O princípio do dimmer e o método de escurecimento de várias luzes

O dimmer é um dispositivo elétrico, que fornece função de escurecimento ininterrupto de acordo com os requisitos do usuário. Existem muitos tipos de lâmpadas elétricas no mercado, mas nenhum dimmer pode ajustar todos os tipos de lâmpadas elétricas.

 

Existem muitos tipos de luzes elétricas:

A lâmpada incandescente tradicional inventada por Thomas Edison,

Lâmpada halógena de alta tensão, usando corrente alternada de 230V,

Lâmpada halógena de baixa tensão, usando fonte de alimentação de 24V, existem duas maneiras de reduzir 230V para 24V: (a) usar um transformador simples ou (b) usar uma fonte de alimentação de comutação eletrônica,

Lâmpada fluorescente/lâmpada fluorescente e tubo de economia de energia (CFL, lâmpada fluorescente compacta) é um tipo especial de lâmpada fluorescente.

Luzes LED baseadas no princípio do Diodo Emissor de Luz.

 

Controle de fase de ponta

O escurecimento das lâmpadas tradicionais utiliza tecnologia de controle de fase de ponta, o que tecnicamente significa que um segmento da onda senoidal da alimentação de tensão é cortado, resultando em uma diminuição no fornecimento de energia e no brilho da lâmpada. A onda senoidal está em 100% de carga total, e a carga de 50% quando Yu Zhengxuanbo é cortado pela metade, a comparação entre os dois pode ser facilmente medida com um multímetro. Um dispositivo chamado Triac é usado para fornecer essa função.

Sob a ação do controle de fase de ponta, a onda senoidal de tensão manterá a tensão em 0V após passar o nível de tensão de 0V. Após o tempo definido, o tiristor é ativado e a tensão retorna à onda senoidal correta. A linha ondulada fornece tensão à lâmpada. A característica do tiristor é que quando a onda senoidal de tensão passa pelo nível de tensão 0V, ele corta a corrente e deve ser reativado em cada ciclo de onda senoidal antes que a tensão possa restaurar a forma de onda senoidal.

 

O controle de fase de ponta funciona bem em lâmpadas incandescentes e lâmpadas halógenas de alta tensão, mas não é adequado para lâmpadas halógenas de baixa tensão, lâmpadas fluorescentes e lâmpadas LED, podendo até causar danos.

 

Aplicado ao controle de fase de ponta de cargas indutivas

Porque o próprio transformador da lâmpada halógena de baixa tensão é uma carga indutiva. Se a corrente CA da carga estiver atrasada em relação à tensão CA, a carga é uma carga indutiva, também conhecida como carga atrasada, o que também significa que quando a tensão é 0, a corrente ainda não é 0.

Este fenômeno causará grandes problemas para o dimmer de controle de fase de ponta de tiristor tradicional. Quando a corrente é 0, o tiristor corta a corrente (não quando a tensão é 0), e o resultado é que as formas de onda positivas e negativas finais são assimétricas, o que equivale a um componente de corrente contínua na saída, que será danificado Um transformador como uma das cargas.

 

Para o transformador tradicional usado para dimerização de lâmpadas halógenas, um dispositivo eletrônico deve ser usado para garantir que o tiristor possa ser comutado no momento adequado. O dimmer deste projeto ainda pode ser usado para cargas resistivas tradicionais e também pode ser usado para carga indutiva e carga reativa leve.

 

Controle de fase de ponta

A fonte de alimentação eletrônica geral (Accor) é uma carga capacitiva, e sua reatância capacitiva é maior que a reatância indutiva, então este tipo de carga irá gerar uma corrente de avanço, dimmer. O dimmer de controle de fase de borda de fuga deve ser usado.

 

O dimmer de controle de fase da borda de fuga corta a cauda da onda senoidal. Como o tiristor não pode fornecer esse desempenho, um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico de alta tensão (MOSFET, Transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico) deve ser usado.

 

Dimmer universal

Ao usar a tecnologia de controle de fase “borda”, o tipo de borda de ataque pode atuar em cargas indutivas e o tipo de borda de fuga pode atuar em cargas capacitivas. No entanto, se o tipo de carga for acidentalmente confundido, o dimmer A carga será destruída ou o dimmer será queimado.

A solução é um dimmer universal.

O dimmer universal detectará primeiro se a carga é capacitiva ou indutiva e, em seguida, selecionará o controle de fase da borda dianteira ou traseira. Para garantir que o resultado da detecção esteja correto, o usuário deve ter certeza de que apenas uma carga está conectada quando a energia é ligada e deve entender que problemas ocorrerão quando a carga for alterada. No entanto, o maior desafio do dimmer universal é que seu preço é muito superior ao do dimmer geral.

 

Lâmpada fluorescente

As lâmpadas fluorescentes tradicionais não são reguláveis, mas ainda existem alguns transformadores especialmente projetados que permitem que as lâmpadas fluorescentes obtenham efeitos de escurecimento. Esses transformadores são integrados na parte do soquete da lâmpada, e as lâmpadas fluorescentes são simplesmente chamadas de lâmpadas fluorescentes de luz ajustável, mas seu preço é bastante alto.

 

Para o escurecimento de lâmpadas fluorescentes em geral, o dimmer de controle de fase de borda de fuga ou dimmer universal pode ser usado. Os fabricantes da nova geração de lâmpadas fluorescentes compensam e ajustam habilmente a carga reativa das lâmpadas fluorescentes, de modo que os dimmers gerais de controle de fase de ponta possam ser aplicados às lâmpadas fluorescentes.

 

Luzes LED

O efeito de escurecimento das luzes LED pode ser muito bom, mas no que diz respeito à tecnologia dimmer, nem a tecnologia de controle de fase de borda de ataque nem de borda de fuga é adequada. Existe uma tecnologia de modulação de largura de pulso (PWM, modulação de largura de pulso) que é adequada para dimmers de lâmpadas LED. Portanto, ao comprar dimmers de lâmpadas LED, os dimmers gerais do mercado não são adequados.

 

Atualmente, também existem marcas europeias que lançaram “lâmpadas” de LED compatíveis com dimmers controlados por fase de última geração, que podem substituir diretamente as lâmpadas incandescentes tradicionais. Você pode prestar atenção a isso ao comprar.

O que é escurecimento PWM?

O princípio básico da modulação por largura de pulso (PWM): O método de controle é controlar o ligar e desligar dos dispositivos de comutação do circuito inversor, de modo que uma série de pulsos de igual amplitude seja obtida na extremidade de saída, e esses pulsos são usado para substituir a onda senoidal ou a forma de onda necessária. Ou seja, múltiplos pulsos são gerados no meio ciclo da forma de onda de saída, de modo que a tensão equivalente de cada pulso seja uma forma de onda senoidal, e a saída obtida seja suave e tenha menos harmônicos de baixa ordem. Ao modular a largura de cada pulso de acordo com certas regras, a tensão de saída do circuito do inversor pode ser alterada e a frequência de saída também pode ser alterada.

 

Por exemplo, se a forma de onda de meia onda senoidal for dividida em N partes iguais, a meia onda senoidal pode ser considerada como uma forma de onda composta de N pulsos conectados entre si. Esses pulsos têm a mesma largura e são iguais a π/n, mas as amplitudes não são iguais, e o topo do pulso não é uma linha reta horizontal, mas uma curva, e a amplitude de cada pulso muda de acordo com a lei do seno . Se a sequência de pulsos mencionada acima for substituída pelo mesmo número de sequências de pulsos retangulares de igual amplitude e não igual largura, o ponto médio do pulso retangular e o ponto médio das metades senoidais correspondentes são coincidentes e a área do pulso retangular pulso e a parte senoidal correspondente (ou seja, impulso) Se forem iguais, obtém-se um conjunto de sequências de pulso, que é a forma de onda PWM. Pode-se ver que a largura de cada pulso muda de acordo com a lei do seno. De acordo com o princípio de impulso igual e mesmo efeito, a forma de onda PWM e a meia onda senoidal são equivalentes. Para o semiciclo negativo do seno, o mesmo método pode ser usado para obter a forma de onda PWM.

 

Na forma de onda PWM, a amplitude de cada pulso é igual. Para alterar a amplitude da onda senoidal de saída equivalente, basta alterar a largura de cada pulso de acordo com o mesmo coeficiente proporcional. Portanto, no inversor AC-DC-AC, a saída de tensão de pulso pelo circuito do inversor PWM é a amplitude da tensão do lado DC.

 

De acordo com os princípios acima, após a frequência da onda senoidal, a amplitude e o número de pulsos em meio ciclo serem fornecidos, a largura e o intervalo de cada pulso da forma de onda PWM podem ser calculados com precisão. De acordo com o resultado do cálculo, o on-off de cada dispositivo de comutação no circuito é controlado e a forma de onda PWM necessária pode ser obtida.

Para ajuste de luminosidade do LED

Simplificando, por exemplo, se você possui uma fonte de alimentação de 5V e deseja controlar o brilho de uma lâmpada, existe um método tradicional, que é conectar um resistor ajustável em série e alterar a resistência, e o brilho da lâmpada mudança. Este método de ajuste requer rotação artificial do reostato deslizante, que também é um resistor ajustável.

