LED照明は、その有効性、耐久性、および長寿命のために広く使用されています。 LED を利用する上で最も難しいことの XNUMX つは、その明るさを制御することです。 ここでは、PWM 調光が重要です。 LED の制御 PWM 調光は、電流のパルス幅を変更することによって LED の輝度を調整する方法です。 PWM 調光は、LED ライトを制御する実用的かつ効果的な方法としてますます好まれています。
PWM調光とは？
エレクトロニクスの各分野でさまざまなデバイスを制御する PWM の能力は、現代のエレクトロニクス産業で幅広く使用されている大きな要因です。 PWM 信号は、LED の調光、モーターの制御、さまざまな電気機器の実行に使用されます。 では、PWM 手法の機能は何ですか?
PWM 電気信号の平均送信可能電力を削減する方法です。 さらに、手順は、信号をその構成要素に正常に分離することによって完了します。 機能面では、負荷と電源の間のスイッチをすばやくオン/オフして、負荷に供給される平均電流と電圧を調整することができます。
信号がハイ (ON) またはロー (OFF) である時間を変えることにより、PWM は広範囲の明るさ (OFF) を可能にします。 出力電力を変更することによって LED を調光するアナログ調光とは対照的に、PWM 信号は常にオンまたはオフのいずれかである可能性があり、これは、LED が最大電圧を取得するか、または電力を供給されないことを意味します (つまり、10V の代わりに 12V を供給します)。明るさを変更します）。
定電流低減 (CCR) とは何ですか?
連続電流低減 技術は、LED (CCR) に安定した電流の流れを提供します。 LEDの状態がオンとオフの間で変動するPWM方式とは対照的に、LEDは常にオンです。 ただし、CCR を使用して電流レベルを調整または変更することで、LED の明るさを制御できます。
CCR 調光方式の利点:
- 長いワイヤ長と厳しい EMI 仕様を必要とするリモート アプリケーションに最適です。
- CCR ドライバーには、PWM ドライバー (60 V) よりも高い出力電圧制限 (24.8 V) があります。 これらの仕様は、湿った環境と乾燥した環境の両方で使用できる UL 認定を受けたクラス 2 ドライバーに適用されます。
CCR 調光方式の欠点:
- 非常に低い電流での LED の一貫性のない光生成により、CCR 方式は、最大輝度の 10% 未満の調光を必要とするアプリケーションには不適切になります。 結論として、これらの現在のレベルでこの方法によって生成される LED のパフォーマンスは標準以下です。
- 駆動電流が低いと、色相に一貫性がなくなります。
調光信号としての PWM
パルス幅変調に関する現在の理解を深めましょう。 ここで、PWM は信号として認識される必要があります。
パルス幅変調信号は、方形波パルス (PWM) のシーケンスで構成されます。 すべての信号の波形には山と谷があります。 オン時間は信号強度が高いときで、オフ時間は信号強度が低いときです。
運転時間やサイクル
デューティ サイクルとは、調光の概念で信号を High に維持できる時間です。 したがって、信号が常にオンの場合、信号のデューティ サイクルは 100% になります。 PWM 信号のオン時間を調整できます。 PWM デューティ サイクルが 50% に設定されている場合、信号は 50% の時間でオンになり、50% オフになります。
周波数
パルス幅変調 (PWM) 信号周波数は、もう XNUMX つの重要なコンポーネントです。 PWM 周波数は、周期 (信号がオン/オフするのにかかる時間) が PWM 信号によって完了する速さを決定します。
LED ドライバ出力としての PWM
PWM 信号を DC 電圧に変換し、 LEDドライバ 出力、パルス幅変調が発生します。 PWM 出力回路は、オンとオフの間の DC LED 電流を高周波でカットします。 したがって、LED 光出力の変化を引き起こすちらつきは、人間の目には見えません。
PWM 出力と調光信号の違いに関して、よく混同されることがあります。 そこで、いくつかのことに注意してみましょう。
このメカニズムは、デジタル信号として PWM 信号を生成し、調光ケーブル上で一貫した信号を生成します。 対照的に、ドライバは PWM デューティ サイクルを検出して出力電流を決定します。
市場の PWM 調光ドライバー
