มีการใช้ไฟ LED อย่างแพร่หลายเนื่องจากประสิทธิภาพ ความทนทาน และอายุการใช้งานที่ยาวนาน สิ่งที่ยากที่สุดอย่างหนึ่งเกี่ยวกับการใช้ LED คือการควบคุมความสว่าง ที่นี่ การหรี่แสง PWM มีความเกี่ยวข้อง การควบคุม LEDs การหรี่ไฟ PWM เป็นวิธีการควบคุมความสว่างของ LED โดยการเปลี่ยนความกว้างพัลส์ของกระแสไฟฟ้า การหรี่แสงแบบ PWM ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ ในฐานะวิธีการควบคุมไฟ LED ที่ใช้งานได้จริงและมีประสิทธิภาพ
PWM ลดแสงคืออะไร?
ความสามารถของ PWM ในการควบคุมอุปกรณ์ที่หลากหลายในสาขาอิเล็กทรอนิกส์แต่ละประเภทมีส่วนสำคัญอย่างมากต่อการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ สัญญาณ PWM ใช้ในการหรี่ไฟ LED ควบคุมมอเตอร์ และเรียกใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าประเภทต่างๆ ดังนั้น การทำงานของระเบียบวิธี PWM คืออะไร?
PWM เป็นวิธีการลดกำลังส่งเฉลี่ยของสัญญาณไฟฟ้า นอกจากนี้ ขั้นตอนยังเสร็จสมบูรณ์โดยแยกสัญญาณออกเป็นส่วนๆ ในแง่ของการทำงาน สวิตช์ระหว่างโหลดและแหล่งที่มาอาจเปิดและปิดอย่างรวดเร็วเพื่อควบคุมกระแสและแรงดันเฉลี่ยที่จ่ายให้กับโหลด
ด้วยการเปลี่ยนแปลงระยะเวลาที่สัญญาณสูง (เปิด) หรือต่ำ (ปิด) PWM จะช่วยให้มีช่วงความสว่างที่กว้าง (ปิด) ตรงกันข้ามกับการหรี่ไฟแบบอะนาล็อก ซึ่งจะทำให้ LED หรี่ลงโดยการเปลี่ยนกำลังเอาต์พุต สัญญาณ PWM อาจเปิดหรือปิดได้ตลอดเวลา หมายความว่า LED จะได้รับแรงดันไฟฟ้าเต็มหรือไม่ใช้ไฟฟ้า (เช่น ให้ 10V แทน 12V เพื่อ ปรับความสว่าง)
ค่าลดกระแสคงที่ (CCR) คืออะไร?
พื้นที่ ลดกระแสอย่างต่อเนื่อง เทคนิคให้กระแสไฟคงที่ไปยัง LED (CCR) ตรงกันข้ามกับวิธี PWM ซึ่งสถานะ LED จะผันผวนระหว่างเปิดและปิด LED จะเปิดอยู่ตลอดเวลา แต่คุณสามารถควบคุมความสว่างของ LED ได้โดยการปรับหรือเปลี่ยนระดับปัจจุบันโดยใช้ CCR
ข้อดีของวิธีลดแสง CCR:
- เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานระยะไกลที่ต้องการสายไฟยาวและข้อกำหนด EMI ที่เข้มงวด
- ไดรเวอร์ CCR มีข้อจำกัดด้านแรงดันเอาต์พุต (60 V) สูงกว่าไดรเวอร์ PWM (24.8 V) ข้อกำหนดเหล่านี้ใช้กับไดรเวอร์คลาส 2 ที่ได้รับการรับรองจาก UL สำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นและแห้ง
ข้อเสียของวิธีการลดแสง CCR:
- การสร้างแสงที่ไม่สม่ำเสมอของ LED ที่กระแสไฟต่ำมากทำให้วิธี CCR ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต้องการการลดแสงต่ำกว่า 10% ของความสว่างสูงสุด โดยสรุปแล้ว ประสิทธิภาพของ LED ที่ผลิตโดยวิธีนี้ในระดับปัจจุบันเหล่านี้ถือว่าต่ำกว่ามาตรฐาน
- กระแสขับต่ำทำให้สีไม่สอดคล้องกัน
PWM เป็นสัญญาณลดแสง
มาขยายความเข้าใจปัจจุบันของเราเกี่ยวกับการมอดูเลตความกว้างของพัลส์ ตอนนี้ PWM จะต้องได้รับการยอมรับว่าเป็นสัญญาณ
สัญญาณมอดูเลตความกว้างพัลส์ประกอบด้วยลำดับของพัลส์รูปคลื่นสี่เหลี่ยม (PWM) มียอดและหุบเขาในรูปคลื่นของทุกสัญญาณ เวลาเปิดคือเมื่อความแรงของสัญญาณสูง ในขณะที่เวลาปิดคือเมื่อความแรงของสัญญาณต่ำ
วงจรการทำงาน
รอบการทำงานคือเมื่อสัญญาณยังคงสูงในแนวคิดการลดแสง ดังนั้นสัญญาณจึงมีรอบการทำงาน 100% หากเปิดอยู่เสมอ สามารถปรับเวลาเปิด-ปิดของสัญญาณ PWM ได้ เมื่อตั้งค่ารอบการทำงานของ PWM เป็น 50% สัญญาณจะทำงาน 50% ของเวลาเปิดและปิด 50%
เวลา
ความถี่สัญญาณการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) เป็นองค์ประกอบที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ความถี่ PWM เป็นตัวกำหนดว่าช่วงเวลาหนึ่งๆ ซึ่งเป็นระยะเวลาที่สัญญาณ PWM ใช้ในการเปิดและปิดนั้นเร็วเพียงใด
PWM เป็นเอาต์พุตไดรเวอร์ LED
เมื่อสัญญาณ PWM ถูกแปลงเป็นแรงดัน DC และใช้เป็น ไดรเวอร์ LED เอาท์พุท การปรับความกว้างของพัลส์จะเกิดขึ้น วงจรเอาท์พุต PWM จะตัดกระแส DC LED ระหว่างสถานะเปิดและปิดที่ความถี่สูง ดังนั้นการกะพริบที่ทำให้เกิดการเลื่อนของเอาต์พุตแสง LED จึงมองไม่เห็นด้วยตามนุษย์
ผู้คนมักสับสนบางประการเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างเอาต์พุต PWM และสัญญาณลดแสง ลองมาสังเกตบางสิ่ง
กลไกนี้สร้างสัญญาณ PWM เป็นสัญญาณดิจิตอล ซึ่งทำให้สอดคล้องกับสายเคเบิลแบบหรี่แสงได้ ในทางตรงกันข้าม ไดรเวอร์จะกำหนดกระแสเอาต์พุตโดยการตรวจจับรอบการทำงานของ PWM
ไดรเวอร์ PWM Dimming ในตลาด
ไดรเวอร์ลดแสง PWM มีความสำคัญมากขึ้นสำหรับไฟ LED อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องรู้ว่าไดรเวอร์ลดแสง PWM อาจรับรู้ได้สองวิธีที่แตกต่างกัน และมาดูกันว่าพวกมันคืออะไร
PWM Dimming ปลอม
จุดประสงค์ของวิธีลดแสงปลอมคือเพื่อแปลงอินพุต PWM เป็นสัญญาณควบคุมแบบอะนาล็อก ตัวกรองตัวต้านทานตัวเก็บประจุ (RC) อยู่ภายในไดรเวอร์
ตัวกรอง RC แปลงสัญญาณ PWM เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงตามสัดส่วนตามรอบการทำงาน การหรี่แสง PWM ปลอมมีข้อดีคือไม่มีเสียงรบกวน และไม่มีเสียงรบกวนที่เอาต์พุตเนื่องจากกระแสไฟ LED ต่อเนื่อง
อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีปัญหาเนื่องจากความแม่นยำต่ำหากค่าสูงสุดของ PWM ต่ำกว่า 10V นอกจากนี้ ค่าตัวต้านทาน-ตัวเก็บประจุ (RC) ยังจำกัดความถี่ของสัญญาณ PWM
ลดแสง PWM จริง
ในการหรี่แสง PWM จริง กระแสไฟ LED จะเปิดและปิดตามความถี่และรอบการทำงานที่ระบุ การมี MCU หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ในไดรเวอร์ทำให้สัญญาณ PWM สามารถตรวจจับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดได้ การหรี่แสง PWM จริงรองรับสเปกตรัมความถี่ PWM ที่กว้างขึ้น
คุณสมบัติพื้นฐานของการลดแสง PWM คือความสามารถในการรักษาจุดสีขาวของเอาต์พุต LED นอกจากนี้ อนุญาตให้มีระดับแรงดันอ้างอิงสูงเกินกว่าข้อผิดพลาดออฟเซ็ต
ซอฟต์แวร์พัฒนาไดรเวอร์กำหนดให้ผู้ใช้เลือกโหมดลดแสง PWM
การปรับเปลี่ยน Duty Cycle (ความสว่าง) ด้วย PWM
ในขณะที่เปิดและปิดแหล่งจ่ายไฟอย่างรวดเร็วโดยใช้เอาต์พุตการปรับความกว้างพัลส์ ไฟ LED จะไม่กะพริบ Duty Cycle เป็นคำที่ใช้อธิบายการวัดความสว่าง PWM
รอบการทำงานคือสัดส่วนของรันไทม์ของวงจรที่เปิดอยู่ รอบการทำงานแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ โดย 100 เปอร์เซ็นต์แสดงถึงสภาวะที่สว่างที่สุด (เปิดเต็มที่) และเปอร์เซ็นต์ที่ต่ำกว่าส่งผลให้เอาต์พุตไฟ LED ไม่ดี
สัญญาณ PWM มีรอบการทำงาน 50% หากอยู่ที่ 50% ของเวลา และปิด 50% ของเวลา สัญญาณจะปรากฏเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม และความสว่างของไฟควรอยู่ในระดับปานกลาง เมื่อเปอร์เซ็นต์มากกว่า 50% สัญญาณจะใช้เวลาในสถานะเปิดมากกว่าในสถานะปิด และในทางกลับกันเมื่อรอบการทำงานน้อยกว่า 50%
การมอดูเลตความกว้างของพัลส์ (PWM) เทียบกับการลดแสงแบบแอนะล็อกของ LED
ด้วยการเติบโตแบบทวีคูณของไฟ LED ในตลาด ความต้องการไดรเวอร์ LED ที่มีประสิทธิภาพสูงและควบคุมอย่างแม่นยำจึงเพิ่มขึ้นตามธรรมชาติ เพื่อรักษากลยุทธ์การประหยัดพลังงานและความยืดหยุ่นในการใช้งานปลายทางของการออกแบบ LED ไฟถนน ไฟฉาย และป้ายดิจิตอล “อัจฉริยะ” รวมถึงการใช้งานอื่นๆ จำเป็นต้องใช้กระแสไฟที่มีการควบคุมอย่างแม่นยำ และในหลายกรณี ฟังก์ชันการหรี่แสง
PWM ลดแสง
ด้วยการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ลดแสง กระแสไฟ LED จะเปิดและปิดชั่วขณะ เพื่อป้องกันเอฟเฟกต์การกะพริบ ความถี่ในการเปิด/ปิดจะต้องเร็วกว่าที่ตามนุษย์สามารถรับรู้ได้ (โดยปกติจะมากกว่า 100Hz) การหรี่แสง PWM สามารถทำได้หลายวิธี:
- ใช้สัญญาณ PWM เพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าโดยตรง
- โดยวิธีทรานซิสเตอร์แบบ open-collector
- โดยไมโครคอนโทรลเลอร์.
กระแสไฟเฉลี่ยของ LED เท่ากับผลรวมของกระแสที่ระบุทั้งหมดและรอบการลดแสง ผู้ออกแบบยังต้องคำนึงถึงความล่าช้าในการปิดและการเริ่มต้นเอาต์พุตคอนเวอร์เตอร์ ซึ่งกำหนดข้อจำกัดเกี่ยวกับความถี่การหรี่แสง PWM และช่วงรอบการทำงาน
แอนะล็อก Dimming
การปรับระดับกระแส LED เรียกว่าการลดแสงแบบอะนาล็อก การใช้แรงดันไฟฟ้าควบคุม DC ภายนอกหรือการหรี่ตัวต้านทานสามารถทำได้ แม้ว่าตอนนี้การหรี่แสงแบบอะนาล็อกจะอนุญาตให้ปรับระดับได้ แต่อุณหภูมิสีก็สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ไม่แนะนำให้ใช้การลดแสงแบบอะนาล็อกสำหรับการใช้งานที่จำเป็นต้องใช้สีของ LED
มาดูความแตกต่างหลักระหว่าง PWM และการลดแสงแบบอะนาล็อก
| PWM ลดแสง | แอนะล็อก Dimming |
| ปรับความสว่างโดยมอดูเลตกระแสไฟสูงสุดในไดรเวอร์ | ปรับความสว่างโดยการเปลี่ยน DC ไปที่ LED |
| ไม่มีการเปลี่ยนสี | การเปลี่ยนสีที่เป็นไปได้เมื่อ LED เปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน |
| ปัญหาการไหลเข้าในปัจจุบันที่เป็นไปได้ | ไม่มีกระแสไหลเข้าอุปกรณ์ |
| ข้อ จำกัด ของความถี่และข้อกังวลเกี่ยวกับความถี่ที่เป็นไปได้ | ไม่ต้องกังวลเรื่องความถี่ |
| การเปลี่ยนแปลงความสว่างเชิงเส้นมาก | ความสว่างเชิงเส้นไม่ดีเท่า |
| ลดออปติคัลเป็นประสิทธิภาพทางไฟฟ้า | ประสิทธิภาพออปติคัลต่อไฟฟ้าที่สูงขึ้น (> ลูเมนต่อวัตต์ที่ใช้ไป) |
ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์สำหรับ PWM
การหรี่แสง PWM จำเป็นต้องพิจารณาบางประการเมื่อพัฒนาระบบ (หรือบอร์ด PC)
โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้ไดรเวอร์สำหรับไฟ LED ชนิดแบ็คไลท์เนื่องจากระดับปัจจุบัน เอาต์พุตดิจิตอล เช่น เอาต์พุตจากไมโครคอนโทรลเลอร์ ไม่สามารถใช้เพื่อขับเคลื่อนโดยตรงได้
ทรานซิสเตอร์ประเภท FET (Field-Effect Transistor) ระดับลอจิกที่ตรงไปตรงมามักใช้เป็นไดรเวอร์ในแอปพลิเคชันต่างๆ ต้องใช้ตัวต้านทานบนเกทเพื่อเปลี่ยน FET เพื่อควบคุมกระแสเกท และจำเป็นต้องมีตัวต้านทานหากต้องการจำกัดกระแส ตรวจดูให้แน่ใจว่าคุณค้นหาแรงดันและกระแสไฟแบ็คไลท์ที่ถูกต้องบนแผ่นข้อมูล LCD
ไดรเวอร์ LED แบบสวิตชิ่งอาจขับแบ็คไลท์ LED ที่กระแสไฟสูงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ไดรเวอร์เหล่านี้มีความซับซ้อนมากขึ้น และ IC ผู้เชี่ยวชาญมักจะจัดการกับฟังก์ชันการสลับ อินพุต PWM บนไอซีหลายตัวได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันลดแสง
หากใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ควรระมัดระวังในการเชื่อมต่อกับขาเอาต์พุตที่รองรับเอาต์พุต PWM (ตัวจับเวลา/ตัวนับ) หากใช้ PWM เป็นฟังก์ชันฮาร์ดแวร์
PWM – ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับเฟิร์มแวร์/ซอฟต์แวร์
การหรี่แสง PWM ต้องการการพิจารณาการออกแบบระบบโดยเฉพาะ (หรือบอร์ด PC)
เนื่องจากกระแสไฟสูง โดยทั่วไป LED ชนิดแบ็คไลท์จึงต้องการไดรเวอร์ ไม่สามารถใช้เอาต์พุตดิจิตอล เช่น จากไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อขับเคลื่อนโดยตรงได้
โดยทั่วไปแล้ว ทรานซิสเตอร์ชนิด FET (Field-Effect Transistor) ระดับลอจิกอย่างง่ายจะใช้เป็นตัวขับในการใช้งานที่หลากหลาย การสลับ FET เพื่อควบคุมกระแสเกตจำเป็นต้องมีตัวต้านทานที่เกต และจำเป็นต้องมีตัวต้านทานหากต้องการจำกัดกระแส ตรวจสอบแผ่นข้อมูล LCD เพื่อดูแรงดันและกระแสไฟแบ็คไลท์ที่ถูกต้อง
ไดรเวอร์ LED แบบสวิตชิ่งอาจขับแบ็คไลท์ LED ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและที่กระแสไฟที่มากขึ้น ไดรเวอร์เหล่านี้มีความซับซ้อนมากขึ้น และฟังก์ชันการสลับมักจะได้รับการจัดการโดย IC เฉพาะทาง อินพุต PWM ของไอซีหลายตัวได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันลดแสง
หากใช้ PWM เป็นฟังก์ชันฮาร์ดแวร์ ควรให้ความสนใจกับการเชื่อมต่อกับขาเอาต์พุตที่รองรับเอาต์พุต PWM (ตัวจับเวลา/ตัวนับ) บนไมโครคอนโทรลเลอร์
ฟังก์ชันและแอปพลิเคชัน PWM
เมื่อช่วงเวลาเปิดและปิดของสวิตช์เลื่อนสัมพันธ์กัน ปริมาณไฟฟ้าที่ส่งไปยังโหลดจะเพิ่มขึ้น ตามที่คาดไว้ การควบคุมประเภทนี้มีข้อดีหลายประการ
PWM ที่จับคู่กับการติดตามจุดพลังงานสูงสุดหรือ MPPT เป็นหนึ่งในวิธีหลักในการลดเอาต์พุตแผงโซลาร์เซลล์เพื่อให้ใช้งานแบตเตอรี่ได้ง่ายขึ้น
ในทางกลับกัน PWM นั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์เฉื่อย เช่น มอเตอร์ เนื่องจากการสลับที่ไม่เหมือนใครนี้มีผลกระทบต่ออุปกรณ์เหล่านี้น้อยกว่า เนื่องจากการเชื่อมโยงเชิงเส้นระหว่างการทำงานของไฟ LED และแรงดันไฟฟ้าอินพุต จึงมีผลกับ LED ด้วย
นอกจากนี้ ความถี่ในการสลับ PWM จะต้องไม่มีผลกระทบต่อโหลด และรูปคลื่นที่ได้จะต้องราบรื่นพอที่โหลดจะจดจำได้
ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และฟังก์ชัน ความถี่ในการสลับของแหล่งจ่ายไฟโดยทั่วไปจะแตกต่างกันอย่างมาก ช่วงไฟฟ้า อุปกรณ์จ่ายไฟของคอมพิวเตอร์ และเครื่องขยายสัญญาณเสียงล้วนต้องการความเร็วในการเปลี่ยนในช่วงสิบหรือหลายร้อยกิโลเฮิรตซ์
ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการของการนำ PWM มาใช้คือการสูญเสียพลังงานที่ต่ำมากในอุปกรณ์สวิตชิ่ง เมื่อปิดสวิตช์ จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน นอกจากนี้ เมื่อสวิตช์เปิดอยู่และส่งกระแสไฟฟ้าไปยังโหลด จะเกิดแรงดันตกคร่อมเล็กน้อย
บทความที่เกี่ยวข้อง
ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับ DMX512 Control
ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับ Triac Dimming สำหรับ LEDs
วิธีการเลือกพาวเวอร์ซัพพลาย LED ที่เหมาะสม
DMX vs. DALI Lighting Control: เลือกอันไหนดี?
คำถามที่พบบ่อย
สรุป
การหรี่แสง PWM เป็นวิธีการปรับความสว่างของไฟ LED ที่ง่ายและราคาไม่แพง การหรี่แสงแบบ PWM มีข้อดีหลายประการเหนือการหรี่แสงแบบอะนาล็อก รวมถึงการประหยัดพลังงานที่สูงขึ้น การควบคุมที่แม่นยำยิ่งขึ้น และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น อย่างไรก็ตาม มันนำเสนอปัญหาหลายประการ เช่น EMI ที่เป็นไปได้ และความต้องการวงจรสวิตชิ่งความถี่สูง อย่างไรก็ตาม การหรี่แสง PWM เป็นเทคนิคสำคัญในการควบคุมไฟ LED และอนาคตของมันก็ดูสดใส
LEDYi ผลิตคุณภาพสูง แถบ LED และ LED Neon flex. ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของเราผ่านห้องปฏิบัติการที่มีเทคโนโลยีสูงเพื่อให้ได้คุณภาพสูงสุด นอกจากนี้ เรายังเสนอตัวเลือกที่ปรับแต่งได้บนแถบ LED และนีออนเฟล็กซ์ของเรา ดังนั้นสำหรับแถบ LED ระดับพรีเมียมและ LED นีออนเฟล็กซ์ ติดต่อ LEDYi โดยเร็วที่สุด!
