A LED-es világítást széles körben használják hatékonysága, tartóssága és hosszú élettartama miatt. Az egyik legtrükkösebb dolog a LED-ek használatában a fényerő szabályozása. Itt a PWM fényerő-szabályozás releváns. LED-ek vezérlése A PWM dimming egy módszer a LED fényerejének szabályozására az elektromos áram impulzusszélességének változtatásával. A PWM fényerő-szabályozás a LED-lámpák vezérlésének praktikus és hatékony módszereként egyre népszerűbb.
Mi az a PWM fényerőszabályzás?
A PWM azon képessége, hogy az elektronika egyes területein különféle eszközöket tud vezérelni, nagymértékben felelős a modern elektronikai iparban való széles körű használatáért. A PWM jelek LED-ek tompítására, motorok vezérlésére és különféle elektromos berendezések működtetésére szolgálnak. Tehát mi a funkcionalitása a PWM módszertannak?
PWM egy módszer az elektromos jelek átlagos leadható teljesítményének csökkentésére. Ezen túlmenően, az eljárás a jel sikeres szétválasztásával fejeződik be. Ami a funkcionalitást illeti, a terhelés és a forrás közötti kapcsoló gyorsan be- és kikapcsolható a terhelésre szolgáltatott átlagos áram és feszültség szabályozása érdekében.
A jel magas (ON) vagy alacsony (OFF) idejének változtatásával a PWM széles fényerő-tartományt tesz lehetővé (OFF). Ellentétben az analóg fényerő-szabályozással, amely a LED-eket a kimeneti teljesítmény változtatásával tompítja, a PWM jel bármikor be vagy KI lehet kapcsolva, ami azt jelenti, hogy a LED-ek vagy a teljes feszültséget kapják, vagy nem kapnak áramot (azaz 10 V-ot biztosítanak 12 V helyett fényerő módosítása).
Mi az állandó áramcsökkentés (CCR)?
A folyamatos áramcsökkentés Ez a technika egyenletes áramot biztosít a LED-nek (CCR). Ellentétben a PWM módszerrel, amelyben a LED állapota be- és kikapcsolása között ingadozik, a LED folyamatosan világít. Ennek ellenére szabályozhatja a LED fényerejét az aktuális szint beállításával vagy módosításával a CCR segítségével.
A CCR tompítási módszer előnyei:
- Ideális távoli alkalmazásokhoz, amelyek hosszú vezetékhosszakat és szigorú EMI-specifikációkat igényelnek.
- A CCR meghajtók nagyobb kimeneti feszültségkorlátozással rendelkeznek (60 V), mint a PWM meghajtók (24.8 V). Ezek a specifikációk a 2. osztályú illesztőprogramokra vonatkoznak, amelyek UL-tanúsítvánnyal rendelkeznek nedves és száraz környezetben egyaránt.
A CCR tompítási módszer hátrányai:
- A LED-ek inkonzisztens fénytermelése nagyon alacsony áramerősség mellett a CCR-módszert alkalmatlanná teszi a maximális fényerő 10%-a alatti tompítást igénylő alkalmazásokhoz. Összefoglalva, az ezzel a módszerrel előállított LED-teljesítmény ezeken a jelenlegi szinteken alulmarad.
- Az alacsony hajtóáram inkonzisztens árnyalathoz vezet.
PWM mint tompító jel
Bővítsük ki az impulzusszélesség-moduláció jelenlegi megértését. Most a PWM-et jelként kell felismerni.
Az impulzusszélesség-modulációs jelek négyzethullám alakú impulzusok (PWM) sorozataiból állnak. Minden jel hullámformájában vannak csúcsok és völgyek. A bekapcsolási idő az, amikor a jel erős, míg a kikapcsolási idő akkor, amikor a jelerősség alacsony.
Működési ciklus
A munkaciklus az, amikor a jel magas maradhat a tompítási koncepcióban. Ezért a jelnek 100%-os a munkaciklusa, ha mindig be van kapcsolva. A PWM jel bekapcsolási ideje beállítható. Ha a PWM munkaciklus 50%-ra van állítva, a jel az idő 50%-ában bekapcsol és 50%-ban kikapcsol.
Frekvencia
Az impulzusszélesség-modulációs (PWM) jelfrekvencia egy másik lényeges összetevő. A PWM-frekvencia határozza meg, hogy egy periódust – a jel be- és kikapcsolásához szükséges időt – milyen gyorsan tölti be a PWM-jel.
PWM LED meghajtó kimenetként
Amikor a PWM jelet DC feszültséggé alakítják, és mint egy LED vezérlő kimenet, impulzusszélesség-moduláció lép fel. A PWM kimeneti áramkör nagy frekvencián vágja le az egyenáramú LED-áramot a be- és kikapcsolt állapotok között. Ezért a LED-fénykibocsátás eltolódását okozó villogás az emberi szem számára láthatatlan.
Az emberek gyakran összekevernek néhány dolgot a PWM kimenet és a tompító jel közötti különbségtétellel kapcsolatban. Vegyünk tehát néhány dolgot tudomásul.
A mechanizmus PWM jelet állít elő digitális jelként, ami konzisztenssé teszi azt a szabályozható kábelen. Ezzel szemben a meghajtó a PWM munkaciklus érzékelésével határozza meg a kimeneti áramot.
PWM tompító illesztőprogramok a piacon
A PWM fényerő-szabályozó meghajtók egyre fontosabbak a LED-es világításban. Mindazonáltal tudni kell, hogy a PWM fényerő-szabályozó meghajtók kétféle módon valósulhatnak meg, és nézzük meg, mik is azok.
Hamis PWM tompítás
A hamis tompítási módszer célja a PWM bemenetek analóg vezérlőjellé alakítása. A meghajtóban egy ellenállás-kondenzátor (RC) szűrő található.
Az RC szűrő a PWM jelet arányos egyenfeszültséggé alakítja a munkaciklus alapján. A hamis PWM fényerő-szabályozásnak megvan az az előnye, hogy zajtalan, és nincs zaj a kimeneten, mivel a LED áram folyamatos.
Ennek ellenére ez a módszer problematikus, mivel a pontosság gyenge, ha a PWM csúcsértéke 10 V alatt van. Ezenkívül az ellenállás-kondenzátor (RC) értéke korlátozza a PWM jel frekvenciáját.
Valódi PWM tompítás
Valódi PWM-szabályozás esetén a LED-áramok a megadott frekvencián és munkacikluson kapcsolnak be és ki. Az MCU vagy a mikrokontroller jelenléte a meghajtóban lehetővé teszi a PWM jel számára a csúcsfeszültségek észlelését. A valódi PWM tompítás a PWM frekvenciák szélesebb spektrumát támogatja.
A PWM tompítás alapvető jellemzője, hogy képes fenntartani a LED-kimenet fehérpontját. Ezenkívül megengedett az eltolási hibákat meghaladó megemelt referenciafeszültség szint.
Az illesztőprogram-fejlesztő szoftver megköveteli a felhasználóktól, hogy válasszák a PWM fényerő-szabályozási módot.
A munkaciklus (fényerő) megváltoztatása PWM segítségével
Amíg a tápellátást olyan gyorsan kapcsolják be és ki, az impulzusszélesség modulációs kimenetet kihasználva, a LED-ek nem villognak. A munkaciklus a PWM fényerő mérésének leírására használt kifejezés.
A munkaciklus az áramkör futásidejének azon hányada, amelyik BE van kapcsolva. A munkaciklus százalékban van kifejezve, ahol a 100 százalék a lehető legfényesebb állapotot jelenti (teljesen BE), az alacsonyabb százalékok pedig gyenge LED-fénykibocsátást eredményeznek.
A PWM jel 50%-os kitöltési tényezővel rendelkezik, ha az idő 50%-ában be van kapcsolva, és az idő 50%-ában kikapcsolt. A jel négyzethullámként jelenik meg, és a lámpák fényerejének átlagosnak kell lennie. Ha a százalékos érték nagyobb, mint 50%, a jel több időt tölt BE állapotban, mint kikapcsolt állapotban, és fordítva, ha a munkaciklus kevesebb, mint 50%.
Impulzusszélesség-moduláció (PWM) vs. LED-ek analóg tompítása
A LED-es világítás exponenciális növekedésével a piacon természetes módon megnőtt a kereslet a rendkívül hatékony és pontosan szabályozott LED-meghajtók iránt. A LED dizájn energiahatékony stratégiájának és végfelhasználási rugalmasságának megőrzése érdekében az „okos” utcai lámpákhoz, zseblámpákhoz és digitális táblákhoz többek között pontosan szabályozott áramerősségre és sok esetben fényerő-szabályozásra is szükség van.
PWM fényerő -szabályozás
Impulzusszélesség-modulációs (PWM) tompítással a LED-áram pillanatnyilag be- és kikapcsol. A villódzás elkerülése érdekében a be- és kikapcsolási frekvenciának gyorsabbnak kell lennie, mint amit az emberi szem érzékel (általában 100 Hz felett). A PWM fényerő-szabályozás többféle módszerrel valósítható meg:
- PWM jel használata a feszültség közvetlen megváltoztatásához.
- Nyílt kollektoros tranzisztor útján
- Mikrokontrollerrel.
A LED átlagos áramerőssége megegyezik a teljes névleges áramerősségének és a tompítási munkaciklusának összegével. A tervezőnek figyelembe kell vennie a konverter kimenetének leállításában és indításában bekövetkező késéseket is, amelyek korlátozzák a PWM fényerő-szabályozási frekvenciát és a munkaciklus-tartományt.
Analóg tompítás
A LED áramszintjének beállítását analóg fényerő-szabályozásnak nevezik. Ezt külső egyenáramú vezérlőfeszültség vagy rezisztív fényerőszabályozás segítségével érheti el. Annak ellenére, hogy az analóg elsötétítés most már lehetővé teszi a szint beállítását, a színhőmérséklet változhat. Az analóg fényerő-szabályozás nem ajánlott olyan alkalmazásoknál, ahol a LED árnyalata elengedhetetlen.
Vessünk egy pillantást a PWM és az analóg fényerő-szabályozás közötti elsődleges különbségekre
| PWM fényerő -szabályozás | Analóg tompítás |
| A fényerőt a meghajtó csúcsáramának modulálásával lehet beállítani | A fényerő a LED-re menő DC változtatásával állítható be |
| Nincs színeltolás | Lehetséges színeltolás a LED áramának változásával |
| Lehetséges aktuális bekapcsolási problémák | Nincs bekapcsolási áram a készülékhez |
| Frekvenciakorlátozások és lehetséges frekvenciaproblémák | Nincs gond a gyakorisággal |
| Nagyon lineáris fényerő-változás | A fényerő linearitása nem olyan jó |
| Alacsonyabb optikai vagy elektromos hatásfok | Magasabb optikai-elektromos hatásfok (>lumen/watt) |
Hardver szempontok a PWM-hez
A PWM fényerő-szabályozás bizonyos szempontokat igényel a rendszer (vagy PC-kártya) fejlesztése során.
A meghajtóra jellemzően háttérvilágítású LED-ek esetén van szükség az aktuális szint miatt. A digitális kimenet, mint egy mikrokontroller, nem használható közvetlenül a meghajtására.
Egy egyszerű logikai szintű FET (Field-Effect Transistor) típusú tranzisztort általában meghajtóként használnak különféle alkalmazásokban. A kapun lévő ellenállást kell használni a FET átkapcsolásához a kapuáram szabályozásához, és ellenállásra van szükség, ha az áramkorlátozást kívánjuk. Ügyeljen arra, hogy az LCD adatlapján megkeresse a megfelelő háttérvilágítás meghajtó feszültségeit és áramait.
A kapcsoló típusú LED-meghajtó nagyobb áramerősséggel és hatékonyabban hajthatja meg a LED-es háttérvilágítást. Ezek az illesztőprogramok bonyolultabbak, és gyakran egy speciális IC kezeli a kapcsolási funkciót. A több IC PWM bemenetét kifejezetten fényerő-szabályozási alkalmazásokhoz tervezték.
Ha mikrokontrollert használ, ügyeljen arra, hogy olyan kimeneti érintkezőhöz csatlakozzon, amely támogatja a PWM (időzítő/számláló) kimenetet, ha PWM-et hardverfunkcióként használnak.
PWM – Firmware/Szoftver szempontok
A PWM fényerő-szabályozás különleges rendszertervezési szempontokat (vagy PC-kártyát) igényel.
Mivel a nagy áramerősséghez a háttérvilágítású LED-ekhez általában meghajtóra van szükség. A digitális kimenetek, mint például a mikrokontrollerek, nem használhatók közvetlenül meghajtására.
Általában egy egyszerű logikai szintű FET (Field-Effect Transistor) típusú tranzisztort használnak meghajtóként számos alkalmazásban. A FET átkapcsolásához a kapu áramának szabályozására ellenállásra van szükség a kapun, és ellenállásra van szükség, ha áramkorlátozásra van szükség. Ellenőrizze az LCD adatlapon a megfelelő háttérvilágítás meghajtó feszültségét és áramát.
A kapcsoló típusú LED-meghajtó hatékonyabban és nagyobb áramerősséggel hajthatja meg a LED-es háttérvilágítást. Ezek az illesztőprogramok bonyolultabbak, és a kapcsolási funkciót gyakran egy speciális IC kezeli. Számos IC PWM bemenetét kifejezetten fényerő-szabályozási alkalmazásokhoz fejlesztették ki.
Ha a PWM-et hardverfunkcióként használják, ügyeljen arra, hogy egy olyan kimeneti érintkezőhöz csatlakozzon, amely támogatja a PWM (időzítő/számláló) kimenetet egy mikrokontrolleren.
PWM funkcionalitás és alkalmazások
Ha a kapcsoló be- és kikapcsolási periódusait egymáshoz képest eltoljuk, a terhelésre szállított villamos energia mennyisége megnő. A várakozásoknak megfelelően ez a fajta vezérlés számos előnnyel jár.
A maximális teljesítménypont követéssel vagy MPPT-vel párosított PWM a napelemek teljesítményének csökkentésének egyik elsődleges módja, hogy megkönnyítse az akkumulátor használatát.
A PWM viszont ideális inerciális berendezések, például motorok táplálására, mert ez az egyedi kapcsolás kevésbé hat rájuk. A LED-ek működése és a bemeneti feszültség közötti lineáris kapcsolat miatt ez a LED-ekre is vonatkozik.
Ezenkívül a PWM kapcsolási frekvenciának nem lehet hatása a terhelésre, és a kapott hullámformának elég simának kell lennie ahhoz, hogy a terhelés felismerje.
Az eszköztől és annak funkciójától függően a tápegység kapcsolási frekvenciája jellemzően jelentősen eltér. Az elektromos tartományok, a számítógépes tápegységek és az audioerősítők mindegyike több tíz vagy száz kilohertz kapcsolási sebességet igényel.
A PWM alkalmazásának másik kulcsfontosságú előnye a hihetetlenül alacsony teljesítményveszteség a kapcsolóeszközökben. Ha egy kapcsoló ki van kapcsolva, nem folyik rajta áram. Ezen túlmenően, amikor egy kapcsoló be van kapcsolva és áramot küld a terhelésére, elhanyagolható feszültségesés van rajta.
Kapcsolódó cikkek
Minden, amit a DMX512 vezérlésről tudnia kell
Minden, amit a LED-ek Triac fényerő-szabályozásáról tudni kell
Hogyan válasszuk ki a megfelelő LED tápegységet
DMX vs. DALI világításvezérlés: melyiket válasszam?
A végső útmutató a 0-10 V-os fényerőszabályozáshoz
GYIK
Összegzésként
A PWM fényerőszabályozás egy egyszerű és olcsó módszer a LED-lámpák fényerejének beállítására. A PWM fényerő-szabályozásnak számos előnye van az analóg fényerő-szabályozáshoz képest, beleértve a nagyobb energiatakarékosságot, a pontosabb vezérlést és a hosszabb élettartamot. Ez azonban számos problémát vet fel, mint például a lehetséges EMI és a nagyfrekvenciás kapcsolóáramkörök szükségessége. A PWM fényerőszabályozás azonban fontos technika a LED-lámpák szabályozásában, és jövője ígéretesnek tűnik.
A LEDYi kiváló minőséget gyárt LED szalagok és LED neon flex. Minden termékünk csúcstechnológiás laboratóriumokon megy keresztül a legmagasabb minőség biztosítása érdekében. Emellett testreszabható opciókat kínálunk LED szalagjainkon és neon flexeinken. Tehát a prémium LED szalaghoz és a LED neon flexhez lépjen kapcsolatba a LEDYi-vel MINÉL HAMARABB!
