Шім для світлодіодів

Світлодіоди використовуються практично у всіх техніці навколо нас. Правда іноді виникає необхідність регулювати яскравість (наприклад, в ліхтариках, або моніторах). Найпростішим виходом у цій ситуації, здається змінити кількість струму, що пропускається через світлодіод. Але це не так. Світлодіод – досить чутливий компонент. Постійна зміна кількості струму може істотно скоротити термін його роботи, або взагалі зламати. Так само треба враховувати, що не можна використовувати обмежувальний резистор, так як в ньому буде накопичуватися зайва енергія. При використанні батарейок це неприпустимо. Ще одна проблема при такому підході – колір світла буде змінюватися.

Як регулюється яскравість світлодіодів?

Є два варіанти:

  • Регулювання ШІМ
  • Аналогове

Ці методи контролюють проходить через світлодіод струм, але між ними є певні відмінності.
Аналогове регулювання змінює рівень струму, який проходить через світлодіоди. А ШІМ регулює частоту подачі струму.

ШІМ-регулювання

Виходом з цієї ситуації може бути використання широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). При такій системі світлодіоди отримують необхідний струм, а яскравість регулюється з допомогою подачі живлення з високою частотою. Тобто, частота періоду подачі змінює яскравість світлодіодів.
Безсумнівний плюс ШІМ-системи – збереження продуктивності світлодіода. ККД складе близько 90%.

3563ec60b9f017bd3790664b48b6d116 Шім для світлодіодів

Види ШІМ-регулювання

  • Двопровідна. Часто використовується в системі освітлення машин. Джерело живлення перетворювача повинен мати схему, яка формує сигнал ШІМ на DC-вихід.
  • Шунтирующее пристрій. Щоб зробити період включення/вимикання перетворювача використовують шунтувальний компонент, який забезпечує шлях для вихідного струму крім світлодіода.

Параметри імпульсів при ШІМ

Частота проходження імпульсів не змінюється, тому жодних вимог у визначенні яскравості світла до неї немає. В даному випадку, змінюється тільки ширина, або час позитивного імпульсу.

b8761ee16caa60bd6b6cbea412b14963 Шім для світлодіодів

Частота імпульсів

Навіть з урахуванням того, що особливих претензій до частоті немає, існують граничні показники. Вони визначаються чутливістю ока людини до мельканиям. Наприклад, якщо в кіно миготіння кадрів повинні становити 24 кадру в секунду, щоб наше око сприймав його як одне рухоме зображення.
Щоб миготіння світла сприймалися як рівномірне світло, частота повинна становити не менше 200Гц. За верхнім показниками обмежень немає, але нижче ніяк не можна.

Як працює регулятор ШІМ

Для безпосереднього управління світлодіодами застосовується транзисторний ключовий каскад. Зазвичай для них використовують транзистори, здатні накопичувати великі обсяги потужності.
Це необхідно при використанні світлодіодних стрічок або потужних світлодіодах.
Для невеликої кількості або невисокої потужності цілком достатньо використання біполярних транзисторів. Так само можна підключати світлодіоди прямо до мікросхем.

Генератори ШІМ

В системі ШІМ в якості задаючого генератора можуть використовувати мікроконтроллер, або схема, що складається зі схем малого ступеня інтеграції.
Так само можливе створення регулятора з мікросхем, які призначені для імпульсних блоків живлення, або логічні мікросхеми К561, або інтегральний таймер NE565.
Умільці використовують в цих цілях навіть операційний підсилювач. Для цього на ньому збирається генератор, який можна регулювати.
Одна з найбільш використовуваних схем заснована на таймері 555. По суті, це звичайний генератор прямокутних імпульсів. Частота регулюється конденсатором С1. при виході у конденсатора повинно бути висока напруга (це одно із з’єднанням з плюсовим джерелом живлення). А заряджається він тоді, коли на виході присутній низька напруга. Цей момент і дає право на одержання імпульсів різної ширини.
Ще однією популярною схемою є ШІМ на основі мікросхеми UC3843. у цьому випадку схема включення змінена в бік спрощення. Для того, щоб керувати шириною імпульсу, використовується подача регулюючої напруги позитивної полярності. На виході в такому разі виходить потрібний імпульсний сигнал ШІМ.
Регулює напругу діє на вихід так: при зниженні широта збільшується.

cae56f737f533605d6ef609e50f66675 Шім для світлодіодів

Чому ШІМ?

  • Головна перевага цієї системи – легкість. Схеми використання дуже прості і легкі в реалізації.
  • Система ШІМ – регулювання дає дуже широкий діапазон регулювання яскравості. Якщо говорити про моніторах, то можливе застосування CCFL-підсвічування, але у такому разі яскравість можна зменшити тільки в два рази, так як CCFL-підсвічування дуже вимоглива до кількості струму і напрузі.
  • Використовуючи ШІМ можна утримувати струм на постійному рівні, а значить світлодіоди не постраждають і колірна температура змінюватися не буде.

Недоліки використання ШІМ

  • З часом мерехтіння зображення може бути досить помітно, особливо при низькій яскравості або русі очей.
  • При постійному яскравому освітленні (наприклад, світлі сонця) зображення може розпливатися.