LED-belysning er mye brukt på grunn av sin effektivitet, holdbarhet og lange levetid. En av de vanskeligste tingene med å bruke lysdioder er å kontrollere lysstyrken. Her er PWM-dimming aktuelt. kontroll av LED PWM-dimming er en metode for å regulere LED-lysstyrken ved å endre pulsbredden til den elektriske strømmen. PWM-dimming blir mer og mer godt likt som en praktisk og effektiv metode for å kontrollere LED-lys.
Hva er PWM-dimming?
PWMs evne til å kontrollere en rekke enheter innen hvert felt innen elektronikk er i stor grad ansvarlig for den utbredte bruken i den moderne elektronikkindustrien. PWM-signaler brukes til å dimme lysdioder, styre motorer og kjøre et utvalg av forskjellig elektrisk utstyr. Derfor, hva er funksjonaliteten til PWM-metodikken?
PWM er en metode for å redusere den gjennomsnittlige leverbare effekten til et elektrisk signal. I tillegg fullføres prosedyren ved å separere signalet i dets bestanddeler. Når det gjelder funksjonalitet, kan bryteren mellom belastningen og kilden raskt slås av og på for å regulere den gjennomsnittlige strømmen og spenningen som leveres til belastningen.
Ved å variere hvor lenge signalet er høyt (PÅ) eller lavt (AV), gir PWM et bredt spekter av lysstyrke (AV). I motsetning til analog dimming, som dimmer lysdioder ved å endre utgangseffekten, kan PWM-signalet enten være PÅ eller AV når som helst, noe som betyr at lysdiodene enten får full spenning eller ingen elektrisitet (dvs. gir 10V i stedet for 12V til endre lysstyrken).
Hva er Constant Current Reduction (CCR)?
De kontinuerlig strømreduksjon teknikk gir en jevn strømflyt til LED (CCR). I motsetning til PWM-metoden, der LED-tilstanden svinger mellom på og av, er LED-en konstant på. Likevel kan du kontrollere lysdiodens lysstyrke ved å justere eller endre gjeldende nivåer ved hjelp av CCR.
Fordeler med CCR-dimmemetoden:
- Ideell for eksterne applikasjoner som krever lange ledningslengder og strenge EMI-spesifikasjoner.
- CCR-drivere har høyere utgangsspenningsbegrensninger (60 V) enn PWM-drivere (24.8 V). Disse spesifikasjonene gjelder for klasse 2-drivere som er UL-sertifisert for bruk i både fuktige og tørre miljøer.
Ulemper med CCR-dimmemetoden:
- LEDs inkonsekvente lysgenerering ved svært lave strømmer gjør CCR-metoden upassende for applikasjoner som krever dimming under 10 % av maksimal lysstyrke. Som konklusjon er LED-ytelsen produsert av denne metoden på disse nåværende nivåene underpar.
- Lav kjørestrøm fører til en inkonsekvent fargetone.
PWM som et dimmesignal
La oss utvide vår nåværende forståelse av pulsbreddemodulasjon. Nå må PWM gjenkjennes som et signal.
Pulsbreddemodulasjonssignaler består av sekvenser av firkantbølgeformede pulser (PWM). Det er topper og daler i bølgeformen til hvert signal. På-tiden er når signalstyrken er høy, mens av-tiden er når signalstyrken er lav.
Duty Cycle
Driftssyklusen er når signalet kan forbli høyt i dimmekonseptet. Derfor har signalet en 100 % driftssyklus hvis det alltid er på. PWM-signalets på-tid kan justeres. Når PWM duty cycle er satt til 50 %, kjører signalet 50 % av tiden på og 50 % av.
Frekvens
Signalfrekvensen for pulsbreddemodulasjon (PWM) er en annen viktig komponent. PWM-frekvensen bestemmer hvor raskt en periode – hvor lang tid det tar for signalet å slå seg på og av – fullføres av PWM-signalet.
PWM som LED-driverutgang
Når PWM-signalet konverteres til en likespenning og brukes som en LED-driver utgang, skjer pulsbreddemodulasjon. PWM-utgangskretsen kutter DC LED-strømmene mellom på- og av-tilstandene med høy frekvens. Derfor er flimmeret som forårsaker et skifte i LED-lyseffekten usynlig for det menneskelige øyet.
Folk forvirrer ofte et par ting angående forskjellene mellom PWM-utgang og dimmesignal. Så la oss ta et par ting til etterretning.
Mekanismen produserer et PWM-signal som et digitalt signal, noe som gjør den konsistent på den dimbare kabelen. Derimot bestemmer driveren utgangsstrømmen ved å oppdage PWM-driftsyklusen.
PWM dimming-drivere på markedet
PWM-dimmedrivere blir stadig mer avgjørende for LED-belysning. Ikke desto mindre er det nødvendig å vite at PWM-dimmedrivere kan realiseres på to forskjellige måter, og la oss finne ut hva de er.
Falsk PWM-dimming
Hensikten med den falske dimmemetoden er å konvertere PWM-innganger til et analogt styresignal. Et resistor-capacitor (RC) filter ligger inne i driveren.
RC-filteret konverterer PWM-signalet til en proporsjonal likespenning basert på driftssyklusen. Falsk PWM-dimming har fordelen av å være lydløs, og det er ingen støy ved utgangen fordi LED-strømmen er kontinuerlig.
Likevel er denne metoden problematisk siden presisjonen er dårlig hvis PWMs toppverdi er under 10V. Videre begrenser motstand-kondensatorverdien (RC) frekvensen til PWM-signalet.
Ekte PWM-dimming
Ved ekte PWM-dimming slås LED-strømmer av og på med spesifisert frekvens og driftssyklus. Tilstedeværelsen av MCU eller mikrokontroller i driveren gjør at PWM-signalet kan oppdage toppspenninger. Ekte PWM-dimming støtter et bredere spekter av PWM-frekvenser.
En grunnleggende funksjon ved PWM-dimming er dens evne til å opprettholde det hvite punktet på LED-utgangen. I tillegg er et forhøyet referansespenningsnivå som overstiger offsetfeil tillatt.
Driverutviklingsprogramvaren krever at brukerne velger PWM-dimmemodus.
Endre driftssyklusen (lysstyrke) med PWM
Mens forsyningen slås PÅ og AV så raskt ved å bruke pulsbreddemodulasjonsutgang, flimrer ikke LED-ene. Duty Cycle er begrepet som brukes for å beskrive måling av PWM-lysstyrke.
Driftssyklusen er andelen av kretsens kjøretid som den er PÅ. Driftssyklusen er uttrykt i prosent, med 100 prosent som representerer den lyseste mulige tilstanden (helt PÅ) og lavere prosenter som resulterer i dårlig LED-lyseffekt.
PWM-signalet har en driftssyklus på 50 % hvis det er på 50 % av tiden og av 50 % av tiden. Signalet vises som en firkantbølge, og lysstyrken på lysene skal være omtrent gjennomsnittlig. Når prosentandelen er større enn 50 %, bruker signalet mer tid i PÅ-tilstand enn i AV-tilstand, og omvendt når driftssyklusen er mindre enn 50 %.
Pulse Width Modulation (PWM) vs. Analog dimming av LED
Med den eksponentielle veksten av LED-belysning på markedet har det vært en naturlig økning i etterspørselen etter svært effektive og nøyaktig regulerte LED-drivere. For å bevare den energieffektive strategien og sluttbruksfleksibiliteten til LED-design, krever "smarte" gatelys, lommelykter og digitale skilt, blant annet, nøyaktig kontrollerte strømmer og i mange tilfeller dimmefunksjonalitet.
PWM -dimming
Med dimming av pulsbreddemodulasjon (PWM), er LED-strømmen midlertidig på og av. For å forhindre en flimrende effekt, må på/av-frekvensen være raskere enn hva det menneskelige øyet kan oppfatte (vanligvis over 100Hz). PWM-dimming kan implementeres via en rekke metoder:
- Bruke et PWM-signal for å endre spenning direkte.
- Ved hjelp av en åpen kollektortransistor
- Av en mikrokontroller.
Den gjennomsnittlige strømmen til en LED er lik summen av dens totale nominelle strøm og dens dimmingssyklus. Designeren må også ta hensyn til forsinkelsene i omformerens utgangsavstengning og oppstart, som pålegger begrensninger på PWM-dimmefrekvensen og driftssyklusområdet.
Analog dimming
Justering av LED-strømnivået kalles analog dimming. Bruk av en ekstern DC-kontrollspenning eller resistiv dimming kan oppnå dette. Til tross for at analog dimming nå gir mulighet for nivåjustering, kan fargetemperaturen skifte. Analog dimming anbefales ikke for applikasjoner hvor fargetonen til LED er avgjørende.
La oss ta en titt på de primære forskjellene mellom PWM og analog dimming
| PWM -dimming | Analog dimming |
| Lysstyrken justeres ved å modulere toppstrømmen i driveren | Lysstyrken justeres ved å endre DC ved å gå til LED |
| Ingen fargeskift | Mulig fargeskift når LED-strømmen endres |
| Mulige strøminnbruddsproblemer | Ingen innkoblingsstrøm til enheten |
| Frekvensbegrensninger og mulige frekvensproblemer | Ingen frekvensproblemer |
| Veldig lineær endring i lysstyrke | Lysstyrke linearitet ikke like god |
| Lavere optisk til elektrisk effektivitet | Høyere optisk til elektrisk effektivitet (>lumen per watt forbrukt) |
Maskinvarehensyn for PWM
PWM-dimming krever visse hensyn ved utvikling av systemet (eller PC-kortet).
En driver er vanligvis nødvendig med lysdioder av bakgrunnsbelysning på grunn av gjeldende nivå. En digital utgang, som en fra en mikrokontroller, kan ikke brukes til å drive den direkte.
En enkel logisk nivå FET (Field-Effect Transistor) transistor brukes vanligvis som en driver i forskjellige applikasjoner. En motstand på porten må brukes for å bytte FET for å kontrollere portstrømmen, og en motstand er nødvendig hvis strømbegrensningen er ønsket. Pass på at du slår opp riktig drivspenning og strøm for bakgrunnsbelysningen på LCD-dataarket.
En LED-driver av svitsjingstype kan drive LED-bakgrunnsbelysningen ved høyere strøm og mer effektivt. Disse driverne er mer kompliserte, og en spesialist-IC håndterer ofte byttefunksjonen. PWM-inngangen på flere ICer er utformet spesielt for dimming.
Hvis en mikrokontroller brukes, bør du passe på å koble til en utgangspinne som støtter PWM (timer/teller) utgang hvis PWM brukes som en maskinvarefunksjon.
PWM – Betraktninger for fastvare/programvare
PWM-dimming krever spesielle systemdesignhensyn (eller PC-kort).
På grunn av den høye strømmen krever lysdioder av bakgrunnsbelysning vanligvis en driver. Digitale utganger, som de fra mikrokontrollere, kan ikke brukes til å drive den direkte.
Vanligvis brukes en transistor av typen enkel logisk nivå FET (Field-Effect Transistor) som driver i en rekke applikasjoner. Å bytte FET for å regulere portstrømmen krever en motstand på porten, og en motstand er nødvendig hvis strømbegrensning er ønsket. Sjekk LCD-dataarket for riktige drivspenninger og strømmer for bakgrunnsbelysningen.
En LED-driver av svitsjingstype kan drive LED-bakgrunnsbelysningen mer effektivt og ved større strømmer. Disse driverne er mer komplekse, og byttefunksjonen håndteres ofte av en spesialisert IC. Flere ICs' PWM-innganger er utviklet spesielt for dimmeapplikasjoner.
Hvis PWM brukes som en maskinvarefunksjon, bør du være oppmerksom på å koble til en utgangspinne som støtter PWM (timer/teller) utgang på en mikrokontroller.
PWM-funksjonalitet og applikasjoner
Når på- og av-periodene til bryteren forskyves i forhold til hverandre, øker mengden elektrisitet som leveres til lasten. Som forventet gir denne typen kontroll mange fordeler.
PWM sammenkoblet med maksimal strømpunktsporing, eller MPPT, er en av de viktigste måtene for å redusere solcellepaneleffekten for å gjøre det lettere for et batteri å bruke det.
PWM, på den annen side, er ideell for å drive treghetsutstyr, for eksempel motorer, fordi denne unike svitsjen har mindre effekt på dem. På grunn av den lineære koblingen mellom LEDs funksjon og inngangsspenning, gjelder dette også LED.
I tillegg må PWM-svitsjefrekvensen ikke ha noen effekt på belastningen, og den resulterende bølgeformen må være jevn nok til at belastningen kan gjenkjennes.
Avhengig av enheten og dens funksjon, vil koblingsfrekvensen til strømforsyningen typisk variere betydelig. Elektriske serier, strømforsyninger til datamaskiner og lydforsterkere krever alle byttehastigheter i titalls eller hundrevis av kilohertz.
En annen viktig fordel med å ta i bruk PWM er det utrolig lave strømtapet i bytteenheter. Når en bryter er slått av, flyter ingen strøm gjennom den. I tillegg, når en bryter er på og sender strøm til lasten, er det et ubetydelig spenningsfall over den.
Relaterte artikler
Alt du trenger å vite om DMX512 Control
Alt du trenger å vite om Triac dimming for LED
Hvordan velge riktig LED-strømforsyning
DMX vs. DALI lysstyring: hvilken skal du velge?
Den ultimate guiden til 0-10V dimming
Spørsmål og svar
Oppsummering
PWM-dimming er en enkel og rimelig metode for å justere lysstyrken til LED-lys. PWM-dimming har ulike fordeler fremfor analog dimming, inkludert høyere energiøkonomi, mer presis kontroll og lengre levetid. Det presenterer imidlertid flere problemer, som mulig EMI og behovet for høyfrekvente svitsjekretser. Imidlertid er PWM-dimming en viktig teknikk for å regulere LED-lys, og fremtiden ser lovende ut.
LEDYi produserer høy kvalitet LED strips og LED neon flex. Alle våre produkter går gjennom høyteknologiske laboratorier for å sikre den beste kvaliteten. Dessuten tilbyr vi tilpassbare alternativer på våre LED-strips og neon flex. Så, for premium LED-stripe og LED neon flex, kontakt LEDYi SÅ FORT SOM MULIG!
