Control LED eficiente: explorando atenuación PWM

By Martín Wan
Actualizado: Marzo 27, 2023

A iluminación LED é moi utilizada pola súa eficacia, durabilidade e longa vida útil. Unha das cousas máis complicadas sobre a utilización de LED é controlar o seu brillo. Aquí, a atenuación PWM é relevante. control de LEDs PWM atenuación é un método para regular o brillo LED modificando o ancho de pulso da corrente eléctrica. A atenuación PWM é cada vez máis popular como un método práctico e eficaz para controlar as luces LED.

Que é o escurecemento PWM?

A capacidade de PWM para controlar unha variedade de dispositivos en cada campo da electrónica é en gran parte responsable do seu uso xeneralizado na industria electrónica moderna. Os sinais PWM utilízanse para atenuar os LED, controlar motores e executar unha variedade de diferentes equipos eléctricos. Polo tanto, cal é a funcionalidade da metodoloxía PWM?

PWM é un método para reducir a potencia media entregable dun sinal eléctrico. Ademais, o procedemento complétase separando correctamente o sinal nas súas partes constitutivas. En termos de funcionalidade, o interruptor entre a carga e a fonte pódese activar e desactivar rapidamente para regular a corrente e a tensión medias subministradas á carga.

Ao variar a cantidade de tempo en que o sinal é alto (ON) ou baixo (OFF), PWM permite unha ampla gama de brillo (OFF). En contraste coa atenuación analóxica, que atenua os LED alterando a potencia de saída, o sinal PWM pode estar ON ou OFF en calquera momento, o que significa que os LED recibirán a tensión total ou non terán electricidade (é dicir, proporcionando 10 V en lugar de 12 V para alterar o brillo).

Que é a redución de corrente constante (CCR)?

o redución de corrente continua proporciona un fluxo de corrente constante ao LED (CCR). En contraste co método PWM, no que o estado do LED oscila entre acendido e apagado, o LED está aceso constantemente. Non obstante, pode controlar o brillo do LED axustando ou cambiando os niveis actuais mediante CCR.

Vantaxes do método de atenuación CCR:

Ideal para aplicacións remotas que requiren longas lonxitudes de cable e especificacións EMI estritas.
Os controladores CCR teñen restricións de voltaxe de saída máis altas (60 V) que os controladores PWM (24.8 V). Estas especificacións aplícanse aos controladores de clase 2 que teñen a certificación UL para o seu uso en ambientes húmidos e secos.

Desvantaxes do método de atenuación CCR:

A xeración de luz inconsistente dos LED a correntes moi baixas fai que o método CCR sexa inadecuado para aplicacións que requiren atenuación por debaixo do 10 % do brillo máximo. En conclusión, o rendemento LED producido por este método nestes niveis actuais é inferior.
A baixa corrente de condución leva a un ton inconsistente.

PWM como sinal de atenuación

Ampliemos a nosa comprensión actual da modulación de ancho de pulso. Agora, o PWM debe ser recoñecido como un sinal.

Os sinais de modulación de ancho de pulso consisten en secuencias de pulsos en forma de onda cadrada (PWM). Hai picos e vales na forma de onda de cada sinal. O tempo de activación é cando a intensidade do sinal é alta, mentres que o tempo de apagado é cando a intensidade do sinal é baixa.

Ciclo de deber

O ciclo de traballo é cando o sinal pode permanecer alto no concepto de atenuación. Polo tanto, o sinal ten un ciclo de traballo do 100% se está sempre acendido. O tempo de activación do sinal PWM pódese axustar. Cando o ciclo de traballo PWM está configurado no 50 %, o sinal funciona o 50 do tempo e o 50 % desconto.

frecuencia

A frecuencia do sinal de modulación de ancho de pulso (PWM) é outro compoñente esencial. A frecuencia PWM determina a rapidez con que o sinal PWM completa un período (a cantidade de tempo que tarda en acender e apagar o sinal).

