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Controllo luminosità LED
In alcuni casi, ad esempio, nelle torce o negli apparecchi di illuminazione domestica, diventa necessario regolare la luminosità del bagliore. Sembrerebbe che sia più semplice: basta cambiare la corrente attraverso il LED, aumentando o diminuendo resistenza limitatrice di resistenza. Ma in questo caso, una parte significativa dell'energia verrà spesa per il resistore di limitazione, il che è completamente inaccettabile con l'alimentazione autonoma da batterie o accumulatori.
Inoltre, il colore dei LED cambierà: ad esempio, il bianco quando la corrente è inferiore al nominale (per la maggior parte dei LED 20 mA) avrà una tonalità leggermente verdastra. Un tale cambiamento di colore in alcuni casi è completamente inutile. Immagina che questi LED illuminino lo schermo di un televisore o di un monitor di un computer.
Il principio di PWM - regolamento
In questi casi, applicare PWM - regolazione (larghezza impulsi). Il suo significato è quello diodi emettitori di luce si accende e si spegne periodicamente. In questo caso, la corrente rimane nominale per tutto il tempo di flash, pertanto lo spettro di luminescenza non viene distorto. Se il LED è bianco, le tonalità verdi non verranno visualizzate.
Inoltre, con questo metodo di controllo della potenza, le perdite di energia sono minime, l'efficienza dei circuiti con controllo PWM è molto elevata, raggiungendo oltre il 90 percento.
Il principio della regolazione PWM è abbastanza semplice, ed è mostrato nella Figura 1. Un diverso rapporto del tempo dello stato acceso ed estinto nell'occhio è percepito come luminosità diversa: come in un film - i fotogrammi mostrati separatamente vengono visualizzati alternativamente come immagini in movimento. Tutto dipende dalla frequenza della proiezione, che verrà discussa un po 'più tardi.
Figura 1. Il principio di PWM - regolamento
La figura mostra gli schemi dei segnali all'uscita del dispositivo di controllo PWM (o di un oscillatore principale). Zero e uno sono indicati da livelli logici: un'unità logica (livello alto) fa illuminare il LED, uno zero logico (livello basso), rispettivamente, l'estinzione.
Sebbene tutto possa essere al contrario, poiché tutto dipende dai circuiti della chiave di uscita, il LED può essere acceso basso e spento solo alto. In questo caso, l'unità fisicamente logica avrà un livello di bassa tensione e lo zero logico sarà alto.
In altre parole, un'unità logica provoca l'inclusione di alcuni eventi o processi (nel nostro caso, illuminazione a LED) e uno zero logico dovrebbe disabilitare questo processo. Cioè, non sempre un livello elevato all'uscita di un microcircuito digitale è un'unità LOGICA, tutto dipende da come viene costruito un circuito particolare. Questo è per informazione. Ma per ora, supponiamo che la chiave sia controllata da un livello elevato, e semplicemente non può essere diversamente.
Frequenza e larghezza degli impulsi di controllo
Va notato che il periodo (o la frequenza) di ripetizione dell'impulso rimane invariato. Ma, in generale, la frequenza degli impulsi non influenza la luminosità del bagliore, quindi non ci sono requisiti speciali per la stabilità della frequenza. Solo la durata (LARGHEZZA), in questo caso, di un impulso positivo cambia, a causa della quale funziona l'intero meccanismo di modulazione della larghezza dell'impulso.
La durata degli impulsi di controllo in Figura 1 è espressa in %%. Questo è il cosiddetto "fattore di riempimento" o, nella terminologia inglese, DUTY CYCLE. Viene espresso come rapporto tra la durata dell'impulso di controllo e il periodo di ripetizione dell'impulso.
Nella terminologia russa viene solitamente utilizzato "Duty cycle" - il rapporto tra il periodo e l'impulso temporalea. Pertanto, se il fattore di riempimento è del 50%, il ciclo di lavoro sarà uguale a 2.Non vi è alcuna differenza fondamentale qui, pertanto, è possibile utilizzare uno di questi valori, per i quali è più conveniente e comprensibile.
Qui, ovviamente, si potrebbero fornire formule per il calcolo del duty cycle e DUTY CYCLE, ma per non complicare la presentazione, faremo a meno delle formule. In casi estremi, la legge di Ohm. Non c'è niente da fare: "Non conosci la legge di Ohm, resta a casa!" Se qualcuno è interessato a queste formule, allora possono sempre essere trovate su Internet.
