Die ganze Wahrheit über das Dimmen von LED-Lichtern: Dimmer, Treiber und Theorie

Durch Einstellen der Helligkeit von Lichtquellen wird eine komfortable Beleuchtung eines Raums oder Arbeitsplatzes erzeugt. Durch Einstellen der Helligkeit können mehrere Schaltkreise angeordnet werden, die von einzelnen Schaltern eingeschaltet werden. In diesem Fall erhalten Sie eine schrittweise Änderung der Beleuchtung sowie separate Leucht- und Aus-Lampen, was zu Unannehmlichkeiten führen kann.

Stilvolle und relevante Designlösungen umfassen eine reibungslose Anpassung der Gesamtbeleuchtung, sofern alle Lampen leuchten. Auf diese Weise können Sie sowohl eine intime Umgebung zum Entspannen als auch eine helle Umgebung zum Feiern oder Arbeiten mit kleinen Details schaffen.

Früher, als die Hauptlichtquellen Glühlampen und Scheinwerfer mit Halogenlampen waren, gab es keine Probleme bei der Einstellung. Wurde verwendet normaler 220V Dimmer am Triac (oder Thyristoren). Welches war in der Regel in Form eines Schalters, mit einem Drehknopf anstelle von Tasten.

Mit dem Aufkommen von Energiesparen (Kompaktleuchtstofflampen) und dann LEDs wurde dieser Ansatz unmöglich. In jüngster Zeit sind die meisten Lichtquellen LED-Lampen und -Lampen, und Glühlampen sind in vielen Ländern für Beleuchtungszwecke verboten.

Es ist interessant, dass auf der Verpackung von Haushaltsglühlampen jetzt so etwas wie "Elektrischer Heizkörper" angezeigt wird.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie die Helligkeit von LEDs steuern und wie sie in der Praxis aussehen.

Theorie

Beliebig Halbleiterdiode - Dies ist ein elektronisches Gerät, das Strom in eine Richtung überträgt. In diesem Fall ist der Stromfluss nicht linear von der angelegten Spannung abhängig, sondern ähnelt einem Parabelzweig. Dies bedeutet, dass beim Anlegen einer kleinen Spannung an die LED kein Strom fließt.

Strom fließt nur dann durch ihn, wenn die Spannung an der Diode einen Schwellenwert überschreitet. Bei normalen Gleichrichterdioden liegt der Wert je nach Material, aus dem die Diode besteht, zwischen 0,3 V und 0,8 V. Siliziumdioden nehmen etwa 0,7 V an, Germanium 0,3 V. Schottky-Dioden in der Größenordnung von 0,3 V.

LED war keine Ausnahme. Die Schwellenspannung der weißen LED beträgt ca. 3V, im Allgemeinen hängt sie von dem Halbleiter ab, aus dem sie besteht, die Farbe ihres Glühens hängt davon ab. Die Spannung an der roten LED beträgt also ungefähr 1,7 V. Wenn diese Spannung erreicht ist, fließt Strom und die LED leuchtet auf. Unten sehen Sie die Strom-Spannungs-Kennlinie der LED.

Die Helligkeit der LED hängt von der Stärke des durch sie fließenden Stroms ab. Dies spiegelt sich in der folgenden Grafik wider.

Die Helligkeit einer idealen theoretischen LED hängt linear vom Strom ab, aber in Wirklichkeit sieht es etwas anders aus. Dies ist auf den Differenzwiderstand der Diode und ihren Wärmeverlust zurückzuführen.

Es folgt:

Eine LED ist ein Gerät, das mit Strom und nicht mit Spannung betrieben wird. Dementsprechend müssen Sie die Stromstärke ändern, um die Helligkeit anzupassen.

Natürlich hängt die Stromstärke von der angelegten Spannung ab, aber wie Sie dem ersten Diagramm entnehmen können, führt bereits eine geringfügige Spannungsänderung zu einem unangemessenen Anstieg des Stroms.

Daher ist das Einstellen der Helligkeit mit einem einfachen Rheostat eine sinnlose Übung. Wenn in einem solchen Schema der Widerstand des Rheostaten abnimmt, leuchtet die LED plötzlich auf und nachdem ihre Helligkeit leicht angestiegen ist, wird sie bei übermäßiger angelegter Spannung sehr heiß und fällt aus.

Von hier kommt die Aufgabe: Stellen Sie den Strom mit einer geringfügigen Änderung auf einen bestimmten Spannungswert ein.

Möglichkeiten zur Steuerung der Helligkeit von LEDs: lineare "analoge" Regler

Das erste, was mir in den Sinn kommt, ist die Verwendung eines Bipolartransistors, da sein Ausgangsstrom (Kollektor) vom Eingangsstrom (Basis) abhängt, der in der allgemeinen Kollektorschaltung enthalten ist. Wir haben bereits über ihre Arbeit nachgedacht. in einem großen Artikel über Bipolartransistoren.

Funktionsprinzip:

Sie ändern den Basisstrom, indem Sie den Spannungsabfall am Emitter-Basis-Übergang mit Hilfe des Potentiometers R2 ändern. Die Widerstände R1 und R3 werden benötigt, um den Strom mit dem maximalen offenen Transistor zu begrenzen, der anhand der folgenden Formel berechnet wird:

R = (U-Versorgungs-U-Abfall an den LEDs-U-Abfall am Transistor) / I-Licht.

Ich habe diese Schaltung überprüft, sie reguliert den Strom durch die LEDs und die Helligkeit des Lichts recht gut, aber an bestimmten Positionen des Potentiometers ist ein merklicher Schritt zu erkennen, möglicherweise aufgrund der Tatsache, dass das Potentiometer logarithmisch war, und möglicherweise aufgrund der Tatsache, dass jeder pn-Übergang des Transistors der gleiche ist Diode mit dem gleichen CVC.

Die Stromstabilisatorschaltung ist für diese Aufgabe besser geeignet. am einstellbaren Stabilisator LM317, obwohl es häufiger als Spannungsstabilisator verwendet wird.

Es kann auch verwendet werden, um einen festen Strom bei einer konstanten Spannung zu erhalten. Dies ist besonders nützlich, wenn LEDs an das Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen werden, wo die Spannung im Netzwerk bei abgestelltem Motor etwa 11,7 bis 12 V beträgt, und wenn sie aufgewickelt wird, 14,7 V erreicht, beträgt die Differenz mehr als 10%. Funktioniert auch hervorragend, wenn es mit einem Netzteil betrieben wird.

Die Berechnung des Ausgangsstroms ist recht einfach:

Es stellt sich eine ziemlich kompakte Lösung heraus:

Diese Methode unterscheidet sich nicht im hohen Wirkungsgrad, sondern hängt von der Spannungsdifferenz zwischen dem Eingang des Stabilisators und seinem Ausgang ab. Die gesamte Spannung am LM-ke „brennt durch“. Leistungsverluste werden durch die Formel bestimmt:

P = Uin-Uout / I.

Um die Effizienz der Steuerung zu erhöhen, ist ein radikal anderer Ansatz erforderlich - eine Impulssteuerung oder eine PWM-Steuerung.

Möglichkeiten zum Einstellen der Helligkeit: PWM-Einstellung

PWM steht für Pulse Width Modulation. Es basiert auf dem Ein- und Ausschalten der Lastleistung bei hoher Geschwindigkeit. Somit erhalten wir eine Stromänderung durch die LED, da sie jedes Mal die volle Spannung empfängt, die zum Öffnen erforderlich ist. Es wird bei voller Helligkeit schnell ein- und ausgeschaltet, aber aufgrund der Trägheit unserer Sicht bemerken wir dies nicht und es sieht aus wie eine Abnahme der Helligkeit.

Bei diesem Ansatz kann die Lichtquelle Welligkeiten erzeugen. Es wird nicht empfohlen, Lichtquellen mit Welligkeiten von mehr als 10% zu verwenden. Detaillierte Werte für jeden Zimmertyp sind in SNIP-23-05-95 (oder 2010) beschrieben.

Arbeiten unter pulsierendem Licht verursachen erhöhte Müdigkeit, Kopfschmerzen und können auch einen stroboskopischen Effekt verursachen, wenn rotierende Teile bewegungslos erscheinen. Dies ist nicht akzeptabel, wenn an Drehmaschinen, Bohrern und anderen Dingen gearbeitet wird.

Es gibt sehr viele Schaltkreise und Optionen für die Ausführung von PWM-Controllern, daher ist es nicht sinnvoll, alle aufzulisten. Die einfachste Möglichkeit besteht darin, einen PWM-Controller zusammenzubauen basierend auf dem NE555 Timer Chip. Dies ist ein beliebter Chip. Unten sehen Sie ein Diagramm eines solchen LED-Dimmers:

Tatsächlich ist dies jedoch ein und dieselbe Schaltung. Der Unterschied besteht darin, dass hier ein Leistungstransistor ausgeschlossen ist und sich zum Einstellen von 1-2 LEDs mit geringer Leistung und einem Strom von einigen zehn Milliampere eignet. Auch ein Spannungsstabilisator für den 555-Chip ist davon ausgeschlossen.