 

Outro método é o ajuste PWM. Em vez de um resistor em série, um interruptor é conectado em série. Supondo que dentro de 1 segundo, o interruptor seja ligado por 0,5 segundos e desligado por 0,5 segundos, então a luz ficará acesa por 0,5 segundos e desligada por 0,5 segundos. Se isso continuar, a luz piscará. Se você aumentar um pouco a frequência, como 1 milissegundo, 0,5 milissegundo ligado, 0,5 milissegundo desligado, a frequência de piscar da luz será muito alta. Sabemos que se a frequência de cintilação exceder um determinado valor, o olho humano não a sentirá. Então, neste momento, você não pode ver a cintilação da lâmpada, apenas ver que o brilho da lâmpada é apenas metade do original.

 

Da mesma forma, se dentro de 1 milissegundo, a luz é ligada em 0,1 milissegundos e desligada em 0,9 milissegundos, o brilho da luz é apenas um décimo do original.

 

Este é o princípio básico do PWM. A razão é tão simples quanto isso. Existem vários tipos de PWM específicos. De um modo geral, eles mantêm uma certa tensão ou corrente, mas alteram o tempo de ligar e desligar dentro de um determinado período.

 

Isso equivale a manter a condução, mas alterando a tensão ou a corrente. Tal método de controle PWM é muito conveniente para ser aplicado a circuitos de controle digital. Porque é mais difícil para um computador controlar um resistor ajustável, e o resistor ajustável também tem o problema de instabilidade inerente dos circuitos analógicos.

Como realizar o escurecimento PWM

LED é um diodo, pode realizar comutação rápida. Sua velocidade de comutação pode ser tão alta quanto microssegundos ou mais. É inigualável por qualquer dispositivo emissor de luz. Portanto, desde que a fonte de alimentação seja alterada para uma fonte de corrente constante de pulso, o brilho pode ser alterado alterando a largura do pulso. Este método é chamado de método de escurecimento da modulação de largura de pulso (PWM). A forma de onda desta modulação de largura de pulso é muito regular. Se o período do pulso for tpwm e a largura do pulso for ton, então a razão de serviço D (ou razão de porosidade) será ton/tpwm. O brilho do LED pode ser alterado alterando a taxa de serviço do pulso da fonte de corrente constante.

 

O método específico para realizar o escurecimento PWM é conectar um tubo de comutação MOS em série com a carga do LED, e o ânodo desta série de LEDs é alimentado por uma fonte de corrente constante. Em seguida, um sinal PWM é aplicado à porta do tubo MOS para alternar rapidamente a sequência de LEDs. Para conseguir o escurecimento. Existem também muitos chips de corrente constante com interface PWM. Ele pode receber diretamente o sinal PWM e, em seguida, emitir o tubo de controle MOS.

 

Vantagens do escurecimento da modulação de largura de pulso (PWM)

1. Nenhum deslocamento cromatográfico ocorrerá. Porque o LED sempre funciona entre a corrente de amplitude total e 0.
2. Pode ter uma precisão de escurecimento extremamente alta. Como a forma de onda do pulso pode ser controlada com uma precisão muito alta, é fácil alcançar uma precisão de um décimo de milésimo.
3. Pode ser controlado combinando com tecnologia de controle digital. Porque qualquer número pode ser facilmente transformado em um sinal PWM.
4. Mesmo que a luz seja reduzida em uma ampla faixa, não haverá cintilação. Como não alterará as condições de trabalho da fonte de corrente constante (relação de aumento ou relação de redução), é menos provável que ocorram problemas como superaquecimento.
   

   Deficiências de escurecimento e soluções PWM

   1. A escolha da frequência de pulso.

   Como o LED está em um estado de comutação rápido, se a frequência de operação for muito baixa, o olho humano sentirá cintilação. Para aproveitar ao máximo o fenômeno visual residual do olho humano, sua frequência de operação deve ser superior a 100 Hz, preferencialmente 200 Hz.

    

   2. Elimine o uivo do arco de escurecimento.

   Embora o olho humano não consiga detectar acima de 200 Hz, está dentro do alcance da audição humana até 20 kHz. Neste momento, é possível ouvir o som do zumbido.

   Existem duas maneiras de resolver este problema. Uma é aumentar a frequência de comutação acima de 20k Hz, fora do alcance da audição humana. Mas frequência muito alta causará alguns problemas, porque a influência de vários parâmetros parasitas fará com que a forma de onda do pulso (bordas frontal e traseira) seja distorcida, o que reduz a precisão do escurecimento.

   A outra maneira é descobrir o dispositivo de produção de som e lidar com ele. Na verdade, o principal dispositivo de sondagem é o capacitor cerâmico na extremidade de saída, porque os capacitores cerâmicos são geralmente feitos de cerâmicas de alta constante dielétrica, que possuem características piezoelétricas. Sob a ação do pulso de 200Hz, a vibração mecânica será produzida e o som será produzido. A solução é usar capacitores de tântalo. Sim, capacitores de tântalo com alta tensão suportável são difíceis de obter e o preço é muito caro, o que aumentará alguns custos.