Регулирование яркости светодиодов, принципы ШИМ-регулирования
В нeкoтoрыx случaяx, нaпримeр, в фoнaрикax или — или дoмaшниx oсвeтитeльныx прибoрax, вoзникaeт нeoбxoдимoсть рeгулирoвaть яркoсть свeчeния. Кaзaлoсь бы, чeгo полоз прoщe: дoстaтoчнo измeнить тoк чeрeз свeтoдиoд, увeличив иначе говоря умeньшив сoпрoтивлeниe oгрaничитeльнoгo рeзистoрa. Нo в этoм случae нa oгрaничитeльнoм рeзистoрe будeт рaсxoдoвaться знaчитeльнaя чaсть энeргии, чтo сoвсeм нeдoпустимo подле aвтoнoмнoм питaнии oт бaтaрeй река aккумулятoрoв.
Крoмe тoгo, цвeт свeчeния свeтoдиoдoв будeт измeняться: нaпримeр, бeлый цвeт близ пoнижeнии тoкa мeньшe нoминaльнoгo (во (избежание бoльшинствa свeтoдиoдoв 20мA) будeт имeть нeскoлькo зeлeнoвaтый oттeнoк. Тaкoe измeнeниe цвeтa в рядe случaeв сoвeршeннo ни к чeму. Прeдстaвьтe сeбe, чтo сии свeтoдиoды пoдсвeчивaют экрaн тeлeвизoрa али кoмпьютeрнoгo мoнитoрa.
Норма ШИМ – рeгулирoвaния
В этиx случaяx примeняeтся ШИМ – рeгулирoвaниe (ширoтнo — импульснoe). Лейтмотив его в том, будто светодиод периодически зажигается и гаснет. Возле этом ток возьми протяжении всего времени вспышки остается номинальным, в рассуждении сего спектр свечения безграмотный искажается. Уж если только светодиод белый, ведь зеленые оттенки являться взору не будут.
К тому но при таком способе регулирования мощности доход энергии минимальны, Полезное действие схем с ШИМ регулированием более чем высок, достигает 90 с лишним процентов.
Альтернат ШИМ – регулирования будет простой, и показан сверху рисунке 1. Различное связь времени зажженного и погашенного состояния сверху глаз воспринимается что различная яркость свечения: наподобие в кино – по одному показываемые поочередно люди воспринимаются как движущееся копия. Здесь все зависит с частоты проекции, о нежели разговор будет только-только позже.
Рисунок 1. Альтернат ШИМ – регулирования
Держи рисунке изображены диаграммы сигналов получай выходе устройства управления ШИМ (али задающий генератор). Нулем и единицей обозначены логические уровни: логическая мера (высокий уровень) вызывает сияние светодиода, логический мелкота (низкий уровень), адекватно, погасание.
Хотя аминь может быть и обратно, поскольку все зависит через схемотехники выходного ключа, — вписывание светодиода может провертываться низким уровнем а затушение, как раз высоким. В этом случае физиологически логическая единица полно иметь низкий поверхность напряжения, а логический никто высокий.
Другими словами, логическая часть вызывает включение какого-ведь события или процесса (в нашем случае засвечивание светодиода), а последовательный нуль должен настоящий процесс отключить. Ведь есть не до могилы высокий уровень сверху выходе цифровой микросхемы является ЛОГИЧЕСКОЙ единицей, безвыездно зависит от того, чисто построена конкретная чертеж. Это так, с целью сведения. Но все еще будем считать, какими судьбами ключ управляется высоким уровнем, и точно по-другому просто водиться не может.
Колебание и ширина управляющих импульсов
Нужно обратить внимание для то, что цикл следования импульсов (тож частота) остается неизменным. Же, в общем, частота импульсов получай яркость свечения влияния безлюдный (=малолюдный) оказывает, поэтому, к стабильности частоты особых требований без- предъявляется. Меняется только что длительность (ШИРИНА), в данном случае, положительного импульса, ради счет чего и работает все) механизм широтно-импульсной модуляции.
Длина управляющих импульсов бери рисунке 1 выражена в %%. Сие так называемый «составляющая заполнения» alias, по англоязычной терминологии, DUTY CYCLE. Выражается отношением длительности управляющего импульса к периоду следования импульсов.
В русскоязычной терминологии нормально используется «скважистость» – оценка периода следования к времени побуждениеа. Таким образом на случай если коэффициент заполнения 50%, так скважность будет равна 2. Принципиальной разницы после этого нет, поэтому, иметь можно любой изо этих величин, кому наподобие удобней и понятней.
Тогда, конечно, можно было бы вогнать формулы для расчета скважности и DUTY CYCLE, же, чтобы не усугублять изложение, обойдемся не принимая во внимание формул. В крайнем случае, институции Ома. Уж шелковичное) дерево ничего не поделаешь: «Приставки не- знаешь закон Ома, сиди в родных местах!». Если быстро кого эти формулы заинтересуют, в таком случае их всегда дозволено найти на просторах Интернета.
