لامپهای رشتهای و دیگر لامپهای قدیمی از انرژی الکتریکی برای گرم کردن رشته یا گاز استفاده میکنند و باعث داغ شدن آن و انتشار نور میشوند. دیودهای ساطع نور (LED) از مواد نیمه هادی خاصی ساخته شده اند که مستقیماً انرژی الکتریکی عبوری از داخل خود را از طریق الکترولومینسانس به نور تبدیل می کنند.
هر ماده LED زمانی که تحت ولتاژ و جریان خاصی قرار می گیرد نور را در محدوده طول موج باریکی ساطع می کند. با تنظیم این مقادیر، LED می تواند تابش نور را متوقف کند یا روشنایی آن را تغییر دهد.
طراحان معمولاً به کاهش جریان ثابت (CCR) یا مدولاسیون عرض پالس (PWM) برای کنترل روشنایی LED ها متکی هستند. هر دو روش برای تنظیم نور خروجی استفاده می شوند، اما اصول کار آنها کاملاً متفاوت است. مبادلات در طراحی هر روش به شرح زیر است:
CCR، اغلب به عنوان کم نور آنالوگ شناخته می شود، اصل کار آن دستیابی به کم نور با کاهش جریان جریان به LED است. این یک روش ساده، شهودی و کم نویز است که سوسو ایجاد نمی کند و آن را برای سناریوهای کاربردی اولیه مناسب می کند. با این حال، کاهش جریان ممکن است کمی رنگ LED را تغییر دهد و محدوده کم نور را محدود کند، به خصوص در شرایط نور بسیار کم.
PWM با تعویض سریع LED در حالی که جریان ثابتی را در طول هر دوره پالس حفظ می کند، کم نور می شود. این فناوری میتواند قوام رنگ را حفظ کند و به محدوده کم نور گستردهتری دست یابد، که معمولاً تا کمتر از 1 درصد قابل تنظیم است. بنابراین، برای نورپردازی با قابلیت تنظیم نور یا صفحه نمایش بسیار مناسب است. تعادل این است که اگر فرکانس سوئیچینگ به اندازه کافی بالا نباشد، PWM ممکن است باعث تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و سوسو زدن قابل مشاهده شود. طراحان باید این عوامل را به دقت وزن کنند.
PWM ممکن است به درایورهای پیچیدهتر و توجه ویژه به فیلتر EMI نیاز داشته باشد، در حالی که CCR ممکن است در برنامههایی که به دقت رنگ یا کم نور بسیار کم نیاز دارند، عملکرد خوبی نداشته باشد. در برخی موارد، یک رویکرد ترکیبی با ترکیب CCR و PWM می تواند مزایای هر دو را متعادل کند.
ملاحظات طراحی
طراحان می توانند با انتخاب طراحی هوشمند بر محدودیت های کم نور CCR یا PWM غلبه کنند. برای CCR، طراحان میتوانند LEDهایی را با عملکرد رنگی پایدار در محدوده جریان وسیع انتخاب کنند و اصلاح گاما یا منحنیهای کاهش نور لگاریتمی را برای تنظیم پاسخ کمنور برای مطابقت با درک انسان از تغییرات روشنایی اعمال کنند. این می تواند انتقال را نرم تر و طبیعی تر کند. انتخاب دقیق درایورها و بهینه سازی مدیریت حرارتی نیز می تواند به حفظ ثبات رنگ و افزایش عملکرد کم نور بدون نیاز به مدار اضافی کمک کند.
برای کاهش نور PWM، چالشهای کلیدی شامل سوسو زدن، EMI و پیچیدگی طراحی است. این مشکلات را می توان با استفاده از فرکانس های PWM بالا، معمولا بین 20 کیلوهرتز و 25 کیلوهرتز، برای جلوگیری از سوسو زدن قابل مشاهده و به حداقل رساندن تداخل با سیستم های صوتی یا دوربین برطرف کرد. EMI را می توان با طراحی دقیق بردهای مدار، استفاده از فیلترها و انتخاب درایورهای LED با نرخ سیگنال قابل تنظیم و سایر ویژگی ها به طور موثر کنترل کرد. درایور با عملکرد PWM داخلی یکپارچه، فرآیند را با تولید سیگنالهای داخلی ساده میکند و نیاز به مدیریت زمانبندی دقیق درایور از خارج را از بین میبرد.
CCR ممکن است برای سناریوهای کاربردی که به کمترین EMI نیاز دارند، مانند محیطهای پزشکی، آزمایشگاهها یا مکانهای حاوی دستگاههای الکترونیکی حساس، مناسبتر باشد. این گزینه میتواند جلوههای کمنور بدون سوسو و صاف و مطمئن را در محدوده محدودی ارائه دهد و ساختار نسبتاً ساده آن، آن را برای روشنایی عمومی در سناریوهایی مانند خانهها، رستورانها و مکانهای بزرگ، بهویژه در شرایطی که بر سادگی و مقرون به صرفه بودن تأکید میشود، مناسب میسازد.
فناوری کاهش نور PWM اغلب در نورپردازی صحنه یا موقعیتهایی که به کنترل نور بسیار خوب نیاز دارند، به دلیل ثبات رنگ عالی و محدوده کم نور گسترده استفاده میشود. درایور PWM با منبع سیگنال یکپارچه، فرآیند طراحی را سادهتر کرده و پیچیدگی طراحی را از طریق عملکرد زمانبندی پردازش داخلی کاهش میدهد.
هنگام انتخاب طرح PWM
روش کاهش نور PWM برای کاربردهایی که نیاز به کنترل چند کاناله، ثبات رنگ و قابلیت اطمینان درجه خودرو دارند، مناسب است.
برای مثال، درایور LED پیشرفته 36 کاناله AL5887Q از شرکت Dior شرکت Dior دارای عملکرد دوگانه است. با تنظیم چرخه کاری جریان ثابت (از 100٪ تا 3٪)، می توان به کاهش نور عمیق PWM دست یافت. با این حال، زمانی که به زیر 3 درصد برسد، به جای استفاده از مدارهای اختصاصی CCR آنالوگ سنتی، به حالت کم نور آنالوگ تغییر می کند و از طریق کنترل دیجیتال قابل برنامه ریزی به عملکرد کم نوری مشابه CCR دست می یابد.
AL5887Q دارای یک نوسان ساز داخلی 16 مگاهرتز است که نیاز به ساعت خارجی را از بین می برد، طراحی و چیدمان برد مدار را ساده می کند، ردپای برد مدار چاپی را کاهش می دهد و هزینه های صورتحساب مواد (BOM) را کاهش می دهد. از یک ثبات آدرس پذیر 12 بیتی PWM و یک ژنراتور PWM داخلی 30 کیلوهرتز برای دستیابی به ترکیب رنگ بهتر و کاهش نویز استفاده می کند.
طراحان می توانند از این ویژگی برای برنامه های زیر استفاده کنند:
نورپردازی داخلی و خارجی خودرو
صفحه نمایش سرگرمی اطلاعات
چراغ نشانگر وضعیت
صفحه نمایش لمسی و نور پس زمینه صفحه نمایش LCD
این برنامه ها نیاز به کنترل رنگ و شدت LED دارند، که عملکرد کلیدی است که درایور AL5887Q (شکل 1) می تواند به آن دست یابد.