קטגוריות: אלקטרוניקה מעשית, הכל על נוריות LED
מספר צפיות: 91676
הערות לכתבה: 4
בקרת בהירות LED
במקרים מסוימים, למשל בפנסים או בגופי תאורה לבית, יש צורך להתאים את בהירות הזוהר. נראה כי זה קל יותר: פשוט שנה את הזרם דרך הנורית, מגדיל או יורד נגד מגביל התנגדות. אך במקרה זה, חלק ניכר מהאנרגיה יבלה על הנגד המגביל, דבר שאינו מקובל לחלוטין עם אספקת חשמל אוטונומית מסוללות או מצברים.
בנוסף, צבע נוריות הלד ישתנה: לדוגמא, לבן כאשר הזרם נמוך מהסמל הנמלי (לרוב נוריות הלחץ 20mA) יהיה גוון מעט ירקרק. שינוי צבע כזה במקרים מסוימים הוא חסר תועלת לחלוטין. תאר לעצמך כי נוריות LED אלה מאירות את המסך של טלוויזיה או צג מחשב.
העיקרון של PWM - רגולציה
במקרים אלה, הגש בקשה PWM - ויסות (רוחב הדופק). משמעותו היא לד מעת לעת נדלק ויוצא. במקרה זה, הזרם נשאר נומינלי לאורך כל זמן ההבזק, לכן קשת הזוהר אינה מעוותת. אם הנורית לבן, אזי גוונים ירוקים לא יופיעו.
בנוסף, בשיטה זו של בקרת כוח, הפסדי אנרגיה הם מינימליים, היעילות של מעגלים מבוקרים על PWM גבוהה מאוד ומגיעה ליותר מ- 90 אחוזים.
העיקרון של שליטת PWM הוא די פשוט, ומוצג באיור 1. יחס שונה של זמן המצב המואר והכובה בעין נתפס. בהירות שונה: כמו בסרט - מוצגות בנפרד לסירוגין מסגרות נתפשות כתמונה נעה. הכל תלוי בתדירות ההקרנה, שנדון מעט בהמשך.
איור 1. איור 1. העיקרון של ויסות PWM
התרשים מציג את דיאגרמות האות בפלט של התקן השליטה PWM (או מתנד ראשי). אפס ואחד מסומנים על ידי רמות לוגיות: יחידה לוגית (רמה גבוהה) גורמת לנורה זוהר, אפס לוגי (רמה נמוכה), בהתאמה, הכחדה.
למרות שהכל יכול להיות הפוך, מכיוון שהכל תלוי במעגלים של מפתח הפלט, ניתן להדליק את הנורית ונמוכה, פשוט גבוהה. במקרה זה, ליחידה הלוגית הפיזית תהיה רמת מתח נמוכה, והאפס הלוגי יהיה גבוה.
במילים אחרות, יחידה לוגית גורמת להכללת אירוע או תהליך כלשהו (במקרה שלנו, תאורת LED), ואפס לוגי צריך להשבית את התהליך הזה. כלומר, לא תמיד רמה גבוהה בפלט של מעגל מיקרו דיגיטלי היא יחידת LOGIC, הכל תלוי באופן בו בנוי מעגל מסוים. זה למידע. אך לעת עתה אנו מניחים שהמפתח נשלט על ידי רמה גבוהה, והוא פשוט לא יכול להיות אחרת.
תדר ורוחב של פולסי בקרה
יש לציין שתקופת החזרת הדופק (או התדר) נותרת ללא שינוי. אך באופן כללי, תדר הדופק אינו משפיע על בהירות הזוהר, ולכן אין דרישות מיוחדות ליציבות התדר. רק משך הזמן (WIDTH), במקרה זה, של דופק חיובי משתנה, שבגללו עובד כל המנגנון של אפנון רוחב הדופק.
משך פעימות הפיקוח באיור 1 בא לידי ביטוי ב- %%. זהו מה שמכונה "גורם המילוי" או במונחים באנגלית DUTY CYCLE. זה בא לידי ביטוי כיחס בין משך דופק הבקרה לתקופת החזרת הדופק.
בדרך כלל משתמשים במינוח הרוסי "מחזור חובה" - היחס בין התקופה לדופק הזמןא. לפיכך, אם מקדם המילוי הוא 50%, מחזור התפקיד יהיה 2.אין כאן שום הבדל מהותי, לכן אתה יכול להשתמש בכל אחד מערכים אלה, להם הוא נוח ומובן יותר.
כאן, כמובן, ניתן לתת נוסחאות לחישוב מחזור החובה ומחזור החובה, אך כדי לא לסבך את המצגת, אנו נעשה ללא נוסחאות. במקרים קיצוניים, החוק של אוהם. אין מה לעשות: "אתה לא מכיר את החוק של אוהם, הישאר בבית!" אם מישהו מעוניין בנוסחאות אלה, תמיד ניתן למצוא אותן באינטרנט.
