Gloeilampen en andere ouderwetse gloeilampen gebruiken elektrische energie om de gloeidraad of het gas te verwarmen, waardoor deze heet wordt en licht uitstraalt. Lichtgevende diodes (LED's) zijn gemaakt van speciale halfgeleidermaterialen, die de elektrische energie die door het interieur gaat, rechtstreeks omzetten in licht door middel van elektroluminescentie.
Elk LED-materiaal zendt licht uit binnen een smal golflengtebereik wanneer het wordt blootgesteld aan specifieke spanningen en stromen. Door deze waarden aan te passen, kan de LED stoppen met het uitstralen van licht of de helderheid ervan veranderen.
Ontwerpers vertrouwen doorgaans op constante stroomreductie (CCR) of pulsbreedtemodulatie (PWM) om de helderheid van LED's te regelen. Beide methoden worden gebruikt om de lichtopbrengst te regelen, maar hun werkingsprincipes zijn totaal verschillend. Hieronder volgen de afwegingen bij het ontwerp van elke methode:
CCR, vaak analoog dimmen genoemd, is het werkingsprincipe om dimmen te bereiken door de stroom die naar de LED vloeit te verminderen. Dit is een eenvoudige, intuïtieve en geluidsarme methode die geen flikkering veroorzaakt, waardoor deze geschikt is voor basistoepassingsscenario's. Het verminderen van de stroom kan echter de kleur van de LED enigszins veranderen en het dimbereik beperken, vooral bij zeer weinig licht.
PWM bereikt dimmen door de LED snel te schakelen terwijl tijdens elke pulsperiode een constante stroom wordt gehandhaafd. Deze technologie kan de kleurconsistentie behouden en een breder dimbereik bereiken, doorgaans instelbaar tot minder dan 1%. Hierdoor is hij zeer geschikt voor dimbare verlichting of beeldschermen. Het nadeel is dat als de schakelfrequentie niet hoog genoeg is, PWM elektromagnetische interferentie (EMI) en zichtbare flikkering kan veroorzaken. Ontwerpers moeten deze factoren zorgvuldig afwegen.
PWM vereist mogelijk complexere stuurprogramma's en speciale aandacht voor EMI-filtering, terwijl CCR mogelijk niet goed presteert in toepassingen die kleurnauwkeurigheid of ultralaag dimmen vereisen. In sommige gevallen kan een hybride aanpak die CCR en PWM combineert, de voordelen van beide in evenwicht brengen.
Ontwerpoverwegingen
Ontwerpers kunnen de beperkingen van CCR- of PWM-dimmen overwinnen door te kiezen voor een intelligent ontwerp. Voor CCR kunnen ontwerpers LED's kiezen met stabiele kleurprestaties over een breed stroombereik en gammacorrectie of logaritmische dimcurves toepassen om de dimrespons aan te passen aan de menselijke perceptie van veranderingen in helderheid. Dit kan de overgang soepeler en natuurlijker maken. Zorgvuldige selectie van drivers en optimalisatie van het thermisch beheer kunnen ook helpen de kleurstabiliteit te behouden en de dimprestaties te verbeteren zonder dat er extra schakelingen nodig zijn.
Bij PWM-dimmen zijn de belangrijkste uitdagingen onder meer flikkering, EMI en ontwerpcomplexiteit. Deze problemen kunnen worden verholpen door hoge PWM-frequenties te gebruiken, doorgaans tussen 20 kHz en 25 kHz, om zichtbare flikkering te voorkomen en interferentie met audio- of camerasystemen te minimaliseren. EMI kan effectief worden gecontroleerd door zorgvuldig printplaten te ontwerpen, filters te gebruiken en LED-drivers met instelbare signaalsnelheden en andere functies te selecteren. De driver met geïntegreerde ingebouwde PWM-functie vereenvoudigt het proces door intern signalen te genereren, waardoor er geen nauwkeurig timingbeheer van de driver extern nodig is.
CCR kan geschikter zijn voor toepassingsscenario's die de laagste EMI vereisen, zoals medische omgevingen, laboratoria of plaatsen met gevoelige elektronische apparaten. Deze optie kan binnen een beperkt bereik betrouwbare, soepele en flikkervrije dimeffecten bieden, en de relatief eenvoudige structuur maakt hem geschikt voor algemene verlichting in scenario's zoals huizen, restaurants en grote locaties, vooral in situaties waar eenvoud en kosteneffectiviteit worden benadrukt.
PWM-dimtechnologie wordt vaak gebruikt in podiumverlichting of in situaties waarin een extreem fijne lichtregeling vereist is vanwege de uitstekende kleurconsistentie en het brede dimbereik. De PWM-driver met geïntegreerde signaalbron vereenvoudigt het ontwerpproces verder en vermindert de ontwerpcomplexiteit via de interne verwerkingstimingfunctie.
Bij het kiezen van PWM-schema
De PWM-dimmethode is geschikt voor toepassingen die meerkanaalsregeling, kleurconsistentie en betrouwbaarheid van autokwaliteit vereisen.
De geavanceerde 36-kanaals LED-driver AL5887Q voor auto's van Dior Inc. heeft bijvoorbeeld dual-mode functionaliteit. Door de dutycycle van de constante stroom aan te passen (van 100% naar 3%) kan diep PWM-dimmen worden bereikt. Wanneer het echter onder de 3% komt, schakelt het over naar de analoge dimmodus en bereikt het dezelfde dimfunctie als CCR via programmeerbare digitale bediening, in plaats van het gebruik van traditionele analoge CCR-specifieke circuits.
De AL5887Q heeft een ingebouwde 16 MHz-oscillator, waardoor er geen externe klok nodig is, waardoor het ontwerp en de lay-out van de printplaat wordt vereenvoudigd, de voetafdruk van de printplaat wordt verkleind en de stuklijstkosten (BOM) worden verlaagd. Het maakt gebruik van een 12-bits PWM-adresseerbaar register en een 30 kHz interne PWM-generator om een betere kleurmenging te bereiken en ruis te verminderen.
Ontwerpers kunnen deze functie gebruiken voor de volgende toepassingen:
Auto-interieur- en buitenverlichting
Scherm voor informatie-entertainment
statusindicatielampje
Aanraakscherm en achtergrondverlichting van het LCD-scherm
Deze toepassingen vereisen controle van de kleur en intensiteit van de LED, wat de belangrijkste functie is die de AL5887Q-driver (Afbeelding 1) kan vervullen.