So stellen Sie die Helligkeit von 220-V-LED-Lampen ein

Die Antwort auf diese Frage ist einfach: gewöhnliche LED-Lampen praktisch nicht reguliert - d.h. auf keinen Fall. Dazu werden spezielle dimmbare LED-Lampen verkauft, die auf der Verpackung stehen oder das Dimmersymbol gezeichnet ist.

Die vielleicht größte Auswahl an dimmbaren LED-Lampen präsentiert GAUSS - in verschiedenen Formen, Designs und Sockeln.

Warum es unmöglich ist, 220V LED-Lampen zu dimmen

Tatsache ist, dass der Stromversorgungskreis herkömmlicher LED-Lampen entweder auf der Basis eines Vorschaltgeräts (Kondensator) aufgebaut ist. Oder auf dem Diagramm einfachster gepulster Abwärtswandler der ersten Art. 220-V-Dimmer stellen wiederum einfach den effektiven Spannungswert ein.

Es gibt solche Dimmer an der Vorderseite der Arbeit:

1. Dimmer schneiden die Vorderkante der Halbwelle (Vorderkante). Es sind solche Systeme, die am häufigsten in Haushaltsaufsichtsbehörden zu finden sind. Hier ist ein Diagramm ihrer Ausgangsspannung:

2. Dimmer schneiden die Hinterkante der Halbwelle (Falling Edge). Verschiedene Quellen behaupten, dass solche Regler sowohl mit herkömmlichen als auch mit dimmbaren LED-Lampen besser funktionieren. Aber sie sind viel seltener.

Es folgt:

Herkömmliche LED-Lampen ändern die Helligkeit mit einem solchen Dimmer praktisch nicht. Außerdem kann dies ihren Ausfall beschleunigen. Der Effekt ist der gleiche wie bei der im vorherigen Abschnitt des Artikels gezeigten Rheostatschaltung.

Es ist erwähnenswert, dass sich die meisten billigen einstellbaren LED-Lampen genauso verhalten wie normale, aber mehr kosten.

Anpassen der Helligkeit von LED-Lampen - eine rationale 12-V-Lösung

12-V-LED-Lampen sind beispielsweise im Sockel für Scheinwerfer weit verbreitet G4, GX57, G5.3 und andere. Tatsache ist, dass es in diesen Lampen oft kein Leistungsschema als solches gibt. Obwohl einige am Eingang installiert sind Diodenbrücke und FilterkondensatorDies hat jedoch keinen Einfluss auf die Möglichkeit einer Regulierung.

Dies bedeutet, dass es möglich ist, solche Lampen mit dem PWM-Controller zu regeln.

Genauso wie das Einstellen der Helligkeit LED-Streifen. Die einfachste Version des Reglers, wie hier in der Verkabelung, wird im Handel normalerweise als "12-24-V-Dimmer für LED-Streifen" bezeichnet.

Sie halten je nach Modell etwa 10 Ampere aus. Wenn Sie in einer schönen Form verwenden müssen, d.h. Wenn Sie anstelle eines herkömmlichen Schalters solche berührungsempfindlichen 12-V-Dimmer oder Optionen mit einem Drehknopf zum Verkauf anbieten.

Hier ist ein Beispiel für die Verwendung einer solchen Lösung:

Zuvor angewendet 12V Halogenlampen Sie wurden von elektronischen Transformatoren angetrieben, und das war eine großartige Lösung. 12 Volt ist eine sichere Spannung. Um diese Lampen an einem 12-V-elektronischen Transformator mit Strom zu versorgen, benötigen Sie eine Stromversorgung für LED-Streifen. Im Prinzip ist dies die Änderung der Beleuchtung von Halogen- zu LED-Lampen.

Fazit

Die vernünftigste Lösung zur Regulierung der Helligkeit von LED-Beleuchtung ist die Verwendung von 12-V-Lampen oder LED-Streifen. Wenn die Helligkeit abnimmt, kann das Licht flackern. Dazu können Sie versuchen, einen anderen Treiber zu verwenden. Wenn Sie einen PWM-Controller mit Ihren eigenen Händen ausführen, erhöhen Sie die PWM-Frequenz.