PWM 調光ドライバーは、LED 照明にとってますます重要になってきています。 それにもかかわらず、PWM 調光ドライバーは XNUMX つの異なる方法で実現される可能性があることを知っておく必要があります。
偽の PWM 調光
疑似調光方式の目的は、PWM 入力をアナログ制御信号に変換することです。 抵抗コンデンサ (RC) フィルタはドライバ内にあります。
RC フィルタは、デューティ サイクルに基づいて PWM 信号を比例 DC 電圧に変換します。 疑似 PWM 調光にはノイズがないという利点があり、LED 電流が連続しているため、出力にノイズがありません。
ただし、PWM のピーク値が 10V を下回ると精度が低下するため、この方法には問題があります。 さらに、抵抗コンデンサ (RC) の値によって PWM 信号の周波数が制限されます。
実際の PWM 調光
実際の PWM 調光では、LED 電流は指定された周波数とデューティ サイクルでオンとオフを切り替えます。 ドライバに MCU またはマイクロコントローラが存在することで、PWM 信号がピーク電圧を検出できるようになります。 実際の PWM 調光は、より広い範囲の PWM 周波数をサポートします。
PWM 調光の基本的な機能は、LED 出力の白色点を維持する機能です。 さらに、オフセット誤差を超える高い基準電圧レベルが許容されます。
ドライバー開発ソフトウェアでは、ユーザーは PWM 調光モードを選択する必要があります。
PWM でデューティ サイクル (明るさ) を変更する
パルス幅変調出力を利用して電源のオンとオフを高速に切り替える間、LED はちらつきません。 デューティ サイクルは、PWM 輝度の測定を表すために使用される用語です。
デューティ サイクルは、回路がオンになっている実行時間の割合です。 デューティ サイクルはパーセンテージで表され、100% は最も明るい実行可能な状態 (完全にオン) を表し、パーセンテージが低いと LED 光出力が低下します。
PWM 信号は、50% の時間オンで 50% の時間オフの場合、50% のデューティ サイクルを持ちます。 信号は方形波として表示され、ライトの明るさはほぼ平均的です。 パーセンテージが 50% を超えると、信号はオフ状態よりもオン状態の方が多くの時間を費やし、デューティ サイクルが 50% 未満の場合はその逆になります。
パルス幅変調 (PWM) と LED のアナログ調光
市場での LED 照明の指数関数的な成長に伴い、高効率で正確に調整された LED ドライバに対する需要が自然に高まっています。 LED 設計のエネルギー効率の高い戦略と最終用途の柔軟性を維持するために、「スマート」街路灯、懐中電灯、デジタル サインなどの用途には、正確に制御された電流と、多くの場合、調光機能が必要です。
PWM調光
パルス幅変調 (PWM) 調光では、LED 電流が瞬間的にオン/オフします。 ちらつきを防ぐには、オン/オフ周波数を人間の目で認識できるよりも速くする必要があります (通常は 100Hz 以上)。 PWM 調光は、さまざまな方法で実装できます。
- PWM信号を使用して電圧を直接変更します。
- オープンコレクタトランジスタ経由
- マイクロコントローラによる。
LED の平均電流は、総公称電流と調光デューティ サイクルの合計に等しくなります。 設計者は、コンバータ出力のシャットダウンとスタートアップの遅延も考慮する必要があります。これにより、PWM 調光周波数とデューティ サイクル範囲が制限されます。
アナログ調光
LED 電流レベルの調整は、アナログ調光と呼ばれます。 外部 DC 制御電圧または抵抗調光を使用すると、これを実現できます。 アナログ調光でレベル調整が可能になったという事実にもかかわらず、色温度がシフトする可能性があります。 LED の色合いが重要なアプリケーションには、アナログ調光は推奨されません。
PWM 調光とアナログ調光の主な違いを見てみましょう。
| PWM調光 | アナログ調光 |
| 明るさは、ドライバーのピーク電流を変調することによって調整されます | LEDに流れるDCを変えることで明るさを調整 |
| 色ずれなし | LED電流の変化に伴うカラーシフトの可能性 |
| 考えられる突入電流の問題 | デバイスへの突入電流なし |
| 周波数の制限と考えられる周波数の問題 | 周波数の心配なし |
| 明るさの非常に直線的な変化 | 輝度の直線性が良くない |
| 光から電気への効率の低下 | 光から電気への効率が高い (消費されるワットあたりのルーメンを超える) |
PWM のハードウェアに関する考慮事項