Frequenza PWM per dimmer
Come accennato in precedenza, non sono richiesti requisiti speciali per la stabilità della frequenza degli impulsi PWM: beh, "galleggia" un po 'e va bene. Tale instabilità di frequenza, tra l'altro, è piuttosto grande, come hanno i controller PWM basato sul timer integrato NE555ciò non interferisce con il loro uso in molti progetti. In questo caso, è importante solo che questa frequenza non scenda al di sotto di un determinato valore.
E quale dovrebbe essere la frequenza e quanto può essere instabile? Non dimenticare che stiamo parlando di dimmer. Nella tecnologia cinematografica, esiste il termine "frequenza di sfarfallio critico". Questa è la frequenza con cui le singole immagini visualizzate una dopo l'altra vengono percepite come immagini in movimento. Per l'occhio umano, questa frequenza è di 48Hz.
È per questo motivo che la frequenza di ripresa del film era di 24 fotogrammi / sec (standard televisivo 25 fotogrammi / sec). Per aumentare questa frequenza a un valore critico, i proiettori di pellicola utilizzano un otturatore a due pale (otturatore) che si sovrappone due volte a ciascun fotogramma visualizzato.
Nei proiettori amatoriali a film stretto da 8 mm, la frequenza di proiezione era di 16 fotogrammi / sec, quindi l'otturatore aveva fino a tre lamelle. Lo stesso scopo in televisione è servito dal fatto che l'immagine è visualizzata a metà fotogrammi: prima pari e poi strane linee dell'immagine. Il risultato è una frequenza di sfarfallio di 50Hz.
Il funzionamento a LED in modalità PWM è un lampo separato di durata regolabile. Affinché questi flash possano essere percepiti dall'occhio come un bagliore continuo, la loro frequenza non deve essere altro che critica. Quante ne vuoi, ma non in alcun modo di seguito. Questo fattore deve essere considerato durante la creazione PWM - regolatori per apparecchi.
A proposito, proprio come un fatto interessante: gli scienziati in qualche modo hanno determinato che la frequenza critica per l'occhio dell'ape è 800Hz. Pertanto, l'ape vede il film sullo schermo come una sequenza di singole immagini. Per poter vedere un'immagine in movimento, la frequenza di proiezione dovrà essere aumentata a ottocento fotogrammi al secondo!
Schema funzionale di un controller PWM
Per controllare il LED effettivo viene utilizzato stadio chiave a transistor. Di recente, il più ampiamente utilizzato per questo scopo transistor mosfet, che consente di commutare un potere significativo (l'uso di transistor bipolari convenzionali per questi scopi è considerato semplicemente indecente).
Tale necessità (un potente transistor MOSFET) si presenta con un gran numero di LED, ad esempio con utilizzando una striscia LED, che sarà discusso in seguito. Se la potenza è bassa - quando si utilizza uno - due LED, è possibile utilizzare i tasti a basso consumo transistor bipolarie, se possibile, collegare i LED direttamente alle uscite dei microcircuiti.
La Figura 2 mostra lo schema funzionale del controller PWM. Come elemento di controllo, il resistore R2 è mostrato convenzionalmente nel diagramma. Ruotando la sua maniglia, è possibile modificare il ciclo di lavoro degli impulsi di controllo entro i limiti richiesti e, di conseguenza, la luminosità dei LED.
Figura 2. Schema funzionale di un controller PWM
La figura mostra tre catene di LED collegati in serie con resistori di limitazione. Circa la stessa connessione viene utilizzata nelle strisce LED. Più lungo è il nastro, più LED, maggiore è il consumo di corrente.
È in questi casi così potente regolatori su transistor MOSFET, la cui corrente di drenaggio consentita dovrebbe essere leggermente maggiore della corrente consumata dal nastro. Quest'ultimo requisito è soddisfatto abbastanza facilmente: ad esempio, il transistor IRL2505 ha una corrente di drain di circa 100A, una tensione di drain di 55V, mentre le sue dimensioni e il prezzo sono abbastanza attraenti per l'uso in vari progetti.
Oscillatori master PWM
Un microcontrollore (il più delle volte in condizioni industriali) o un circuito realizzato su microcircuiti con un piccolo grado di integrazione, può essere utilizzato come oscillatore master PWM. Se a casa dovrebbe produrre una piccola quantità di regolatori PWM, ma non c'è esperienza nella creazione di dispositivi a microcontrollore, è meglio creare un regolatore su ciò che è ora a portata di mano.
Questo può essere un chip logico serie K561, un timer integrato NE555nonché microchip specializzati progettati per alimentatori a commutazione. In questo ruolo, puoi persino fare un lavoro amplificatore operazionaleaver montato un generatore regolabile su di esso, ma questo è, forse, "per amore per l'arte". Pertanto, verranno considerati solo due schemi di seguito: il più comune sul timer 555 e sul controller UPS UC3843.
