Vấn đề lái xe PWM LED

Question

Tôi đang lái 6 dải LED 5 nhánh nối tiếp với trình điều khiển PWM. Mỗi nhánh có điện trở 90R. Đèn LED OSRAM GW JCLPS2.EM 6500K được sử dụng trong các dải.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Điện áp đầu vào của tôi là 28VDC và ở mức điện áp này, chu kỳ làm việc của trình điều khiển pwm của tôi là 30%. Tần số chuyển mạch của tôi là khoảng 800Hz.

^{mô phỏng mạch này}

Sơ đồ chính của tôi được hiển thị bên dưới.

Khi tôi đo điện áp chuyển tiếp (Vf) của một đèn LED trên một dải bằng kính hiển vi osciloscope, tôi thấy tín hiệu được hiển thị bên dưới.

--- Tại sao tôi thấy khoảng 960mV Vf tại thời điểm tắt của PWM?

Vì vậy, đầu ra tín hiệu trình điều khiển PWM của tôi khi tải đầy đủ (50 chiếc. Dải LED) là:

Tôi thấy rằng có 8.25V khi thời gian tắt của tín hiệu PWM.

Cuối cùng, tôi đã kết nối một tải điện trở đầy đủ 4 ohm (biến trở) vào cuối đầu ra trình điều khiển PWM của mình.

Tín hiệu đã trở thành như sau.

Tại sao tín hiệu tôi đo lại khác nhau ở tải dải LED và tải điện trở?

Cảm ơn câu trả lời của bạn trước.

Answer 1

Như mọi thứ khác trong ngành điện tử, đèn LED là các thiết bị được điều khiển sạc : hãy để tôi giải thích một chút về điểm này với một tiền đề (có lẽ dài).
Khi bạn áp dụng một điện áp không đổi \$V_{AK}\$giữa cực dương và cực âm của một trong các điốt đó, dòng điện ở cực dương \$I_A\$ bắt đầu tăng và chảy qua nó cho đến khi nó đạt đến giá trị cân bằng $$ I_A=I_o\left(e^\frac{V_{AK}}{V_T} - 1\right)\label{1}\tag{1} $$ Ở đâu

• \$I_o\$là dòng bão hòa đường giao nhau
• \$V_T=k_BT/q\$là điện áp nhiệt thông thường ở nhiệt độ đường giao nhau \$T\$, \$k_B\$là hằng số Boltzmann và \$q\$ là điện tích cơ bản.

Tuy nhiên, phương trình \ eqref {1} chỉ có giá trị ở trạng thái cân bằng, tức là sau khi quá trình nhất thời kết thúc: quá trình chuyển này lưu trữ một điện tích bên trong thiết bị làm thay đổi trạng thái dẫn của nó , cho phép dòng điện chạy qua nó: điện tích được lưu trữ gần đúng giá trị sau$$ Q_j\simeq \tau_{jm} I_A $$ở đâu \$\tau_{jm}\$là thời gian tồn tại của phí thiểu số mối nối .

Điều này ám chỉ điều gì? Điều này ngụ ý rằng mạch động lực tương đương thực tế hơn của đèn LED ít nhất phải có dạng sau

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

ở đâu \$C_j\$là (rất) lớn, điện dung tiếp giáp diode phân cực thuận , có giá trị gần đúng sau$$ C_j= \frac{Q_j}{V_{AK}}\simeq \frac{\tau_{jm} I_A}{V_{AK}} $$

Sự hiện diện của \$C_j\$ngụ ý rằng, khi bạn tắt trình điều khiển MOSFET, trong khi dòng điện toàn cầu qua kết nối chuỗi các đèn LED (dải đèn LED) ngừng, mỗi dòng điện cực dương của đèn LED cục bộ tiếp tục chạy qua phần lý tưởng của thiết bị đang phóng điện \$C_j\$mặc dù vậy, cho đến khi công suất này phóng điện hoàn toàn và điện áp cực dương \$V_{AK}\$giảm xuống không. Tuy nhiên, khi điện áp anode đạt đến cái gọi là ngưỡng diode điện áp tức là \$V_{AK}\simeq V_\mathrm{th}\$dòng điện cực dương \ eqref {1} giảm xuống giá trị rất thấp (trong \$\mu\mathrm{A}\$phạm vi): điều này ngụ ý rằng quá trình tự xả chậm lại đáng kể và do đó, trên quy mô thời gian nhỏ khi \$500\mu\mathrm{s}/\text{div}\$bạn sử dụng để hình dung chính xác dạng sóng PWM, bạn đo điện áp cực dương gần như không đổi \$V_{AK}\simeq V_\mathrm{th}\$.

Ghi chú cuối cùng .

• Quá trình xả của \$C_j\$ được mô tả ở trên là mô tả mức mạch về thời gian cần thiết của các điện tích thiểu số được tiêm vào đường giao nhau trong khi kết hợp lại (không bức xạ) bên trong thiết bị.

• Phụ lục sau các ý kiến . Một lời giải thích rất chi tiết về cơ chế chuyển mạch trong các điốt tiếp giáp chung (tuy nhiên không xem xét rõ ràng các đèn LED), liên quan đến cả vật lý bán dẫn và lý thuyết mạch, có trong hai chuyên khảo cũ [1] và [2].

• Hiệu ứng được mô tả có rất ít nếu có bất kỳ tác động nào đến hoạt động của điều khiển hiện tại PWM của bạn. Nó làm giảm hiệu quả việc BẬT chuỗi LED vì tất cả các điốt đã được phân cực (sau lần chuyển mạch PWM đầu tiên) gần cực dương phát ra của chúng thành điện áp catốt \$V_F\$do đó không cần phải sạc lại sau mỗi \$C_j\$: nó cũng làm mịn hoạt động hoặc dòng điện cực dương của điốt, hoạt động như một bộ lọc thông thấp.

Người giới thiệu

[1] Yu. R. Nosov, "Chuyển mạch trong điốt bán dẫn", Plenum Press (1969).
[2] Yu. A. Tkhorik, "Điốt bán dẫn thoáng qua xung", Chương trình dịch khoa học của Israel (1968).