Колебание ШИМ для светорегулятора
Ровно было сказано хоть сколько-нибудь выше, особых требований к стабильности частоты импульсов ШИМ отнюдь не предъявляется: ну, один «плавает», ещё бы и ладно. Подобной нестабильностью частоты, уместно, достаточно большой, обладают ШИМ – регуляторы получи и распишись базе интегрального таймера NE555, сколько не мешает их применению нет слов многих конструкциях. В данном случае существенно лишь, чтобы каста частота не стала подальше некоторого значения.
А какая должна лежать частота, и насколько возлюбленная может быть нестабильна? Далеко не забывайте, что говор идет о светорегуляторах. В кинотехнике существует частное «критическая колебание мельканий». Сие частота, при которой отдельные картинки, показываемые доброжелатель за другом, воспринимаются делать за скольких движущееся изображение. Для того человеческого глаза сия частота составляет 48Гц.
Смотри именно по этой причине гармоника съемки на кинопленке составляла 24ухажер/сек (телевизионный ост 25кадр/сек). Угоду кому) повышения этой частоты прежде критической в кинопроекторах применяется двухлопастной приспособление (заслонка) дважды перекрывающий первый попавшийся показываемый кадр.
В любительских узкопленочных 8мм проекторах гармоника проекции составляла 16эпизод/сек, поэтому приспособление имел аж три лопасти. Тем но целям в телевидении служит оный факт, что очерчивание показывается полукадрами: раньше четные, а потом нечетные строки изображения. В результате стало частота мельканий 50Гц.
Действие светодиода в режиме ШИМ представляет лицом отдельные вспышки регулируемой длительности. Дай тебе эти вспышки воспринимались получи и распишись глаз как непрерывное сияние, их частота должна быть сокровища) не меньше критической. Больше сколько угодно, а ниже никак невозможно. Этот фактор подобает учитывать при создании ШИМ – регуляторов про светильников.
Кстати, без труда, как интересный фотофакт: ученые каким-так образом определили, сколько критическая частота интересах глаза пчелы составляет 800Гц. Отчего кинофильм на экране пчелка увидит как подпоследовательность отдельных изображений. Исполнение) того, чтобы симпатия увидела движущееся копия, частоту проекции потребуется упасть до восьмисот полукадров в минуту!
Функциональная схема ШИМ – регулятора
С целью управления собственно светодиодом используется транзисторный основополагающий каскад. В последнее дата наиболее широко с целью этой цели используются транзисторы MOSFET, позволяющие переставлять значительную мощность (действие для этих целей обычных биполярных транзисторов якобы просто неприличным).
Такая нехватка, (мощный MOSFET — филдистор) возникает при большом количестве светодиодов, скажем, при использовании светодиодных лент, о которых закругляйся рассказано чуть потом. Если же способность невелика – возле использовании одного – двух светодиодов, имеется возможность использовать ключи нате маломощных биполярных транзисторах, а подле возможности подключать светодиоды раскованно к выходам микросхем.
Нате рисунке 2 показана функциональная модель ШИМ – регулятора. В качестве элемента управления возьми схеме условно показан варистор R2. Вращением его ручки не запрещается в необходимых пределах вероломствовать скважность управляющих импульсов, а, таким образом, яркость светодиодов.
Пейзаж 2. Функциональная метод ШИМ – регулятора
Получи и распишись рисунке показаны три цепочки день за днем соединенных светодиодов с ограничивающими резисторами. На глаз такое же комбинация применяется в светодиодных лентах. Нежели длиннее лента, тем предпочтительно светодиодов, тем с хвостиком потребляемый ток.
В в этих случаях потребуются мощные регуляторы бери транзисторах MOSFET, закономерн ток стока которых полагается быть чуть похлеще тока, потребляемого лентой. Последнее заявление выполняется достаточно ни за что: например, у транзистора IRL2505 водобег стока около 100А, вольтаж стока 55В, при этом, его размеры и прайс достаточно привлекательны к использования в различных конструкциях.
Задающие генераторы ШИМ
В качестве задающего ШИМ – генератора может прилагаться микроконтроллер (в промышленных условиях чаще итого), или схема, выполненная сверху микросхемах малой степени интеграции. Иначе) будет то в домашних условиях предполагается выковать незначительное количество ШИМ – регуляторов, а опыта создания микроконтроллерных устройств ни слуху, то лучше учинить регулятор на волюм, что в настоящее п(р)ошедшее оказалось под рукой.
Сие могут быть логические микросхемы серии К561, единый. Ant. рассеяние таймер NE555, а в свой черед специализированные микросхемы, предназначенные ради импульсных блоков питания. В этой роли хоть заставить работать хоть операционный усилитель, собрав возьми нем регулируемый стимулятор, но это полоз, пожалуй, «изо любви к искусству». Вследствие того, далее будут рассмотрены токмо две схемы: самая распространенная получи и распишись таймере 555, и в контроллере ИБП UC3843.
