LED-valaistus on laajalti käytössä sen tehokkuuden, kestävyyden ja pitkän käyttöiän vuoksi. Yksi vaikeimmista asioista LEDien käytössä on niiden kirkkauden säätäminen. Tässä PWM-himmenyksellä on merkitystä. LEDien ohjaus PWM-himmennys on menetelmä LEDin kirkkauden säätämiseen muuttamalla sähkövirran pulssin leveyttä. PWM-himmennys on tulossa yhä suositummaksi käytännöllisenä ja tehokkaana tapana ohjata LED-valoja.
Mikä on PWM-himmennys?
PWM:n kyky ohjata erilaisia laitteita kullakin elektroniikan alalla on suurelta osin vastuussa sen laajasta käytöstä nykyaikaisessa elektroniikkateollisuudessa. PWM-signaaleja käytetään LEDien himmentämiseen, moottoreiden ohjaamiseen ja erilaisten sähkölaitteiden käyttämiseen. Mikä on siis PWM-metodologian toiminnallisuus?
PWM on menetelmä sähköisen signaalin keskimääräisen toimitettavan tehon vähentämiseksi. Lisäksi toimenpide saatetaan päätökseen erottamalla signaali onnistuneesti sen osiin. Toiminnallisesti kytkin kuorman ja lähteen välillä voidaan kytkeä nopeasti päälle ja pois päältä säätelemään kuormaan syötettyä keskimääräistä virtaa ja jännitettä.
Vaihtelemalla signaalin korkeaa (ON) tai matalaa (OFF) aikaa, PWM mahdollistaa laajan kirkkausalueen (OFF). Toisin kuin analoginen himmennys, joka himmentää LEDejä muuttamalla lähtötehoa, PWM-signaali voi olla joko ON tai OFF milloin tahansa, mikä tarkoittaa, että LEDit joko saavat täyden jännitteen tai eivät sähköä (eli tarjoavat 10 V 12 V sijasta). muuta kirkkautta).
Mikä on jatkuvan virran vähennys (CCR)?
- jatkuva virran vähennys tekniikka tarjoaa tasaisen virran LEDiin (CCR). Toisin kuin PWM-menetelmässä, jossa LED-tila vaihtelee päälle ja pois päältä, LED palaa jatkuvasti. Voit kuitenkin ohjata LEDin kirkkautta säätämällä tai muuttamalla nykyistä tasoa CCR:n avulla.
CCR-himmennysmenetelmän edut:
- Ihanteellinen etäsovelluksiin, jotka vaativat pitkiä johtoja ja tiukkoja EMI-määrityksiä.
- CCR-ajureilla on korkeammat lähtöjänniterajoitukset (60 V) kuin PWM-ajureilla (24.8 V). Nämä tekniset tiedot koskevat luokan 2 ohjaimia, jotka on UL-sertifioitu käytettäväksi sekä kosteissa että kuivissa ympäristöissä.
CCR-himmennysmenetelmän haitat:
- LEDien epäjohdonmukainen valontuotanto erittäin alhaisilla virroilla tekee CCR-menetelmästä sopimattoman sovelluksiin, jotka vaativat himmennystä alle 10 % enimmäiskirkkaudesta. Yhteenvetona voidaan todeta, että tällä menetelmällä tuotettu LED-suorituskyky näillä nykyisillä tasoilla on heikko.
- Matala ajovirta johtaa epäjohdonmukaiseen sävyyn.
PWM himmennyssignaalina
Laajennamme nykyistä ymmärrystämme pulssinleveyden modulaatiosta. Nyt PWM on tunnistettava signaaliksi.
Pulssinleveysmodulaatiosignaalit koostuvat neliöaaltomuotoisten pulssien (PWM) sarjoista. Jokaisen signaalin aaltomuodossa on huippuja ja laaksoja. On-time on, kun signaalin voimakkuus on korkea, kun taas off-aika on, kun signaalin voimakkuus on alhainen.
Työjakso
Toimintajakso on silloin, kun signaali voi pysyä korkeana himmennyskonseptissa. Näin ollen signaalilla on 100 % käyttösuhde, jos se on aina päällä. PWM-signaalin käynnistysaikaa voidaan säätää. Kun PWM-käyttöjakso on asetettu 50 %:iin, signaali käy 50 % ajasta päällä ja 50 % pois päältä.
Taajuus
Pulssinleveysmodulaation (PWM) signaalitaajuus on toinen olennainen komponentti. PWM-taajuus määrittää, kuinka nopeasti PWM-signaali suorittaa tietyn ajanjakson – aika, joka kuluu signaalin käynnistymiseen ja sammumiseen.
PWM LED-ohjainlähtönä
Kun PWM-signaali muunnetaan tasajännitteeksi ja sitä käytetään LED-ohjain ulostulo, pulssinleveysmodulaatio tapahtuu. PWM-lähtöpiiri katkaisee DC-LED-virrat päälle- ja pois-tilojen välillä suurella taajuudella. Näin ollen välkkyminen, joka aiheuttaa muutoksen LED-valon tehossa, on ihmissilmälle näkymätön.
Ihmiset sekoittavat usein muutamia asioita PWM-lähdön ja himmennyssignaalin välisistä eroista. Huomioikaa siis muutama seikka.
Mekanismi tuottaa PWM-signaalin digitaalisena signaalina, mikä tekee siitä yhdenmukaisen himmennettävässä kaapelissa. Sitä vastoin ohjain määrittää lähtövirran havaitsemalla PWM-käyttöjakson.
PWM-himmennysohjaimet markkinoilla
PWM-himmennysohjaimet ovat yhä tärkeämpiä LED-valaistuksessa. Siitä huolimatta on välttämätöntä tietää, että PWM-himmennysohjaimet voidaan toteuttaa kahdella eri tavalla, ja katsotaanpa mitä ne ovat.
Fake PWM himmennys
Väärennetyn himmennysmenetelmän tarkoituksena on muuntaa PWM-tulot analogiseksi ohjaussignaaliksi. Ohjaimen sisällä on vastus-kondensaattori (RC) suodatin.
RC-suodatin muuntaa PWM-signaalin suhteelliseksi tasajännitteeksi toimintajakson perusteella. Väärennetyn PWM-himmennyksen etuna on se, että se on äänetön, eikä lähdössä ole kohinaa, koska LED-virta on jatkuvaa.
Tämä menetelmä on kuitenkin ongelmallinen, koska tarkkuus on huono, jos PWM:n huippuarvo on alle 10 V. Lisäksi vastus-kondensaattori (RC) -arvo rajoittaa PWM-signaalin taajuutta.
Todellinen PWM himmennys
Todellisessa PWM-himmenyksessä LED-virrat kytkeytyvät päälle ja pois päältä määritetyllä taajuudella ja toimintajaksolla. MCU:n tai mikro-ohjaimen läsnäolo ohjaimessa mahdollistaa PWM-signaalin havaitsevan huippujännitteet. Todellinen PWM-himmennys tukee laajempaa PWM-taajuuksien kirjoa.
PWM-himmennyksen perusominaisuus on sen kyky säilyttää LED-lähdön valkoinen piste. Lisäksi kohonnut vertailujännitetaso, joka ylittää offset-virheet, on sallittu.
Ohjaimen kehitysohjelmisto edellyttää käyttäjien valitsevan PWM-himmennystilan.
Käyttöjakson (kirkkauden) muuttaminen PWM:llä
Vaikka syöttö kytketään päälle ja pois niin nopeasti käyttämällä pulssinleveysmodulaatiolähtöä, LED-valot eivät välkky. Duty Cycle on termi, jota käytetään kuvaamaan PWM-kirkkauden mittausta.
Toimintajakso on se osuus piirin käyttöajasta, jonka se on PÄÄLLÄ. Käyttösuhde ilmaistaan prosentteina, ja 100 prosenttia edustaa kirkkainta mahdollista tilaa (täysin PÄÄLLÄ) ja alhaisemmat prosenttiosuudet johtavat huonoon LED-valon tehoon.
PWM-signaalin käyttösuhde on 50 %, jos se on päällä 50 % ajasta ja pois päältä 50 % ajasta. Signaali näyttää neliömäisenä aaltona ja valojen kirkkauden tulisi olla keskimääräinen. Kun prosenttiosuus on suurempi kuin 50%, signaali viettää enemmän aikaa ON-tilassa kuin OFF-tilassa ja päinvastoin, kun käyttösuhde on alle 50%.
Pulssin leveysmodulaatio (PWM) vs. LEDien analoginen himmennys
LED-valaistuksen räjähdysmäisen kasvun myötä erittäin tehokkaiden ja tarkasti säädettävien LED-ohjainten kysyntä on luonnollisesti lisääntynyt. LED-suunnittelun energiatehokkaan strategian ja loppukäytön joustavuuden säilyttämiseksi "älykkäät" katuvalot, taskulamput ja digitaaliset kyltit vaativat muun muassa tarkasti ohjattuja virtoja ja monissa tapauksissa himmennystoimintoja.
PWM -himmennys
Pulssinleveysmodulaation (PWM) himmennyksellä LED-virta on hetkellisesti päällä ja pois päältä. Välkkymisen estämiseksi on/off-taajuuden on oltava nopeampi kuin mitä ihmissilmä pystyy havaitsemaan (yleensä yli 100 Hz). PWM-himmennys voidaan toteuttaa useilla eri tavoilla:
- PWM-signaalin käyttäminen jännitteen vaihtamiseen suoraan.
- Avokollektorin transistorin kautta
- Mikro-ohjaimella.
LEDin keskimääräinen virta on yhtä suuri kuin sen kokonaisnimellisvirran ja sen himmentämisen toimintajakson summa. Suunnittelijan on myös otettava huomioon muuntimen lähdön sammuttamisen ja käynnistyksen viiveet, jotka rajoittavat PWM-himmennystaajuutta ja käyttösuhdealuetta.
Analoginen himmennys
LED-virran tason säätämistä kutsutaan analogiseksi himmennykseksi. Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä ulkoista DC-ohjausjännitettä tai resistiivistä himmennystä. Huolimatta siitä, että analoginen himmennys mahdollistaa nyt tason säätämisen, värilämpötila voi muuttua. Analogista himmennystä ei suositella sovelluksiin, joissa LED-valon värisävy on olennainen.
Katsotaanpa tärkeimpiä eroja PWM:n ja analogisen himmennyksen välillä
| PWM -himmennys | Analoginen himmennys |
| Kirkkautta säädetään moduloimalla ohjaimen huippuvirtaa | Kirkkautta säädetään muuttamalla DC:tä LEDiin |
| Ei värinvaihtoa | Mahdollinen värin muutos LED-virran muuttuessa |
| Mahdolliset virransyöttöongelmat | Ei käynnistysvirtaa laitteeseen |
| Taajuusrajoitukset ja mahdolliset taajuusongelmat | Ei huolta taajuudesta |
| Erittäin lineaarinen kirkkauden muutos | Kirkkauden lineaarisuus ei ole yhtä hyvä |
| Matala optinen hyötysuhde sähköön | Korkeampi optinen tai sähköinen hyötysuhde (> lumenia kulutettua wattia kohti) |
PWM:n laitteistonäkökohdat
PWM-himmennys vaatii tiettyjä huomioita järjestelmää (tai PC-levyä) kehitettäessä.
Ajuri on tyypillisesti tarpeen taustavalotyyppisten LEDien kanssa nykyisen tason vuoksi. Digitaalilähtöä, kuten mikro-ohjaimen lähtöä, ei voida käyttää suoraan ohjaamiseen.
Suoraviivaista logiikkatason FET (Field-Effect Transistor) -tyyppistä transistoria käytetään tyypillisesti ajurina eri sovelluksissa. FETin kytkemiseen hilavirran ohjaamiseksi on käytettävä portissa olevaa vastusta, ja vastus on tarpeen, jos virtarajoitusta halutaan. Varmista, että etsit oikeat taustavalon käyttöjännitteet ja -virrat LCD-tietolomakkeesta.
Kytkentätyyppinen LED-ohjain voi ohjata LED-taustavaloa suuremmilla virroilla ja tehokkaammin. Nämä ajurit ovat monimutkaisempia, ja asiantuntijapiiri hoitaa usein kytkentätoiminnon. Useiden mikropiirien PWM-tulo on suunniteltu nimenomaan himmennyssovelluksiin.
Jos käytetään mikro-ohjainta, on huolehdittava kytkemisestä lähtönastaan, joka tukee PWM (ajastin/laskuri) -lähtöä, jos PWM:ää käytetään laitteistotoimintona.
PWM – Laiteohjelmisto-/ohjelmistonäkökohdat
PWM-himmennys vaatii erityisiä järjestelmän suunnittelunäkökohtia (tai PC-levyä).
Koska suurelle virralle taustavalotyyppiset LEDit vaativat tyypillisesti ajurin. Digitaalisia lähtöjä, kuten mikro-ohjainten lähtöjä, ei voida käyttää suoraan ohjaamaan sitä.
Tyypillisesti yksinkertaista logiikkatason FET (Field-Effect Transistor) -tyyppistä transistoria käytetään ajurina useissa sovelluksissa. FETin kytkeminen hilavirran säätelemiseksi vaatii vastuksen hilaan, ja vastus tarvitaan, jos virran rajoitusta halutaan. Tarkista LCD-tietolomakkeesta oikeat taustavalon käyttöjännitteet ja -virrat.
Kytkentätyyppinen LED-ohjain voi ohjata LED-taustavaloa tehokkaammin ja suuremmilla virroilla. Nämä ajurit ovat monimutkaisempia, ja kytkentätoimintoa hoitaa usein erikoistunut IC. Useat IC:iden PWM-tulot on kehitetty erityisesti himmennyssovelluksia varten.
Jos PWM:ää käytetään laitteistotoimintona, on kiinnitettävä huomiota lähtönastaan, joka tukee mikro-ohjaimen PWM-lähtöä (ajastin/laskuri).
PWM-toiminnallisuus ja sovellukset
Kun kytkimen päälle- ja poiskytkentäjaksoja siirretään suhteessa toisiinsa, kuormaan toimitetun sähkön määrä kasvaa. Kuten odotettiin, tämäntyyppinen ohjaus tarjoaa monia etuja.
PWM yhdistettynä maksimitehopisteen seurantaan (MPPT) on yksi tärkeimmistä tavoista vähentää aurinkopaneelin tehoa, jotta akun käyttö olisi helpompaa.
PWM puolestaan sopii ihanteellisesti inertialaitteiden, kuten moottoreiden, syöttämiseen, koska tämä ainutlaatuinen kytkentä vaikuttaa niihin vähemmän. LEDien toiminnan ja tulojännitteen välisen lineaarisen yhteyden vuoksi tämä koskee myös LEDejä.
Lisäksi PWM-kytkentätaajuudella ei saa olla vaikutusta kuormaan, ja tuloksena olevan aaltomuodon on oltava riittävän tasainen, jotta kuorma tunnistaa.
Laitteesta ja sen toiminnasta riippuen virtalähteen kytkentätaajuus vaihtelee tyypillisesti merkittävästi. Sähköalueet, tietokoneiden virtalähteet ja äänivahvistimet vaativat kaikki kymmenien tai satojen kilohertsien kytkentänopeuksia.
Toinen PWM:n käyttöönoton keskeinen etu on uskomattoman pieni tehohäviö kytkentälaitteissa. Kun kytkin on kytketty pois päältä, sen läpi ei kulje virtaa. Lisäksi kun kytkin on päällä ja lähettää sähköä kuormaansa, sen yli on mitätön jännitehäviö.
Aiheeseen liittyvät artikkelit
Kaikki mitä sinun tulee tietää DMX512-ohjauksesta
Kaikki mitä sinun tulee tietää LEDien Triac-himmenyksestä
Kuinka himmentää LED-nauhavalot
Kuinka valita oikea LED-virtalähde
DMX vs. DALI-valaistuksen ohjaus: kumpi valita?
Lopullinen opas 0-10 V himmennykseen
UKK
Yhteenveto
PWM-himmennys on yksinkertainen ja edullinen tapa säätää LED-valojen kirkkautta. PWM-himmenyksellä on useita etuja analogiseen himmennykseen verrattuna, mukaan lukien parempi energiatalous, tarkempi ohjaus ja pidempi käyttöikä. Se tuo kuitenkin esiin useita ongelmia, kuten mahdollisen EMI:n ja suurtaajuisten kytkentäpiirien tarpeen. PWM-himmennys on kuitenkin tärkeä tekniikka LED-valojen säätelyssä, ja sen tulevaisuus näyttää lupaavalta.
LEDYi valmistaa korkealaatuisia LED-nauhat ja LED neon flex. Kaikki tuotteemme käyvät läpi korkean teknologian laboratoriot varmistaakseen äärimmäisen laadun. Lisäksi tarjoamme mukautettavia vaihtoehtoja LED-nauhoillemme ja neon flexillemme. Joten premium-LED-nauhalle ja LED-neonflexille, ota yhteyttä LEDYiin MAHDOLLISIMMAN PIAN!
