LED razsvetljava je zelo razširjena zaradi svoje učinkovitosti, vzdržljivosti in dolge življenjske dobe. Ena najtežjih stvari pri uporabi LED je nadzor njihove svetlosti. Tukaj je pomembno zatemnitev PWM. nadzor LED diod PWM zatemnitev je metoda za uravnavanje svetlosti LED s spreminjanjem širine impulza električnega toka. Zatemnitev PWM postaja vse bolj priljubljena kot praktična in učinkovita metoda za nadzor LED luči.
Kaj je PWM zatemnitev?
Sposobnost PWM za krmiljenje različnih naprav na vsakem področju elektronike je v veliki meri odgovorna za njegovo široko uporabo v sodobni elektronski industriji. Signali PWM se uporabljajo za zatemnitev LED, krmiljenje motorjev in poganjanje različnih električnih naprav. Kakšna je torej funkcionalnost metodologije PWM?
PWM je metoda za zmanjšanje povprečne moči električnega signala. Poleg tega je postopek zaključen z uspešno ločitvijo signala na njegove sestavne dele. Kar zadeva funkcionalnost, se lahko stikalo med obremenitvijo in virom hitro vklopi in izklopi, da se regulira povprečni tok in napetost, ki se dovaja obremenitvi.
S spreminjanjem časa, ko je signal visok (ON) ali nizek (OFF), PWM omogoča širok razpon svetlosti (OFF). V nasprotju z analognim zatemnitvijo, ki zatemni LED-diode s spreminjanjem izhodne moči, je lahko signal PWM bodisi VKLOPLJEN ali IZKLOPLJEN kadar koli, kar pomeni, da bodo LED-diode bodisi dobile polno napetost bodisi brez elektrike (tj. zagotovile bodo 10 V namesto 12 V za spremenite svetlost).
Kaj je konstantno zmanjšanje toka (CCR)?
Naš stalno zmanjšanje toka tehnika zagotavlja enakomeren tok toka do LED (CCR). V nasprotju z metodo PWM, pri kateri stanje LED niha med vklopom in izklopom, je LED stalno prižgan. Kljub temu lahko nadzorujete svetlost LED s prilagajanjem ali spreminjanjem trenutnih ravni s CCR.
Prednosti metode zatemnitve CCR:
- Idealen za oddaljene aplikacije, ki zahtevajo dolge žice in stroge specifikacije EMI.
- Gonilniki CCR imajo višje omejitve izhodne napetosti (60 V) kot gonilniki PWM (24.8 V). Te specifikacije veljajo za gonilnike razreda 2, ki imajo certifikat UL za uporabo v vlažnem in suhem okolju.
Slabosti metode zatemnitve CCR:
- Zaradi nedoslednega ustvarjanja svetlobe LED pri zelo nizkih tokovih je metoda CCR neprimerna za aplikacije, ki zahtevajo zatemnitev pod 10 % največje svetlosti. Za zaključek je učinkovitost LED, ki jo ustvari ta metoda, na teh sedanjih ravneh podpovprečna.
- Nizek pogonski tok povzroči neskladen odtenek.
PWM kot zatemnitveni signal
Razširimo naše trenutno razumevanje širinske modulacije impulza. Zdaj je treba PWM prepoznati kot signal.
Signali modulacije širine impulza so sestavljeni iz zaporedij pravokotnih impulzov (PWM). V valovni obliki vsakega signala so vrhovi in padci. Čas vklopa je, ko je moč signala visoka, medtem ko je čas izklopa, ko je moč signala nizka.
Delovni ciklus
Obratovalni cikel je čas, ko lahko signal ostane visok v konceptu zatemnitve. Zato ima signal 100-odstotni delovni cikel, če je vedno vklopljen. Čas vklopa signala PWM je mogoče prilagoditi. Ko je delovni cikel PWM nastavljen na 50 %, je signal 50 % časa vklopljen in 50 % izklopljen.
frekvenca
Frekvenca signala širinske modulacije (PWM) je še ena bistvena komponenta. Frekvenca PWM določa, kako hitro obdobje – koliko časa je potrebno, da se signal vklopi in izklopi – zaključi signal PWM.
