LED osvetlenie je široko používané pre svoju účinnosť, odolnosť a dlhú životnosť. Jednou z najzložitejších vecí pri používaní LED je ovládanie ich jasu. Tu je relevantné stmievanie PWM. ovládanie LED PWM stmievanie je metóda na reguláciu jasu LED zmenou šírky impulzu elektrického prúdu. PWM stmievanie sa stáva čoraz obľúbenejším ako praktický a efektívny spôsob ovládania LED svetiel.
Čo je PWM stmievanie?
Schopnosť PWM ovládať rôzne zariadenia v každej oblasti elektroniky je do značnej miery zodpovedná za jej široké využitie v modernom elektronickom priemysle. Signály PWM sa používajú na stlmenie LED diód, ovládanie motorov a spustenie sortimentu rôznych elektrických zariadení. Aká je teda funkčnosť metodiky PWM?
PWM je spôsob zníženia priemerného dodávatelného výkonu elektrického signálu. Okrem toho je postup ukončený úspešným rozdelením signálu na jednotlivé časti. Pokiaľ ide o funkčnosť, prepínač medzi záťažou a zdrojom je možné rýchlo zapínať a vypínať, aby sa reguloval priemerný prúd a napätie dodávané do záťaže.
Zmenou doby, po ktorú je signál vysoký (ON) alebo nízky (OFF), umožňuje PWM široký rozsah jasu (OFF). Na rozdiel od analógového stmievania, ktoré stmieva LED diódy zmenou výstupného výkonu, signál PWM môže byť kedykoľvek zapnutý alebo vypnutý, čo znamená, že LED diódy získajú buď plné napätie, alebo žiadnu elektrinu (tj poskytujú 10 V namiesto 12 V do zmeniť jas).
Čo je konštantná redukcia prúdu (CCR)?
trvalé znižovanie prúdu Táto technika poskytuje stály tok prúdu do LED (CCR). Na rozdiel od metódy PWM, pri ktorej stav LED kolíše medzi zapnutým a vypnutým, LED neustále svieti. Napriek tomu môžete ovládať jas LED nastavením alebo zmenou úrovne prúdu pomocou CCR.
Výhody metódy stmievania CCR:
- Ideálne pre vzdialené aplikácie, ktoré vyžadujú dlhé vodiče a prísne špecifikácie EMI.
- Ovládače CCR majú vyššie obmedzenia výstupného napätia (60 V) ako ovládače PWM (24.8 V). Tieto špecifikácie sa vzťahujú na ovládače triedy 2, ktoré majú certifikáciu UL na použitie vo vlhkom aj suchom prostredí.
Nevýhody metódy stmievania CCR:
- Nekonzistentné generovanie svetla LED pri veľmi nízkych prúdoch spôsobuje, že metóda CCR nie je vhodná pre aplikácie vyžadujúce stmievanie pod 10 % maximálneho jasu. Na záver, výkon LED produkovaný touto metódou na týchto súčasných úrovniach je podpriemerný.
- Nízky hnací prúd vedie k nekonzistentnému odtieňu.
PWM ako stmievací signál
Rozšírme naše súčasné chápanie modulácie šírky impulzu. Teraz musí byť PWM rozpoznaný ako signál.
Signály modulácie šírky impulzu pozostávajú zo sekvencií impulzov v tvare štvorcovej vlny (PWM). V priebehu každého signálu sú vrcholy a údolia. Čas zapnutia je, keď je sila signálu vysoká, zatiaľ čo čas vypnutia je, keď je sila signálu nízka.
Duty Cycle
Pracovný cyklus je, keď signál môže zostať vysoký v koncepte stmievania. Signál má teda 100% pracovný cyklus, ak je vždy zapnutý. Čas zapnutia PWM signálu je možné upraviť. Keď je pracovný cyklus PWM nastavený na 50 %, signál beží 50 % času zapnutý a 50 % vypnutý.
Frekvencia
Frekvencia signálu modulácie šírky impulzov (PWM) je ďalšou podstatnou zložkou. Frekvencia PWM určuje, ako rýchlo sa perióda – čas potrebný na zapnutie a vypnutie signálu – dokončí signálom PWM.
PWM ako výstup ovládača LED
Keď sa PWM signál prevedie na jednosmerné napätie a použije sa ako an LED ovládač výstup, dôjde k modulácii šírky impulzu. Výstupný obvod PWM znižuje jednosmerné prúdy LED medzi zapnutým a vypnutým stavom pri vysokej frekvencii. Preto je blikanie, ktoré spôsobuje posun vo výstupe svetla LED, pre ľudské oko neviditeľné.
Ľudia si často mýlia niekoľko vecí týkajúcich sa rozdielov medzi výstupom PWM a signálom stmievania. Všimnime si teda niekoľko vecí.
Mechanizmus vytvára signál PWM ako digitálny signál, vďaka čomu je konzistentný na stmievateľnom kábli. Naproti tomu ovládač určuje výstupný prúd detekciou pracovného cyklu PWM.
Ovládače stmievania PWM na trhu
Ovládače stmievania PWM sú pre LED osvetlenie čoraz dôležitejšie. Napriek tomu je potrebné vedieť, že ovládače stmievania PWM môžu byť realizované dvoma rôznymi spôsobmi a poďme zistiť, ktoré to sú.
Falošné stmievanie PWM
Účelom metódy falošného stmievania je konvertovať vstupy PWM na analógový riadiaci signál. V ovládači sa nachádza rezistorovo-kapacitný (RC) filter.
RC filter prevádza PWM signál na proporcionálne jednosmerné napätie na základe pracovného cyklu. Falošné stmievanie PWM má tú výhodu, že je nehlučné a na výstupe nie je žiadny šum, pretože prúd LED je nepretržitý.
Napriek tomu je táto metóda problematická, pretože presnosť je nízka, ak je špičková hodnota PWM pod 10 V. Okrem toho hodnota odporu-kondenzátora (RC) obmedzuje frekvenciu signálu PWM.
Skutočné stmievanie PWM
Pri skutočnom stmievaní PWM sa prúdy LED zapínajú a vypínajú pri špecifikovanej frekvencii a pracovnom cykle. Prítomnosť MCU alebo mikrokontroléra v ovládači umožňuje signálu PWM detekovať špičkové napätie. Skutočné stmievanie PWM podporuje širšie spektrum frekvencií PWM.
Základnou vlastnosťou PWM stmievania je jeho schopnosť zachovať biely bod LED výstupu. Okrem toho je povolená zvýšená úroveň referenčného napätia prekračujúca chyby posunu.
Softvér na vývoj ovládača vyžaduje, aby používatelia vybrali režim stmievania PWM.
Zmena pracovného cyklu (jasu) pomocou PWM
Zatiaľ čo sa napájanie zapína a vypína tak rýchlo pomocou výstupu modulácie šírky impulzov, LED diódy neblikajú. Pracovný cyklus je termín používaný na opis merania jasu PWM.
Pracovný cyklus je podiel doby chodu obvodu, počas ktorého je zapnutý. Pracovný cyklus je vyjadrený v percentách, pričom 100 percent predstavuje najjasnejší možný stav (úplne zapnuté) a nižšie percentá vedú k slabému svetelnému výkonu LED.
Signál PWM má 50 % pracovný cyklus, ak je zapnutý 50 % času a vypnutý 50 % času. Signál sa javí ako štvorcová vlna a jas svetiel by mal byť približne priemerný. Keď je percento väčšie ako 50 %, signál strávi viac času v stave ON ako v stave OFF a naopak, keď je pracovný cyklus menší ako 50 %.
Pulse Width Modulation (PWM) vs. analógové stmievanie LED diód
S exponenciálnym rastom LED osvetlenia na trhu došlo k prirodzenému nárastu dopytu po vysoko účinných a presne regulovaných LED ovládačoch. Aby sa zachovala energeticky efektívna stratégia a flexibilita konečného použitia dizajnu LED, „inteligentné“ pouličné svetlá, baterky a digitálne značky, okrem iného, vyžadujú presne regulované prúdy a v mnohých prípadoch aj funkciu stmievania.
PWM stmievanie
Pri stmievaní pulznej šírkovej modulácie (PWM) sa prúd LED na chvíľu zapne a vypne. Aby sa predišlo efektu blikania, frekvencia zapnutia/vypnutia musí byť rýchlejšia, ako dokáže vnímať ľudské oko (zvyčajne nad 100 Hz). PWM stmievanie môže byť implementované rôznymi spôsobmi:
- Použitie signálu PWM na priamu zmenu napätia.
- Prostredníctvom tranzistora s otvoreným kolektorom
- Pomocou mikrokontroléra.
Priemerný prúd LED sa rovná súčtu jej celkového nominálneho prúdu a jej pracovného cyklu stmievania. Projektant musí brať do úvahy aj oneskorenia pri vypínaní a spúšťaní výstupu meniča, ktoré obmedzujú frekvenciu stmievania PWM a rozsah pracovného cyklu.
Analógové stmievanie
Úprava úrovne prúdu LED sa označuje ako analógové stmievanie. Pomocou externého jednosmerného riadiaceho napätia alebo odporového stmievania sa to dá dosiahnuť. Napriek tomu, že analógové stmievanie teraz umožňuje nastavenie úrovne, teplota farieb sa môže posunúť. Analógové stmievanie sa neodporúča pre aplikácie, kde je dôležitý odtieň LED.
Poďme sa pozrieť na hlavné rozdiely medzi PWM a analógovým stmievaním
| PWM stmievanie | Analógové stmievanie |
| Jas sa upravuje moduláciou špičkového prúdu v budiči | Jas sa nastavuje zmenou DC prechodu na LED |
| Žiadny farebný posun | Možný farebný posun pri zmene prúdu LED |
| Možné problémy s prúdom | Žiadny nárazový prúd do zariadenia |
| Frekvenčné obmedzenia a možné problémy s frekvenciou | Žiadne obavy z frekvencie |
| Veľmi lineárna zmena jasu | Linearita jasu nie je taká dobrá |
| Nižšia optická voči elektrickej účinnosti | Vyššia optická voči elektrickej účinnosti (> lúmeny na spotrebovaný watt) |
Hardvérové úvahy pre PWM
PWM stmievanie vyžaduje určité úvahy pri vývoji systému (alebo dosky PC).
Ovládač je zvyčajne potrebný pri LED podsvietenia kvôli aktuálnej úrovni. Digitálny výstup, ako napríklad výstup z mikrokontroléra, nemožno použiť na jeho priame ovládanie.
Tranzistor typu FET (Field-Effect Transistor) s priamou logickou úrovňou sa zvyčajne používa ako budič v rôznych aplikáciách. Rezistor na hradle sa musí použiť na spínanie FET na riadenie prúdu hradla a odpor je potrebný, ak je požadované obmedzenie prúdu. Uistite sa, že ste na údajovom liste LCD vyhľadali správne napätie a prúdy podsvietenia.
Spínaný ovládač LED môže riadiť podsvietenie LED pri vyšších prúdoch a efektívnejšie. Tieto ovládače sú komplikovanejšie a funkciu prepínania často zvláda špecializovaný integrovaný obvod. Vstup PWM na niekoľkých integrovaných obvodoch je navrhnutý špeciálne pre aplikácie stmievania.
Ak sa používa mikrokontrolér, je potrebné dbať na pripojenie k výstupnému kolíku, ktorý podporuje výstup PWM (časovač/počítadlo), ak sa PWM používa ako hardvérová funkcia.
PWM – otázky týkajúce sa firmvéru/softvéru
PWM stmievanie si vyžaduje konkrétne úvahy pri návrhu systému (alebo dosky PC).
Pretože pre vysoký prúd LED diódy s podsvietením zvyčajne vyžadujú ovládač. Digitálne výstupy, ako napríklad výstupy z mikrokontrolérov, nie je možné použiť na jeho priame riadenie.
Tranzistor typu FET (Field-Effect Transistor) s jednoduchou logickou úrovňou sa zvyčajne používa ako ovládač v rôznych aplikáciách. Prepnutie FET na reguláciu prúdu hradla vyžaduje odpor na hradle a odpor je potrebný, ak sa požaduje obmedzenie prúdu. Správne napájacie napätia a prúdy podsvietenia nájdete v údajovom liste LCD.
Spínaný LED ovládač môže riadiť podsvietenie LED efektívnejšie a pri vyšších prúdoch. Tieto ovládače sú zložitejšie a funkciu prepínania často vykonáva špecializovaný integrovaný obvod. Vstupy PWM niekoľkých integrovaných obvodov sú vyvinuté špeciálne pre aplikácie stmievania.
Ak sa PWM používa ako hardvérová funkcia, je potrebné venovať pozornosť pripojeniu k výstupnému kolíku, ktorý podporuje výstup PWM (časovač/počítadlo) na mikrokontroléri.
Funkcie a aplikácie PWM
Keď sa periódy zapnutia a vypnutia spínača navzájom posunú, množstvo elektriny dodávanej do záťaže stúpa. Ako sa dalo očakávať, tento typ ovládania ponúka mnoho výhod.
PWM spárované so sledovaním bodu maximálneho výkonu alebo MPPT je jedným z hlavných spôsobov zníženia výkonu solárnych panelov, aby sa uľahčilo používanie batérie.
PWM je na druhej strane ideálne na napájanie zotrvačných zariadení, ako sú motory, pretože toto jedinečné spínanie má na ne menší vplyv. Vzhľadom na lineárne prepojenie medzi fungovaním LED a vstupným napätím to platí aj pre LED.
Okrem toho spínacia frekvencia PWM nesmie mať žiadny vplyv na záťaž a výsledný tvar vlny musí byť dostatočne hladký, aby ho záťaž rozpoznala.
V závislosti od zariadenia a jeho funkcie sa frekvencia spínania napájacieho zdroja zvyčajne výrazne líši. Elektrické rozsahy, počítačové napájacie zdroje a audio zosilňovače vyžadujú spínacie rýchlosti v rozsahu desiatok alebo stoviek kilohertzov.
Ďalšou kľúčovou výhodou PWM je neuveriteľne nízka strata energie v spínacích zariadeniach. Keď je vypínač vypnutý, nepreteká ním žiadny prúd. Navyše, keď je spínač zapnutý a posiela elektrinu do svojej záťaže, dochádza na ňom k zanedbateľnému poklesu napätia.
súvisiace články
Všetko, čo potrebujete vedieť o ovládaní DMX512
Všetko, čo potrebujete vedieť o Triac Dimming pre LED
Ako si vybrať správny LED zdroj
Ovládanie osvetlenia DMX vs. DALI: Ktoré si vybrať?
Najlepší sprievodca stmievaním 0-10V
Často kladené otázky
zhrnutie
PWM stmievanie je jednoduchý a lacný spôsob nastavenia jasu LED svetiel. PWM stmievanie má v porovnaní s analógovým stmievaním rôzne výhody, vrátane vyššej spotreby energie, presnejšieho ovládania a dlhšej životnosti. Predstavuje však niekoľko problémov, ako je možné EMI a potreba vysokofrekvenčných spínacích obvodov. PWM stmievanie je však dôležitou technikou na reguláciu LED svetiel a jej budúcnosť sa zdá byť sľubná.
LEDYi vyrába vysoko kvalitné LED pásiky a LED neónový flex. Všetky naše produkty prechádzajú špičkovými laboratóriami, aby bola zabezpečená maximálna kvalita. Okrem toho ponúkame prispôsobiteľné možnosti na našich LED pásikoch a neónových ohyboch. Takže pre prémiový LED pásik a LED neónový flex, kontaktujte LEDYi ASAP!
