Oświetlenie LED jest szeroko stosowane ze względu na swoją skuteczność, trwałość i długą żywotność. Jedną z najtrudniejszych rzeczy związanych z wykorzystaniem diod LED jest kontrolowanie ich jasności. Tutaj istotne jest ściemnianie PWM. sterowanie diodami LED Ściemnianie PWM to metoda regulacji jasności diod LED poprzez zmianę szerokości impulsu prądu elektrycznego. Ściemnianie PWM staje się coraz bardziej popularne jako praktyczna i efektywna metoda sterowania oświetleniem LED.
Co to jest ściemnianie PWM?
Zdolność PWM do sterowania różnymi urządzeniami w każdej dziedzinie elektroniki jest w dużej mierze odpowiedzialna za jego szerokie zastosowanie we współczesnym przemyśle elektronicznym. Sygnały PWM służą do przyciemniania diod LED, sterowania silnikami i uruchamiania asortymentu różnych urządzeń elektrycznych. Jaka jest zatem funkcjonalność metodologii PWM?
PWM jest metodą zmniejszania średniej dostarczanej mocy sygnału elektrycznego. Ponadto procedura kończy się pomyślnym rozdzieleniem sygnału na części składowe. Funkcjonalnie przełącznik między obciążeniem a źródłem może być szybko włączany i wyłączany w celu regulacji średniego prądu i napięcia dostarczanego do obciążenia.
Zmieniając czas, w którym sygnał jest wysoki (ON) lub niski (OFF), PWM pozwala na szeroki zakres jasności (OFF). W przeciwieństwie do ściemniania analogowego, które przyciemnia diody LED poprzez zmianę mocy wyjściowej, sygnał PWM może być włączony lub wyłączony w dowolnym momencie, co oznacza, że diody LED albo otrzymają pełne napięcie, albo nie otrzymają prądu (tj. zmienić jasność).
Co to jest stała redukcja prądu (CCR)?
Połączenia ciągła redukcja prądu zapewnia stały przepływ prądu do diody LED (CCR). W przeciwieństwie do metody PWM, w której stan diody LED zmienia się między włączeniem a wyłączeniem, dioda LED jest stale włączona. Możesz jednak kontrolować jasność diody LED, dostosowując lub zmieniając poziomy prądu za pomocą CCR.
Zalety metody ściemniania CCR:
- Idealny do zdalnych aplikacji, które wymagają długich przewodów i rygorystycznych specyfikacji EMI.
- Sterowniki CCR mają wyższe ograniczenia napięcia wyjściowego (60 V) niż sterowniki PWM (24.8 V). Te specyfikacje dotyczą sterowników klasy 2, które posiadają certyfikat UL do użytku zarówno w wilgotnym, jak i suchym środowisku.
Wady metody ściemniania CCR:
- Niespójne generowanie światła przez diody LED przy bardzo niskich prądach powoduje, że metoda CCR jest nieodpowiednia do zastosowań wymagających ściemniania poniżej 10% maksymalnej jasności. Podsumowując, wydajność diod LED uzyskanych tą metodą na obecnych poziomach jest poniżej normy.
- Niski prąd sterujący prowadzi do niespójnego odcienia.
PWM jako sygnał ściemniania
Rozwińmy nasze obecne rozumienie modulacji szerokości impulsu. Teraz PWM musi zostać rozpoznany jako sygnał.
Sygnały modulacji szerokości impulsu składają się z sekwencji impulsów o kształcie fali prostokątnej (PWM). W przebiegu każdego sygnału występują szczyty i doliny. Czas włączenia występuje, gdy siła sygnału jest wysoka, natomiast czas wyłączenia występuje, gdy siła sygnału jest niska.
Cykl pracy
Cykl pracy ma miejsce, gdy sygnał może pozostać wysoki w koncepcji ściemniania. W związku z tym sygnał ma cykl pracy 100%, jeśli jest zawsze włączony. Czas włączenia sygnału PWM można regulować. Gdy cykl pracy PWM jest ustawiony na 50%, sygnał działa przez 50% czasu i przez 50% jest wyłączony.
Częstotliwość
Częstotliwość sygnału modulacji szerokości impulsu (PWM) jest kolejnym istotnym elementem. Częstotliwość PWM określa, jak szybko okres — czas potrzebny do włączenia i wyłączenia sygnału — jest zakończony przez sygnał PWM.
PWM jako wyjście sterownika LED
Gdy sygnał PWM jest konwertowany na napięcie prądu stałego i używany jako Sterownik LED wyjście, następuje modulacja szerokości impulsu. Obwód wyjściowy PWM odcina prądy DC LED między stanem włączenia i wyłączenia z wysoką częstotliwością. Dlatego migotanie, które powoduje zmianę strumienia świetlnego LED, jest niewidoczne dla ludzkiego oka.
Ludzie często mylą kilka rzeczy dotyczących różnic między wyjściem PWM a sygnałem ściemniania. Zwróćmy więc uwagę na kilka rzeczy.
Mechanizm wytwarza sygnał PWM jako sygnał cyfrowy, co sprawia, że jest on spójny na ściemnialnym kablu. Natomiast sterownik określa prąd wyjściowy wykrywając cykl pracy PWM.
Sterowniki ściemniania PWM na rynku
Sterowniki ściemniania PWM stają się coraz ważniejsze dla oświetlenia LED. Niemniej jednak należy wiedzieć, że sterowniki ściemniania PWM mogą być realizowane na dwa różne sposoby i dowiedzmy się, czym one są.
Fałszywe ściemnianie PWM
Celem metody fałszywego ściemniania jest konwersja wejść PWM na analogowy sygnał sterujący. W sterowniku znajduje się filtr rezystorowo-kondensatorowy (RC).
Filtr RC przetwarza sygnał PWM na proporcjonalne napięcie prądu stałego w oparciu o cykl pracy. Fałszywe ściemnianie PWM ma tę zaletę, że jest bezgłośne i nie ma szumów na wyjściu, ponieważ prąd LED jest ciągły.
Niemniej jednak ta metoda jest problematyczna, ponieważ precyzja jest słaba, jeśli wartość szczytowa PWM jest mniejsza niż 10 V. Ponadto wartość rezystora-kondensatora (RC) ogranicza częstotliwość sygnału PWM.
Prawdziwe ściemnianie PWM
W prawdziwym ściemnianiu PWM prądy LED włączają się i wyłączają z określoną częstotliwością i cyklem pracy. Obecność MCU lub mikrokontrolera w sterowniku umożliwia sygnałowi PWM wykrywanie napięć szczytowych. Prawdziwe ściemnianie PWM obsługuje szersze spektrum częstotliwości PWM.
Podstawową cechą ściemniania PWM jest jego zdolność do utrzymania punktu bieli wyjścia LED. Ponadto dozwolony jest podwyższony poziom napięcia odniesienia przekraczający błędy przesunięcia.
Oprogramowanie do tworzenia sterowników wymaga od użytkowników wybrania trybu ściemniania PWM.
Zmiana cyklu pracy (jasności) za pomocą PWM
Gdy zasilanie jest włączane i wyłączane tak szybko z wykorzystaniem wyjścia modulacji szerokości impulsu, diody LED nie migoczą. Cykl pracy to termin używany do opisania pomiaru jasności PWM.
Cykl pracy to część czasu pracy obwodu, w którym jest on włączony. Cykl pracy jest wyrażony w procentach, przy czym 100 procent oznacza najjaśniejszy możliwy stan (całkowite WŁĄCZENIE), a niższe wartości procentowe skutkują słabą mocą światła LED.
Sygnał PWM ma 50% cykl pracy, jeśli jest włączony przez 50% czasu i wyłączony przez 50% czasu. Sygnał pojawia się jako fala prostokątna, a jasność świateł powinna być mniej więcej średnia. Gdy wartość procentowa jest większa niż 50%, sygnał spędza więcej czasu w stanie WŁĄCZONYM niż w stanie WYŁĄCZONYM i odwrotnie, gdy cykl pracy jest mniejszy niż 50%.
Modulacja szerokości impulsu (PWM) a analogowe ściemnianie diod LED
Wraz z gwałtownym rozwojem oświetlenia LED na rynku nastąpił naturalny wzrost zapotrzebowania na wysoce wydajne i precyzyjnie regulowane sterowniki LED. Aby zachować strategię energooszczędności i elastyczność zastosowań końcowych konstrukcji LED, „inteligentne” oświetlenie uliczne, latarki i znaki cyfrowe wymagają, między innymi, precyzyjnie kontrolowanych prądów i, w wielu przypadkach, funkcji ściemniania.
Ściemnianie PWM
Przy ściemnianiu z modulacją szerokości impulsu (PWM) prąd diody LED jest chwilowo włączany i wyłączany. Aby zapobiec efektowi migotania, częstotliwość włączania/wyłączania musi być większa niż to, co ludzkie oko może dostrzec (zwykle ponad 100 Hz). Ściemnianie PWM można realizować na różne sposoby:
- Używanie sygnału PWM do bezpośredniej zmiany napięcia.
- Za pomocą tranzystora z otwartym kolektorem
- Przez mikrokontroler.
Średni prąd diody LED jest równy sumie jej całkowitego prądu znamionowego i cyklu pracy ściemniania. Projektant musi również wziąć pod uwagę opóźnienia w wyłączaniu i uruchamianiu wyjścia przekształtnika, które nakładają ograniczenia na częstotliwość ściemniania PWM i zakres wypełnienia.
Ściemnianie analogowe
Regulacja poziomu prądu diody LED nazywana jest ściemnianiem analogowym. Można to osiągnąć za pomocą zewnętrznego napięcia sterującego DC lub ściemniania rezystancyjnego. Pomimo faktu, że analogowe ściemnianie umożliwia teraz regulację poziomu, temperatura barwowa może się zmieniać. Przyciemnianie analogowe nie jest zalecane w zastosowaniach, w których istotny jest odcień diody LED.
Rzućmy okiem na podstawowe różnice między ściemnianiem PWM i analogowym
| Ściemnianie PWM | Ściemnianie analogowe |
| Jasność jest regulowana poprzez modulację prądu szczytowego w sterowniku | Jasność regulowana poprzez zmianę prądu stałego przechodzącego na diodę LED |
| Brak zmiany koloru | Możliwe przesunięcie koloru w miarę zmian prądu diody LED |
| Możliwe bieżące problemy z rozruchem | Brak prądu rozruchowego do urządzenia |
| Ograniczenia częstotliwości i możliwe problemy z częstotliwością | Brak obaw o częstotliwość |
| Bardzo liniowa zmiana jasności | Liniowość jasności nie jest tak dobra |
| Niższa sprawność optyczna do elektrycznej | Wyższa sprawność optyczna w stosunku do elektrycznej (> lumenów na zużyty wat) |
Zagadnienia sprzętowe dla PWM
Ściemnianie PWM wymaga pewnych uwag podczas opracowywania systemu (lub płyty PC).
Sterownik jest zwykle niezbędny w przypadku diod LED typu podświetlenia ze względu na poziom prądu. Wyjście cyfrowe, takie jak z mikrokontrolera, nie może być użyte do jego bezpośredniego sterowania.
Tranzystor typu FET (tranzystor polowy) o prostym poziomie logicznym jest zwykle wykorzystywany jako sterownik w różnych zastosowaniach. Rezystor na bramce musi być użyty do przełączania FET w celu sterowania prądem bramki, a rezystor jest niezbędny, jeśli pożądane jest ograniczenie prądu. Upewnij się, że sprawdziłeś odpowiednie napięcia i prądy sterujące podświetleniem w arkuszu danych LCD.
Sterownik LED typu przełączającego może sterować podświetleniem LED przy wyższych prądach i wydajniej. Sterowniki te są bardziej skomplikowane, a funkcję przełączania często obsługuje specjalistyczny układ scalony. Wejście PWM na kilku układach scalonych jest przeznaczone specjalnie do zastosowań związanych ze ściemnianiem.
Jeśli używany jest mikrokontroler, należy zwrócić uwagę na podłączenie do styku wyjściowego, który obsługuje wyjście PWM (timer/counter), jeśli PWM jest używany jako funkcja sprzętowa.
PWM — uwagi dotyczące oprogramowania układowego/oprogramowania
Ściemnianie PWM wymaga szczególnej uwagi przy projektowaniu systemu (lub płytki drukowanej).
Ze względu na wysoki prąd, diody LED typu podświetlenia zwykle wymagają sterownika. Wyjść cyfrowych, takich jak te z mikrokontrolerów, nie można wykorzystać do jego bezpośredniego sterowania.
Zazwyczaj prosty tranzystor typu FET (tranzystor polowy) na poziomie logicznym jest używany jako sterownik w różnych zastosowaniach. Przełączanie FET w celu regulacji prądu bramki wymaga rezystora na bramce, a rezystor jest wymagany, jeśli pożądane jest ograniczenie prądu. Sprawdź arkusz danych LCD pod kątem prawidłowych napięć i prądów sterujących podświetleniem.
Sterownik LED typu przełączającego może skuteczniej sterować podświetleniem LED i przy większych prądach. Te sterowniki są bardziej złożone, a funkcja przełączania jest często obsługiwana przez wyspecjalizowany układ scalony. Wejścia PWM kilku układów scalonych zostały opracowane specjalnie do zastosowań związanych ze ściemnianiem.
Jeśli PWM jest wykorzystywane jako funkcja sprzętowa, należy zwrócić uwagę na podłączenie do styku wyjściowego, który obsługuje wyjście PWM (timer/counter) w mikrokontrolerze.
Funkcjonalność i aplikacje PWM
Kiedy okresy włączenia i wyłączenia przełącznika są przesunięte względem siebie, ilość energii elektrycznej dostarczanej do obciążenia wzrasta. Zgodnie z oczekiwaniami, ten rodzaj sterowania oferuje wiele zalet.
PWM w połączeniu ze śledzeniem punktu maksymalnej mocy lub MPPT to jeden z głównych sposobów zmniejszenia mocy wyjściowej panelu słonecznego, aby ułatwić korzystanie z baterii.
Z drugiej strony PWM jest idealny do zasilania urządzeń bezwładnościowych, takich jak silniki, ponieważ to unikalne przełączanie ma na nie mniejszy wpływ. Ze względu na liniowy związek między działaniem diod LED a napięciem wejściowym dotyczy to również diod LED.
Ponadto częstotliwość przełączania PWM nie może mieć wpływu na obciążenie, a wynikowy przebieg musi być wystarczająco gładki, aby obciążenie było rozpoznawane.
W zależności od urządzenia i jego funkcji częstotliwość przełączania zasilacza zazwyczaj znacznie się różni. Zakresy elektryczne, zasilacze komputerowe i wzmacniacze audio wymagają szybkości przełączania w zakresie dziesiątek lub setek kiloherców.
Kolejną kluczową zaletą zastosowania PWM jest niewiarygodnie niska utrata mocy w urządzeniach przełączających. Gdy przełącznik jest wyłączony, nie płynie przez niego prąd. Ponadto, gdy przełącznik jest włączony i wysyła energię elektryczną do swojego obciążenia, występuje na nim pomijalny spadek napięcia.
Powiązane artykuły
Wszystko, co musisz wiedzieć o sterowaniu DMX512
Wszystko, co musisz wiedzieć o ściemnianiu triakiem dla diod LED
Jak przyciemnić oświetlenie taśm LED
Jak wybrać odpowiedni zasilacz LED?
Sterowanie oświetleniem DMX a DALI: które wybrać?
Kompletny przewodnik po ściemnianiu 0-10 V
Najczęściej zadawane pytania
Podsumowanie
Ściemnianie PWM to prosta i niedroga metoda regulacji jasności świateł LED. Ściemnianie PWM ma wiele zalet w porównaniu ze ściemnianiem analogowym, w tym większą oszczędność energii, dokładniejszą kontrolę i dłuższą żywotność. Wiąże się to jednak z kilkoma problemami, takimi jak możliwe zakłócenia elektromagnetyczne i potrzeba stosowania obwodów przełączających o wysokiej częstotliwości. Jednak ściemnianie PWM jest ważną techniką regulacji oświetlenia LED, a jego przyszłość wydaje się obiecująca.
LEDYi produkuje wysokiej jakości Taśmy LED i taśma neonowa LED. Wszystkie nasze produkty przechodzą przez zaawansowane technologicznie laboratoria, aby zapewnić najwyższą jakość. Poza tym oferujemy konfigurowalne opcje na naszych taśmach LED i taśmach neonowych. Tak więc, w przypadku taśmy LED premium i taśmy LED neonowej, skontaktuj się z LEDYi JAK NAJSZYBCIEJ!
