Как увеличить яркость светодиода

Урок №1. Регулируем двумя кнопками яркость светодиода

Сегодня мы будем управлять яркостью светодиода с помощью ШИМ каналов.

Схема подключения на макетной плате:

Интенсивность свечения будет регулироваться от 0 до 254 едениц, где 0 — вчетодиод выклчюен, а 254 — горит максимально (Например при 127 яркость будет на 50%).

Для этого нам понабодится:

• Ардуино
• Бредборд
• Провода
• Светодиод
• Кнопки
• Резисторы

Для подключения светодиода необходимо использовать резистор. Номинал резистора подбирается для каждого светодиода индивидуально, в зависимости от его рабочего напряжения и тока. Обычно резистор в 1 кОм. Можно использовать как универсальный вариант.

Управление реализуем с помощью двух тактовых кнопок. Подключать тактовые кнопки необходимо через подтягивающие резисторы (К земле, GND), для защиты от статических наводок (Ложные срабатывания кнопок от одного лишь касания и тд.). Номинал может быть различный. Рекомендуем вам использовать резисторы 10 кОм — 100 кОм.

Код программы:

int led = 11; // Номер Pin к которому подключен диод int brightness =0; // Переменная в которой хранится уровень яркости (От 0 до 254) int buttonPlus=9; // Номер Pin к которому подключена кнопка int buttonMinus=10; // Номер Pin к которому подключена кнопка - void setup() < pinMode(led, OUTPUT); // Порт 11 (led) будет работать как Выход. >void loop() < // Этот цикл будет выполняться бесконечное количество раз. if (digitalRead(buttonPlus) == HIGH) < brightness += 5; >// Делаем проверку, если вход под номером 9 (buttonPlus) имеет состояние 5 В. Увеличиваем значение переменной яркости на 5 единиц. if (digitalRead(buttonMinus) == HIGH) < brightness -= 5; >// Делаем проверку, если вход под номером 10 (buttonMinus) имеет состояние 5 В. Уменьшаем значение переменной яркости на 5 единиц. brightness = constrain(brightness, 0, 254); // Эта функция контролирует, что бы переменная brightness не стала больше 254 и меньше 0, если значение вылазит за границу то функция 0 или 254 analogWrite(led, brightness); // Устанавливаем состояние яркости для светодиода delay(50); // Пауза 50 миллисекунд. >

Способы управления яркостью свечения светодиодов с помощью импульсных драйверов

Экспоненциальный рост количества светодиодных источников света сопровождается столь же бурным расширением ассортимента интегральных схем, предназначенных для управления питанием светодиодов. Импульсные драйверы светодиодов давно заменили неприемлемые для озабоченного экономией энергии мира прожорливые линейные регуляторы, став для отрасли фактическим стандартом. Любые приложения, от ручного фонарика до информационных табло на стадионах, требуют точного управления стабилизированным током. При этом часто бывает необходимо в реальном времени изменять интенсивность излучения светодиодов. Управление яркостью источников света, и, в частности, светодиодов, называется диммированием. В данной статье излагаются основы теории светодиодов и описываются наиболее популярные методы диммирования с помощью импульсных драйверов.

Яркость и цветовая температура светодиодов

Яркость светодиодов

Концепцию яркости видимого сета, испускаемого светодиодом, понять довольно легко. Числовое значение воспринимаемой яркости излучения светодиода может быть легко измерено в единицах поверхностной плотности светового потока, называемых кандела (кд). Суммарная мощность светового излучения светодиода выражается в люменах (лм). Важно понимать, также, что яркость светодиода зависит от средней величины прямого тока.

На Рисунке 1 изображен график зависимости светового потока некоторого светодиода от прямого тока. В области используемых значений прямых токов (I_F) график исключительно линеен. Нелинейность начинает проявляться при увеличении I_F. При выходе тока за пределы линейного участка эффективность светодиода уменьшается.

Рисунок 1.

Зависимость светового потока от тока через светодиод.

При работе вне линейной области значительная часть подводимой к светодиоду мощности рассеивается в виде тепла. Это потраченное впустую тепло перегружает драйвер светодиода и усложняет тепловой расчет конструкции.

Цветовая температура светодиодов

Цветовая температура является параметром, характеризующим цвет светодиода, и указывается в справочных данных. Цветовая температура конкретного светодиода описывается диапазоном значений и смещается при изменении прямого тока, температуры перехода, а также, по мере старения прибора. Чем ниже цветовая температура светодиода, тем ближе его свечение к красно-желтому цвету, называемому «теплым». Более высоким цветовым температурам соответствуют сине-зеленые цвета, называемые «холодными». Нередко для цветных светодиодов вместо цветовой температуры указывается доминирующая длина волны, которая может смещаться точно также, как цветовая температура.

Способы управления яркостью свечения светодиодов

Существуют два распространенных способа управления яркостью (диммирования) светодиодов в схемах с импульсными драйверами: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и аналоговое регулирование. Оба способа сводятся, в конечном счете, к поддержанию определенного уровня среднего тока через светодиод, или цепочку светодиодов. Ниже мы обсудим различия этих способов, оценим их преимущества и недостатки.

На Рисунке 2 изображена схема импульсного драйвера светодиода в конфигурации понижающего преобразователя напряжения. Напряжение V_IN в такой схеме всегда должно превышать сумму напряжений на светодиоде и резисторе R_SNS. Ток дросселя целиком протекает через светодиод и резистор R_SNS, и регулируется напряжением, подаваемым с резистора на вывод CS. Если напряжение на выводе CS начинает опускаться ниже установленного уровня, коэффициент заполнения импульсов тока, протекающего через L1, светодиод и R_SNS увеличивается, вследствие чего увеличивается средний ток светодиода.

Рисунок 2.

Топология понижающего преобразователя.

Аналоговое диммирование

Аналоговое диммирование – это поцикловое управление прямым током светодиода. Проще говоря, это поддержание тока светодиода на постоянном уровне. Аналоговое диммирование выполняется либо регулировкой резистора датчика тока R_SNS, либо изменением уровня постоянного напряжения, подаваемого на вывод DIM (или аналогичный вывод) драйвера светодиодов. Оба примера аналогового управления показаны на Рисунке 2.

Аналоговое диммирование регулировкой R_SNS

Из Рисунка 2 видно, что при фиксированном опорном напряжении на выводе CS изменение величины R_SNS вызывает соответствующее изменение тока светодиода. Если бы было возможно найти потенциометр с сопротивлением менее одного Ома, способный выдержать большие токи светодиода, такой способ диммирования имел бы право на существование.

Аналоговое диммирование с помощью управления напряжением питания через вывод CS

Более сложный способ предполагает прямое поцикловое управление током светодиода с помощью вывода CS. Для этого, в типичном случае, в петлю обратной связи включается источник напряжения, снимаемого с датчика тока светодиода и буферизованного усилителем (Рисунок 2). Для регулировки тока светодиода можно управлять коэффициентом передачи усилителя. В эту схему обратной связи несложно ввести дополнительную функциональность, такую, например, как токовую и температурную защиту.

Недостатком аналогового диммирования является то, что цветовая температура излучаемого света может зависеть от прямого тока светодиода. В тех случаях, когда изменение цвета свечения недопустимо, диммирование светодиода регулированием прямого тока применяться не может.

Диммирование с помощью ШИМ

Диммирование с помощью ШИМ заключается в управлении моментами включения и выключения тока через светодиод, повторяемыми с достаточно высокой частотой, которая, с учетом физиологии человеческого глаза, не должна быть меньше 200 Гц. В противном случае, может проявляться эффект мерцания.

Средний ток через светодиод теперь становится пропорциональным коэффициенту заполнения импульсов и выражается формулой:

I_DIM-LED – средний ток через светодиод,
D_DIM – коэффициент заполнения импульсов ШИМ,
I_LED – номинальный ток светодиода, устанавливаемый выбором величины сопротивления R_SNS (см. Рисунок 3).

Рисунок 3.

Двухпроводное ШИМ диммирование.

Модуляция драйвера светодиодов

Многие современные драйверы светодиодов имеют специальный вход DIM, на который можно подавать ШИМ сигналы в широким диапазоне частот и амплитуд. Вход обеспечивает простой интерфейс со схемами внешней логики, позволяя включать и выключать выход преобразователя без задержек на перезапуск драйвера, не затрагивая при этом работы остальных узлов микросхемы. С помощью выводов разрешения выхода и вспомогательной логики можно реализовать ряд дополнительных функций.

Двухпроводное ШИМ-диммирование

Двухпроводное ШИМ-диммирование приобрело популярность в схемах внутренней подсветки автомобилей. Если напряжение на выводе VINS становится на 70% меньше, чем на VIN (Рисунок 3), работа внутреннего силового MOSFET транзистора запрещается, и ток через светодиод выключается. Недостаток метода заключается в необходимости иметь схему формирователя сигнала ШИМ в источнике питания преобразователя.

Быстрое ШИМ-диммирование с шунтирующим устройством

Запаздывание моментов включения и выключения выхода конвертора ограничивает частоту ШИМ и диапазон изменения коэффициента заполнения. Для решения этой проблемы параллельно светодиоду, или цепочке светодиодов, можно подключить шунтирующее устройство, такое, скажем, как MOSFET транзистор, показанный на Рисунке 4а, позволяющий быстро пустить выходной ток преобразователя в обход светодиода (светодиодов).