PWM como saída do controlador LED

Cando o sinal PWM convértese nunha tensión continua e se usa como un Controlador LED saída, prodúcese a modulación de ancho de pulso. O circuíto de saída PWM corta as correntes LED de CC entre os estados de acendido e apagado a alta frecuencia. Polo tanto, o parpadeo que provoca un cambio na saída de luz LED é invisible para o ollo humano.

A xente adoita confundir algunhas cousas sobre as distincións entre a saída PWM e o sinal de atenuación. Entón, tomemos nota dalgunhas cousas.

O mecanismo produce un sinal PWM como un sinal dixital, o que o fai consistente no cable regulable. Pola contra, o controlador determina a corrente de saída detectando o ciclo de traballo PWM.

Controladores de atenuación PWM no mercado

Os controladores de atenuación PWM son cada vez máis fundamentais para a iluminación LED. Non obstante, é necesario saber que os controladores de atenuación PWM poden realizarse de dúas formas diferentes, e imos descubrir cales son.

Atenuación PWM falsa

O propósito do método de atenuación falsa é converter as entradas PWM nun sinal de control analóxico. Un filtro de resistencia-condensador (RC) reside dentro do controlador.

O filtro RC converte o sinal PWM nunha tensión de CC proporcional en función do ciclo de traballo. A atenuación PWM falsa ten a vantaxe de ser silenciosa e non hai ruído na saída porque a corrente LED é continua.

Non obstante, este método é problemático xa que a precisión é pobre se o valor máximo do PWM é inferior a 10 V. Ademais, o valor da resistencia-condensador (RC) limita a frecuencia do sinal PWM.

Atenuación PWM real

Na atenuación PWM real, as correntes LED acéndense e apáganse na frecuencia e ciclo de traballo especificados. A presenza do MCU ou do microcontrolador no controlador permite que o sinal PWM detecte as tensións máximas. A atenuación PWM real admite un espectro máis amplo de frecuencias PWM.

Unha característica fundamental da atenuación PWM é a súa capacidade para manter o punto branco da saída LED. Ademais, permítese un nivel de tensión de referencia elevado que supere os erros de compensación.

O software de desenvolvemento de controladores require que os usuarios elixan o modo de atenuación PWM.

Alteración do ciclo de traballo (brillo) con PWM

Mentres a subministración se conecta e apaga tan rapidamente utilizando a saída de modulación de ancho de pulso, os LED non parpadean. O ciclo de traballo é o termo usado para describir a medida do brillo PWM.

O ciclo de traballo é a proporción do tempo de execución do circuíto que está ON. O ciclo de traballo exprésase como unha porcentaxe, cun 100 por cento que representa a condición máis brillante posible (totalmente acendido) e porcentaxes máis baixas que dan como resultado unha baixa saída de luz LED.

O sinal PWM ten un ciclo de traballo do 50% se está activado o 50% do tempo e desactivado o 50% do tempo. O sinal aparece como unha onda cadrada, e o brillo das luces debe ser preto da media. Cando a porcentaxe é superior ao 50%, o sinal pasa máis tempo no estado ON que no estado OFF, e viceversa cando o ciclo de traballo é inferior ao 50%.

Modulación de ancho de pulso (PWM) vs. atenuación analóxica dos LED

Co crecemento exponencial da iluminación LED no mercado, houbo un aumento natural na demanda de controladores LED altamente eficientes e regulados con precisión. Para preservar a estratexia de eficiencia enerxética e a flexibilidade de uso final do deseño LED, as farolas, as lanternas e os sinais dixitais "intelixentes", entre outros usos, requiren correntes controladas con precisión e, en moitos casos, funcionalidade de atenuación.

Atenuación PWM

Co atenuación da modulación de ancho de pulso (PWM), a corrente LED acende e apaga momentáneamente. Para evitar un efecto de parpadeo, a frecuencia de activación/desactivación debe ser máis rápida que a que o ollo humano pode percibir (normalmente máis de 100 Hz). A atenuación PWM pódese implementar mediante unha variedade de métodos:

Usando un sinal PWM para cambiar a tensión directamente.
A través dun transistor de colector aberto
Por un microcontrolador.

A corrente media dun LED é igual á suma da súa corrente nominal total e o seu ciclo de traballo de regulación. O deseñador tamén debe ter en conta os atrasos na parada e arranque da saída do conversor, que impoñen limitacións na frecuencia de atenuación PWM e no intervalo do ciclo de traballo.

Atenuación analóxica

O axuste do nivel de corrente do LED denomínase atenuación analóxica. Usando unha tensión de control de CC externa ou atenuación resistiva pode lograr isto. A pesar de que a atenuación analóxica agora permite axustar o nivel, a temperatura da cor pode cambiar. Non se recomenda a regulación analóxica para aplicacións nas que o ton do LED é esencial.

Vexamos as principais diferenzas entre PWM e atenuación analóxica

Atenuación PWM	Atenuación analóxica
O brillo axústase modulando a corrente de pico no controlador	Brillo axustado cambiando o DC que vai ao LED
Sen cambio de cor	Posible cambio de cor a medida que cambia a corrente do LED
Posibles problemas de arranque actual	Sen corrente de irrupción ao dispositivo
Limitacións de frecuencia e posibles problemas de frecuencia	Non hai problemas de frecuencia
Cambio moi lineal de brillo	A linealidade do brillo non é tan boa
Menor eficiencia óptica a eléctrica	Maior eficiencia óptica a eléctrica (> lúmenes por vatio consumido)

Consideracións de hardware para PWM

A atenuación PWM require certas consideracións ao desenvolver o sistema (ou a placa de PC).

Normalmente é necesario un controlador con LED de retroiluminación debido ao nivel actual. Unha saída dixital, como a dun microcontrolador, non se pode usar para dirixila directamente.

Un transistor de tipo FET (Field-Effect Transistor) de nivel lóxico simple úsase normalmente como controlador en varias aplicacións. Debe usarse unha resistencia na porta para cambiar o FET para controlar a corrente da porta, e é necesaria unha resistencia se se desexa a restrición de corrente. Asegúrese de buscar as tensións e correntes de condución da retroiluminación adecuadas na folla de datos da LCD.

Un controlador LED de tipo conmutador pode impulsar a retroiluminación LED a correntes máis altas e de forma máis eficiente. Estes controladores son máis complicados e un IC especializado adoita xestionar a función de conmutación. A entrada PWM en varios IC está deseñada expresamente para aplicacións de atenuación.

Se se está a usar un microcontrolador, débese ter coidado de conectarse a un pin de saída que admita a saída PWM (temporizador/contador) se se usa PWM como función de hardware.

PWM: consideracións de firmware/software

A atenuación PWM require consideracións particulares de deseño do sistema (ou placa de PC).

Debido á alta corrente, os LED de retroiluminación normalmente requiren un controlador. As saídas dixitais, como as dos microcontroladores, non se poden utilizar para dirixila directamente.

Normalmente, un transistor de tipo FET (Field-Effect Transistor) de nivel lóxico simple úsase como controlador nunha variedade de aplicacións. Cambiar o FET para regular a corrente da porta require unha resistencia na porta, e unha resistencia é necesaria se se desexa limitar a corrente. Comprobe a folla de datos da LCD para ver as tensións e correntes de condución correctas da contraluz.

Un controlador LED de tipo conmutador pode impulsar a retroiluminación LED de forma máis eficaz e con correntes maiores. Estes controladores son máis complexos e a función de conmutación é frecuentemente xestionada por un IC especializado. Varias entradas PWM de CI están desenvolvidas especificamente para aplicacións de atenuación.

Se se utiliza PWM como función de hardware, debe prestarse atención a conectarse a un pin de saída que admita a saída PWM (temporizador/contador) nun microcontrolador.

Aplicacións e funcionalidades PWM

Cando os períodos de acendido e apagado do interruptor se desprazan uns en relación ao outro, a cantidade de electricidade entregada á carga aumenta. Como era de esperar, este tipo de control ofrece moitas vantaxes.

PWM combinado co seguimento do punto de máxima potencia, ou MPPT, é unha das principais formas de reducir a produción de paneis solares para facilitar que a batería o use.

PWM, por outra banda, é ideal para alimentar equipos inerciales, como motores, porque esta conmutación única ten menos efecto sobre eles. Debido á conexión lineal entre o funcionamento dos LED e a tensión de entrada, isto tamén se aplica aos LED.

Ademais, a frecuencia de conmutación PWM non debe ter ningún efecto sobre a carga e a forma de onda resultante debe ser o suficientemente suave para que a carga a recoñeza.

Dependendo do dispositivo e da súa función, a frecuencia de conmutación da fonte de alimentación normalmente variará significativamente. As gamas eléctricas, as fontes de alimentación de ordenadores e os amplificadores de audio requiren velocidades de conmutación entre decenas ou centos de kilohercios.

Outra vantaxe clave da adopción de PWM é a perda de enerxía incriblemente baixa nos dispositivos de conmutación. Cando un interruptor está apagado, non pasa corrente a través del. Ademais, cando un interruptor está acendido e envía electricidade á súa carga, hai unha caída de tensión insignificante a través dela.

FAQs

Si, a atenuación PWM é compatible con todos os LED. O circuíto do controlador LED modifica o ancho de pulso do sinal PWM para regular a corrente proporcionada ao LED, permitindo un control fino do nivel de brillo do LED. Non obstante, ao elixir unha solución de atenuación PWM do controlador LED, é fundamental ter en conta as especificacións eléctricas do LED, así como os requisitos da fonte de alimentación para garantir o máximo rendemento e un funcionamento seguro.

A representación visual do sinal de modulación de ancho de pulso (PWM) usado para atenuar as luces LED denomínase pantalla de atenuación PWM. O sinal PWM é un sinal de onda cadrada que alterna entre niveis de alta e baixa tensión. O brillo do LED está determinado pola duración do nivel de alta tensión (o ancho do pulso). Normalmente, a pantalla de atenuación PWM presenta un gráfico do sinal PWM, co eixe x indicando o tempo e o eixe y representando os niveis de tensión. Os usuarios poden utilizar a pantalla para ver o sinal PWM e cambiar o ciclo de traballo para obter o nivel de brillo desexado.

Os LED usan atenuación PWM para xestionar os seus niveis de brillo e aforrar enerxía. Os LED emiten luz cando unha corrente atravesa un semicondutor, en oposición ás lámpadas incandescentes, que xeran luz cando se quentan cunha corrente eléctrica. Isto indica que o brillo dun LED é proporcional á cantidade de corrente eléctrica enviada a través del.

Ao alterar o ancho do pulso do sinal PWM, o controlador de LED pode variar a corrente entregada ao LED. O controlador LED limita a cantidade de corrente eléctrica entregada ao LED diminuíndo o ancho do pulso, o que resulta nun nivel de brillo reducido. Isto aforra enerxía e prolonga a vida útil do LED.

Ademais, en comparación coa atenuación analóxica, a atenuación PWM permite un control máis exacto sobre o brillo dos LED. A atenuación analóxica funciona reducindo a tensión aplicada ao LED, o que pode provocar parpadeos e atenuación desigual. A atenuación PWM, por outra banda, ofrece unha experiencia de atenuación máis constante e suave.

En xeral, a atenuación PWM é unha técnica importante para axustar o brillo do LED e aumentar a economía de enerxía.

Para atenuar un LED con PWM, necesitarás un controlador LED compatible con PWM e un controlador que poida emitir un sinal PWM. Os seguintes son os pasos para atenuar un LED con PWM:

1. Escolla un controlador de LED que admita atenuación PWM: asegúrese de que o controlador de LED que seleccione admita atenuación PWM e sexa compatible co LED que quere utilizar.

2. Escolla un controlador PWM: escolle un controlador PWM capaz de xerar un sinal PWM compatible co controlador LED que escolliches.

Conecte o controlador LED e o controlador PWM do seguinte xeito: Conecte a saída do controlador PWM á entrada de atenuación do controlador LED. Siga sempre o esquema de cableado proporcionado polo fabricante do controlador LED.

4. Determine o ciclo de traballo: o ciclo de traballo é a proporción de tempo que o sinal PWM está "activado". O brillo do LED está determinado polo ciclo de traballo. Un ciclo de traballo maior produce un LED máis brillante, mentres que un ciclo de traballo máis baixo produce un LED máis intenso. Usando o controlador PWM, configure o ciclo de traballo ao nivel de brillo desexado.

5. Proba e axusta: para obter o nivel de brillo necesario, proba o LED e axusta o ciclo de traballo segundo sexa necesario.

Atenuar un LED con PWM implica seleccionar un controlador LED compatible e un controlador PWM, conectalos adecuadamente, cambiar o ciclo de traballo, despois probar e modificar ata obter o nivel de brillo desexado.

Cando se usan con luces LED, os atenuadores PWM poden minimizar o uso de enerxía. A regulación PWM controla a cantidade de corrente eléctrica enviada ao LED, que cambia directamente o seu nivel de brillo. O atenuador PWM minimiza o consumo de enerxía do LED reducindo a corrente que se lle entrega.

A atenuación PWM nos televisores LED é unha técnica para axustar o brillo da pantalla activando e apagando rapidamente a luz de fondo. Aforra enerxía e mellora as relacións de contraste, pero tamén pode producir parpadeos e desenfoque de movemento. Para resolver estes problemas, algúns televisores LED empregan un enfoque de atenuación PWM de alta frecuencia.

Iso vén determinado pola aplicación. Unha frecuencia PWM máis alta é beneficiosa para atenuar os LED, xa que produce un parpadeo menos perceptible e un rendemento de atenuación máis suave. Por outra banda, unha frecuencia PWM máis baixa pode ser beneficiosa para as aplicacións de control de motor xa que minimiza a cantidade de ruído eléctrico creado polo motor.

PWM non acurta a vida útil dos LED. A atenuación PWM, en realidade, pode axudar a aumentar a vida útil do LED reducindo a cantidade de corrente eléctrica proporcionada ao LED, o que pode evitar a acumulación de calor e alongar a vida útil do LED.

Non, non todas as luces LED son regulables. As luces LED regulables están especificadas eléctricamente para ser utilizadas con controladores de atenuación. É fundamental examinar a caixa ou as especificacións da luz LED para ver se é regulable.

Está determinado pola luz LED. Atenuar determinadas luces LED require a instalación dun control de atenuación adecuado ou a substitución do controlador de LED por un controlador de LED regulable. Non obstante, non todas as luces LED se poden atenuar, polo que é fundamental revisar as características da luz LED antes de intentar atenuala.

O mellor atenuador para luces LED determínase polo tipo de LED e controlador de LED utilizados. É fundamental escoller un atenuador que estea construído expresamente para o seu uso con iluminación LED e que cumpra cos estándares eléctricos do LED e do controlador LED. Algunhas luces LED requiren tipos específicos de reguladores de intensidade, como reguladores de intensidade de punta ou reguladores de intensidade de punta, polo que antes de escoller un regulador, verifique o paquete ou as especificacións da luz LED.

Non, PWM non altera a tensión proporcionada ao dispositivo controlado. Modula o ciclo de traballo do sinal, o que altera o período de tempo que o sinal está no estado "on" mentres mantén a tensión constante.

Os LED pódense atenuar mediante a tensión. Unha forma de atenuar os LED é a atenuación analóxica, que implica baixar a tensión proporcionada ao LED. A atenuación PWM, por outra banda, é unha forma máis frecuente de atenuar os LED xa que permite un control de atenuación máis suave e exacto.

A atenuación de LED PWM é unha técnica para axustar o brillo das luces LED ao acender e apagar rapidamente a electricidade do LED. A modulación do ancho de pulso da corrente eléctrica que subministra o LED produce un parpadeo que é demasiado rápido para que o ollo humano poida percibir. A atenuación LED PWM aforra enerxía e proporciona un control de atenuación máis suave e preciso que a atenuación analóxica.

Non, non todos os ventiladores PWM funcionan a 12 V. Os ventiladores PWM teñen unha variedade de niveis de tensión, incluíndo 5V, 12V e 24V. Para verificar a compatibilidade co elemento que se está a arrefriar, verifique a tensión nominal do ventilador PWM.

Si, a tensión é importante en PWM. A tensión do sinal PWM debe ser compatible co dispositivo que se controla. Por exemplo, se o dispositivo require un sinal PWM de 5 V, a utilización dun sinal PWM de 12 V pode provocar un mal funcionamento. Para verificar a compatibilidade, verifique as especificacións do elemento que se controla e do controlador PWM.

O PWM pódese utilizar tanto en aplicacións de corrente alterna como de corrente continua. O sinal PWM, por outra banda, debe axustarse ao tipo de aplicación individual. O sinal PWM debe transformarse nunha forma de onda de CA mediante un inversor ou equipo equivalente para o seu uso en aplicacións de CA. O sinal PWM pódese utilizar directamente para controlar o dispositivo que se alimenta en aplicacións de CC.

Non, non se recomenda usar un controlador de 24 V para un LED de 12 V. Para garantir un funcionamento seguro e óptimo, a tensión subministrada ao LED debe coincidir coa tensión nominal do LED. Utilizar un controlador de maior tensión pode danar o LED e acurtar a súa vida útil. É fundamental escoller un controlador que coincida coas necesidades de tensión do LED.

Non se recomenda utilizar un controlador de 24 V con luces LED de 12 V. Cando se utiliza un controlador de maior tensión, as luces LED poden sobrequentar e fallar prematuramente. É fundamental escoller un controlador que sexa compatible coas necesidades de tensión das luces LED que se utilizan.

A frecuencia PWM ideal para a regulación do LED é xeralmente considerada superior a 100 Hz para evitar o parpadeo visible, e normalmente entre 500 Hz e 1 kHz para evitar ruído audible.

Para minimizar o parpadeo ao usar a atenuación PWM, pode usar unha frecuencia PWM máis alta, aumentar o ciclo de traballo e usar un capacitor de maior valor no circuíto do controlador LED. Ademais, tamén pode usar unha técnica de atenuación máis avanzada como a atenuación analóxica ou a atenuación híbrida.

As principais vantaxes do uso de atenuación PWM fronte a outros métodos de atenuación son que é unha solución sinxela e rendible, proporciona un alto nivel de precisión e non xera moita calor. Ademais, a atenuación PWM é compatible cunha ampla gama de controladores LED e pódese controlar facilmente cun microcontrolador ou outros circuítos dixitais.

Resumo

A atenuación PWM é un método sinxelo e económico para axustar o brillo das luces LED. A atenuación PWM ten varias vantaxes sobre a atenuación analóxica, incluíndo unha maior economía de enerxía, un control máis preciso e unha vida útil máis longa. Non obstante, presenta varios problemas, como a posible EMI e a necesidade de circuítos de conmutación de alta frecuencia. Non obstante, o escurecemento PWM é unha técnica importante para regular as luces LED e o seu futuro parece prometedor.

LEDYi fabrica alta calidade Tiras LED e LED neon flex. Todos os nosos produtos pasan por laboratorios de alta tecnoloxía para garantir a máxima calidade. Ademais, ofrecemos opcións personalizables nas nosas tiras LED e flex de neón. Así, para tiras LED premium e LED neon flex, póñase en contacto con LEDYi ASAP!

Póñase en contacto connosco agora!

Tes preguntas ou comentarios? Encantaríanos saber de ti! Só tes que cubrir o seguinte formulario e o noso amable equipo responderá o antes posible.

Martín Wan

Ola, son Martin, o cofundador de LEDYi Lighting. Levo 10 anos dirixindo unha fábrica en China que fabrica tiras LED e neón LED, e o obxectivo deste artigo é compartir os coñecementos relacionados coa tira de LED e o neón LED desde a perspectiva dun provedor chinés.

Tira LED

Neon Flex

Barra lineal modular

Luz Lineal Skyline

Liña LED sen puntos

Lavadora de parede

accesorios