التحكم في السطوع LED

في بعض الحالات ، على سبيل المثال ، في المصباح الكهربائي أو تجهيزات الإضاءة المنزلية ، يصبح من الضروري ضبط سطوع التوهج. يبدو الأمر أسهل: ما عليك سوى تغيير التيار من خلال مؤشر LED أو زيادة أو نقصان مقاومة الحد المقاوم. ولكن في هذه الحالة ، سيتم إنفاق جزء كبير من الطاقة على المقاوم الحد ، وهو أمر غير مقبول تمامًا مع مصدر طاقة مستقل من البطاريات أو البطاريات.

بالإضافة إلى ذلك ، سيتغير لون LEDs: على سبيل المثال ، اللون الأبيض عندما يكون التيار أقل من الاسم الرمزي (لمعظم المصابيح 20mA) سيكون لونه أخضر قليلاً. مثل هذا التغيير في اللون في بعض الحالات لا طائل منه. تخيل أن هذه المصابيح تضيء شاشة التلفزيون أو شاشة الكمبيوتر.

مبدأ PWM - التنظيم

في هذه الحالات ، تطبيق PWM - التنظيم (عرض النبضة). معناها هو ذلك الادية تضيء بشكل دوري وتخرج. في الوقت نفسه ، يظل التيار رمزيًا طوال فترة الفلاش بأكملها ، وبالتالي ، لا يتم تشويه طيف التوهج. إذا كان مؤشر LED أبيض ، فلن تظهر الظلال الخضراء.

بالإضافة إلى ذلك ، مع هذه الطريقة للتحكم في الطاقة ، تكون خسائر الطاقة في حدها الأدنى ، وتكون كفاءة الدوائر التي تتحكم فيها PWM عالية للغاية ، حيث تصل إلى أكثر من 90 بالمائة.

مبدأ التحكم في PWM بسيط للغاية ، وهو مبين في الشكل 1. يُنظر إلى نسبة مختلفة من وقت الحالة المضاءة والمطفولة في العين على أنها سطوع مختلفة: كما هو الحال في فيلم - يتم عرض الإطارات المنفصلة بشكل منفصل كصورة متحركة. كل هذا يتوقف على وتيرة الإسقاط ، والتي ستتم مناقشتها لاحقًا.

الشكل 1. مبدأ تنظيم PWM

يوضح الشكل مخططات الإشارات عند إخراج جهاز التحكم PWM (أو مذبذب رئيسي). يشار صفر واحد من قبل مستويات منطقية: الوحدة المنطقية (المستوى العالي) تؤدي إلى توهج LED ، الصفر المنطقي (المستوى المنخفض) ، على التوالي ، الانقراض.

على الرغم من أن كل شيء يمكن أن يكون في الاتجاه المعاكس ، نظرًا لأن كل شيء يعتمد على دوائر مفتاح الإخراج ، يمكن تشغيل مؤشر LED منخفضًا وإيقاف تشغيله ، مرتفعًا جدًا. في هذه الحالة ، سيكون للوحدة المنطقية المادية مستوى منخفض للجهد ، وسيكون الصفر المنطقي عاليًا.

بمعنى آخر ، تتسبب الوحدة المنطقية في تضمين بعض الأحداث أو العمليات (في حالتنا ، وميض LED) ، ويجب على الصفر المنطقي تعطيل هذه العملية. أي أنه ليس دائمًا مستوى عالٍ عند إخراج الدائرة الصغيرة الرقمية هو وحدة LOGIC ، كل هذا يتوقف على كيفية بناء دائرة معينة. هذا هو للعلم. لكن في الوقت الحالي ، نفترض أن المفتاح يتم التحكم فيه بمستوى عالٍ ، وهو ببساطة لا يمكن أن يكون غير ذلك.

تردد وعرض نبضات التحكم

تجدر الإشارة إلى أن فترة تكرار النبض (أو التردد) لا تزال دون تغيير. لكن ، بشكل عام ، لا يؤثر تردد النبض على سطوع التوهج ، وبالتالي ، لا توجد متطلبات خاصة لاستقرار التردد. تتغير فقط مدة (WIDTH) ، في هذه الحالة ، نبضة موجبة ، بسبب الآلية الكاملة لتشكيل عرض النبضة.

يتم التعبير عن مدة نبضات التحكم في الشكل 1 في ٪٪. هذا هو ما يسمى "عامل الملء" أو ، في مصطلحات اللغة الإنجليزية ، DUTY CYCLE. يتم التعبير عنها كنسبة مدة نبضة التحكم إلى فترة تكرار النبضة.

في المصطلحات الروسية وعادة ما تستخدم "دورة العمل" - نسبة الفترة إلى نبض الوقتأ. وبالتالي ، إذا كان عامل الملء هو 50 ٪ ، فإن دورة العمل ستكون 2.لا يوجد فرق جوهري هنا ، وبالتالي ، يمكنك استخدام أي من هذه القيم ، والتي تكون أكثر ملاءمة ومفهومة.

هنا ، بالطبع ، يمكن للمرء أن يقدم صيغًا لحساب دورة العمل و DUTY CYCLE ، ولكن حتى لا نعقد العرض ، سنفعل دون الصيغ. في الحالات القصوى ، قانون أوم. لا يوجد شيء يجب القيام به: "أنت لا تعرف قانون أوم ، ابق في المنزل!" إذا كان أي شخص مهتمًا بهذه الصيغ ، يمكن دائمًا العثور عليها على الإنترنت.

تردد PWM باهتة

كما ذكر أعلاه ، لا توجد متطلبات خاصة لاستقرار تردد نبض PWM: حسنًا ، إنه "يتحرك" قليلاً ، وهذا جيد. هذا عدم استقرار التردد ، بالمناسبة ، كبيرة جدا ، لديها وحدات تحكم PWM استنادا إلى توقيت متكامل NE555لا تتداخل مع استخدامها في العديد من التصاميم. في هذه الحالة ، من المهم ألا يقل هذا التردد عن قيمة معينة.

وما ينبغي أن يكون التردد ، وكيف يمكن أن يكون غير مستقر؟ لا تنس أننا نتحدث عن المخفتات. في تكنولوجيا الأفلام ، يوجد مصطلح "تردد وميض حرج". هذا هو التردد الذي يتم فيه اعتبار الصور الفردية المعروضة واحدة تلو الأخرى كصورة متحركة. للعين البشرية ، وهذا التردد هو 48Hz.

ولهذا السبب ، كان معدل تكرار التصوير على الفيلم 24 لقطة / ثانية (معيار التلفزيون 25 لقطة / ثانية). لزيادة هذا التردد إلى درجة الأهمية ، يستخدم جهاز العرض السينمائي مصراعًا ذو نصلتين (مصراع) يتداخل مرتين مع كل إطار معروض.

في أجهزة عرض الأفلام ذات الأفلام الضيقة 8 مم للهواة ، كان تردد الإسقاط 16 إطارًا في الثانية ، لذلك كان لدى المصراع ما يصل إلى ثلاثة ريش. يخدم الغرض نفسه في التلفزيون حقيقة أن يتم عرض الصورة في نصف الإطارات: أولاً ، ثم الخطوط الفردية للصورة. والنتيجة هي تردد وميض 50 هرتز.

إن عملية LED في وضع PWM هي وميض منفصل ذي مدة قابلة للتعديل. من أجل أن ينظر العين إلى هذه الومضات على أنها توهج مستمر ، يجب ألا يقل تواترها عن الأهمية. ما تريد ، ولكن ليس بأي شكل من الأشكال. يجب مراعاة هذا العامل عند الإنشاء PWM - المنظمين للتركيبات.

بالمناسبة ، كحقيقة مثيرة للاهتمام: قرر العلماء بطريقة ما أن التردد الحرج لعين النحل هو 800 هرتز. لذلك ، ترى النحلة الفيلم على الشاشة كسلسلة من الصور الفردية. ولكي ترى صورة متحركة ، يجب زيادة عدد مرات الإسقاط إلى ثمانمائة نصف إطار في الثانية!

مخطط وظيفي لوحدة تحكم PWM

للسيطرة على الصمام الفعلي يستخدم مرحلة الترانزستور الرئيسية. في الآونة الأخيرة ، والأكثر استخداما لهذا الغرض الترانزستورات mosfet، مما يسمح لك بتخفيف قوة كبيرة (يعتبر استخدام الترانزستورات ثنائية القطب التقليدية لهذه الأغراض غير لائق ببساطة).

تنشأ هذه الحاجة (ترانزستور MOSFET قوي) بعدد كبير من المصابيح ، على سبيل المثال ، مع باستخدام قطاع الصمام، والتي سوف تناقش في وقت لاحق. إذا كانت الطاقة منخفضة - عند استخدام واحد - اثنين من المصابيح ، يمكنك استخدام مفاتيح الطاقة المنخفضة الترانزستورات ثنائية القطب، وإذا أمكن ، قم بتوصيل المصابيح مباشرة بمخرجات الدوائر الصغيرة.

يوضح الشكل 2 الشكل الوظيفي لوحدة التحكم في PWM. كعنصر تحكم ، يتم عرض المقاوم R2 بشكل تقليدي في الرسم التخطيطي. من خلال تدوير مقبضها ، من الممكن تغيير دورة التشغيل لنبضات التحكم ضمن الحدود المطلوبة ، وبالتالي ، سطوع المصابيح.

الشكل 2. مخطط وظيفي لوحدة تحكم PWM

يوضح الشكل ثلاث سلاسل من المصابيح المتصلة سلسلة مع مقاومات الحد. يتم استخدام نفس الاتصال تقريبًا في شرائط LED. كلما زاد طول الشريط ، زاد عدد مصابيح LED ، زاد الاستهلاك الحالي.

وفي هذه الحالات تكون قوية المنظمين على الترانزستورات MOSFETيجب أن يكون تيار التصريف المسموح به أكبر قليلاً من التيار الذي يستهلكه الشريط. يتم الوفاء بالشرط الأخير بسهولة تامة: على سبيل المثال ، يحتوي الترانزستور IRL2505 على تيار تصريف يبلغ حوالي 100A ، جهد تصريف يبلغ 55 فولت ، في حين أن حجمه وسعره جذابان بدرجة كافية للاستخدام في التصميمات المختلفة.

مؤشرات التذبذب الرئيسية PWM

يمكن استخدام متحكم دقيق (غالبًا في ظروف صناعية) ، أو دارة مصنوعة على دوائر مصغرة ذات درجة صغيرة من التكامل ، كمذبذب رئيسي PWM. إذا كان من المفترض في المنزل إنتاج كمية صغيرة من منظمات PWM ، ولكن لا توجد خبرة في إنشاء أجهزة متحكم دقيق ، فمن الأفضل إنشاء منظم على ما هو الآن في متناول اليد.

يمكن أن يكون رقائق المنطق من سلسلة K561 ، توقيت متكامل NE555فضلا عن رقائق المتخصصة المصممة ل تحويل امدادات الطاقة. في هذا الدور ، يمكنك حتى العمل مضخم تشغيليبعد أن قمت بتجميع مولد قابل للتعديل عليه ، ولكن هذا ربما "بدافع الحب للفن". لذلك ، سيتم النظر في مخططين فقط أدناه: الأكثر شيوعًا في جهاز ضبط الوقت 555 ، وعلى جهاز التحكم UC3843 UPS.

مخطط المذبذب الرئيسي على الموقت 555

الشكل 3. مخطط مذبذب سيد

هذه الدائرة عبارة عن مولد موجة مربعة منتظم يتم ضبط تردده بواسطة مكثف C1. يتم شحن المكثف من خلال الدائرة "الإخراج - R2 - RP1-C1 - سلك مشترك". في هذه الحالة ، يجب أن يكون للمخرج جهد فلطي عالي المستوى ، وهو ما يعادل حقيقة أن الخرج متصل بقطب زائد لمصدر الطاقة.

يتم تفريغ المكثف من خلال الدائرة "C1 - VD2 - R2 - الإخراج - سلك شائع" في وقت يكون فيه الجهد منخفضًا ، - يتم توصيل الإخراج بسلك مشترك. يوفر هذا الاختلاف في مسارات الشحنة - تفريغ مكثف ضبط الوقت - نبضات بعرض قابل للتعديل.

تجدر الإشارة إلى أن الثنائيات ، حتى من نفس النوع ، لها معايير مختلفة. في هذه الحالة ، تلعب السعة الكهربائية دورًا يتغير تحت تأثير الجهد الكهربائي على الثنائيات. لذلك ، إلى جانب التغيير في دورة العمل لإشارة الإخراج ، يتغير ترددها أيضًا.

الشيء الرئيسي هو أنه لا يصبح أقل من التردد الحرج ، الذي ذكر أعلاه. خلاف ذلك ، بدلاً من توهج منتظم مع سطوع مختلفة ، سوف تكون ومضات الفردية مرئية.

تقريبًا (مرة أخرى ، يتم إلقاء اللوم على الثنائيات) يمكن تحديد تردد المولد بالمعادلة الموضحة أدناه.

تردد مولد PWM على الموقت 555.

إذا تم استبدال السعة مكثف في الصيغة في farads وكانت المقاومة في أوم ، ثم يجب أن تكون النتيجة في هرتز هرتز: لا يوجد أي مكان من نظام SI! من المعلوم أن محرك RP1 المقاوم المتغير في الموضع الأوسط (في الصيغة RP1 / 2) ، والذي يتوافق مع إشارة الخرج لشكل التعرج. في الشكل 2 ، هذا هو بالضبط جزء الإشارة إلى مدة النبضة البالغة 50٪ ، وهو ما يعادل إشارة مع دورة عمل 2.

مذبذب PWM الرئيسي على رقاقة UC3843

يظهر دائرتها في الشكل 4.

الشكل 4. مخطط مذبذب سيد PWM على رقاقة UC3843

رقاقة UC3843 هي وحدة تحكم PWM للتحكم في إمدادات الطاقة ويتم استخدامها ، على سبيل المثال ، في مصادر الكمبيوتر بتنسيق ATX. في هذه الحالة ، يتم تغيير المخطط النموذجي لإدراجه قليلاً في اتجاه التبسيط. للتحكم في عرض نبضة الخرج ، يتم تطبيق جهد تنظيم قطبية موجبة على دخل الدائرة ، ثم يتم الحصول على إشارة PWM معدلة بعرض النبضة عند الخرج.

في أبسط الحالات ، يمكن تطبيق الجهد التنظيمي باستخدام مقاوم متغير مع مقاومة 22 ... 100K. إذا لزم الأمر ، يمكن الحصول على جهد التحكم ، على سبيل المثال ، من جهاز استشعار للضوء التناظرية مصنوع من مقاوم للضوء: كلما كانت النافذة أغمق ، كانت الغرفة أكثر إشراقًا.

يعمل جهد التحكم على خرج PWM ، بحيث يزداد عرض نبضة الخرج عند انخفاضها ، وهو أمر غير مفاجئ على الإطلاق.بعد كل شيء ، فإن الغرض الأولي من رقاقة UC3843 هو تثبيت الجهد من امدادات الطاقة: إذا انخفض الجهد الناتج ، ومعها الجهد التنظيمي ، ثم يجب اتخاذ التدابير (زيادة عرض نبض الإخراج) لزيادة الجهد الناتج إلى حد ما.

يتم إنشاء الجهد التنظيمي في إمدادات الطاقة ، وكقاعدة عامة ، باستخدام الثنائيات زينر. في معظم الأحيان هو عليه TL431 أو ما شابه ذلك.

مع قيم الأجزاء الموضحة في الرسم البياني ، يكون تردد المولد حوالي 1 كيلو هرتز ، وعلى عكس المولد في الموقت 555 ، فإنه لا "يطفو" عندما تتغير دورة التشغيل لإشارة الخرج - القلق بشأن ثبات تردد تبديل إمداد الطاقة.

لتنظيم قوة كبيرة ، على سبيل المثال ، شريط LED ، ينبغي توصيل المرحلة الرئيسية في الترانزستور MOSFET إلى الإخراج ، كما هو مبين في الشكل 2.

قد يكون من الممكن التحدث أكثر عن المنظمين PWM ، ولكن في الوقت الحالي دعونا نتحدث عن هذا الأمر ، وفي المقالة التالية سننظر في طرق مختلفة لتوصيل LEDs. بعد كل شيء ، ليست كل الطرق جيدة على قدم المساواة ، وهناك تلك التي ينبغي تجنبها ، وهناك فقط أخطاء كافية عند توصيل المصابيح.

استمرار المقال:جيد وسيء أنماط الأسلاك الصمام

بوريس الأديشين

Comments

[#1]

شكرا للمعلومات مفيدة جدا وذات صلة.

[#2]

من الأفضل ضبط الإضاءة الخلفية للشاشات بدون PWM. وما الذي سيغير الظل - يمكن تصحيحه بواسطة مصفوفة ، إنه أفضل من إفساد الرؤية باستخدام PWM.

[#3]

نعم ، الشيء المثير للاهتمام ، فقط ، في بعض الحالات ، تبدأ BP في "الغناء". علاوة على ذلك ، في الحد الأقصى والحد الأدنى ، لا "يغني" تقريبًا ، وفي الموضع المتوسط ​​كانت هناك حالات تضع آذانًا بالفعل. الأشخاص الأذكياء الذين لم ننصحهم للتو: وضع مكثفات قوية في الخرج ، وزيادة المقطع العرضي للموصلات ، واتخاذ مصدر طاقة أكثر كفاءة ، ولف مغو مناسب ، ووضع المرشح في خرج PWM - في مكان واحد ، حيث صُرِق وأُحرق. بطريقة ما ، كان هناك مشروع واحد يريده العميل على امتداد 30 مترًا تقريبًا لإنشاء 3 مناطق إضاءة خلفية يتم التحكم فيها بشكل مستقل عن بعضها البعض ، وستكون كتلة الضبط في اللوحة الكهربائية ، وعلى كابل زوج ملتوي ، يجب أن تأتي الإشارة إلى لوحة PWM في كل مصباح LED ، على اللوحة كان هناك microswitch مزدوجة التي تحدد الانتماء إلى المنطقة المطلوبة. كان لكل مصباح وحدة الإمداد بالطاقة الخاصة به (Mean Well S 250-12). تم التحكم في الدائرة من وحدة تحكم مشتركة واحدة ، وتم تبديل المناطق ولكل منها مستوى إضاءة خاص بها ، وهكذا ، عندما قمنا بتشغيلها ، لم يكن الأمر غير ممكن في الغرفة ، لكنني أردت الفرار من هناك. كان صرير التردد العالي أنه لم يكن مريحًا في غرفة فارغة. عندما "نجهد" المطور الخاص بنا ، قام بحل المشكلة في المرة الثالثة فقط ، إذا جاز التعبير عن طريق "الكوارتز" ، وزاد تردد الساعة لوحدات التحكم في كل مصباح. ثم ، كما همس الجدة ، والصمت والخوف. لكنني قمت بتجميع لوحات الدوائر 555 بنفسي واشتريت اللوحات الجاهزة وفي مواقف مختلفة ، تصرفت بشكل مختلف بغض النظر عن قوة الحمل والشركة المصنعة لجهاز PSU ، وبعضها صرير ، والبعض الآخر لا. لذا ، إذا كان لدى شخص ما خبرة في حل هذه المشكلة ، فسيكون من المثير للاهتمام سماع رأي.

[#4]

شكرا لك