Akkor lambalar ve diğer eski moda ampuller, filamanı veya gazı ısıtmak için elektrik enerjisi kullanır, bu da ısınmasına ve ışık yaymasına neden olur. Işık yayan diyotlar (LED'ler), içlerinden geçen elektrik enerjisini elektrolüminesans yoluyla doğrudan ışığa dönüştüren özel yarı iletken malzemelerden yapılmıştır.
Her LED malzemesi, belirli voltaj ve akımlara maruz kaldığında dar bir dalga boyu aralığında ışık yayar. Bu değerleri ayarlayarak LED ışık yaymayı durdurabilir veya parlaklığını değiştirebilir.
Tasarımcılar LED'lerin parlaklığını kontrol etmek için genellikle sabit akım azaltımına (CCR) veya darbe genişliği modülasyonuna (PWM) güvenir. Her iki yöntem de ışık çıkışını düzenlemek için kullanılır ancak çalışma prensipleri tamamen farklıdır. Her yöntemin tasarımında yapılması gerekenler şunlardır:
Genellikle analog karartma olarak anılan CCR'nin çalışma prensibi, LED'e akan akımı azaltarak karartmayı sağlamaktır. Bu, titreme oluşturmayan basit, sezgisel ve düşük gürültülü bir yöntemdir ve bu da onu temel uygulama senaryoları için uygun kılar. Ancak akımın azaltılması LED'in rengini biraz değiştirebilir ve özellikle çok loş ışık koşullarında karartma aralığını sınırlayabilir.
PWM, her darbe periyodunda sabit bir akımı korurken LED'i hızlı bir şekilde değiştirerek karartmayı başarır. Bu teknoloji, renk tutarlılığını koruyabilir ve genellikle %1'in altına ayarlanabilen daha geniş bir karartma aralığı elde edebilir. Bu nedenle kısılabilir aydınlatma veya görüntü ekranları için çok uygundur. Bunun karşılığında, eğer anahtarlama frekansı yeterince yüksek değilse, PWM elektromanyetik girişime (EMI) ve gözle görülür titremeye neden olabilir. Tasarımcıların bu faktörleri dikkatlice tartmaları gerekir.
PWM daha karmaşık sürücülere ve EMI filtrelemeye özel dikkat gerektirebilirken CCR, renk doğruluğu veya ultra düşük karartma gerektiren uygulamalarda iyi performans göstermeyebilir. Bazı durumlarda CCR ve PWM'yi birleştiren hibrit bir yaklaşım her ikisinin avantajlarını dengeleyebilir.
Tasarım hususları
Tasarımcılar akıllı tasarımı seçerek CCR veya PWM karartmanın sınırlamalarının üstesinden gelebilir. CCR için tasarımcılar, geniş bir akım aralığında istikrarlı renk performansına sahip LED'leri seçebilir ve karartma tepkisini insanın parlaklık değişikliklerine ilişkin algısına uyacak şekilde ayarlamak için gama düzeltmesi veya logaritmik karartma eğrileri uygulayabilir. Bu, geçişi daha yumuşak ve daha doğal hale getirebilir. Sürücülerin dikkatli seçimi ve termal yönetimin optimizasyonu, ek devreye ihtiyaç duymadan renk stabilitesinin korunmasına ve karartma performansının genişletilmesine de yardımcı olabilir.
PWM karartma için temel zorluklar arasında titreme, EMI ve tasarım karmaşıklığı yer alır. Görünür titremeyi önlemek ve ses veya kamera sistemlerinde paraziti en aza indirmek için, genellikle 20 kHz ile 25 kHz arasındaki yüksek PWM frekansları kullanılarak bu sorunların üstesinden gelinebilir. EMI, devre kartlarını dikkatlice tasarlayarak, filtreler kullanarak ve ayarlanabilir sinyal hızlarına ve diğer özelliklere sahip LED sürücüleri seçerek etkili bir şekilde kontrol edilebilir. Entegre yerleşik PWM fonksiyonuna sahip sürücü, sinyalleri dahili olarak üreterek süreci basitleştirir ve sürücünün harici olarak hassas zamanlama yönetimi ihtiyacını ortadan kaldırır.
CCR, tıbbi ortamlar, laboratuvarlar veya hassas elektronik cihazların bulunduğu yerler gibi en düşük EMI gerektiren uygulama senaryoları için daha uygun olabilir. Bu seçenek, sınırlı bir aralıkta güvenilir, pürüzsüz ve titreşimsiz karartma efektleri sağlayabilir ve nispeten basit yapısı, onu evler, restoranlar ve büyük mekanlar gibi senaryolarda, özellikle sadeliğin ve maliyet etkinliğinin vurgulandığı durumlarda genel aydınlatma için uygun hale getirir.
PWM karartma teknolojisi, mükemmel renk tutarlılığı ve geniş karartma aralığı nedeniyle sıklıkla sahne aydınlatmasında veya son derece hassas ışık kontrolü gerektiren durumlarda kullanılır. Entegre sinyal kaynağına sahip PWM sürücüsü, dahili işleme zamanlama fonksiyonu aracılığıyla tasarım sürecini daha da basitleştirir ve tasarım karmaşıklığını azaltır.
PWM şemasını seçerken
PWM karartma yöntemi, çok kanallı kontrol, renk tutarlılığı ve otomotiv kalitesinde güvenilirlik gerektiren uygulamalar için uygundur.
Örneğin, Dior Inc.'in AL5887Q gelişmiş 36 kanallı otomotiv sınıfı LED sürücüsü çift mod işlevselliğine sahiptir. Sabit akımın görev döngüsünü (%100'den %3'e) ayarlayarak derin PWM karartması elde edilebilir. Ancak %3'ün altına ulaştığında analog karartma moduna geçecek ve geleneksel analog CCR'ye özel devreleri kullanmak yerine programlanabilir dijital kontrol yoluyla CCR ile aynı karartma işlevini elde edecektir.
AL5887Q, harici saat ihtiyacını ortadan kaldıran, devre kartı tasarımını ve düzenini basitleştiren, baskılı devre kartı ayak izini azaltan ve malzeme listesi (BOM) maliyetlerini düşüren yerleşik bir 16 MHz osilatöre sahiptir. Daha iyi renk karışımı elde etmek ve gürültüyü azaltmak için 12 bit PWM adreslenebilir yazmaç ve 30 kHz dahili PWM üreteci kullanır.
Tasarımcılar bu özelliği aşağıdaki uygulamalar için kullanabilir:
Otomotiv iç ve dış aydınlatma
Bilgi eğlence ekranı
durum gösterge ışığı
Dokunmatik ekran ve LCD ekran arka ışığı
Bu uygulamalar, AL5887Q sürücüsünün (Şekil 1) başarabileceği temel işlev olan LED'in renginin ve yoğunluğunun kontrol edilmesini gerektirir.