システム (または PC ボード) を開発する場合、PWM 調光には特定の考慮事項が必要です。
通常、バックライト タイプの LED では、電流レベルのためにドライバーが必要です。 マイクロコントローラからのようなデジタル出力を使用して直接駆動することはできません。
単純な論理レベルの FET (電界効果トランジスタ) タイプのトランジスタは、通常、さまざまなアプリケーションでドライバとして使用されます。 FET を切り替えてゲート電流を制御するには、ゲートの抵抗を使用する必要があり、電流制限が必要な場合は抵抗が必要です。 LCD データシートで適切なバックライト駆動電圧と電流を確認してください。
スイッチング型 LED ドライバは、より高い電流でより効率的に LED バックライトを駆動することができます。 これらのドライバはより複雑で、専用の IC がスイッチング機能を処理することがよくあります。 いくつかの IC の PWM 入力は、特に調光アプリケーション向けに設計されています。
マイクロコントローラが使用されている場合、PWM がハードウェア機能として使用される場合、PWM (タイマー/カウンター) 出力をサポートする出力ピンに接続するように注意する必要があります。
PWM – ファームウェア/ソフトウェアに関する考慮事項
PWM 調光には、特定のシステム設計 (または PC ボード) を考慮する必要があります。
バックライトタイプのLEDは大電流のため、一般的にドライバが必要です。 マイクロコントローラなどのデジタル出力を使用して直接駆動することはできません。
通常、単純な論理レベル FET (電界効果トランジスタ) タイプのトランジスタが、さまざまなアプリケーションでドライバとして使用されます。 FET を切り替えてゲート電流を調整するには、ゲートに抵抗が必要であり、電流制限が必要な場合は抵抗が必要です。 正しいバックライト駆動電圧と電流については、LCD データシートを確認してください。
スイッチング タイプの LED ドライバは、LED バックライトをより効果的に、より大きな電流で駆動できます。 これらのドライバはより複雑で、スイッチング機能は専用の IC によって処理されることがよくあります。 一部の IC の PWM 入力は、調光アプリケーション専用に開発されています。
PWM をハードウェア機能として使用する場合、マイコンの PWM (タイマー/カウンター) 出力をサポートする出力ピンに接続するように注意する必要があります。
PWM の機能とアプリケーション
スイッチのオン期間とオフ期間が相対的にずれると、負荷に供給される電力量が増加します。 予想どおり、このタイプのコントロールには多くの利点があります。
最大電力点追跡 (MPPT) と組み合わせた PWM は、ソーラー パネルの出力を下げてバッテリーを使いやすくするための主要な方法の XNUMX つです。
一方、PWM はモーターなどの慣性機器に電力を供給するのに理想的です。これは、この独自のスイッチングが慣性機器に与える影響が少ないためです。 LED の機能と入力電圧の間の線形リンクにより、これは LED にも当てはまります。
さらに、PWM スイッチング周波数は負荷に影響を与えてはならず、結果の波形は負荷が認識できるほど滑らかでなければなりません。
デバイスとその機能に応じて、電源のスイッチング周波数は通常大きく異なります。 電気範囲、コンピュータ電源、およびオーディオ アンプはすべて、数十または数百キロヘルツ範囲のスイッチング速度を必要とします。
PWM を採用するもう XNUMX つの重要な利点は、スイッチング デバイスの電力損失が非常に低いことです。 スイッチがオフのとき、電流は流れません。 さらに、スイッチがオンで負荷に電気を送っているとき、電圧降下はごくわずかです。
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よくあるご質問
まとめ
PWM 調光は、LED ライトの明るさを調整する簡単で安価な方法です。 PWM 調光には、より高いエネルギー効率、より正確な制御、より長い寿命など、アナログ調光に比べてさまざまな利点があります。 ただし、EMI の可能性や高周波スイッチング回路の必要性など、いくつかの問題があります。 ただし、PWM 調光は LED ライトを調整するための重要な技術であり、その将来性は有望です。
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