Линейки светодиодов на MK

March 30, 2014 by admin Комментировать »

Один светодиод — хорошо, а несколько — лучше. Если их конструктивно оформить в виде светящейся линейки, гирлянды или затейливого узора, звёздочки, курсора, то эмоциональное восприятие дизайна устройства заметно улучшится.

Светодиоды логично соединять друг с другом последовательно. Параллельное включение не рекомендуется, поскольку из-за технологического разброса ВАХ некоторые из светодиодов будут светиться более тускло, чем остальные.

Иногда ставится задача получить плавное изменение яркости светодиодов. Для этого существуют два способа. Во-первых, «цифровой» ШИМ с изменяющейся скважностью импульсов, во-вторых, аналоговое управление с помощью переменного резистора или генератора линейного напряжения.

«Цифровой» ШИМ считается более корректным с точки зрения обеспечения правильной цветопередачи, поскольку при аналоговом регулировании проявляется эффект потери насыщенности цвета при низкой яркости. Положение можно немного исправить, если использовать специальные типы светодиодов, имеющие повышенную световую отдачу при малом прямом токе (Табл. 2.3).

Таблица 2.3. Сравнение обычных и «суперъярких» светодиодов фирмы Kingbright (5 мм)

Важный нюанс. Линейным ШИМ (равно как и линейным аналоговым напряжением) нельзя получить визуальное ощущение равномерной яркости. Дело в том, что глаз человека логарифмирует силу приходящего света, иначе в солнечный день мы бы постоянно зажмуривали глаза, а в сумерках ничего бы не видели. Следовательно, нужен не линейный, а экспоненциальный закон управления.

Для плавного изменения яркости светодиодов рекомендуют разбивать всю шкалу скважности 8-разрядного ШИМ на 21, 64 или 256 ступенек [2-15]:

•                 0, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 13, 16, 20, 26, 32, 40, 51,64, 81, 101, 127, 161, 201, 255;

•                 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 10, 11, 12, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 19,20,21, 23, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 39, 42, 44, 48, 51, 54, 58, 62, 66, 71, 76, 81, 87, 93, 100, 106, 114, 122, 130, 139, 149, 159, 170, 182, 195, 208, 223, 238, 255;

 0, 2, 2, 2, 2, 3,  3, 3, 3,    4, 4, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 6,         6, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 8, 8, 8, 8, 9,            9, 9, 9, 10, 10, 10,            10,          11, 11,   11, 11, 12,            12, 12, 12,            13, 13, 13,            13, 14,   14, 14, 15,          15, 15, 16, 16, 17,               17,          17, 18,   18, 19, 19,            19, 20, 20,            21, 21, 21,                22, 22,   23, 23, 24,            24, 25, 25, 26, 26,               26,          27, 27,   28, 28, 29,            29, 30, 30,          31, 32, 32,            33, 33,   34, 34, 35,            35, 36, 37, 37, 38,               38,          39, 40,   40, 41, 41,          42, 43, 43,            44, 45, 45,            46, 47,   47, 48, 49,            49, 50, 51, 52, 52,               53,                54, 55,   55, 56, 57,            58, 58, 59,            60, 61, 62,            63, 63,   64, 65, 66,            67, 68, 69, 70, 70,            71,          72, 73,   74, 75, 76,            77, 78, 79,            80, 81, 82,            83, 84,   85, 86, 88,          89, 90, 91, 92, 93,94,95,97,98, 99,100, 101, 103, 104, 105, 106, 108, 109, 110, 112, 113, 114, 116, 117,119, 120,             121, 123, 124,     126,        127,        129, 130,              132,        133,        135, 136, 138, 140, 141, 143, 144, 146, 148, 150, 151,     153,        155,        157, 158,              160,        162,                164, 166, 168, 169, 171, 173, 175, 177,       179, 181, 183,     185,        187,        190, 192,                194,        196,        198, 200, 203, 205, 207, 209, 212, 214,       216, 219, 221,     224,        226,                229, 231,              234,        236,        239, 242, 244, 247, 250, 252, 255.

Пример. Малая яркость — 3/255 (3 доли светится, 252 доли не светится), большая яркость — 223/255 (223 доли светится, 32 доли не светится). Кривая в начале графика может отличаться от экспоненты, поскольку зависимость яркости от средней силы тока через светодиод имеет нелинейный начальный участок.

Если требуется ещё более плавное регулирование, то переходят к 16-разрядному ШИМ, при этом число градаций яркости не должно превышать 10000 — это динамический диапазон чувствительности глаза человека без аккомодации. Частоту ШИМ обычно устанавливают не менее 150… 200 Гц, чтобы устранить мерцание.

Для повышения естественности восприятия светового потока и в случае заметности мерцания светодиодов применяют так называемый «непоследовательный счётчик ШИМ». То есть каждый период цикла ШИМ заполняют множеством промежуточных импульсов квазислучайной длительности. Например, если на Рис. 2.9 сложить все «единичные» и «нулевые» промежутки времени, то они будут равны между собой, т.е. получается средняя скважность 50%, как при меандре.

Рис. 2.9. «Непоследовательный» счётчик ШИМ.

На Рис. 2.10, a…M показаны схемы подключения линеек светодиодов к MK. По такому же образцу строятся не только «мигающие» гирлянды, но и световые табло, экраны с «бегущей строкой», шкальные индикаторы параметров.

Рис. 2.10. Схемы подключения линеек светодиодов к MK (начало):

а)транзистор VT1 коммутирует 60 светодиодов, объединённых в 10 параллельных линеек. Резисторами R2…R11 устанавливается яркость их свечения;

б) общее количество светодиодов зависит от максимально допустимого тока через сток транзистора VT1. Изменяя скажность управляющих импульсов в канале ШИМ, можно плавно увеличивать/уменьшать яркость свечения сразу всех индикаторов; О

О Рис. 2.10. Схемы подключения линеек светодиодов к MK {продолжение):

в) генератор стабильного тока на элементах VT1, R1..R3. Резистор R3 определяет ток через светодиоды HL1…HLn. Падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора VT1 будет разным в зависимости от числа светодиодов в линейке;

г) импульсный умножитель напряжения с КПД до 82% на микросхеме DA1 (фирма Maxim/ Dallas) предназначен для питания линейки светодиодов белого цвета HL1…HLn. Выходное напряжение подбирается резистором R2. Резистор R1 определяет ток через светодиоды 15…20 мА. Яркость свечения линейки можно плавно изменять ШИМ-сигналом от MK. Если заменить DA1 микросхемой MAX1553, то число светодиодов в линейке должно быть не более 6;

д) две линейки светодиодов HL1…HL8 конструктивно располагаются вокруг центрального светодиода HL9, который имеет в два раза больший диаметр. Диод VD1 защищает устройство от подачи напряжения обратной полярности (автомобильный аккумулятор);

е)внутри микросхемы DA1 имеются мощные транзисторные ключи, которые раздельно управляют восемью линейками светодиодов. Резисторы определяют ток  через индикаторы, но не более 500 мА на канал. При малом числе светодиодов в линейке необходимо повысить сопротивления резисторов и увеличить их мощности рассеяния;

О Рис. 2.10. Схемы подключения линеек светодиодов к MK (продолжение):

ж) плавное регулирование яркости мощных «белых» светодиодов со стабилизацией тока до 350 мА. Число светодиодов зависит от питания: +7.3…+12.5 В (1 шт.), +17.5…+22.7 В (4 шт.);

з) светодиоды HL1…HL4 размещаются в линию. Количество светящихся индикаторов определяются скважностью сигналов с выхода MK. На конденсаторе C1 выделяется постоянная составляющая. Диоды VD1…VD3 определяют пороги включения «ступенек» шкалы. Резисторы R3…R5подбираются так, чтобы яркость индикаторов HL1…HL4 была примерно одинаковой;

и) шкала из 10 светодиодов, реагирующая на скважность сигналов ШИМ с MK. Резистором R2 регулируется амплитуда, резистором R3 — линейность, резистором R4 — яркость. Переключателем S1 выбирается один из двух режимов: поочерёдное включение одиночных светодиодов («точка на шкале») или включение группы светодиодов («столбик из точек на шкале»); О

О Рис. 2.10. Схемы подключения линеек светодиодов к MK {окончание):

к) транзисторы VT1, ИГ2противофазно переключают две  независимые линейки светодиодов HL  и HL  . Сигналы на нижних линиях MK выставляются отдельно для каждой линейки, чередуясь во времени. Сопротивления резисторов R , R   выбираются так, чтобы ток через каждую из линеек не превышал 0.1 А, иначе следует заменить транзисторы VT1, VT2 более мощными;

л) ШИМ-управление яркостью прожектора, состоящего из 150 светодиодов. Транзистор VTJ открывается КМОП-уровнем с выхода MK и пропускает ток до 22 А;

м) требуемая комбинация светящихся индикаторов HL1…HL8 получается после обнуления 12-разрядногодвоичного счётчика DD1 (замена КР1561ИЕ20) по входу «R» и подачи серии импульсов на вход «С» от MK. В каждой серии может быть от 1 до 4095 импульсов. Достоинство — малое число задействованных линий MK. Недостаток — для индикации требуется время на отправку импульсов в счётчик. В момент счёта импульсов транзистор VT1 запирается НИЗКИМ уровнем с нижнего выхода MK, чтобы исключить паразитную подсветку индикаторов.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты