LED осветлението е широко използвано поради своята ефективност, издръжливост и дълъг живот. Едно от най-трудните неща при използването на светодиоди е контролирането на тяхната яркост. Тук ШИМ затъмняването е от значение. управление на светодиоди PWM димирането е метод за регулиране на яркостта на светодиодите чрез промяна на ширината на импулса на електрическия ток. PWM затъмняването става все по-харесвано като практичен и ефективен метод за управление на LED светлини.
Какво е PWM димиране?
Способността на PWM да контролира различни устройства във всяка област на електрониката е до голяма степен отговорна за широкото му използване в съвременната електронна индустрия. PWM сигналите се използват за димиране на светодиоди, управление на двигатели и управление на асортимент от различно електрическо оборудване. Следователно, каква е функционалността на методологията на ШИМ?
PWM е метод за намаляване на средната доставяна мощност на електрически сигнал. Освен това процедурата е завършена чрез успешно разделяне на сигнала на съставните му части. По отношение на функционалността превключвателят между товара и източника може бързо да се включва и изключва, за да се регулира средният ток и напрежение, подавани към товара.
Чрез промяна на времето, през което сигналът е висок (ON) или нисък (OFF), PWM позволява широк диапазон на яркост (OFF). За разлика от аналоговото затъмняване, което затъмнява светодиодите чрез промяна на изходната мощност, PWM сигналът може да бъде ВКЛЮЧЕН или ИЗКЛЮЧЕН във всеки един момент, което означава, че светодиодите ще получат пълно напрежение или нямат електричество (т.е. осигуряват 10V вместо 12V за промяна на яркостта).
Какво е постоянно намаляване на тока (CCR)?
- непрекъснато намаляване на тока техниката осигурява постоянен ток към светодиода (CCR). За разлика от метода на ШИМ, при който състоянието на светодиода варира между включено и изключено, светодиодът свети постоянно. И все пак можете да контролирате яркостта на светодиода, като регулирате или променяте текущите нива с помощта на CCR.
Предимства на CCR димиращия метод:
- Идеален за отдалечени приложения, които изискват дълги кабели и строги EMI спецификации.
- CCR драйверите имат по-високи ограничения на изходното напрежение (60 V), отколкото PWM драйверите (24.8 V). Тези спецификации се отнасят за драйвери от клас 2, които са UL-сертифицирани за използване както във влажна, така и в суха среда.
Недостатъци на метода за затъмняване на CCR:
- Непоследователното генериране на светлина от светодиодите при много ниски токове прави CCR метода неподходящ за приложения, изискващи димиране под 10% от максималната яркост. В заключение, производителността на светодиодите, произведена от този метод при тези настоящи нива, е под нормалната.
- Ниският управляващ ток води до непостоянен оттенък.
PWM като димиращ сигнал
Нека разширим настоящото си разбиране за модулация на ширината на импулса. Сега ШИМ трябва да бъде разпознат като сигнал.
Сигналите за широчинно-импулсна модулация се състоят от последователности от импулси с форма на квадратна вълна (PWM). Във формата на вълната на всеки сигнал има пикове и спадове. Времето за включване е, когато силата на сигнала е висока, докато времето за изключване е, когато силата на сигнала е ниска.
Работен цикъл
Работният цикъл е, когато сигналът може да остане висок в концепцията за димиране. Следователно сигналът има 100% работен цикъл, ако е винаги включен. Времето за включване на PWM сигнала може да се регулира. Когато работният цикъл на ШИМ е настроен на 50%, сигналът работи 50% от времето включен и 50% изключен.
Честота
Честотата на сигнала с широчинно-импулсна модулация (PWM) е друг съществен компонент. Честотата на ШИМ определя колко бързо един период – времето, необходимо на сигнала да се включи и изключи – се завършва от ШИМ сигнала.
PWM като изход на LED драйвер
Когато ШИМ сигналът се преобразува в постоянно напрежение и се използва като LED драйвер изход, възниква модулация на ширината на импулса. Изходната PWM верига прекъсва DC LED токовете между включено и изключено състояние при висока честота. Следователно трептенето, което причинява промяна в изхода на LED светлина, е невидимо за човешкото око.
Хората често бъркат няколко неща по отношение на разликите между PWM изход и димиращ сигнал. Така че нека вземем под внимание няколко неща.
Механизмът произвежда PWM сигнал като цифров сигнал, което го прави постоянен на димируемия кабел. Обратно, драйверът определя изходния ток чрез откриване на работния цикъл на ШИМ.
ШИМ драйвери за затъмняване на пазара
Драйверите за димиране с ШИМ стават все по-важни за LED осветлението. Въпреки това е необходимо да се знае, че ШИМ драйверите за затъмняване могат да бъдат реализирани по два различни начина и нека разберем какви са те.
Фалшиво PWM затъмняване
Целта на метода за фалшиво затъмняване е да преобразува ШИМ входове в аналогов управляващ сигнал. Филтър резистор-кондензатор (RC) се намира в драйвера.
RC филтърът преобразува ШИМ сигнала в пропорционално постоянно напрежение на базата на работния цикъл. Фалшивото PWM затъмняване има предимството, че е безшумно и няма шум на изхода, тъй като светодиодният ток е непрекъснат.
Независимо от това, този метод е проблематичен, тъй като прецизността е лоша, ако пиковата стойност на ШИМ е под 10V. Освен това стойността на резистор-кондензатор (RC) ограничава честотата на PWM сигнала.
Реално PWM димиране
При реално PWM затъмняване, светодиодните токове се включват и изключват при зададената честота и работен цикъл. Наличието на MCU или микроконтролер в драйвера позволява на PWM сигнала да открива пикови напрежения. Истинското PWM затъмняване поддържа по-широк спектър от PWM честоти.
Основна характеристика на PWM затъмняването е способността му да поддържа бялата точка на LED изхода. Освен това е разрешено повишено ниво на референтно напрежение, надвишаващо грешките на отместване.
Софтуерът за разработка на драйвери изисква от потребителите да изберат режим на PWM затъмняване.
Промяна на работния цикъл (яркост) с PWM
Докато захранването е ВКЛЮЧЕНО и ИЗКЛЮЧЕНО толкова бързо, използвайки изходна модулация на ширината на импулса, светодиодите не мигат. Duty Cycle е терминът, използван за описване на измерването на яркостта на ШИМ.
Цикълът на запълване е частта от времето на работа на веригата, през което тя е ВКЛЮЧЕНА. Работният цикъл се изразява като процент, като 100 процента представлява най-яркото възможно състояние (напълно ВКЛЮЧЕНО), а по-ниските проценти водят до слаба LED светлина.
PWM сигналът има 50% работен цикъл, ако е включен през 50% от времето и изключен през 50% от времето. Сигналът се появява като правоъгълна вълна и яркостта на светлините трябва да е около средна. Когато процентът е по-голям от 50%, сигналът прекарва повече време във включено състояние, отколкото в изключено състояние, и обратното, когато работният цикъл е по-малък от 50%.
Широчинно-импулсна модулация (PWM) срещу аналогово затъмняване на светодиоди
С експоненциалния растеж на LED осветлението на пазара, има естествено нарастване на търсенето на високоефективни и прецизно регулирани LED драйвери. За да се запази енергийно ефективната стратегия и гъвкавостта на крайното използване на LED дизайна, „интелигентните“ улични светлини, фенерчета и цифрови знаци, наред с други приложения, изискват прецизно контролирани токове и, в много случаи, функция за затъмняване.
ШИМ затъмняване
При затъмняване с широчинно-импулсна модулация (PWM), светодиодният ток моментално се включва и изключва. За да се предотврати ефектът на трептене, честотата на включване/изключване трябва да е по-висока от това, което човешкото око може да възприеме (обикновено над 100Hz). PWM затъмняването може да се реализира чрез различни методи:
- Използване на PWM сигнал за директна промяна на напрежението.
- Чрез транзистор с отворен колектор
- Чрез микроконтролер.
Средният ток на светодиод е равен на сумата от неговия общ номинален ток и неговия работен цикъл на димиране. Проектантът трябва също така да вземе предвид закъсненията при изключване и стартиране на изхода на преобразувателя, които налагат ограничения върху честотата на затъмняване на PWM и обхвата на работния цикъл.
Аналогово затъмняване
Регулирането на нивото на тока на светодиода се нарича аналогово затъмняване. Използването на външно DC управляващо напрежение или резистивно затъмняване може да постигне това. Въпреки факта, че аналоговото затъмняване вече позволява регулиране на нивото, цветовата температура може да се промени. Аналоговото затъмняване не се препоръчва за приложения, където нюансът на светодиода е от съществено значение.
Нека да разгледаме основните разлики между PWM и аналоговото затъмняване
| ШИМ затъмняване | Аналогово затъмняване |
| Яркостта се регулира чрез модулиране на пиковия ток в драйвера | Яркостта се регулира чрез промяна на постоянния ток към светодиода |
| Без промяна на цвета | Възможна промяна на цвета при промяна на тока на светодиода |
| Възможни проблеми с пусковия ток | Няма пусков ток към устройството |
| Честотни ограничения и възможни проблеми с честотата | Няма проблеми с честотата |
| Много линейна промяна в яркостта | Линейността на яркостта не е толкова добра |
| По-ниска оптична към електрическа ефективност | По-висока оптична към електрическа ефективност (> лумени на консумиран ват) |
Хардуерни съображения за PWM
PWM затъмняването изисква определени съображения при разработването на системата (или PC платката).
Обикновено е необходим драйвер със светодиоди тип задно осветяване поради текущото ниво. Цифров изход, като такъв от микроконтролер, не може да се използва за директно управление.
Транзистор тип FET (транзистор с полев ефект) с директно логическо ниво обикновено се използва като драйвер в различни приложения. Трябва да се използва резистор на портата, за да се превключи FET, за да се контролира тока на портата, и е необходим резистор, ако е желателно ограничението на тока. Уверете се, че търсите правилните напрежения и токове, управляващи подсветката, в листа с данни на LCD дисплея.
LED драйвер от превключващ тип може да управлява LED подсветката при по-високи токове и по-ефективно. Тези драйвери са по-сложни и специализиран IC често се справя с функцията за превключване. Входът PWM на няколко интегрални схеми е проектиран специално за приложения за димиране.
Ако се използва микроконтролер, трябва да се внимава да се свърже към изходен щифт, който поддържа PWM (таймер/брояч) изход, ако PWM се използва като хардуерна функция.
PWM – Съображения относно фърмуера/софтуера
PWM затъмняването изисква специални съображения за проектиране на системата (или PC платка).
Тъй като за големия ток, светодиодите тип задно осветяване обикновено изискват драйвер. Цифровите изходи, като тези от микроконтролери, не могат да се използват за директно управление.
Обикновено прост транзистор с логическо ниво FET (транзистор с полеви ефекти) се използва като драйвер в различни приложения. Превключването на FET за регулиране на тока на гейта изисква резистор на гейта и е необходим резистор, ако е желателно ограничаване на тока. Проверете листа с данни на LCD дисплея за правилните напрежения и токове, управляващи подсветката.
LED драйвер от превключващ тип може да управлява LED подсветката по-ефективно и при по-големи токове. Тези драйвери са по-сложни и функцията за превключване често се управлява от специализирана IC. Входовете за PWM на няколко интегрални схеми са разработени специално за приложения за димиране.
Ако PWM се използва като хардуерна функция, трябва да се обърне внимание на свързването към изходен щифт, който поддържа PWM (таймер/брояч) изход на микроконтролер.
ШИМ функционалност и приложения
Когато периодите на включване и изключване на превключвателя се изместват един спрямо друг, количеството електричество, доставено към товара, нараства. Както се очаква, този тип управление предлага много предимства.
PWM, съчетан с проследяване на максимална мощност, или MPPT, е един от основните начини за намаляване на мощността на слънчевия панел, за да се улесни използването на батерията.
ШИМ, от друга страна, е идеален за захранване на инерционно оборудване, като двигатели, тъй като това уникално превключване има по-малък ефект върху тях. Поради линейната връзка между функционирането на светодиодите и входното напрежение, това важи и за светодиодите.
В допълнение, честотата на превключване на ШИМ не трябва да оказва влияние върху товара и получената форма на вълната трябва да бъде достатъчно гладка, за да може товарът да бъде разпознат.
В зависимост от устройството и неговата функция честотата на превключване на захранването обикновено варира значително. Електрическите уреди, компютърните захранвания и аудио усилвателите изискват скорости на превключване в диапазона от десетки или стотици килохерци.
Друго ключово предимство на приемането на ШИМ е невероятно ниската загуба на мощност в превключващите устройства. Когато ключът е изключен, през него не протича ток. Освен това, когато превключвателят е включен и изпраща електричество към своя товар, има незначителен спад на напрежението в него.
Свързани статии
Всичко, което трябва да знаете за управлението DMX512
Всичко, което трябва да знаете за димирането на триак за светодиоди
Как да затъмните светлините с LED ленти
Как да изберете правилното LED захранване
DMX срещу DALI управление на осветлението: кой да избера?
Най-доброто ръководство за 0-10V димиране
Въпроси и Отговори
Oбобщение
PWM затъмняването е прост и евтин метод за регулиране на яркостта на LED светлините. PWM димирането има различни предимства пред аналоговото димиране, включително по-висока икономия на енергия, по-прецизен контрол и по-дълъг живот. Това обаче създава няколко проблема, като възможни EMI и необходимостта от високочестотни превключващи вериги. Въпреки това, PWM затъмняването е важна техника за регулиране на LED светлините и бъдещето му изглежда обещаващо.
LEDYi произвежда висококачествени LED ленти и LED neon flex. Всички наши продукти преминават през високотехнологични лаборатории, за да гарантират най-високо качество. Освен това, ние предлагаме персонализирани опции за нашите LED ленти и неонов флекс. И така, за премиум LED лента и LED neon flex, свържете се с LEDYi ВЪЗМОЖНО НАЙ-БЪРЗО!