PWM kot izhod gonilnika LED
Ko se signal PWM pretvori v enosmerno napetost in se uporabi kot LED gonilnik izhod, pride do širinske modulacije impulza. Izhodno vezje PWM reže enosmerne tokove LED med stanjem vklopa in izklopa pri visoki frekvenci. Zato je utripanje, ki povzroči premik v svetlobnem izhodu LED, človeškemu očesu nevidno.
Ljudje pogosto zamenjujejo nekaj stvari v zvezi z razlikami med izhodom PWM in signalom zatemnitve. Zato si zapomnimo nekaj stvari.
Mehanizem proizvaja PWM signal kot digitalni signal, zaradi česar je konsistenten na zatemnjenem kablu. Nasprotno pa gonilnik določi izhodni tok z zaznavanjem delovnega cikla PWM.
Gonilniki za zatemnitev PWM na trgu
Gonilniki za zatemnitev PWM postajajo vse bolj ključni za LED osvetlitev. Kljub temu je treba vedeti, da so gonilniki za zatemnitev PWM lahko realizirani na dva različna načina, in poglejmo, kateri so.
Lažno zatemnitev PWM
Namen metode lažnega zatemnitve je pretvorba vhodov PWM v analogni krmilni signal. Filter upora-kondenzatorja (RC) je v gonilniku.
RC filter pretvori signal PWM v sorazmerno enosmerno napetost glede na delovni cikel. Lažna PWM zatemnitev ima prednost, da je brez šuma in na izhodu ni šuma, ker je tok LED neprekinjen.
Kljub temu je ta metoda problematična, saj je natančnost slaba, če je najvišja vrednost PWM pod 10 V. Poleg tega vrednost upora-kondenzatorja (RC) omejuje frekvenco signala PWM.
Pravo PWM zatemnitev
Pri realnem zatemnitvi PWM se tokovi LED vklopijo in izklopijo pri določeni frekvenci in delovnem ciklu. Prisotnost MCU ali mikrokrmilnika v gonilniku omogoča signalu PWM zaznavanje najvišjih napetosti. Pravo zatemnitev PWM podpira širši spekter frekvenc PWM.
Temeljna značilnost zatemnitve PWM je njegova sposobnost ohranjanja bele točke izhoda LED. Poleg tega je dovoljena povišana raven referenčne napetosti, ki presega napake odmika.
Programska oprema za razvoj gonilnikov zahteva, da uporabniki izberejo način zatemnitve PWM.
Spreminjanje delovnega cikla (svetlosti) s PWM
Medtem ko se napajanje vklaplja in izklaplja tako hitro z uporabo izhodne modulacije širine impulza, LED diode ne utripajo. Duty Cycle je izraz, ki se uporablja za opis merjenja svetlosti PWM.
Delovni cikel je delež časa delovanja vezja, ko je ON. Obratovalni cikel je izražen v odstotkih, pri čemer 100 odstotkov predstavlja najsvetlejše možno stanje (popolnoma VKLOPLJENO), nižji odstotki pa povzročijo slabo svetlobo LED.
Signal PWM ima 50 % delovni cikel, če je vklopljen 50 % časa in izklopljen 50 % časa. Signal je videti kot kvadratni val, svetlost luči pa mora biti približno povprečna. Ko je odstotek večji od 50 %, signal preživi več časa v stanju VKLOP kot v stanju IZKLOP, in obratno, ko je delovni cikel manjši od 50 %.
Impulzno širinska modulacija (PWM) v primerjavi z analognim zatemnitvijo LED
Z eksponentno rastjo LED razsvetljave na trgu je naravno naraslo povpraševanje po visoko učinkovitih in natančno reguliranih gonilnikih LED. Da bi ohranili energetsko učinkovito strategijo in prilagodljivost končne uporabe zasnove LED, "pametne" ulične luči, svetilke in digitalni znaki med drugimi uporabami zahtevajo natančno nadzorovane tokove in v mnogih primerih funkcijo zatemnitve.
PWM zatemnitev
Pri zatemnitvi s pulzno širinsko modulacijo (PWM) se tok LED za trenutek vklopi in izklopi. Da preprečite učinek utripanja, mora biti frekvenca vklopa/izklopa višja od tiste, ki jo lahko zazna človeško oko (običajno nad 100 Hz). Zatemnitev PWM je mogoče izvesti na različne načine:
- Uporaba signala PWM za neposredno spreminjanje napetosti.
- S pomočjo tranzistorja z odprtim kolektorjem
- Z mikrokontrolerjem.
Povprečni tok LED je enak vsoti njenega skupnega nazivnega toka in delovnega cikla zatemnitve. Načrtovalec mora upoštevati tudi zamude pri izklopu in zagonu izhoda pretvornika, ki nalagajo omejitve na frekvenco zatemnitve PWM in obseg delovnega cikla.
Analogno zatemnitev
Prilagajanje ravni toka LED se imenuje analogno zatemnitev. To lahko dosežete z uporabo zunanje DC krmilne napetosti ali uporovnega zatemnitve. Kljub dejstvu, da analogno zatemnitev zdaj omogoča nastavitev ravni, se lahko barvna temperatura premakne. Analogno zatemnitev ni priporočljiva za aplikacije, kjer je bistven odtenek LED.
Oglejmo si glavne razlike med PWM in analognim zatemnitvijo
| PWM zatemnitev | Analogno zatemnitev |
| Svetlost se prilagodi z modulacijo vršnega toka v gonilniku | Svetlost se prilagodi s spreminjanjem enosmernega toka, ki gre na LED |
| Brez barvnega premika | Možen premik barve, ko se spremeni tok LED |
| Možne težave z zagonom toka | Ni vhodnega toka v napravo |
| Frekvenčne omejitve in možni pomisleki glede frekvence | Brez skrbi glede frekvence |
| Zelo linearna sprememba svetlosti | Linearnost svetlosti ni tako dobra |
| Nižja optična do električna učinkovitost | Večja optična do električna učinkovitost (> lumnov na porabljen vat) |
Premisleki glede strojne opreme za PWM
Zatemnitev PWM zahteva določene premisleke pri razvoju sistema (ali PC plošče).
Gonilnik je običajno potreben z LED diodami za osvetlitev ozadja zaradi trenutne ravni. Digitalnega izhoda, kot je tisti iz mikrokrmilnika, ni mogoče uporabiti za neposredno upravljanje.
Tranzistor tipa FET (tranzistor z učinkom polja) z enostavnim logičnim nivojem se običajno uporablja kot gonilnik v različnih aplikacijah. Upor na vratih je treba uporabiti za preklop FET za krmiljenje toka vrat, upor pa je potreben, če je želena omejitev toka. Preverite, ali ste na podatkovnem listu LCD poiskali ustrezne pogonske napetosti in tokove osvetlitve ozadja.
Gonilnik LED preklopnega tipa lahko poganja osvetlitev ozadja LED pri višjih tokovih in učinkoviteje. Ti gonilniki so bolj zapleteni in specializirani IC pogosto upravlja preklopno funkcijo. Vhod PWM na več IC je zasnovan posebej za aplikacije zatemnitve.
Če uporabljate mikrokrmilnik, je treba paziti, da se povežete z izhodnim zatičem, ki podpira izhod PWM (časovnik/števec), če se PWM uporablja kot funkcija strojne opreme.
PWM – Premisleki glede vdelane/programske opreme
Zatemnitev PWM zahteva posebno pozornost pri oblikovanju sistema (ali PC plošče).
Zaradi visokega toka LED-diode z osvetlitvijo ozadja običajno potrebujejo gonilnik. Digitalnih izhodov, kot so tisti iz mikrokontrolerjev, ni mogoče uporabiti za neposredno krmiljenje.
Običajno se kot gonilnik v različnih aplikacijah uporablja tranzistor tipa FET (Tranzistor z učinkom polja) na preprosti logični ravni. Preklapljanje FET za uravnavanje toka vrat zahteva upor na vratih in upor je potreben, če je zaželena omejitev toka. Preverite podatkovni list LCD za pravilne pogonske napetosti in tokove osvetlitve ozadja.
Gonilnik LED preklopnega tipa lahko učinkoviteje in pri večjih tokovih poganja osvetlitev ozadja LED. Ti gonilniki so bolj zapleteni in preklopno funkcijo pogosto upravlja specializiran IC. Več vhodov PWM IC je razvitih posebej za aplikacije zatemnitve.
Če se PWM uporablja kot funkcija strojne opreme, je treba paziti na povezavo z izhodnim zatičem, ki podpira izhod PWM (časovnik/števec) na mikrokrmilniku.
Funkcionalnost in aplikacije PWM
Ko se obdobja vklopa in izklopa stikala med seboj premaknejo, se količina električne energije, dovedene bremenu, poveča. Kot je bilo pričakovano, ponuja ta vrsta nadzora številne prednosti.
PWM v kombinaciji s sledenjem maksimalne točke moči ali MPPT je eden od glavnih načinov za zmanjšanje izhodne moči sončne celice, da jo baterija lažje uporablja.
Po drugi strani pa je PWM idealen za napajanje inercialne opreme, kot so motorji, ker to edinstveno preklapljanje manj vpliva nanje. Zaradi linearne povezave med delovanjem LED in vhodno napetostjo to velja tudi za LED.
Poleg tega preklopna frekvenca PWM ne sme vplivati na obremenitev, nastala valovna oblika pa mora biti dovolj gladka, da jo obremenitev prepozna.
Odvisno od naprave in njene funkcije se preklopna frekvenca napajalnika običajno močno razlikuje. Električni napajalniki, računalniški napajalniki in zvočni ojačevalniki zahtevajo preklopne hitrosti v razponu desetin ali sto kilohercev.
Druga ključna prednost uporabe PWM je neverjetno nizka izguba moči v stikalnih napravah. Ko je stikalo izklopljeno, skozenj ne teče tok. Poleg tega, ko je stikalo vklopljeno in pošilja elektriko svojemu bremenu, je na njem zanemarljiv padec napetosti.
Povezani članki
Vse, kar morate vedeti o nadzoru DMX512
Vse, kar morate vedeti o triac zatemnitvi za LED
Kako zatemniti luči LED trakov
Kako izbrati pravi napajalnik LED
DMX proti DALI nadzor osvetlitve: katerega izbrati?
Najboljši vodnik za zatemnitev 0–10 V
Pogosta vprašanja
Povzetek
PWM zatemnitev je preprosta in poceni metoda prilagajanja svetlosti LED luči. Zatemnitev PWM ima številne prednosti pred analogno zatemnitvijo, vključno z večjo porabo energije, natančnejšim nadzorom in daljšo življenjsko dobo. Vendar pa predstavlja več težav, kot so možni EMI in potreba po visokofrekvenčnih preklopnih vezjih. Vendar pa je zatemnitev PWM pomembna tehnika za regulacijo LED luči in njena prihodnost se zdi obetavna.
LEDYi izdeluje visoko kakovost LED trakovi in LED neon flex. Vsi naši izdelki gredo skozi visokotehnološke laboratorije, da zagotovimo najvišjo kakovost. Poleg tega nudimo prilagodljive možnosti za naše LED trakove in neon flex. Torej, za vrhunski LED trak in LED neon flex, kontaktirajte LEDYi TAKOJ, KO BO MOGOČE!
