Categories: Electrònica pràctica, Tot sobre els LED
Nombre de visualitzacions: 91676
Comentaris sobre l'article: 4
Control de lluminositat del LED
En alguns casos, per exemple, a les llanternes o a les lluminàries d’ús domèstic, és necessari ajustar la brillantor de la brillantor. Sembla que és més fàcil: només cal canviar la corrent mitjançant el LED, augmentant o disminuint resistència limitant la resistència. Però en aquest cas, una part important de l’energia es gastarà en la resistència limitant, la qual cosa és totalment inacceptable amb l’alimentació autònoma de bateries o acumuladors.
A més, el color dels LED canviarà: per exemple, el blanc quan el corrent sigui inferior al nominal (per a la majoria de LEDs 20mA) tindrà una tonalitat lleugerament verdosa. En alguns casos, un canvi de color és totalment inútil. Imagineu-vos que aquests LED il·luminen la pantalla d’un televisor o monitor d’ordinador.
El principi de PWM: regulació
En aquests casos, sol·liciteu PWM: regulació (amplada de pols). El seu significat és que LED periòdicament s’il·lumina i s’apaga. En aquest cas, la corrent es manté nominal durant tot el temps de flaix, per tant, l’espectre de luminiscència no es distorsiona. Si el LED és blanc, els colors verds no apareixeran.
A més, amb aquest mètode de control de la potència, les pèrdues d’energia són mínimes, l’eficiència dels circuits amb control PWM és molt alta, arribant a superar el 90 per cent.
El principi de regulació PWM és bastant simple, i es mostra a la figura 1. Es percep una proporció diferent del temps de l'estat il·luminat i apagat a l'ull. lluentor diferent: com en una pel·lícula: els fotogrames que es mostren per separat, els fotogrames es perceben com una imatge en moviment. Tot depèn de la freqüència de la projecció, de la qual parlarem una mica més endavant.
Figura 1. El principi de la regulació PWM
La figura mostra els esquemes de senyal a la sortida del dispositiu de control PWM (o un oscil·lador mestre). Zero i un estan indicats per nivells lògics: una unitat lògica (nivell alt) fa que el LED brille, un zero lògic (nivell baix), respectivament, d'extinció.
Tot i que tot pot ser al revés, ja que tot depèn del circuit de la clau de sortida, el LED es pot encendre baix i apagar-se altament. En aquest cas, la unitat físicament lògica tindrà un nivell de baixa tensió i el zero lògic serà alt.
Dit d’una altra manera, una unitat lògica provoca la inclusió d’algun esdeveniment o procés (en el nostre cas, parpelleig LED), i un zero lògic hauria d’inhabilitar aquest procés. És a dir, no sempre un nivell elevat a la sortida d’un microcircuit digital és una unitat LOGIC, tot depèn de com es construeix un circuit en concret. Això és per a informació. Però ara per ara, suposem que la clau està controlada per un alt nivell, i simplement no pot ser d’una altra manera.
Freqüència i amplada dels polsos de control
Cal destacar que el període (o la freqüència) de repetició de la pols es manté invariable. Però, en general, la freqüència d’impuls no afecta la brillantor de la brillantor, per tant, no hi ha requisits especials per a l’estabilitat de la freqüència. Només canvia la durada (Amplada), en aquest cas, d'un pols positiu, a causa del qual funciona tot el mecanisme de modulació d'amplada de pols.
La durada dels polsos de control de la figura 1 s’expressa en %%. Es tracta de l'anomenat "factor de reompliment" o, en terminologia anglesa, DUTY CYCLE. S'expressa com la relació de la durada del pols de control amb el període de repetició del pols.
En terminologia russa s’utilitza habitualment "Cicle de treball": la relació del període amb el pols del tempsa. Així, si el factor d'ompliment és del 50%, el cicle de treball serà de 2.No hi ha cap diferència fonamental aquí, per tant, podeu utilitzar qualsevol d'aquests valors, per als quals sigui més convenient i entenedor.
Aquí, per descomptat, es podrien donar fórmules per al càlcul del cicle de treball i del CICLE DE DUTY, però per no complicar la presentació, no farem fórmules. En casos extrems, la llei d'Ohm. No hi ha res a fer: "No coneixes la llei d'Ohm, queda't a casa!" Si algú està interessat en aquestes fórmules, sempre es pot trobar a Internet.