תדר PWM לדימר
כאמור, אין דרישות מיוחדות אשר מוטלות על יציבות תדר הדופק של PWM: ובכן, הוא "צף" מעט, וזה בסדר. חוסר יציבות בתדר כזה, אגב, הוא די גדול, יש לבקרי PWM מבוסס על הטיימר המשולב NE555זה לא מפריע לשימוש שלהם בעיצובים רבים. במקרה זה, חשוב רק שתדר זה לא ייפול מערך מסוים.
ומה צריך להיות התדר, וכמה הוא לא יציב? אל תשכח שאנחנו מדברים על דימרים. בטכנולוגיית הקולנוע קיים המונח "תדר הבהוב קריטי". זה התדר בו תמונות בודדות המוצגות זו אחר זו נתפשות כתמונה נעה. עבור העין האנושית, תדר זה הוא 48 הרץ.
מסיבה זו, תדירות הצילום על הסרט הייתה 24 פריימים / שניה (תקן טלוויזיה 25 פריימים / שניה). כדי להגדיל את התדירות הזו לקריטית, מקרני הקולנוע משתמשים במכפלה דו-להבית (תריס) החופפת פעמיים כל מסגרת המוצגת.
במקרני 8 מ"מ סרטים חובבים, תדירות ההקרנה הייתה 16 פריימים / שניה, כך שלתריס היו עד שלושה להבים. אותה מטרה בטלוויזיה משרתת את העובדה שהתמונה מוצגת בחצי פריימים: תחילה אפילו, ואז אחר כך שורות תמונה משונות. התוצאה היא תדר הבהוב של 50 הרץ.
פעולת ה- LED במצב PWM היא הבזק נפרד למשך זמן מתכוונן. על מנת שהבזקים אלו יתפסו בעין כזוהר מתמשך, על תדירותם להיות לא פחות מאשר קריטית. כמה שרוצים, אך לא בשום דרך בהמשך. יש לקחת בחשבון גורם זה בעת היצירה PWM - ווסתים לגופי.
אגב, ממש כעובדה מעניינת: המדענים קבעו איכשהו שהתדר הקריטי לעין הדבורה הוא 800 הרץ. לכן הדבורה רואה בסרט על המסך רצף של תמונות בודדות. כדי שתוכל לראות תמונה נעה, יהיה צורך להגדיל את תדירות ההקרנה לשמונה מאות וחצי פריימים בשנייה!
תרשים פונקציונלי של בקר PWM
כדי לשלוט בנורית LED משמשת בפועל שלב מפתח טרנזיסטור. לאחרונה, הנפוץ ביותר למטרה זו טרנזיסטורים מוספט, מה שמאפשר לך להעביר כוח משמעותי (השימוש בטרנזיסטורים דו קוטביים קונבנציונליים למטרות אלה נחשב פשוט מגונה).
צורך כזה (טרנזיסטור MOSFET עוצמתי) מתעורר עם מספר גדול של נוריות LED, למשל, עם באמצעות רצועת LED, אשר יידונו בהמשך. אם ההספק נמוך - בעת שימוש בנוריות נורית אחת - שני, אתה יכול להשתמש במקשים בהספק נמוך טרנזיסטורים דו קוטביים, ואם אפשר, חבר את נוריות הנורית ישירות לפלטים של מעגלי המיקרו.
איור 2 מציג את התרשים התפקודי של בקר ה- PWM. כאלמנט שליטה, הנגד R2 מוצג באופן קונבנציונאלי בתרשים. על ידי סיבוב הידית ניתן לשנות את מחזור התפקוד של פולסי הבקרה בגבולות הנדרשים, וכתוצאה מכך, את בהירות נוריות ה- LED.
איור 2. תרשים פונקציונלי של בקר PWM
באיור מוצגות שלוש שרשראות נוריות LED המחוברות בסדרה עם נגדים מגבילים. באותו חיבור משתמשים בערך ברצועות LED. ככל שהקלטת ארוכה יותר, נוריות LED רבות יותר, כך צריכת הזרם גדולה יותר.
במקרים אלה זה חזק רגולטורים על טרנזיסטורים MOSFETשזרם הניקוז המותר שלו צריך להיות גדול מעט יותר מהזרם הצרוך על ידי הקלטת. הדרישה האחרונה מתקיימת די בקלות: למשל, לטרנזיסטור IRL2505 יש זרם ניקוז של בערך 100A, מתח ניקוז של 55V, בעוד שגודלו ומחירו אטרקטיביים מספיק לשימוש בעיצובים שונים.
מתנדים מאסטר PWM
בקר מיקרו (לרוב בתנאים תעשייתיים), או מעגל המיוצר במעגלי מיקרו בדרגת אינטגרציה קטנה, יכול לשמש מתנד מאסטר PWM. אם בבית הוא אמור לייצר כמות קטנה של ויסות PWM, אך אין ניסיון ביצירת מכשירי מיקרו-בקרים, אז עדיף להכין ווסת על מה שעומד כעת.
זו יכולה להיות סדרת שבבים לוגית K561, טיימר משולב NE555וכן מיקרו-שבבים ייעודיים המיועדים ל החלפת ספקי כוח. בתפקיד זה אתה יכול אפילו לעשות עבודה מגבר תפעולילאחר שהרכיבו עליו גנרטור מתכוונן, אבל זה אולי "מתוך אהבה לאמנות". לכן, רק שתי ערכות ייחשבו להלן: הנפוצה ביותר בטיימר 555 ובקר UPS3843 UPS.
ערכת מתנד הראשי בטיימר 555
איור 3. תרשים של מתנד הראשי
מעגל זה הוא מחולל גל מרובע רגיל אשר התדר שלו נקבע על ידי קבל C1. הקבל נטען דרך המעגל "פלט - R2 - RP1-C1 - חוט משותף". במקרה זה, לפלט חייב להיות מתח ברמה גבוהה, המקביל לעובדה שהפלט מחובר לקוטב הפלוס של מקור הכוח.
הקבל משוחרר דרך המעגל "C1 - VD2 - R2 - פלט - חוט משותף" בכל פעם שהפלט הוא מתח נמוך, - הפלט מחובר לחוט משותף. הבדל זה בנתיבי המטען - פריקה של קבל קביעת הזמן - מספק פולסים עם רוחב מתכוונן.
יש לציין שלדיודות, אפילו מאותו סוג, יש פרמטרים שונים. במקרה זה הקיבול החשמלי שלהם ממלא תפקיד, שמשתנה תחת השפעת מתח על הדיודות. לכן, יחד עם שינוי במחזור התפקוד של אות הפלט, גם התדר שלו משתנה.
העיקר שהוא לא יפחת מהתדר הקריטי, שהוזכר ממש למעלה. אחרת, במקום זוהר אחיד עם בהירות שונה, הבזקים פרטניים יהיו גלויים.
בערך (שוב, האשמות של הדיודות), ניתן לקבוע את תדירות הגנרטור על ידי הנוסחה המוצגת להלן.
תדירות גנרטור ה- PWM בטיימר 555.
אם נחליף את קיבול הקבל בפאראדים בפורמולה, את ההתנגדות באוהמס, אז התוצאה צריכה להיות ב- Hz Hz: אתה לא יכול להגיע לשום מקום ממערכת SI! מובן כי מנוע RP1 הנגד המשתנה נמצא במצב האמצעי (בנוסחה RP1 / 2), התואם לאות הפלט של צורת המתפתל. באיור 2 זה בדיוק החלק בו מצוין משך הדופק של 50%, שקול לאות עם מחזור חובה של 2.
מתנד אב PWM בשבב UC3843
המעגל שלה מוצג באיור 4.
איור 4. תרשים של מתנד הראשי PWM בשבב UC3843
השבב UC3843 הוא בקר בקרת PWM להחלפת ספקי כוח ומשמש, למשל, במקורות מחשב בפורמט ATX. במקרה זה, התוכנית האופיינית להכללתו משתנה מעט בכיוון הפשט. כדי לשלוט ברוחב של דופק הפלט, מוחל מתח ויסות של קוטביות חיובית על כניסת המעגל ואז מתקבל אות PWM-מודולציה ברוחב דופק ביציאה.
במקרה הפשוט ביותר, ניתן ליישם את המתח הרגולטורי באמצעות נגן משתנה עם התנגדות של 22 ... 100K. במידת הצורך ניתן להשיג את מתח השליטה, למשל, מחיישן אור אנלוגי המיוצר על פוטורסיסטור: ככל שהחלון כהה יותר, כך החדר מואר יותר.
מתח השליטה פועל על יציאת PWM, כך שכאשר הוא יורד, רוחב דופק הפלט גדל, וזה בכלל לא מפתיע.אחרי הכל, המטרה הראשונית של שבב UC3843 היא לייצב את מתח אספקת החשמל: אם מתח היציאה יורד, ואיתו מתח הוויסות, אז עליכם לנקוט צעדים (להגדיל את רוחב דופק הפלט) כדי להגדיל מעט את מתח היציאה.
מתח הרגולטורי באספקת החשמל נוצר, ככלל, באמצעות דיודות זנר. לרוב זה כן TL431 וכדומה.
בערכים של חלקים המצוירים בתרשים, תדר הגנרטור הוא בערך 1 קילו הרץ, ובניגוד לגנרטור בטיימר 555, הוא אינו "צף" כאשר מחזור התפקוד של אות הפלט משתנה - דאגה לקביעות התדר של ספקי הכוח המיתוגיים.
כדי להסדיר כוח משמעותי, למשל, רצועת LED, יש לחבר את שלב המפתח בטרנזיסטור MOSFET לפלט, כפי שמוצג באיור 2.
אפשר יהיה לדבר יותר על רגולטורים של PWM, אך לעת עתה בואו להתעכב על כך, ובמאמר הבא נשקול דרכים שונות לחיבור נוריות LED. אחרי הכל, לא כל השיטות טובות באותה מידה, יש כאלה שיש להימנע מהן ויש מספיק שגיאות בחיבור נוריות LED.
המשך המאמר:דפוסי חיווט LED טובים ורעים
בוריס אלאדישקין
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: