A iluminação LED é amplamente utilizada devido à sua eficácia, durabilidade e longa vida útil. Uma das coisas mais complicadas sobre a utilização de LEDs é controlar seu brilho. Aqui, o escurecimento PWM é relevante. controle de LEDs O escurecimento PWM é um método para regular o brilho do LED alterando a largura do pulso da corrente elétrica. O escurecimento PWM está se tornando cada vez mais popular como um método prático e eficaz de controlar as luzes LED.
O que é escurecimento PWM?
A capacidade do PWM de controlar uma variedade de dispositivos em cada campo da eletrônica é amplamente responsável por seu uso generalizado na indústria eletrônica moderna. Os sinais PWM são usados para escurecer LEDs, controlar motores e executar uma variedade de diferentes equipamentos elétricos. Portanto, qual é a funcionalidade da metodologia PWM?
PWM é um método para reduzir a potência média de entrega de um sinal elétrico. Além disso, o procedimento é concluído com a separação bem-sucedida do sinal em suas partes constituintes. Em termos de funcionalidade, a chave entre a carga e a fonte pode ser ligada e desligada rapidamente para regular a corrente e a tensão médias fornecidas à carga.
Ao variar a quantidade de tempo em que o sinal fica alto (ON) ou baixo (OFF), o PWM permite uma ampla faixa de brilho (OFF). Em contraste com o escurecimento analógico, que escurece os LEDs alterando a potência de saída, o sinal PWM pode estar LIGADO ou DESLIGADO a qualquer momento, o que significa que os LEDs receberão a tensão total ou nenhuma eletricidade (ou seja, fornecendo 10 V em vez de 12 V para alterar o brilho).
O que é Redução de Corrente Constante (CCR)?
A redução de corrente contínua técnica fornece um fluxo de corrente constante para o LED (CCR). Em contraste com o método PWM, no qual o estado do LED flutua entre ligado e desligado, o LED está constantemente ligado. No entanto, você pode controlar o brilho do LED ajustando ou alterando os níveis de corrente usando o CCR.
Vantagens do método de escurecimento CCR:
- Ideal para aplicações remotas que requerem fios longos e especificações EMI rigorosas.
- Os drivers CCR têm restrições de tensão de saída mais altas (60 V) do que os drivers PWM (24.8 V). Essas especificações se aplicam a drivers de Classe 2 com certificação UL para uso em ambientes úmidos e secos.
Desvantagens do método de escurecimento CCR:
- A geração de luz inconsistente dos LEDs em correntes muito baixas torna o método CCR inadequado para aplicações que requerem escurecimento abaixo de 10% do brilho máximo. Em conclusão, o desempenho do LED produzido por este método nos níveis atuais é inferior.
- A baixa corrente de condução leva a uma tonalidade inconsistente.
PWM como um sinal de escurecimento
Vamos expandir nossa compreensão atual da modulação por largura de pulso. Agora, o PWM deve ser reconhecido como um sinal.
Os sinais de modulação por largura de pulso consistem em sequências de pulsos em forma de onda quadrada (PWM). Existem picos e vales na forma de onda de cada sinal. O horário de ativação é quando a intensidade do sinal é alta, enquanto o horário de desativação é quando a intensidade do sinal é baixa.
Ciclo de trabalho
O ciclo de trabalho é quando o sinal pode permanecer alto no conceito de escurecimento. Portanto, o sinal tem um ciclo de trabalho de 100% se estiver sempre ligado. O tempo de ativação do sinal PWM pode ser ajustado. Quando o ciclo de trabalho PWM é definido como 50%, o sinal funciona 50% do tempo ligado e 50% desligado.
Frequência
A frequência do sinal de modulação por largura de pulso (PWM) é outro componente essencial. A frequência PWM determina a rapidez com que um período - a quantidade de tempo que leva para o sinal ligar e desligar - é concluído pelo sinal PWM.
PWM como saída do driver de LED
Quando o sinal PWM é convertido em uma tensão DC e usado como um Driver de LED saída, ocorre modulação por largura de pulso. O circuito de saída PWM corta as correntes do LED DC entre os estados ligado e desligado em alta frequência. Portanto, a cintilação que causa uma mudança na saída de luz do LED é invisível ao olho humano.
As pessoas freqüentemente confundem algumas coisas em relação às distinções entre saída PWM e sinal de escurecimento. Então vamos tomar nota de algumas coisas.
O mecanismo produz um sinal PWM como um sinal digital, o que o torna consistente no cabo regulável. Em contraste, o driver determina a corrente de saída detectando o ciclo de trabalho PWM.
Drivers de escurecimento PWM no mercado
Os drivers de escurecimento PWM estão se tornando cada vez mais cruciais para a iluminação LED. No entanto, é necessário saber que os drivers de escurecimento PWM podem ser realizados de duas maneiras diferentes, e vamos descobrir o que são.
Falso escurecimento PWM
O objetivo do método de atenuação falsa é converter as entradas PWM em um sinal de controle analógico. Um filtro resistor-capacitor (RC) reside dentro do driver.
O filtro RC converte o sinal PWM em uma tensão DC proporcional com base no ciclo de trabalho. O escurecimento PWM falso tem a vantagem de ser silencioso e não há ruído na saída porque a corrente do LED é contínua.
No entanto, este método é problemático, pois a precisão é ruim se o valor de pico do PWM estiver abaixo de 10V. Além disso, o valor do resistor-capacitor (RC) limita a frequência do sinal PWM.
Escurecimento PWM real
No escurecimento PWM real, as correntes do LED ligam e desligam na frequência e no ciclo de trabalho especificados. A presença do MCU ou microcontrolador no driver permite que o sinal PWM detecte tensões de pico. O escurecimento PWM real suporta um espectro mais amplo de frequências PWM.
Uma característica fundamental do escurecimento PWM é sua capacidade de manter o ponto branco da saída do LED. Além disso, é permitido um nível elevado de tensão de referência que exceda os erros de compensação.
O software de desenvolvimento do driver exige que os usuários escolham o modo de escurecimento PWM.
Alterando o ciclo de trabalho (brilho) com PWM
Enquanto a alimentação é ligada e desligada tão rapidamente utilizando a saída de modulação por largura de pulso, os LEDs não piscam. Duty Cycle é o termo usado para descrever a medição do brilho PWM.
O ciclo de trabalho é a proporção do tempo de execução do circuito em que ele está LIGADO. O ciclo de trabalho é expresso como uma porcentagem, com 100 por cento representando a condição mais brilhante possível (totalmente ligado) e porcentagens mais baixas resultando em saída de luz de LED ruim.
O sinal PWM tem um ciclo de trabalho de 50% se estiver ligado 50% do tempo e desligado 50% do tempo. O sinal aparece como uma onda quadrada e o brilho das luzes deve estar na média. Quando a porcentagem é maior que 50%, o sinal passa mais tempo no estado ON do que no estado OFF, e vice-versa quando o duty cycle é menor que 50%.
Modulação por largura de pulso (PWM) vs. escurecimento analógico de LEDs
Com o crescimento exponencial da iluminação LED no mercado, houve um aumento natural na demanda por drivers de LED altamente eficientes e regulados com precisão. Para preservar a estratégia de eficiência energética e a flexibilidade de uso final do design de LED, as luzes de rua “inteligentes”, lanternas e sinais digitais, entre outros usos, exigem correntes controladas com precisão e, em muitos casos, funcionalidade de escurecimento.
Escurecimento PWM
Com o escurecimento da modulação por largura de pulso (PWM), a corrente do LED é ligada e desligada momentaneamente. Para evitar um efeito de cintilação, a frequência de ligar/desligar deve ser mais rápida do que o olho humano pode perceber (geralmente acima de 100 Hz). O escurecimento PWM pode ser implementado através de uma variedade de métodos:
- Usando um sinal PWM para alterar a tensão diretamente.
- Por meio de um transistor de coletor aberto
- Por um microcontrolador.
A corrente média de um LED é igual à soma de sua corrente nominal total e seu ciclo de dimerização. O projetista também deve levar em consideração os atrasos no desligamento e na inicialização da saída do conversor, que impõem limitações na frequência de dimming do PWM e na faixa do ciclo de trabalho.
Escurecimento analógico
Ajustar o nível de corrente do LED é chamado de escurecimento analógico. O uso de uma tensão de controle CC externa ou escurecimento resistivo pode fazer isso. Apesar do escurecimento analógico agora permitir o ajuste de nível, a temperatura da cor pode mudar. O escurecimento analógico não é recomendado para aplicações em que a tonalidade do LED é essencial.
Vamos dar uma olhada nas principais diferenças entre PWM e escurecimento analógico
| Escurecimento PWM | Escurecimento analógico |
| O brilho é ajustado modulando a corrente de pico no driver | Brilho ajustado alterando o DC indo para o LED |
| Sem mudança de cor | Possível mudança de cor à medida que a corrente do LED muda |
| Possíveis problemas atuais de irrupção | Nenhuma corrente de irrupção para o dispositivo |
| Limitações de frequência e possíveis problemas de frequência | Sem preocupações de frequência |
| Mudança muito linear no brilho | A linearidade do brilho não é tão boa |
| Menor eficiência óptica para elétrica | Maior eficiência óptica para elétrica (> lúmens por watt consumido) |
Considerações de hardware para PWM
O escurecimento PWM requer certas considerações ao desenvolver o sistema (ou placa de PC).
Um driver normalmente é necessário com LEDs do tipo luz de fundo devido ao nível atual. Uma saída digital, como a de um microcontrolador, não pode ser usada para acioná-lo diretamente.
Um transistor do tipo FET (Field-Effect Transistor) de nível lógico simples é normalmente utilizado como um driver em várias aplicações. Um resistor no portão deve ser usado para comutar o FET para controlar a corrente do portão, e um resistor é necessário se a restrição de corrente for desejada. Certifique-se de procurar as tensões e correntes de condução de luz de fundo adequadas na folha de dados do LCD.
Um driver de LED do tipo comutação pode acionar a luz de fundo do LED em correntes mais altas e com mais eficiência. Esses drivers são mais complicados e um IC especializado geralmente lida com a função de comutação. A entrada PWM em vários ICs é projetada expressamente para aplicações de dimerização.
Se um microcontrolador estiver sendo usado, deve-se tomar cuidado para conectar a um pino de saída que suporte a saída PWM (temporizador/contador) se o PWM for usado como uma função de hardware.
PWM - Considerações sobre firmware/software
O escurecimento PWM exige considerações específicas de projeto do sistema (ou placa de PC).
Devido à alta corrente, os LEDs do tipo luz de fundo normalmente requerem um driver. As saídas digitais, como as de microcontroladores, não podem ser utilizadas para acioná-lo diretamente.
Normalmente, um transistor do tipo FET (Field-Effect Transistor) de nível lógico simples é usado como um driver em uma variedade de aplicações. Mudar o FET para regular a corrente do portão requer um resistor no portão, e um resistor é necessário se a limitação de corrente for desejada. Verifique a folha de dados do LCD para obter as tensões e correntes corretas de acionamento da luz de fundo.
Um driver de LED do tipo comutação pode conduzir a luz de fundo do LED de forma mais eficaz e com correntes maiores. Esses drivers são mais complexos e a função de comutação é frequentemente realizada por um IC especializado. As entradas PWM de vários ICs são desenvolvidas especificamente para aplicações de dimerização.
Se o PWM for utilizado como uma função de hardware, deve-se prestar atenção para conectar a um pino de saída que suporte a saída PWM (temporizador/contador) em um microcontrolador.
Funcionalidade e Aplicações PWM
Quando os períodos de ligar e desligar do interruptor são deslocados um em relação ao outro, a quantidade de eletricidade entregue à carga aumenta. Como esperado, este tipo de controle oferece muitas vantagens.
PWM emparelhado com rastreamento de ponto de potência máxima, ou MPPT, é uma das principais maneiras de reduzir a saída do painel solar para facilitar o uso de uma bateria.
O PWM, por outro lado, é ideal para alimentar equipamentos inerciais, como motores, porque essa comutação exclusiva tem menos efeito sobre eles. Devido à ligação linear entre o funcionamento dos LEDs e a tensão de entrada, isso também se aplica aos LEDs.
Além disso, a frequência de comutação do PWM não deve afetar a carga e a forma de onda resultante deve ser suave o suficiente para ser reconhecida pela carga.
Dependendo do dispositivo e sua função, a frequência de comutação da fonte de alimentação normalmente varia significativamente. Fogões elétricos, fontes de alimentação de computadores e amplificadores de áudio exigem velocidades de comutação na faixa de dezenas ou centenas de kilohertz.
Outra vantagem importante da adoção do PWM é a perda de energia incrivelmente baixa nos dispositivos de comutação. Quando um interruptor é desligado, nenhuma corrente flui através dele. Além disso, quando um interruptor está ligado e enviando eletricidade para sua carga, há uma queda de tensão insignificante nele.
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Perguntas Frequentes:
Resumo
O escurecimento PWM é um método simples e barato de ajustar o brilho das luzes LED. O escurecimento PWM tem várias vantagens sobre o escurecimento analógico, incluindo maior economia de energia, controle mais preciso e vida útil mais longa. No entanto, apresenta vários problemas, como possível EMI e a necessidade de circuitos de comutação de alta frequência. No entanto, o escurecimento PWM é uma técnica importante para regular as luzes LED e seu futuro parece promissor.
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