Schema dell'oscillatore principale sul timer 555
Figura 3. Schema dell'oscillatore principale
Questo circuito è un normale generatore di onde quadrate la cui frequenza è impostata dal condensatore C1. Il condensatore viene caricato attraverso il circuito "Uscita - R2 - RP1-C1 - filo comune". In questo caso, l'uscita deve avere una tensione di alto livello, che equivale al fatto che l'uscita è collegata al polo positivo della fonte di alimentazione.
Il condensatore viene scaricato attraverso il circuito "C1 - VD2 - R2 - Uscita - filo comune" in un momento in cui l'uscita è a bassa tensione, - l'uscita è collegata a un filo comune. Questa differenza nei percorsi della carica - la scarica del condensatore di impostazione del tempo - fornisce impulsi con una larghezza regolabile.
Va notato che i diodi, anche dello stesso tipo, hanno parametri diversi. In questo caso, la loro capacità elettrica svolge un ruolo, che cambia sotto l'influenza della tensione sui diodi. Pertanto, insieme a un cambiamento nel ciclo di lavoro del segnale di uscita, cambia anche la sua frequenza.
La cosa principale è che non diventa inferiore alla frequenza critica, che è stata menzionata sopra. Altrimenti, invece di un bagliore uniforme con luminosità diversa, saranno visibili singoli flash.
Approssimativamente (di nuovo, la colpa è dei diodi), la frequenza del generatore può essere determinata dalla formula mostrata di seguito.
La frequenza del generatore PWM sul timer 555.
Se sostituiamo la capacità del condensatore in farad nella formula, la resistenza in Ohm, il risultato dovrebbe essere in Hz Hz: non puoi arrivare da nessuna parte dal sistema SI! Resta inteso che il motore a resistenza variabile RP1 è nella posizione centrale (nella formula RP1 / 2), che corrisponde al segnale di uscita della forma del meandro. Nella Figura 2, questa è esattamente la parte in cui è indicata la durata dell'impulso del 50%, che è equivalente a un segnale con un ciclo di lavoro di 2.
Oscillatore master PWM su chip UC3843
Il suo circuito è mostrato in Figura 4.
Figura 4. Schema dell'oscillatore master PWM sul chip UC3843
Il chip UC3843 è un controller di controllo PWM per la commutazione di alimentatori e viene utilizzato, ad esempio, in fonti di computer in formato ATX. In questo caso, lo schema tipico della sua inclusione è leggermente cambiato nella direzione della semplificazione. Per controllare la larghezza dell'impulso di uscita, viene immessa una tensione di regolazione di polarità positiva all'ingresso del circuito, quindi viene emesso un segnale PWM modulato in larghezza di impulso.
Nel caso più semplice, la tensione di regolazione può essere applicata usando un resistore variabile con una resistenza di 22 ... 100K. Se necessario, la tensione di controllo può essere ottenuta, ad esempio, da un sensore di luce analogico realizzato su un fotoresistenza: più scura è la finestra, più luminosa è la stanza.
La tensione di controllo agisce sull'uscita PWM, in modo che quando diminuisce, aumenta la larghezza dell'impulso di uscita, il che non è affatto sorprendente.Dopotutto, lo scopo iniziale del chip UC3843 è di stabilizzare la tensione dell'alimentatore: se la tensione di uscita diminuisce e con essa la tensione di regolazione, è necessario prendere misure (aumentare la larghezza dell'impulso di uscita) per aumentare leggermente la tensione di uscita.
La regolazione della tensione negli alimentatori viene generata, di regola, con l'aiuto dei diodi zener. Molto spesso lo è TL431 o simili.
Con i valori delle parti indicate nel diagramma, la frequenza del generatore è di circa 1 KHz e, diversamente dal generatore sul timer 555, non "galleggia" quando cambia il ciclo di lavoro del segnale di uscita - preoccupazione per la costanza della frequenza degli alimentatori di commutazione.
Per regolare una potenza significativa, ad esempio una striscia LED, lo stadio chiave sul transistor MOSFET deve essere collegato all'uscita, come mostrato nella Figura 2.
Sarebbe possibile parlare di più sui regolatori PWM, ma per ora soffermiamoci su questo, e nel prossimo articolo considereremo vari modi di collegare i LED. Dopotutto, non tutti i metodi sono ugualmente buoni, ci sono quelli che dovrebbero essere evitati e ci sono solo errori sufficienti quando si collegano i LED.
Continuazione dell'articolo:Schemi di cablaggio LED buoni e cattivi
Boris Aladyshkin
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