а)
б)
Рисунок 4.	Быстрое ШИМ диммирование (а), формы токов и напряжений (б).

Ток дросселя на время выключения светодиода остается непрерывным, благодаря чему нарастание и спад тока перестают затягиваться. Теперь время нарастания и спада ограничивается только характеристиками MOSFET транзистора. На Рисунке 4а изображена схема подключения шунтирующего транзистора к светодиоду, управляемому драйвером LM3406, а на Рисунке 4б показаны осциллограммы, иллюстрирующие различие результатов, получаемых при диммировании с использованием вывода DIM (сверху), и при подключении шунтирующего транзистора (внизу). В обоих случаях выходная емкость равнялась 10 нФ. Шунтирующий MOSFET транзистор типа Si3458.

При шунтировании тока светодиодов, управляемых преобразователями со стабилизаций тока, надо учитывать возможность возникновения бросков тока при включении MOSFET транзистора. В семействе драйверов светодиодов LM340x предусмотрено управление временем включения преобразователей, что позволяет решить проблему выбросов. Для сохранения максимальной скорости включения/выключения емкость между выводами светодиода должна быть минимальной.

Существенным недостатком быстрого ШИМ-диммирования, по сравнению с методом модуляции выхода преобразователя, является снижение КПД. При открытом шунтирующем приборе на нем рассеивается мощность, выделяющаяся в виде тепла. Для снижения таких потерь следует выбирать MOSFET транзисторы с минимальным сопротивлением открытого канала R_DS-ON.

Многорежимный диммер LM3409

National Semiconductor выпускает уникальный многорежимный драйвер светодиодов LM3409, предназначенный как для аналогового, так и ШИМ регулирования яркости. Диммирование может осуществляться одним из четырех способов:

1. Аналоговое регулирование прямой подачей напряжения 0 … 1.24 В на вывод IADJ.
2. Аналоговое регулирование с помощью потенциометра, подключенного между выводом IADJ и «землей».
3. ШИМ регулирование с помощью вывода EN.
4. ШИМ регулирование с помощью шунтирующего MOSFET транзистора.

На Рисунке 5 показана схема включения LM3409 для управления яркостью с помощью потенциометра. Внутренний источник тока 5 мкА создает падение напряжения на сопротивлении R_ADJ, которое, в свою очередь, влияет на внутренний порог схемы измерения тока светодиода. С точно таким же эффектом можно управлять микросхемой, непосредственно подавая постоянное напряжение на вывод IADJ.

Рисунок 5.

Аналоговое управление яркостью.

Рисунок 6 демонстрирует зависимость измеренного тока светодиода от сопротивления включенного между IADJ и «землей» потенциометра. Плато на уровне 1 А в верхней части графика определяется величиной показанного на Рисунке 4 резистора R_SNS, задающего максимальный номинальный ток светодиода.

Рисунок 6.

Зависимость тока светодиода от сопротивления потенциометра.

На Рисунке 7 изображена зависимость измеренного тока светодиода от постоянного напряжения, приложенного к выводу IADJ. Заметим, что максимальный ток здесь также определяется величиной R_SNS.

Рисунок 7.

Зависимость тока светодиода от напряжения на выводе IADJ.

Обе аналоговые технологии диммирования просты в реализации и позволяют с очень высокой линейностью регулировать яркость свечения, вплоть до уровня 10% от максимума.

Заключение

Регулировать яркость свечения светодиодов, питающихся от импульсных преобразователей, можно различными способами. Для каждого из двух основных методов, ШИМ и аналогового, характерны свои достоинства и недостатки. Ценою использования дополнительной логики, ШИМ регулирование значительно уменьшает вариации цвета светодиода при изменении яркости. Схемотехника аналогового диммирования проще, но неприменима там, где требуется поддержания постоянной цветовой температуры.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Увеличение яркости светодиода

Имеется китайский 100 ваттный г@вносветодиод. Теоретически при питании напряжением 34-36 вольт, он должен потреблять около 3-х ампер. В реальности же 36,4V x 1,04A = 37,856W.
Возможно ли РЕАЛЬНО, при эффективном охлаждении радиатора, разогнать светодиод до 100 ватт, следя за током потребления, УВЕЛИЧИВ напряжение. ПОТОМУ ЧТО ХРЕН ЕГО ЗНАЕТ, КАКАЯ ТУТ ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. Или погорят проводники с кристаллами? А светодиод сжигать всё же жалко.

Лучший ответ

посчитай кол-во кристалликов в каждой цепочке, если видно.

Умножь кол-во в каждой параллельной нитке на 3,6в

Если при повышении тока у тебя будет на каждый кристаллик идти больше, чем 3,6-3,7 — значит матрица уже горит.

Нет, не советую с китайским дерьмом играться. Много раз встречал прожектора, при заявленных 50Вт реально оказывалось 30, и то, при 30Вт горели по пару месяцев.

BenderПрофи (837) 6 лет назад

По 10 кристаллов в полоске. Подложка и контакты магнитятся. Похоже что это г@вно не способно на большее. Кристаллы узкие прямоугольные, поэтому слабая проводимость и мощность.

Сергей Искусственный Интеллект (279499) уууу. железо голимое. Мусор.
Остальные ответы
напряжение повысь

Думаю, что погорят. У тебя напряжение под нагрузкой не просаживается? Светодиоды на 5 Вт горят уже на 1 Вт.

реально. Следи за током . Он возрастает не пропорционально.

Проверь подложку магнитом, если притягивается то разгонять не стоит, значит он на железе. Если не притягивается значит он на меди и его можно разгонять. Радиатор добавить медный.

посмотри через сварочную маску на матрицу
в светодиоде на 10 ватт их 9

Откуда 1,04 А? Если светодиод с драйвером (а какой же еще), то потребление импульсное, и тому, что показывает мультиметр, верить нельзя никак.

Marana_thaГений (57081) 6 лет назад

Скорее без драйвера http://www.transistor.ru/catalog/reference/018445/
С драйвером не часто встречаются и они сразу на 220 В mysku.ru/blog/aliexpress/49338.html Других не припоминаю, хотя, возможно и есть.

Сергей Гаврилов Искусственный Интеллект (185236) Тогда к нему нужен драйвер. А падение напряжение приводится просто для справки.

. 100 ВАТъ (( 1.04Ампера *?? ☺☺
Источник: ..Это ! )) Точьно Х10 ☺☺Я ! Большее поверю☺☺
А действительно чем питал его? чем замерял?

Реально . ты прав что там за кристаллы стоят неизвестно.. -Повышай напряжение контролируй ток — примерно при 45..50С (перегрев +25С.. 30С) — ты будешь иметь 50% от силы тока до которой можно «разогнать» его без последствий для ресурса кристаллов.
Дальше — паста — подложка — радиатор и опять контроль.

Примитивные измерения ничего не дают, такие вещи люкс метром измеряют, по степени интенсивности света, а такой прибор далеко не всем доступен.

на практике для 100Ватт подходит радиатор с куллером от процессора трехлетней давности. Нужна ли лампочка с утюгом, выбирать вам.

Arduino.ru

Простой пример управления яркостью светодиода с помощью функции analogWrite(). AnalogWrite () использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Эффект изменения яркости достигается за счет очень быстрого, повторяющегося переключения напряжения на выходе с 0В на +5В (для некоторых плат стандартное напряжение +3.3В).

Необходимые компоненты

• контроллер Arduino
• макетная плата
• светодиод
• резистор 220 Ом

Подключение

Подключаем анод (обычно длинная ножка) светодиода через резистор сопротивлением 220 Ом к выходу номер 9 (pin 9). Катод (короткая ножка) подсоединяем напрямую к земле (Grd).

Схема

Код

В секции setup() кода устанавливаем режим выхода для вход/выхода 9 (pin 9).

Функция analogWrite(), которая циклически вызывается в теле скетча, принимает два аргумента: номер выхода и значение ширины импульса ШИМ в диапазоне от 0 до 255.

Для управление яркостью светодиода, его плавного зажигания и плавного затухания, мы будем изменять значение ширины импульса, передаваемое в функцию analogWrite(). При значение 0 светодиод выключен, при 255 светодиод светит на полную яркость. В приведенном ниже скетче ширина импульса задается переменной brightness. Шаг изменения этого значения задан переменной fadeAmount.

Для плавного изменения яркости мы вводим задержку в конце главного цикла (тела) скетча — delay(30).

/* Пример управления яркостью светодиода на выходе 9 контроллера Arduino функцией analogWrite(). */ int brightness = 0; // уставливаем начально значение яркости int fadeAmount = 5; // шаг приращения/убывания яркости void setup() < // устанваливаем пин 9 в режим выхода pinMode(9, OUTPUT); >void loop() < // устанавливаем значение широты импульса на выходе 9 // задавая яркость светодиода analogWrite(9, brightness); // измением значение в переменной для яркости brightness = brightness + fadeAmount; // при достижение крайних значений для яркости // меняем знак переменной шага приращения/убывания яркости if (brightness == 0 || brightness == 255) < fadeAmount = -fadeAmount ; >// делаем паузу для достижения плавного наращивания/убывания яркости delay(30); >