Компонент задающего генератора получи и распишись таймере 555
Рисунок 3. Схематическое изображение задающего генератора
Сия схема представляет из себя обычный генератор прямоугольных импульсов, гармоника которого задается конденсатором C1. Горн конденсатора происходит вдоль цепи «Парад – R2 – RP1- C1 – поголовный провод». Рядом этом на выходе подобает присутствовать напряжение высокого уровня, отчего равнозначно, что появление соединен с плюсовым полюсом источника питания.
Разряжается триммер по цепи «C1 – VD2 – R2 – Размер выработки – общий сопровождение» в то благоп, когда на выходе присутствует надсада низкого уровня, — лазейка соединен с общим проводом. Смотри эта разница в путях заряда – разряда времязадающего конденсатора и обеспечивает заграбастывание импульсов с регулируемой шириной.
Нужно заметить, что диоды, ажно одного типа, имеют небо и земля параметры. В данном случае играет круг обязанностей их электрическая нефтеемкость, которая изменяется подина действием напряжения возьми диодах. Поэтому хором с изменением скважности выходного сигнала меняется и его колебание.
Главное, чтобы возлюбленная не стала не в такой степени. Ant. более критической частоты, о которой было упомянуто еле выше. Иначе в (обмен равномерного свечения с различной яркостью будут видны отдельные вспышки.
Около (опять же виноваты диоды) частоту генератора хоть определить по формуле, показанной подальше.
Частота генератора ШИМ держи таймере 555.
Если в формулу отстойник конденсатора подставить в фарадах, противление в Омах, то ответ должен получиться в герцах Гц: через системы СИ никуда отнюдь не денешься! При этом подразумевается, кое-что движок переменного резистора RP1 находится в среднем положении (в формуле RP1/2), как соответствует выходному сигналу стать меандр. На рисунке 2 сие как раз та клочок, где указана срок. Ant. краткость импульса 50%, почему равнозначно сигналу со скважностью 2.
Задающий магнето ШИМ на микросхеме UC3843
Его изложение показана на рисунке 4.
Карикатура 4. Схема задающего генератора ШИМ для микросхеме UC3843
Микросхема UC3843 является управляющим ШИМ — контроллером в (видах импульсных блоков питания и применяется, за примером далеко ходить не нужно, в компьютерных источниках формата ATX. В данном случае типовая установка ее включения едва изменена в сторону упрощения. Во (избежание управления шириной выходного импульса держи вход схемы подается регулирующее сила положительной полярности, так на выходе из чего следует импульсный сигнал ШИМ.
В простейшем случае регулирующее драматизм можно подать с через переменного резистора сопротивлением 22…100Комок. При необходимости дозволено управляющее напряжение стяжать, например, с аналогового датчика освещенности, выполненного получи фоторезисторе: чем потемнее за окном, тем светлее в комнате.
Регулирующее напряженная атмосфера воздействует на размер выработки ШИМ, таким образом, что же при его снижении широта выходного импульса увеличивается, почему вовсе не привет. Ведь исходное предуготовление микросхемы UC3843 — ослабление напряжения блока питания: ежели выходное напряжение падает, а коллективно с ним и регулирующее накал, то надо заправляться меры (увеличивать ширину выходного импульса) во (избежание некоторого повышения выходного напряжения.
Регулирующее попытка в блоках питания вырабатывается, точь в точь правило, с помощью стабилитронов. Чаще не (более это TL431 али им подобные.
Быть указанных на схеме номиналах деталей колебание генератора около 1КГц, и в звезда от генератора возьми таймере 555, симпатия при изменении скважности выходного сигнала невыгодный «плавает» — участие о постоянстве частоты импульсных блоков питания.
Дай тебе регулировать значительную сокрушительность, например, светодиодная галун, к выходу следует отсоединить ключевой каскад нате транзисторе MOSFET, ни дать ни взять было показано для рисунке 2.
Можно было бы и поболее рассказать о ШИМ – регуляторах, так пока остановимся в этом, а в следующей статье рассмотрим неодинаковые способы подключения светодиодов. Все-таки не все способы одинаково хороши, кушать такие, которых пристало избегать, да и невзыскательно ошибок при подключении светодиодов иногда предостаточно.
Продолжение статьи: Хорошие и плохие схемы включения светодиодов
Борюша Аладышкин
Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте мережа умных гаджетов!
Записывайтесь в онлайн-заведение от GeekBrains:
Юрфак Интернет вещей
Ваша сестра сможете:
-
Изучить C, аппаратура отладки и программирования микроконтроллеров;
-
Выручить опыт работы с реальными проектами, в команде и единовластно;
-
Получить удостоверение и документ, подтверждающие полученные навыки.
Starter box для первых экспериментов в дар!
После прохождения курса в вашем портфолио закругляйся: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная мережа устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-балансир), устройство контроля влажности воздуха, налаженность умного полива растений, элемент контроля протечки воды…
Вас получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный письменное удостоверение, которые можно прикинуть в портфолио и показать работодателю.
Подробнее на этом месте:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы