LED osvětlení je široce používáno pro svou účinnost, odolnost a dlouhou životnost. Jednou z nejobtížnějších věcí na používání LED je ovládání jejich jasu. Zde je relevantní PWM stmívání. ovládání LED PWM stmívání je metoda pro regulaci jasu LED změnou šířky impulzu elektrického proudu. PWM stmívání je stále oblíbenější jako praktický a efektivní způsob ovládání LED světel.
Co je PWM stmívání?
Schopnost PWM ovládat různá zařízení v každém oboru elektroniky je do značné míry zodpovědná za jeho široké použití v moderním elektronickém průmyslu. Signály PWM se používají ke stmívání LED diod, ovládání motorů a provozu řady různých elektrických zařízení. Jaká je tedy funkčnost metodiky PWM?
PWM je metoda pro snížení průměrného dodávaného výkonu elektrického signálu. Kromě toho je postup dokončen úspěšným rozdělením signálu na jeho součásti. Z hlediska funkčnosti lze přepínač mezi zátěží a zdrojem rychle zapínat a vypínat pro regulaci průměrného proudu a napětí dodávaného do zátěže.
Změnou doby, po kterou je signál vysoký (ON) nebo nízký (OFF), umožňuje PWM široký rozsah jasu (OFF). Na rozdíl od analogového stmívání, které stmívá diody LED změnou výstupního výkonu, může být signál PWM kdykoli zapnutý nebo vypnutý, což znamená, že LED diody dostanou buď plné napětí, nebo žádnou elektřinu (tj. poskytnou 10 V místo 12 V do změnit jas).
Co je konstantní redukce proudu (CCR)?
Projekt trvalé snižování proudu Tato technika poskytuje stálý tok proudu do LED (CCR). Na rozdíl od metody PWM, kdy stav LED kolísá mezi zapnutým a vypnutým, LED svítí neustále. Přesto můžete ovládat jas LED úpravou nebo změnou aktuální úrovně pomocí CCR.
Výhody metody CCR Dimming:
- Ideální pro vzdálené aplikace, které vyžadují dlouhé vodiče a přísné specifikace EMI.
- Ovladače CCR mají vyšší omezení výstupního napětí (60 V) než ovladače PWM (24.8 V). Tyto specifikace platí pro ovladače třídy 2, které mají certifikaci UL pro použití ve vlhkém i suchém prostředí.
Nevýhody metody stmívání CCR:
- Nekonzistentní generování světla LED při velmi nízkých proudech činí metodu CCR nevhodnou pro aplikace vyžadující stmívání pod 10 % maximálního jasu. Závěrem lze říci, že výkon LED produkovaný touto metodou na těchto současných úrovních je podprůměrný.
- Nízký hnací proud vede k nekonzistentnímu odstínu.
PWM jako stmívací signál
Rozšiřme naše současné chápání pulzně šířkové modulace. Nyní musí být PWM rozpoznáno jako signál.
Signály modulace šířkou pulzu se skládají ze sekvencí pulzů ve tvaru čtvercové vlny (PWM). V průběhu každého signálu jsou vrcholy a údolí. Doba zapnutí je, když je síla signálu vysoká, zatímco doba vypnutí je, když je síla signálu nízká.
Pracovní cyklus
Pracovní cyklus je, když signál může zůstat vysoký v konceptu stmívání. Signál má tedy 100% pracovní cyklus, pokud je vždy zapnutý. Dobu zapnutí signálu PWM lze upravit. Když je pracovní cyklus PWM nastaven na 50 %, signál běží 50 % času zapnuto a 50 % vypnuto.
Frekvence
Frekvence signálu pulsně šířkové modulace (PWM) je další zásadní složkou. Frekvence PWM určuje, jak rychle je signálem PWM dokončena perioda – doba potřebná k zapnutí a vypnutí signálu.
PWM jako výstup ovladače LED
Když je signál PWM převeden na stejnosměrné napětí a použit jako LED ovladač výstupu, dojde k pulzní šířkové modulaci. Výstupní obvod PWM omezuje DC proudy LED mezi stavy zapnuto a vypnuto vysokou frekvencí. Proto je blikání, které způsobuje posun ve výstupu světla LED, pro lidské oko neviditelné.
Lidé si často pletou několik věcí týkajících se rozdílů mezi výstupem PWM a signálem stmívání. Všimněme si tedy několika věcí.
Mechanismus vytváří PWM signál jako digitální signál, díky čemuž je konzistentní na stmívatelném kabelu. Naproti tomu ovladač určuje výstupní proud detekcí pracovního cyklu PWM.
Ovladače stmívání PWM na trhu
Stmívací ovladače PWM jsou pro LED osvětlení stále důležitější. Je však nutné vědět, že ovladače stmívání PWM mohou být realizovány dvěma různými způsoby a pojďme zjistit, které to jsou.
Falešné stmívání PWM
Účelem metody falešného stmívání je převést PWM vstupy na analogový řídicí signál. V ovladači je umístěn rezistor-kondenzátorový (RC) filtr.
RC filtr převádí PWM signál na proporcionální stejnosměrné napětí na základě pracovního cyklu. Falešné stmívání PWM má tu výhodu, že je nehlučné a na výstupu není žádný šum, protože proud LED je nepřetržitý.
Nicméně tato metoda je problematická, protože přesnost je špatná, pokud je špičková hodnota PWM pod 10V. Navíc hodnota odporu-kondenzátoru (RC) omezuje frekvenci signálu PWM.
Skutečné stmívání PWM
Při skutečném stmívání PWM se proudy LED zapínají a vypínají při specifikované frekvenci a pracovním cyklu. Přítomnost MCU nebo mikrokontroléru v ovladači umožňuje signálu PWM detekovat špičková napětí. Skutečné stmívání PWM podporuje širší spektrum frekvencí PWM.
Základní vlastností PWM stmívání je jeho schopnost zachovat bílý bod výstupu LED. Kromě toho je povolena zvýšená úroveň referenčního napětí přesahující chyby offsetu.
Software pro vývoj ovladače vyžaduje, aby uživatelé zvolili režim stmívání PWM.
Změna pracovního cyklu (jasu) pomocí PWM
Zatímco se napájení zapíná a vypíná tak rychle pomocí pulsně šířkové modulace výstupu, LED diody neblikají. Pracovní cyklus je termín používaný k popisu měření jasu PWM.
Pracovní cyklus je poměr doby běhu obvodu, po který je obvod ZAPNUTÝ. Pracovní cyklus je vyjádřen v procentech, přičemž 100 procent představuje nejjasnější možný stav (plně zapnuto) a nižší procenta mají za následek špatný světelný výkon LED.
Signál PWM má 50% pracovní cyklus, pokud je zapnutý 50% času a vypnutý 50% času. Signál se jeví jako obdélníková vlna a jas světel by měl být přibližně průměrný. Když je procento větší než 50 %, signál stráví více času ve stavu ON než ve stavu OFF a naopak, když je pracovní cyklus menší než 50 %.
Pulse Width Modulation (PWM) vs. analogové stmívání LED
S exponenciálním růstem LED osvětlení na trhu přirozeně roste poptávka po vysoce účinných a přesně regulovaných LED ovladačích. Aby byla zachována energeticky účinná strategie a koncová flexibilita designu LED, „chytrá“ pouliční světla, baterky a digitální značky, mimo jiné, vyžadují přesně řízené proudy a v mnoha případech funkci stmívání.
Stmívání PWM
Při stmívání pulzní šířkovou modulací (PWM) se proud LED na okamžik rozsvítí a zhasne. Aby se zabránilo efektu blikání, musí být frekvence zapnutí/vypnutí rychlejší, než jaká dokáže vnímat lidské oko (obvykle přes 100 Hz). PWM stmívání lze implementovat různými způsoby:
- Použití PWM signálu pro přímou změnu napětí.
- Prostřednictvím tranzistoru s otevřeným kolektorem
- Prostřednictvím mikrokontroléru.
Průměrný proud LED se rovná součtu jejího celkového jmenovitého proudu a pracovního cyklu stmívání. Projektant musí také vzít v úvahu zpoždění při vypínání a spouštění výstupu měniče, které omezuje frekvenci stmívání PWM a rozsah pracovního cyklu.
Analogové stmívání
Nastavení úrovně proudu LED se nazývá analogové stmívání. Toho lze dosáhnout pomocí externího stejnosměrného řídicího napětí nebo odporového stmívání. Navzdory skutečnosti, že analogové stmívání nyní umožňuje nastavení úrovně, teplota barev se může posunout. Analogové stmívání se nedoporučuje pro aplikace, kde je podstatný odstín LED.
Pojďme se podívat na hlavní rozdíly mezi PWM a analogovým stmíváním
| Stmívání PWM | Analogové stmívání |
| Jas se nastavuje modulací špičkového proudu v budiči | Jas se nastavuje změnou DC přechodu na LED |
| Žádný barevný posun | Možný barevný posun při změně proudu LED |
| Možné problémy s náběhem proudu | Žádný nárazový proud do zařízení |
| Omezení frekvence a možné obavy o frekvenci | Žádné obavy o frekvenci |
| Velmi lineární změna jasu | Linearita jasu není tak dobrá |
| Nižší optická k elektrické účinnosti | Vyšší optická k elektrické účinnosti (>lumeny na spotřebovaný watt) |
Hardwarové úvahy pro PWM
PWM stmívání vyžaduje určité úvahy při vývoji systému (nebo desky PC).
Ovladač je obvykle nezbytný u LED podsvícení kvůli aktuální úrovni. Digitální výstup, jako je výstup z mikrokontroléru, nelze použít k přímému řízení.
Tranzistor typu FET (Field-Effect Transistor) s přímou logickou úrovní se typicky používá jako ovladač v různých aplikacích. Rezistor na hradle musí být použit ke spínání FET pro řízení proudu hradla a odpor je nezbytný, pokud je požadováno omezení proudu. Ujistěte se, že jste v datovém listu LCD vyhledali správné napětí a proudy podsvícení.
Ovladač LED spínaného typu může řídit podsvícení LED při vyšších proudech a efektivněji. Tyto ovladače jsou složitější a spínací funkci často zvládá specializovaný IC. Vstup PWM na několika integrovaných obvodech je navržen speciálně pro aplikace stmívání.
Pokud se používá mikrokontrolér, je třeba věnovat pozornost připojení k výstupnímu kolíku, který podporuje výstup PWM (časovač/počítadlo), pokud je PWM použito jako hardwarová funkce.
PWM – úvahy o firmwaru/softwaru
PWM stmívání vyžaduje zvláštní posouzení návrhu systému (nebo desky PC).
Vzhledem k vysokému proudu LED podsvícení obvykle vyžadují ovladač. Digitální výstupy, jako jsou výstupy z mikrokontrolérů, nelze využít k přímému řízení.
Tranzistor typu FET (Field-Effect Transistor) s jednoduchou logickou úrovní se obvykle používá jako ovladač v různých aplikacích. Přepínání FET pro regulaci proudu hradla vyžaduje odpor na hradle a odpor je vyžadován, pokud je požadováno omezení proudu. Správná napětí a proudy napájení podsvícení naleznete v datovém listu LCD.
Ovladač LED spínaného typu může řídit podsvícení LED efektivněji a při vyšších proudech. Tyto ovladače jsou složitější a funkci přepínání často zajišťuje specializovaný integrovaný obvod. Vstupy PWM několika integrovaných obvodů jsou vyvinuty speciálně pro aplikace stmívání.
Pokud se PWM používá jako hardwarová funkce, je třeba věnovat pozornost připojení k výstupnímu kolíku, který podporuje výstup PWM (časovač/počítač) na mikrokontroléru.
Funkce a aplikace PWM
Když se doby zapnutí a vypnutí spínače vzájemně posunou, množství elektřiny dodávané do zátěže se zvýší. Jak se dalo očekávat, tento typ ovládání nabízí mnoho výhod.
PWM spárované se sledováním bodu maximálního výkonu neboli MPPT je jedním z primárních způsobů, jak snížit výkon solárních panelů, aby se usnadnilo používání baterie.
PWM je naopak ideální pro napájení inerciálních zařízení, jako jsou motory, protože na ně toto unikátní spínání má menší vliv. Vzhledem k lineární vazbě mezi funkcí LED a vstupním napětím to platí i pro LED.
Navíc spínací frekvence PWM nesmí mít žádný vliv na zátěž a výsledný tvar vlny musí být dostatečně hladký, aby to zátěž poznala.
V závislosti na zařízení a jeho funkci se bude frekvence spínání napájecího zdroje obvykle výrazně lišit. Elektrické sporáky, počítačové napájecí zdroje a audio zesilovače – všechny vyžadují spínací rychlosti v rozsahu desítek nebo stovek kilohertzů.
Další klíčovou výhodou použití PWM je neuvěřitelně nízká ztráta energie ve spínacích zařízeních. Když je vypínač vypnutý, neprotéká jím žádný proud. Navíc, když je spínač zapnutý a posílá elektřinu do své zátěže, dochází na něm k zanedbatelnému poklesu napětí.
Související články
Vše, co potřebujete vědět o ovládání DMX512
Vše, co potřebujete vědět o Triac Dimming pro LED
Jak ztlumit LED pásková světla
Ovládání osvětlení DMX vs. DALI: Které si vybrat?
Nejlepší průvodce stmíváním 0-10V
Nejčastější dotazy
Shrnutí
PWM stmívání je jednoduchý a levný způsob úpravy jasu LED světel. PWM stmívání má oproti analogovému stmívání různé výhody, včetně vyšší energetické úspory, přesnějšího ovládání a delší životnosti. Představuje však několik problémů, jako je možné EMI a potřeba vysokofrekvenčních spínacích obvodů. PWM stmívání je však důležitou technikou pro regulaci LED světel a jeho budoucnost se zdá slibná.
LEDYi vyrábí vysoce kvalitní LED pásky a LED neon flex. Všechny naše produkty procházejí špičkovými laboratořemi, aby byla zajištěna nejvyšší kvalita. Kromě toho nabízíme přizpůsobitelné možnosti na našich LED páscích a neonovém flexu. Takže pro prémiový LED pásek a LED neonový flex, kontaktujte LEDYi CO NEJDŘÍVE!
