Светодиодное освещение широко используется из-за его эффективности, долговечности и длительного срока службы. Одна из самых сложных вещей в использовании светодиодов — управление их яркостью. Здесь актуально ШИМ-диммирование. управление светодиодами ШИМ-диммирование — это метод регулирования яркости светодиодов путем изменения ширины импульса электрического тока. ШИМ-управление яркостью становится все более и более популярным как практичный и эффективный метод управления светодиодными лампами.
Что такое ШИМ-диммирование?
Способность ШИМ управлять различными устройствами в каждой области электроники во многом объясняет его широкое использование в современной электронной промышленности. Сигналы PWM используются для затемнения светодиодов, управления двигателями и работы различного электрического оборудования. Следовательно, какова функциональность методологии ШИМ?
ШИМ это метод уменьшения средней подаваемой мощности электрического сигнала. Кроме того, процедура завершается успешным разделением сигнала на составные части. С точки зрения функциональности, переключатель между нагрузкой и источником можно быстро включать и выключать, чтобы регулировать средний ток и напряжение, подаваемые на нагрузку.
Изменяя время, в течение которого сигнал находится на высоком (ВКЛ) или низком (ВЫКЛ) уровне, ШИМ обеспечивает широкий диапазон яркости (ВЫКЛ). В отличие от аналогового диммирования, при котором светодиоды затемняются за счет изменения выходной мощности, сигнал ШИМ может быть либо включен, либо выключен в любой момент времени, что означает, что светодиоды либо получат полное напряжение, либо не будут получать электричество (т. е. подача 10 В вместо 12 В для изменить яркость).
Что такое постоянное снижение тока (CCR)?
Ассоциация постоянное снижение тока метод обеспечивает постоянный поток тока на светодиод (CCR). В отличие от метода ШИМ, при котором состояние светодиода колеблется между включенным и выключенным, светодиод горит постоянно. Тем не менее, вы можете управлять яркостью светодиода, регулируя или изменяя текущие уровни с помощью CCR.
Преимущества метода затемнения CCR:
- Идеально подходит для удаленных приложений, требующих большой длины проводов и строгих требований к электромагнитным помехам.
- Драйверы CCR имеют более высокие ограничения по выходному напряжению (60 В), чем драйверы PWM (24.8 В). Эти спецификации относятся к драйверам класса 2, сертифицированным UL для использования как во влажной, так и в сухой среде.
Недостатки метода затемнения CCR:
- Непостоянная генерация света светодиодами при очень малых токах делает метод CCR непригодным для приложений, требующих диммирования ниже 10% от максимальной яркости. В заключение, производительность светодиодов, производимых этим методом, на нынешних уровнях ниже среднего.
- Низкий управляющий ток приводит к непоследовательному оттенку.
ШИМ как диммирующий сигнал
Давайте расширим наше текущее понимание широтно-импульсной модуляции. Теперь ШИМ должен быть распознан как сигнал.
Сигналы широтно-импульсной модуляции состоят из последовательностей прямоугольных импульсов (ШИМ). В волновой форме каждого сигнала есть пики и впадины. Время включения — это когда уровень сигнала высок, а время выключения — когда уровень сигнала низок.
Рабочий цикл
Рабочий цикл - это когда сигнал может оставаться высоким в концепции диммирования. Следовательно, сигнал имеет 100% рабочий цикл, если он всегда включен. Время включения ШИМ-сигнала можно регулировать. Когда рабочий цикл ШИМ установлен на 50 %, сигнал работает 50 % времени во включенном состоянии и 50 % в выключенном состоянии.
частота
Еще одним важным компонентом является частота сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Частота ШИМ определяет, как быстро период (количество времени, необходимое для включения и выключения сигнала) завершается сигналом ШИМ.
ШИМ как выход светодиодного драйвера
Когда сигнал ШИМ преобразуется в напряжение постоянного тока и используется в качестве Светодиодный драйвер на выходе происходит широтно-импульсная модуляция. Выходная схема ШИМ отсекает постоянный ток светодиода между состояниями «включено» и «выключено» на высокой частоте. Следовательно, мерцание, вызывающее изменение светового потока светодиода, невидимо для человеческого глаза.
Люди часто путают несколько вещей, касающихся различий между выходом ШИМ и сигналом диммирования. Итак, давайте примем к сведению несколько вещей.
Механизм выдает ШИМ-сигнал в виде цифрового сигнала, что делает его согласованным с диммируемым кабелем. Напротив, драйвер определяет выходной ток, определяя рабочий цикл ШИМ.
ШИМ-драйверы затемнения на рынке
ШИМ-драйверы затемнения становятся все более важными для светодиодного освещения. Тем не менее, необходимо знать, что ШИМ-драйверы диммирования могут быть реализованы двумя разными способами, и давайте выясним, что они из себя представляют.
Фальшивое ШИМ затемнение
Целью метода искусственного диммирования является преобразование входных сигналов ШИМ в аналоговый управляющий сигнал. Резисторно-конденсаторный (RC) фильтр находится внутри драйвера.
RC-фильтр преобразует сигнал ШИМ в пропорциональное постоянное напряжение в зависимости от рабочего цикла. Преимущество фальшивого ШИМ-диммирования в том, что оно бесшумно, и на выходе нет шума, потому что ток светодиода непрерывен.
Тем не менее, этот метод проблематичен, так как точность невелика, если пиковое значение ШИМ ниже 10 В. Кроме того, номинал резистора-конденсатора (RC) ограничивает частоту ШИМ-сигнала.
Реальное затемнение ШИМ
При реальном ШИМ-регулировании токи светодиодов включаются и выключаются с заданной частотой и рабочим циклом. Наличие MCU или микроконтроллера в драйвере позволяет ШИМ-сигналу обнаруживать пиковые напряжения. Реальное затемнение ШИМ поддерживает более широкий спектр частот ШИМ.
Фундаментальной особенностью ШИМ-управления яркостью является его способность поддерживать точку белого на выходе светодиода. Кроме того, допускается повышенный уровень опорного напряжения, превышающий ошибки смещения.
Программное обеспечение для разработки драйверов требует от пользователей выбора режима затемнения ШИМ.
Изменение рабочего цикла (яркости) с помощью ШИМ
Когда питание включается и выключается так быстро, используя выход широтно-импульсной модуляции, светодиоды не мерцают. Рабочий цикл — это термин, используемый для описания измерения яркости ШИМ.
Рабочий цикл — это доля времени работы схемы, в течение которой она включена. Рабочий цикл выражается в процентах, при этом 100 процентов представляют максимально возможное яркое состояние (полностью включено), а более низкие проценты приводят к плохой светоотдаче светодиодов.
ШИМ-сигнал имеет рабочий цикл 50%, если он включен 50% времени и выключен 50% времени. Сигнал выглядит как прямоугольная волна, а яркость света должна быть примерно средней. Когда процент больше 50 %, сигнал находится в состоянии ON больше времени, чем в состоянии OFF, и наоборот, когда рабочий цикл меньше 50 %.
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и аналоговое затемнение светодиодов
С экспоненциальным ростом рынка светодиодного освещения, естественно, увеличился спрос на высокоэффективные и точно регулируемые светодиодные драйверы. Чтобы сохранить энергоэффективную стратегию и гибкость конечного использования светодиодной конструкции, «умные» уличные фонари, фонари и цифровые вывески, помимо прочего, требуют точного контроля тока и, во многих случаях, функции диммирования.
PWM Dimming
При затемнении с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) ток светодиода мгновенно включается и выключается. Чтобы предотвратить эффект мерцания, частота включения/выключения должна быть выше, чем может воспринимать человеческий глаз (обычно более 100 Гц). ШИМ-диммирование может быть реализовано различными способами:
- Использование ШИМ-сигнала для прямого изменения напряжения.
- С помощью транзистора с открытым коллектором
- С помощью микроконтроллера.
Средний ток светодиода равен сумме его полного номинального тока и рабочего цикла диммирования. Разработчик также должен учитывать задержки при выключении и запуске выхода преобразователя, которые налагают ограничения на частоту диммирования ШИМ и диапазон рабочих циклов.
Аналоговое затемнение
Регулировка уровня тока светодиода называется аналоговым диммированием. Этого можно добиться с помощью внешнего управляющего напряжения постоянного тока или резистивного диммирования. Несмотря на то, что аналоговое затемнение теперь позволяет регулировать уровень, цветовая температура может смещаться. Аналоговое затемнение не рекомендуется для приложений, где важен оттенок светодиода.
Давайте посмотрим на основные различия между ШИМ и аналоговым диммированием.
| PWM Dimming | Аналоговое затемнение |
| Яркость регулируется путем модуляции пикового тока драйвера. | Яркость регулируется изменением постоянного тока, идущего на светодиод |
| Нет смены цвета | Возможный сдвиг цвета при изменении тока светодиода |
| Возможные проблемы с пусковым током | Нет пускового тока на устройство |
| Ограничения по частоте и возможные проблемы с частотой | Нет проблем с частотой |
| Очень линейное изменение яркости | Линейность яркости не так хороша |
| Понизьте оптическую эффективность до электрической | Более высокая оптическая и электрическая эффективность (> люмен на потребляемый ватт) |
Аппаратные соображения для ШИМ
ШИМ-диммирование требует определенных соображений при разработке системы (или печатной платы).
Драйвер обычно необходим для светодиодов с подсветкой из-за уровня тока. Цифровой выход, такой как выход микроконтроллера, нельзя использовать для его прямого управления.
Транзистор с простым логическим уровнем FET (полевой транзистор) обычно используется в качестве драйвера в различных приложениях. Резистор на затворе должен использоваться для переключения полевого транзистора для управления током затвора, а резистор необходим, если требуется ограничение тока. Убедитесь, что вы нашли правильные напряжения и токи управления подсветкой в техническом описании ЖК-дисплея.
Драйвер светодиода импульсного типа может управлять светодиодной подсветкой при более высоких токах и более эффективно. Эти драйверы более сложны, и функция переключения часто выполняется специализированной ИС. Вход ШИМ на некоторых микросхемах предназначен специально для диммирования.
Если используется микроконтроллер, следует позаботиться о подключении к выходному контакту, поддерживающему вывод ШИМ (таймер/счетчик), если ШИМ используется в качестве аппаратной функции.
ШИМ — особенности прошивки/программного обеспечения
ШИМ-диммирование требует особых требований к конструкции системы (или печатной платы).
Поскольку для сильноточных светодиодов с подсветкой обычно требуется драйвер. Цифровые выходы, например, от микроконтроллеров, нельзя использовать для прямого управления им.
Как правило, транзистор типа FET (полевой транзистор) с простым логическим уровнем используется в качестве драйвера в различных приложениях. Для переключения полевого транзистора для регулирования тока затвора требуется резистор на затворе, а резистор требуется, если требуется ограничение тока. Проверьте технические характеристики ЖК-дисплея, чтобы узнать правильные напряжения и токи управления подсветкой.
Драйвер светодиода импульсного типа может управлять светодиодной подсветкой более эффективно и при больших токах. Эти драйверы более сложны, и функция переключения часто выполняется специализированной ИС. ШИМ-входы некоторых микросхем разработаны специально для диммирования.
Если ШИМ используется как аппаратная функция, следует уделить внимание подключению к выходному контакту, который поддерживает вывод ШИМ (таймер/счетчик) на микроконтроллере.
Функциональность и применение ШИМ
Когда периоды включения и выключения переключателя сдвинуты относительно друг друга, количество электроэнергии, подаваемой на нагрузку, увеличивается. Как и ожидалось, этот тип управления предлагает много преимуществ.
ШИМ в сочетании с отслеживанием точки максимальной мощности, или MPPT, является одним из основных способов снижения выходной мощности солнечной панели, чтобы облегчить ее использование батареей.
PWM, с другой стороны, идеально подходит для питания инерционного оборудования, такого как двигатели, потому что это уникальное переключение оказывает на них меньшее влияние. Из-за линейной связи между работой светодиодов и входным напряжением это также относится и к светодиодам.
Кроме того, частота переключения ШИМ не должна влиять на нагрузку, а результирующий сигнал должен быть достаточно плавным, чтобы нагрузка могла его распознать.
В зависимости от устройства и его функции частота переключения источника питания обычно значительно различается. Электрические плиты, компьютерные блоки питания и аудиоусилители требуют скорости переключения в диапазоне десятков или сотен килогерц.
Еще одним ключевым преимуществом использования ШИМ являются невероятно низкие потери мощности в коммутационных устройствах. Когда переключатель выключен, ток через него не течет. Кроме того, когда переключатель включен и подает электричество на свою нагрузку, на нем наблюдается незначительное падение напряжения.
Статьи по теме
Все, что вам нужно знать об управлении DMX512
Все, что вам нужно знать о симисторном диммере для светодиодов
Как затемнить светодиодные ленты
Как правильно выбрать источник питания для светодиодов
DMX против управления освещением DALI: что выбрать?
Полное руководство по диммированию 0–10 В
Часто задаваемые вопросы
Обзор
ШИМ-диммирование — это простой и недорогой метод регулировки яркости светодиодных ламп. ШИМ-диммирование имеет различные преимущества по сравнению с аналоговым диммированием, включая более высокую экономию энергии, более точное управление и более длительный срок службы. Однако это создает несколько проблем, таких как возможные электромагнитные помехи и необходимость в высокочастотных схемах переключения. Тем не менее, ШИМ-управление яркостью является важным методом регулирования светодиодного освещения, и его будущее кажется многообещающим.
LEDYi производит высококачественные Светодиодные ленты и светодиодные неоновые ленты. Все наши продукты проходят через высокотехнологичные лаборатории, чтобы гарантировать высочайшее качество. Кроме того, мы предлагаем настраиваемые параметры наших светодиодных лент и неоновых лент. Итак, для светодиодной ленты премиум-класса и светодиодной неоновой ленты, связаться с LEDYi Как можно скорее!
