis NE555taip pat specializuotos mikroschemos, skirtos perjungimo maitinimo šaltiniai. Šiame vaidmenyje jūs netgi galite dirbti operacinis stiprintuvassurinkęs ant jo reguliuojamą generatorių, tačiau tai, ko gero, yra „iš meilės menui“. Todėl žemiau bus svarstomos tik dvi grandinės: labiausiai paplitusios laikmačio 555 ir UPS3843 UPS valdiklio srityje.

Pagrindinio generatoriaus ant taimerio 555 schema

3 pav. Pagrindinio generatoriaus schema

Ši grandinė yra įprastas kvadratinių bangų generatorius, kurio dažnį nustato kondensatorius C1. Kondensatorius įkraunamas per grandinę "Išėjimas - R2 - RP1-C1 - bendra viela". Tokiu atveju išėjimas turi turėti aukšto lygio įtampą, kuri prilygsta faktui, kad išėjimas yra prijungtas prie maitinimo šaltinio pliuso poliaus.

Kondensatorius išleidžiamas per grandinę „C1 - VD2 - R2 - išėjimas - bendra viela“ tuo metu, kai išvestis yra žemos įtampos, išėjimas yra prijungtas prie bendro laido. Šis įkrovimo kelių skirtumas - laiko nustatymo kondensatoriaus iškrova - suteikia impulsus, kurių reguliuojamas plotis.

Reikėtų pažymėti, kad net to paties tipo diodai turi skirtingus parametrus. Šiuo atveju svarbų vaidmenį vaidina jų elektrinė talpa, kuri keičiasi veikiant diodų įtampai. Todėl kartu su išėjimo signalo darbo ciklo pasikeitimu keičiasi ir jo dažnis.

Svarbiausia, kad jis netaptų mažesniu nei kritinis dažnis, kuris buvo minėtas aukščiau. Priešingu atveju vietoje vienodo skirtingo ryškumo švytėjimo bus matomi atskiri blyksniai.

Maždaug (vėlgi kalti diodai) generatoriaus dažnį galima nustatyti pagal žemiau pateiktą formulę.

PWM generatoriaus dažnis ant laikmačio 555.

Jei formulėje pakeisime kondensatoriaus talpą faradais ir varžą Omais, tada rezultatas turėtų būti Hz Hz: niekur negalite patekti iš SI sistemos! Suprantama, kad kintamo rezistoriaus RP1 variklis yra vidurinėje padėtyje (formulėje RP1 / 2), kuris atitinka meandro formos išėjimo signalą. 2 paveiksle tai tiksliai ta dalis, kurioje nurodoma 50% impulso trukmė, kuri prilygsta signalui, kurio darbo ciklas yra 2.

PWM pagrindinis osciliatorius UC3843 mikroschemoje

Jo grandinė parodyta 4 paveiksle.

4 paveikslas. Pagrindinio PWM generatoriaus schema UC3843 mikroschemoje

UC3843 mikroschema yra PWM valdymo valdiklis maitinimo šaltiniams perjungti ir yra naudojamas, pavyzdžiui, ATX formato kompiuterio šaltiniuose. Šiuo atveju tipinė jo įtraukimo schema šiek tiek pasikeičia supaprastinimo kryptimi. Išėjimo impulso pločiui valdyti grandinės įvestyje taikoma teigiamo poliškumo reguliavimo įtampa, tada išvestyje gaunamas impulsų pločio moduliuotas PWM signalas.

Paprasčiausiu atveju reguliavimo įtampą galima įjungti naudojant kintamąjį rezistorių, kurio varža 22 ... 100K. Jei reikia, valdymo įtampą galima gauti, pavyzdžiui, iš fotorezistoriaus pagaminto analoginio šviesos jutiklio: kuo tamsesnis langas, tuo šviesesnė patalpa.

Reguliavimo įtampa daro įtaką PWM išėjimui, todėl, kai ji mažėja, išėjimo impulso plotis padidėja, o tai visiškai nestebina.Galų gale pradinis UC3843 lusto tikslas yra stabilizuoti maitinimo įtampą: jei išėjimo įtampa nukrenta, o kartu su ja - reguliavimo įtampa, tada reikia imtis priemonių (padidinti išėjimo impulso plotį), kad šiek tiek padidintumėte išėjimo įtampą.

Reguliavimo įtampa maitinimo šaltiniuose generuojama, kaip taisyklė, naudojant zenerio diodus. Dažniausiai būna TL431 ar pan.

Esant schemose nurodytoms dalių vertėms, generatoriaus dažnis yra apie 1 KHz, ir skirtingai nuo generatoriaus, esančio 555 laikmatyje, jis „neplaukioja“, kai keičiasi išėjimo signalo darbo ciklas - susirūpinimas dėl perjungiamų maitinimo šaltinių dažnio pastovumo.

Norint sureguliuoti didelę galią, pavyzdžiui, LED juostelę, pagrindinė MOSFET tranzistoriaus pakopa turėtų būti prijungta prie išėjimo, kaip parodyta 2 paveiksle.

Būtų galima daugiau kalbėti apie PWM reguliatorius, tačiau kol kas pasilikime prie to, o kitame straipsnyje aptarsime įvairius šviesos diodų prijungimo būdus. Galų gale, ne visi metodai yra vienodai geri, yra ir tokių, kurių reikėtų vengti, ir klaidų, jungiant šviesos diodus, yra tiesiog pakankamai.

Straipsnio tęsinys:Geri ir blogi LED laidų modeliai

Borisas Aladyshkinas