Как работают светодиодные диммеры

Аннотация: Для светодиодных светильников доступны элементы управления диммированием. Диммер позволяет регулировать интенсивность света и снижать энергопотребление светодиода.

Светодиодный диммер — это термин для устройства, которое выполняет операцию управления диммированием в таком светодиодном осветительном устройстве. Светодиоды мгновенно реагируют на изменения потребляемой мощности, что делает полупроводниковое освещение особенно подходящим для сценариев диммирования. Операция затемнения разработана для изменения яркости или яркости светодиодного светильника в соответствии с приложенным к нему внешним возмущением. Светодиодный диммер предусмотрен для светодиодного светильника с целью сократить потребление энергии светодиодом в светодиодном светильнике, обеспечивая при этом его эффективную работу. В качестве способа управления яркостью такого осветительного устройства используется ряд диммеров. Кроме того, для получения пользовательского ввода для управления яркостью светильника используются различные диммерные переключатели.

Существуют различные разновидности технологий диммирования для осветительных приборов. В автономном приложении для диммирования светодиодов на рынке доступны две формы наиболее популярных диммеров. Первый – диммер с прямой фазой (триммерный диммер); а второй диммер с обратной фазой (транзисторный диммер). Симистор (триод для переменного тока) представляет собой двунаправленное тиристорное устройство для переменного тока, которое можно рассматривать как переключатель, способный проводить ток в любом направлении. Схема симистора работает путем задержки начала каждого полупериода мощности переменного тока (переменного тока), что называется «управлением фазой». Используя принцип работы симистора с фазовым управлением, напряжение питания цепи лампы регулируется путем управления углом проводимости элемента симистора, чтобы отсекать часть входного синусоидального напряжения от сети переменного тока, чтобы уменьшить среднее значение выходного напряжения, как способ реализации функции затемнения светодиодов. Это то, что называется фазовым затемнением, поскольку часто бывает удобно указать положение пропущенного напряжения относительно доли периода входного напряжения переменного тока, измеренного в градусах. Симисторный диммер с прямой фазой отсекает часть сигнала переменного тока на переднем фронте каждой полусинусоиды. Напротив, диммер с обратной фазой отсекает часть формы волны переменного тока на заднем фронте, чтобы диммер выключался частично через синусоиду. Для симисторного диммера с прямой фазой ток удержания минимален и связан с уровнем мощности диммера. Чем выше мощность, тем выше ток удержания в целом.

Хотя симисторное диммирование имеет положительные аспекты несложного управления и простой установки, форма волны напряжения источника питания может находиться в состоянии искажения, что приводит к проблемам низкого коэффициента мощности и повышенного гармонического напряжения. Светодиод является нелинейным элементом. Проще говоря, отношение напряжения к току не является прямо пропорциональным отношением. Драйверы светодиодов обеспечивают реактивную нагрузку на диммер. Это указывает на то, что драйвер светодиода будет резко искажать переменный ток и напряжение, потребляя нелинейные токи во время работы. Они также представляют собой условие нулевой нагрузки для диммера в каждом цикле переменного тока. Такое состояние нулевой нагрузки приводит к тому, что работа диммера пропускает зажигание, вызывая «мерцание» или воспринимаемые визуальные колебания интенсивности создаваемого освещения. За исключением случаев, когда регулируемые источники питания, управляющие светодиодными лампами, настроены на распознавание сигналов напряжения от схем диммирования симистора и реагируют на них желаемым образом, схемы диммирования симистора, скорее всего, будут давать неидеальные результаты, включая ограниченный диапазон диммирования, мерцание, мерцание и/или изменение цвета светодиодных ламп. Чтобы светодиодный светильник правильно реагировал на диммер с фазовым управлением, важно включить в электронику драйвера несколько функциональных блоков. Например, датчик часто включается для контроля формы входного сигнала переменного тока перед стадией коррекции коэффициента мощности (PFC) и создания выходного сигнала, пропорционального объему фазового среза.

Для диммеров сети переменного тока существует два типа схем управления диммированием: аналоговое диммирование и методы диммирования ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Аналоговое затемнение регулирует светоотдачу светодиодов, напрямую изменяя постоянный ток в светодиодной цепочке, в то время как ШИМ-диммирование реализует тот же эффект, изменяя рабочий цикл постоянного тока в светодиодной цепочке для эффективного изменения среднего тока в светодиодной цепочке. ШИМ — это процесс, в котором управляющий сигнал ШИМ, включающий в себя периодическую последовательность импульсов, используется для периодического прерывания тока, протекающего по цепочке светодиодов. Регулируя проводимость или отключение транзистора с помощью ШИМ-сигнала, можно контролировать выходное управляющее напряжение, чтобы поддерживать постоянный ток светодиода. По той причине, что человеческий глаз может интегрировать или усреднять импульсы излучаемого света, наблюдаемая яркость светодиодного осветителя, использующего ШИМ-управление яркостью, обычно пропорциональна рабочему циклу импульсного тока светодиода. ШИМ-управление вполне может быть реализовано с помощью выделенных интегральных схем (ИС) контроллера или некоторых микроконтроллеров. В большинстве преобразователей электроники с ШИМ-управлением частота коммутации фиксирована.

Основной недостаток ШИМ-диммирования является результатом самой его природы и связан с тем, что светодиоды быстро включаются и выключаются. Хотя ШИМ является практичным методом диммирования, высокое напряжение питания, необходимое для питания цепочек светодиодов, может легко повредить электрические компоненты в системе SSL, особенно те компоненты, которые соединены последовательно со цепочкой светодиодов. Эта проблема особенно серьезна при низких уровнях диммирования, когда светодиоды не проводят ток большую часть периодов ШИМ-управления. С выходом источника тока для диммирования ШИМ требуется шунтирующий переключатель, который шунтирует ток светодиода во время «выключенных» импульсов цикла ШИМ. Следовательно, в основном преобразователе и шунтирующем ключе реализуются относительно высокие потери из-за того, что ток на светодиоды находится на относительно высоком уровне. Чтобы сохранить преимущество схемы управления ШИМ-управлением яркостью и повысить надежность драйвера светодиода, а срок службы светодиодной лампы увеличить, необходимо, чтобы частота схемы управления яркостью ШИМ была связана с выходной частотой диммера или была сравнима с ней; и выходной импульс затемнения ШИМ дополнительно перекрывается выходным импульсом диммера. Кроме того, эффективность (лм/Вт) светодиодов относительно высока при меньших токах возбуждения, и, следовательно, известные методы регулирования яркости ШИМ менее эффективны, чем известные аналоговые методы управления яркостью.

Аналоговое затемнение в основном управляет током возбуждения, подаваемым на светодиоды. При полной яркости используется полный ток. Аналоговое затемнение может управлять яркостью светодиода, регулируя текущее значение в контуре светодиода. Электроника драйвера линейно уменьшает ток, чтобы приглушить светодиоды. Основное преимущество аналогового затемнения заключается в простоте и отсутствии выходного шума; отрицательным аспектом является изменение цвета по мере уменьшения тока возбуждения светодиода. Аналоговое затемнение может быть легко реализовано, но может не обеспечить наилучшие общие характеристики. Эффективность светодиодов, вероятно, увеличится при более низких токах, но светодиоды могут не создавать постоянного цвета при более низких токах возбуждения. Аналоговое затемнение также имеет некоторые недостатки при низком уровне затемнения. Например, если ток светодиода меньше примерно 5 % и превышает 30 % от полной выходной мощности, уровни света разных светодиодов могут быть неоднородными, могут появляться цветовые сдвиги, а при очень низких уровнях тока эффективность светодиодов снижается. склонны к относительной бедности.

Матричные светодиодные фары: новое определение адаптивного переднего освещения с технологией Smart High Beam

Аннотация: Матричные светодиодные фары создают дальний свет без бликов благодаря цифровому управлению индивидуально адресуемыми светодиодами на уровне пикселей. Эти адаптивные системы освещения взаимодействуют с условиями вождения через бортовую систему камер автомобиля.

Матричные светодиодные фары представляют собой систему адаптивного луча дальнего света (ADB), оснащенную набором индивидуально адресуемых и управляемых светодиодов, которые работают вместе с электронным блоком управления (ECU) и устройством обнаружения движения, чтобы оптимизировать сценарии освещения для улучшения видимости при вождении в ночное время. время, не ослепляя водителей встречных или движущихся впереди транспортных средств. Эта адаптивная фара использует преимущества превосходной управляемости светодиодов, что позволяет фаре очень динамично реагировать на централизованное управление. Вместе с непревзойденной надежностью, мгновенным освещением, высокой энергоэффективностью и сверхнизкими задержками светодиодная технология предлагает интригующие возможности для интеллектуального автомобильного освещения.

Дальний свет против ближнего света
Автомобильные фары настроены на переключение между ближним и дальним светом в зависимости от дорожных условий и трафика. Дальний свет обеспечивает яркое центрально-взвешенное распределение света с высокой освещенностью и пронзает темноту далеко на расстоянии. Освещение дальним светом отдает приоритет расширению поля зрения для максимальной безопасности вождения, не принимая во внимание, что этот дальний луч может подвергать других участников дорожного движения потенциально опасному ослеплению. Ближний свет предназначен для обеспечения ближнего прямого освещения с горизонтальным отсечением на верхнем конце, чтобы не ослеплять других участников дорожного движения. По сравнению с дальним светом ближний свет представляет собой компромисс между расстоянием вперед и защитой от бликов. Он сводит к минимуму блики для других участников дорожного движения, но его короткое расстояние луча дает водителю ограниченное время, чтобы среагировать на любые потенциальные опасности на высоких скоростях движения и на неровных дорогах.

Адаптивная система переднего освещения
Обычная адаптивная система переднего освещения (AFS) имеет ограниченную надежность, поскольку она чрезмерно использует механическую систему фары, которая со временем может выйти из строя из-за износа и вибрации. Наряду с базовыми операциями, такими как переключение между дальним и ближним светом и выключение лучей, направленных на встречную полосу, адаптивное управление светом в этой фаре AFS реализовано путем изменения направления луча, чтобы исключить встречное транспортное средство из зоны действия освещения, поворотом механического затемнение, чтобы заблокировать часть луча, или поворот луча при повороте автомобиля. Задержка этой механической системы слишком высока, чтобы реагировать на сложные алгоритмы прогнозирования. В такой AFS отсутствует взаимодействие между источником света и электронным блоком управления, поскольку технологические ограничения, присущие галогенным и газоразрядным лампам для фар, делают невозможным интеллектуальное управление светоотдачей и другие расширенные функции.

Матричное светодиодное освещение
Признавая ограничения традиционных адаптивных фар, матричные светодиодные системы освещения были разработаны для обеспечения интеллектуального переднего освещения с динамическим управлением и адаптацией луча за доли секунды в ответ на изменение условий движения. Хотя матричные светодиодные фары требуют сложной инженерной мысли, они работают по очень простому принципу — цифровое управление дальним светом на уровне пикселей. В отличие от газовых и дуговых ламп, светодиоды представляют собой полупроводниковые устройства, которые создают поток фотонов (свет) за счет пропускания электрического тока через p-n-переход, смещенный в прямом направлении. Интенсивность света можно динамически и точно контролировать, регулируя ток, протекающий через светодиоды. Эти полупроводниковые диоды могут быть мгновенно активированы и не требуют времени для прогрева. Способность выдерживать десятки тысяч циклов переключения усиливает преимущества применения светодиодов в цифровых системах освещения. Превосходная диммируемость придает светодиодным модулям фар беспрецедентную универсальность. Светодиоды дальнего света можно приглушить, чтобы они выполняли роль дневных ходовых огней. Кроме того, компактный форм-фактор светодиодов, твердотельная природа, а также гибкость оптического управления обеспечивают несравненную свободу проектирования и инженерную применимость в интеллектуальных системах ADB.

Матричные светодиодные фары состоят из множества светодиодных двигателей, собранных в объединенном модуле. Каждый светодиодный двигатель оснащен специальной схемой управления для переменного управления силой света и включения/выключения. Использование отражателей и/или линз позволяет светодиодному модулю обеспечивать огромное количество вариантов оптического распределения без необходимости использования какого-либо поворотного механизма. Таким образом, матричная светодиодная технология разделяет ранее одноточечный дальний свет на несколько дополнительных лучей, которыми можно управлять независимо. Мощные светодиоды обеспечивают высокую эффективность и высокую плотность потока, что обеспечивает точное управление лучом, а также исключительно высокую яркость, что делает эти индивидуально изготовленные лучи такими же мощными, как и одноточечные галогенные лучи. В сочетании со значительно более высокой цветовой температурой (около 6,000 Кельвинов), которая снижает утомляемость водителя и обеспечивает улучшенную видимость, светодиодный свет дальнего света обладает мощным эффектом, не занимая много места в блоке фары и не привлекая много внимания. сила.

Как работают матричные системы
Обычные фары AFS реагируют только на режим вождения автомобиля, такой как скорость вращения колеса, рыскание (движение вдоль вертикальной оси автомобиля) и движение рулевого колеса. Матричные светодиодные системы делают шаг вперед благодаря своей способности взаимодействовать с окружающей средой через бортовую систему камер автомобиля, в которой датчик изображения отслеживает дорожную среду перед автомобилем. Установленная на транспортном средстве камера, чувствительная к видимому и ближнему инфракрасному свету, может обнаруживать практически любой транспорт в пределах своего диапазона обнаружения. Данные, собранные камерой, интерпретируются ЭБУ, который затем отправляет указания в схему управления, регулирующую светоотдачу каждого светодиодного двигателя. При обнаружении объекта перед автомобилем адаптивная система освещения будет маскировать встречный автомобиль, затемняя или выключая светодиодные двигатели, которые создают отвлекающие блики, в то время как другие светодиодные двигатели дальнего света продолжают освещать все остальное на дороге. При движении по кривым светодиоды дальнего света матричной фары будут смещать фокус света вдоль кривой и освещать обочину больше, чем саму дорогу. Компьютерное зрение может извлекать информацию о полосе движения, что может помочь повысить точность адаптивного освещения. Кроме того, интеграция с GPS позволяет выполнять предиктивное управление фарами.

Светодиодная система дальнего света Audi HD Matrix
Технология матричных светодиодов вызывает растущий интерес у ведущих автопроизводителей и производителей автозапчастей, таких как Audi, BMW, Mercedes-Benz, Opel, Volvo, Varroc, Hella и Bosch. Audi и Hella недавно представили светодиодную фару дальнего света HD Matrix, которая объединяет 32 небольших индивидуально управляемых светодиода, расположенных в два ряда. 64-ступенчатая регулировка яркости позволяет HD Matrix LED создавать миллионы световых паттернов. Система дальнего света использует обратную связь с камерой, навигационной системой и другими датчиками для обеспечения точного и интеллектуального переднего освещения. Режим адаптивного освещения активируется за пределами городской застройки при скорости 30 км/ч (18.6 миль/ч) и выше. Светодиоды в матричных светодиодных фарах также служат для освещения поворотов и используют прогнозируемые данные о маршруте, предоставляемые навигационной системой MMI, для автоматического освещения участков дороги, лежащих вокруг приближающегося поворота, до того, как водитель прибудет туда. Светодиодные фары HD Matrix для некоторых топовых моделей оснащены лазерными модулями, которые удваивают дальность дальнего света. Динамические лазерные фары дальнего света автоматически включаются на скорости 70 км/ч и тускнеют, когда камера распознает другие автомобили в зоне ее действия.

Вызовы
Несмотря на то, что матричные светодиодные фары обладают убедительными показателями безопасности, производители автомобилей сталкиваются с повышенной сложностью схем, температурных режимов и конструкции, что в конечном итоге увеличивает общую стоимость системы.

Системы матричного освещения обычно имеют устройство управления матрицей освещения (LMM), которое обеспечивает регулировку нагрузки и управление уровнем пикселей светодиодов. LMM обычно содержит микроконтроллер, который управляет микросхемами привода каждого светодиодного двигателя через интерфейс SPI, и приемопередатчики, которые обмениваются данными с ECU. Каждый светодиодный двигатель подключен к переключателю низкого напряжения (MOSFET), который может иметь широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) с запрограммированной частотой и рабочим циклом. Схема управляющей ИС, встроенная в полевой МОП-транзистор, эффективно предотвращает повреждение светодиодов из-за скачков напряжения и переходных процессов. Сложная схема светодиодной матрицы не только увеличивает пространство на печатной плате, но и приводит к повышенным электромагнитным помехам (EMI).

Управление температурным режимом должно идти в ногу с работой светодиодных модулей с высокой удельной мощностью. Тесное пространство внутри блока фары может вызвать накопление теплового потока вокруг светодиодов. Непрерывная работа за пределами максимальной номинальной температуры перехода ускоряет деградацию материалов, используемых в светодиодах, таких как люминофор или инкапсулят, что приводит к уменьшению светового потока, изменению цвета и сокращению срока службы. Теплоотвод источника света обычно обеспечивается алюминиевыми радиаторами с большой площадью поверхности. Система терморегулирования может включать в себя электрические вентиляторы для облегчения конвективного охлаждения.