Freqüència PWM per variador
Com s'ha esmentat anteriorment, no s'estableixen requisits especials per a l'estabilitat de la freqüència de pols PWM: bé, "sura" una mica i està bé. Aquesta inestabilitat de freqüència, per cert, és força gran, tenen controladors PWM basat en el temporitzador integrat NE555que no interfereix en el seu ús en molts dissenys. En aquest cas, només és important que aquesta freqüència no caigui per sota d’un determinat valor.
I quina ha de ser la freqüència, i quina inestabilitat pot ser? No oblideu que estem parlant de dimmers. En tecnologia de pel·lícules, existeix el terme "freqüència de parpelleig crítica". Aquesta és la freqüència en què les imatges individuals que es mostren les unes després de les altres es perceben com una imatge en moviment. Per a l’ull humà, aquesta freqüència és de 48Hz.
És per aquesta raó que la freqüència de rodatge a la pel·lícula era de 24 fotogrames / sec (estàndard de televisió de 25 fotogrames / seg.). Per augmentar aquesta freqüència a la crítica, els projectors de pel·lícula utilitzen un obturador de dues fulles (obturador) que se sobreposa dues vegades a cada fotograma mostrat.
En els projectors de 8 mm de cinema estret amateur, la freqüència de projecció era de 16 fotogrames / s, de manera que l'obturador tenia fins a tres fulles. El mateix propòsit a la televisió és el fet que la imatge es mostra en mitges trames: primer parells i, a continuació, línies imparelles. El resultat és una freqüència parpelleig de 50Hz.
El funcionament del LED en mode PWM és un flaix independent de durada regulable. Perquè aquests ulls siguin percebuts per l'ull com un resplendor continu, la seva freqüència no ha de ser menys que crítica. Tantes com vulgueu, però de cap manera a sota. Aquest factor s’ha de tenir en compte a l’hora de crear PWM - reguladors per a accessoris.
Per cert, de la mateixa manera que un fet interessant: els científics d’alguna manera van determinar que la freqüència crítica per a l’ull de l’abella és de 800Hz. Per tant, l’abella veu la pel·lícula a la pantalla com una seqüència d’imatges individuals. Perquè pugui veure una imatge en moviment, caldrà augmentar la freqüència de projecció a vuit-cents mig fotogrames per segon.
Diagrama funcional d’un controlador PWM
Per controlar el LED real s’utilitza un LED etapa de clau de transistor. Recentment, la més utilitzada per a aquest propòsit transistors mosfet, que permet commutar una potència important (l'ús de transistors bipolars convencionals per a aquests propòsits es considera simplement indecent).
Aquesta necessitat (un potent transistor MOSFET) sorgeix amb un gran nombre de LED, per exemple, amb utilitzant tira LED, que es tractarà més endavant. Si la potència és baixa (quan s'utilitza un o dos LEDs), podeu utilitzar les tecles de baix consum transistors bipolarsi, si és possible, connecteu els LED directament a les sortides dels microcircuits.
La figura 2 mostra el diagrama funcional del controlador PWM. Com a element de control, la resistència R2 es mostra convencionalment al diagrama. Al girar el seu mànec, és possible canviar el cicle de treball dels polsos de control dins dels límits requerits i, en conseqüència, la brillantor dels LED.
Figura 2. Esquema funcional d’un controlador PWM
La figura mostra tres cadenes de LED connectats en sèrie amb resistències limitants. A la mateixa connexió s'utilitza en tires LED. Com més llarga sigui la cinta, més leds, major serà el consum actual.
És en aquests casos tan potent reguladors sobre transistors MOSFET, el corrent de drenatge admissible hauria de ser lleugerament més gran que el corrent que consumeix la cinta. Aquest últim requisit es compleix bastant fàcilment: per exemple, el transistor IRL2505 té un corrent de drenatge d’uns 100A, un voltatge de drenatge de 55V, mentre que la seva mida i el seu preu són prou atractius per utilitzar-los en diversos dissenys.
Oscil·ladors mestres PWM
Com a oscil·lador principal PWM es pot utilitzar un microcontrolador (més sovint en condicions industrials) o un circuit realitzat en microcircuits amb un petit grau d’integració. Si a casa se suposa que es produeix una petita quantitat de reguladors de PWM, però no hi ha experiència en la creació de dispositius de microcontroladors, és millor fer un regulador del que hi ha ara.
Es tracta d’un xip de sèrie lògic K561, un temporitzador integrat NE555així com microxips especialitzats dissenyats per a fonts d'alimentació de commutació. En aquest paper, fins i tot es pot treballar amplificador operatiuhi ha muntat un generador regulable, però això és, potser, "fora d'amor per l'art". Per tant, a continuació, només es consideraran dos esquemes: el més comú en el temporitzador 555 i el controlador UPS3843.
Esquema de l'oscil·lador mestre del temporitzador 555
Figura 3. Esquema de l’oscil·lador principal
Aquest circuit és un generador d'ona quadrada regular la freqüència del qual és fixada pel condensador C1. El condensador es carrega a través del circuit "Sortida - R2 - RP1-C1 - cable comú". En aquest cas, la sortida ha de tenir un voltatge d’alt nivell, que equival al fet que la sortida està connectada al pol més de la font d’energia.
El condensador es descarrega a través del circuit "C1 - VD2 - R2 - Sortida - cable comú" en un moment en què la sortida és baixa tensió, - la sortida està connectada a un cable comú. Aquesta diferència en els recorreguts de la càrrega - la descàrrega del condensador de configuració del temps - proporciona polsos amb una amplada regulable.
Cal destacar que els díodes, fins i tot del mateix tipus, tenen paràmetres diferents. En aquest cas, hi té un paper la seva capacitança elèctrica, que canvia sota la influència de la tensió sobre els díodes. Per tant, juntament amb un canvi en el cicle de treball del senyal de sortida, també canvia la seva freqüència.
El més important és que no esdevingui inferior a la freqüència crítica, que es mencionava just abans. En cas contrari, en lloc d’un resplendor uniforme amb lluentor diferent, es veuran parpellejos individuals.
Aproximadament (una vegada més, tenen la culpa dels díodes), la freqüència del generador es pot determinar mitjançant la fórmula que es mostra a continuació.
La freqüència del generador PWM al temporitzador 555.
Si substituïm la capacitança del condensador per farads en la fórmula, la resistència a Ohms, el resultat hauria de ser en Hz Hz: no podeu sortir del sistema SI! S'entén que el motor de resistència variable RP1 es troba en la posició de mig punt (amb la fórmula RP1 / 2), que correspon al senyal de sortida de la forma del meandre. A la figura 2, aquesta és exactament la part on s’indica la durada del pols del 50%, que equival a un senyal amb un cicle de treball de 2.
Oscil·lador mestre PWM al xip UC3843
El seu circuit es mostra a la figura 4.
Figura 4. Esquema de l'oscil·lador principal PWM al xip UC3843
El xip UC3843 és un controlador de control PWM per a fonts d'alimentació de commutació i s'utilitza, per exemple, en fonts informàtiques en format ATX. En aquest cas, l’esquema típic de la seva inclusió canvia lleugerament en el sentit de la simplificació. Per controlar l’amplada del pols de sortida, s’aplica un voltatge regulador de polaritat positiva a l’entrada del circuit, i a la sortida s’obté un senyal PWM modulat per l’amplada d’amplada.
En el cas més senzill, la tensió reguladora es pot aplicar mitjançant una resistència variable amb una resistència de 22 ... 100K. Si cal, la tensió de control es pot obtenir, per exemple, a partir d’un sensor de llum analògic realitzat en un fotorresistor: com més fosca sigui la finestra, més brillant és l’habitació.
El voltatge de control actua sobre la sortida PWM, de manera que quan aquesta disminueix augmenta l’amplada del pols de sortida, cosa que no és gens sorprenent.Al cap i a la fi, l’objectiu inicial del xip UC3843 és estabilitzar la tensió de l’alimentació: si la tensió de sortida baixa, i amb ella la tensió reguladora, haureu de prendre mesures (augmentar l’amplada del pols de sortida) per augmentar lleugerament el voltatge de sortida.
La tensió reguladora de les fonts d'alimentació es genera, per regla general, amb l'ajuda de díodes zener. Molt sovint ho és TL431 o similars.
Amb els valors de les parts indicades al diagrama, la freqüència del generador és d’uns 1 KHz, i a diferència del generador del temporitzador 555, no “flota” quan canvia el cicle de treball del senyal de sortida: la preocupació per la constància de la freqüència de les fonts d’alimentació de commutació.
Per regular una potència important, per exemple, una tira LED, l’etapa clau del transistor MOSFET s’ha de connectar a la sortida, com es mostra a la figura 2.
Es podria parlar més dels reguladors de PWM, però ara per ara aprofundim, i en el proper article considerarem diverses maneres de connectar els LED. Al cap i a la fi, no tots els mètodes són iguals de bons, n’hi ha que s’han d’evitar i hi ha prou errors al connectar LEDs.
Continuació de l'article:Patrons de cablejat LED bons i dolents
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: