Kawalan kecerahan LED

Dalam sesetengah kes, sebagai contoh, dalam lampu suluh atau lekapan lampu rumah, ia perlu untuk menyesuaikan kecerahan cahaya. Nampaknya lebih mudah: hanya menukar arus melalui LED, meningkat atau berkurangan rintangan mengehadkan rintangan. Tetapi dalam kes ini, sebahagian besar tenaga akan dibelanjakan pada perintang yang mengehadkan, yang tidak dapat diterima dengan bekalan kuasa autonomi daripada bateri atau akumulator.

Di samping itu, warna LED akan berubah: sebagai contoh, putih apabila semasa adalah lebih rendah daripada nominal (untuk kebanyakan LED 20mA) akan mempunyai warna hijau sedikit. Perubahan warna sedemikian dalam sesetengah kes adalah tidak berguna. Bayangkan bahawa LED ini menerangi skrin TV atau monitor komputer.

Prinsip peraturan PWM

Dalam kes ini, terpakai PWM - peraturan (lebar nadi). Maksudnya ialah LED secara berkala menyala dan keluar. Dalam kes ini, arus tetap nominal sepanjang keseluruhan denyar, oleh itu, spektrum pendarfusian tidak diputarbelitkan. Jika LED putih, warna hijau tidak akan muncul.

Di samping itu, dengan kaedah kawalan kuasa ini, kehilangan tenaga adalah minimum, kecekapan litar terkawal PWM sangat tinggi, mencapai lebih daripada 90 peratus.

Prinsip kawalan PWM agak mudah, dan ditunjukkan dalam Rajah 1. Rasio yang berbeza dari masa keadaan yang dinyalakan dan dipadamkan di mata dilihat sebagai kecerahan yang berbeza: seperti dalam filem - secara berasingan menunjukkan bingkai bergantian dilihat sebagai imej yang bergerak. Ini semua bergantung kepada kekerapan unjuran, yang akan dibincangkan sedikit kemudian.

Rajah 1. Prinsip peraturan PWM

Angka ini menunjukkan gambarajah isyarat pada output peranti kawalan PWM (atau pengayun induk). Sifar dan satu ditunjukkan oleh tahap logik: unit logik (tahap tinggi) menyebabkan LED menjadi bersinar, logik sifar (tahap rendah), masing-masing, kepupusan.

Walaupun segala-galanya boleh menjadi jalan lain, kerana segala-galanya bergantung pada litar kunci keluaran, LED dapat dihidupkan rendah dan padat, hanya tinggi. Dalam kes ini, unit logik fizikal akan mempunyai tahap voltan rendah, dan sifar logik akan tinggi.

Dalam erti kata lain, unit logik menyebabkan kemasukan beberapa peristiwa atau proses (dalam kes kita, pencahayaan LED), dan sifar logik harus melumpuhkan proses ini. Iaitu, tidak selalu tahap yang tinggi pada output mikrokircuit digital adalah unit LOGIC, semuanya bergantung pada bagaimana litar tertentu dibina. Ini untuk maklumat. Tetapi buat masa ini, kita mengandaikan bahawa kunci dikawal oleh tahap yang tinggi, dan ia tidak semestinya sebaliknya.

Kekerapan dan lebar kawalan denyutan

Harus diingat bahawa tempoh pengulangan nadi (atau kekerapan) tetap tidak berubah. Tetapi, secara amnya, kekerapan nadi tidak menjejaskan kecerahan cahaya, oleh itu, tidak ada keperluan khusus untuk kestabilan kekerapan. Hanya tempoh (WIDTH), dalam kes ini, perubahan nadi yang positif, kerana mekanisme keseluruhan modulasi lebar nadi berfungsi.

Tempoh denyut kawalan dalam Rajah 1 dinyatakan dalam %%. Inilah yang dipanggil "faktor pengisi" atau, dalam istilah bahasa Inggeris, CUSTOM DUTY. Ia dinyatakan sebagai nisbah tempoh denyut kawalan kepada tempoh pengulangan nadi.

Dalam istilah bahasa Rusia biasanya digunakan "Kitaran tugas" - nisbah tempoh ke nadi masaa. Oleh itu, jika faktor isi adalah 50%, maka kitaran tugas akan menjadi 2.Oleh itu, tidak ada perbezaan asas di sini, oleh itu, anda boleh menggunakan mana-mana nilai ini, yang mana ia lebih mudah dan mudah difahami.

Di sini, tentu saja, seseorang boleh memberi formula untuk mengira kitaran tugas dan CUSTOM DUTY, tetapi untuk tidak merumitkan persembahan, kami akan melakukan tanpa formula. Dalam kes yang teruk, undang-undang Ohm. Tiada apa yang perlu dilakukan: "Anda tidak tahu hukum Ohm, tinggal di rumah!" Sekiranya ada orang yang berminat dengan formula ini, maka mereka sentiasa boleh didapati di Internet.

Kekerapan PWM untuk dimmer

Seperti yang dinyatakan di atas, tiada keperluan khas dikenakan ke atas kestabilan frekuensi denyutan PWM: dengan baik, ia "mengapungkan" sedikit, dan okay. Ketidakstabilan frekuensi sedemikian, dengan cara ini, agak besar, pengawal PWM ada berdasarkan pemasa bersepadu NE555yang tidak mengganggu penggunaannya dalam banyak reka bentuk. Dalam kes ini, hanya penting bahawa frekuensi ini tidak jatuh di bawah nilai tertentu.

Dan apa yang sepatutnya menjadi kekerapan, dan bagaimana keadaannya tidak stabil? Jangan lupa bahawa kita bercakap tentang dimmers. Dalam teknologi filem, istilah "kekerapan kritikal kritikal" wujud. Ini adalah kekerapan di mana gambar individu dipaparkan satu demi satu dianggap sebagai imej yang bergerak. Bagi mata manusia, frekuensi ini ialah 48Hz.

Atas sebab ini kekerapan penembakan pada filem adalah 24 bingkai / saat (standard 25 bingkai / detik televisyen). Untuk meningkatkan kekerapan ini kepada proyektor filem yang kritikal, gunakan getir dua bilah (pengatup) yang dua kali bertindih setiap bingkai yang dipaparkan.

Dalam proyektor 8mm sempit filem amatur, kekerapan unjuran ialah 16 bingkai / saat, jadi pengatup mempunyai sebanyak tiga bilah. Tujuan yang sama di televisyen dihidupkan oleh hakikat bahawa imej itu dipaparkan dalam bingkai separuh: pertama sekali, dan kemudian garis ganjil gambar. Hasilnya adalah frekuensi berkedip 50Hz.

Operasi LED dalam mod PWM adalah kilat waktu laras yang berasingan. Agar kilat ini dapat dilihat oleh mata sebagai cahaya berterusan, frekuensi mereka mesti tidak kurang daripada kritikal. Sebanyak yang anda mahukan, tetapi tidak dengan apa cara sekalipun. Faktor ini harus dipertimbangkan ketika membuat PWM - pengawal selia untuk lekapan.

Dengan cara ini, sebagai fakta yang menarik: saintis entah bagaimana menentukan bahawa frekuensi kritikal untuk mata lebah adalah 800Hz. Oleh itu, lebah melihat filem pada skrin sebagai urutan imej individu. Dalam rangka untuk melihat imej bergerak, kekerapan unjuran perlu ditingkatkan menjadi lapan ratus setengah bingkai sesaat!

Gambarajah fungsian pengawal PWM

Untuk mengawal LED sebenar digunakan peringkat utama transistor. Baru-baru ini, yang paling banyak digunakan untuk tujuan ini transistor mosfet, membolehkan anda untuk mengembara kuasa yang ketara (penggunaan transistor bipolar konvensional untuk tujuan ini dianggap hanya bersikap tidak sopan).

Keperluan seperti (transistor MOSFET yang kuat) timbul dengan sejumlah besar LED, sebagai contoh, dengan menggunakan jalur LED, yang akan dibincangkan kemudian. Sekiranya kuasa rendah - apabila menggunakan satu - dua LED, anda boleh menggunakan kekunci kuasa rendah transistor bipolar, dan jika boleh, sambungkan LED langsung ke output litar mikro.

Rajah 2 menunjukkan gambarajah fungsi pengawal PWM. Sebagai elemen kawalan, perintang R2 secara konvensional ditunjukkan dalam rajah. Dengan memutar pegangannya, adalah mungkin untuk mengubah kitaran tugas denyut kawalan dalam had yang diperlukan, dan, akibatnya, kecerahan LED.

Rajah 2. Gambarajah fungsional pengawal PWM

Angka ini menunjukkan tiga rangkaian LED bersambung siri dengan perintang yang mengehadkan. Kira-kira sambungan yang sama digunakan dalam jalur LED. Semakin lama pita, semakin banyak LED, semakin besar penggunaan semasa.

Ia adalah dalam kes-kes yang kuat pengawal selia pada transistor MOSFET, arus longkang yang dibenarkan yang sepatutnya sedikit lebih besar daripada arus yang digunakan oleh pita. Keperluan terakhir ini dipenuhi dengan mudah: contohnya, transistor IRL2505 mempunyai arus saliran kira-kira 100A, voltan longkang 55V, manakala saiz dan harganya cukup menarik untuk digunakan dalam pelbagai reka bentuk.

Pengayun induk PWM

Mikrokontroler (selalunya dalam keadaan perindustrian), atau litar yang dibuat pada mikrosirkuit dengan tahap integrasi yang kecil, boleh digunakan sebagai pengayun induk PWM. Jika di rumah sepatutnya menghasilkan sedikit pengawal selia PWM, tetapi tidak ada pengalaman dalam mencipta peranti pengawal mikro, maka lebih baik membuat regulator pada apa yang kini berada di tangan.

Ini boleh menjadi siri logik K561, pemasa bersepadu NE555serta microchip khusus yang direka untuk menukar bekalan kuasa. Dalam peranan ini, anda juga boleh membuat kerja penguat operasisetelah dipasang penjana laras di atasnya, tetapi ini mungkin, "daripada cinta untuk seni". Oleh itu, hanya dua skema yang akan dipertimbangkan di bawah: yang paling biasa pada pemasa 555, dan pada pengawal UC3843 UPS.

Skim pengayun tuan pada pemasa 555

Rajah 3. Skema pengayun induk

Litar ini adalah penjana gelombang biasa biasa yang frekuensi ditetapkan oleh kapasitor C1. Kapasitor dikenakan melalui litar "Output - R2 - RP1-C1 - wayar biasa". Dalam kes ini, output mesti mempunyai voltan tahap tinggi, yang bersamaan dengan hakikat bahawa output disambungkan kepada tiang ditambah sumber kuasa.

Kapasitor dilepaskan melalui litar "C1 - VD2 - R2 - Output - dawai umum" pada masa apabila output adalah voltan rendah, - keluaran disambungkan ke wayar biasa. Perbezaan dalam laluan caj ini - pelepasan kapasitor penentuan masa - memberikan pulsa dengan lebar laras.

Perlu diingat bahawa dioda, walaupun jenis yang sama, mempunyai parameter yang berbeza. Dalam kes ini, kapasitapan elektrik mereka memainkan peranan, yang berubah di bawah pengaruh voltan pada dioda. Oleh itu, bersama-sama dengan perubahan dalam kitaran tugas isyarat output, kekerapannya juga berubah.

Perkara utama adalah bahawa ia tidak menjadi kurang daripada frekuensi kritikal, yang disebut di atas. Jika tidak, bukannya cahaya seragam dengan kecerahan yang berbeza, berkelip individu akan kelihatan.

Kira-kira (sekali lagi, diod adalah untuk menyalahkan), kekerapan penjana boleh ditentukan oleh formula yang ditunjukkan di bawah.

Kekerapan penjana PWM pada pemasa 555.

Sekiranya kita menggantikan kapasitansi kapasitor dalam farads dalam formula, rintangan dalam Ohms, maka hasilnya hendaklah dalam Hz Hz: anda tidak boleh mendapatkan mana-mana dari sistem SI! Difahamkan bahawa resistor RP1 resistor berubah di kedudukan tengah (dalam formula RP1 / 2), yang sepadan dengan isyarat output bentuk meander. Dalam Rajah 2, ini adalah bahagian di mana tempoh nadi 50% ditunjukkan, yang bersamaan dengan isyarat dengan kitaran tugas 2.

Pengayuh induk PWM pada cip UC3843

Litarnya ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 4. Skim pengayun induk PWM pada cip UC3843

Cip UC3843 adalah pengawal kawalan PWM untuk menukar bekalan kuasa dan digunakan, sebagai contoh, dalam sumber komputer ATX format. Dalam kes ini, skim biasa kemasukannya sedikit berubah ke arah pemudahan. Untuk mengawal lebar nadi output, voltan yang mengawal polariti positif digunakan untuk input litar, maka isyarat PWM yang dimodulasi lebar pulsa diperoleh pada output.

Dalam kes yang paling mudah, voltan peraturan boleh digunakan dengan menggunakan perintang berubah-ubah dengan rintangan 22 ... 100K. Sekiranya perlu, voltan kawalan boleh diperoleh, contohnya, dari sensor cahaya analog yang dibuat pada photoresistor: tingkap yang lebih gelap, lebih cerah dari bilik.

Voltan kawalan bertindak ke atas output PWM, supaya apabila ia berkurangan, lebar nadi output meningkat, yang sama sekali tidak mengejutkan.Lagipun, tujuan awal cip UC3843 adalah untuk menstabilkan voltan bekalan kuasa: jika voltan output jatuh, dan dengan itu voltan yang mengawal selia, maka anda perlu mengambil langkah-langkah (meningkatkan lebar denyut output) untuk sedikit meningkatkan voltan keluaran.

Voltan peraturan dalam bekalan kuasa dijana, sebagai peraturan, menggunakan dioda zener. Selalunya ia adalah TL431 atau sebagainya.

Dengan nilai-nilai bahagian-bahagian yang ditunjukkan pada gambar rajah, kekerapan penjana adalah kira-kira 1 KHz, dan tidak seperti penjana pada pemasa 555, ia tidak "terapung" apabila kitaran tugas perubahan isyarat keluaran - kebimbangan mengenai kekerapan kekerapan bekalan kuasa bertukar.

Untuk mengawal kuasa yang penting, sebagai contoh, jalur LED, peringkat utama pada transistor MOSFET perlu disambungkan ke output, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2.

Ia mungkin untuk bercakap lebih lanjut mengenai pengawal selia PWM, tetapi pada masa sekarang mari kita perhatikan ini, dan dalam artikel seterusnya kita akan mempertimbangkan pelbagai cara menyambungkan LED. Lagipun, tidak semua kaedah sama-sama baik, ada yang harus dielakkan, dan terdapat ralat yang cukup apabila menghubungkan LED.

Penerusan artikel:Corak pendawaian LED yang baik dan buruk

Boris Aladyshkin