Írta: gm2, 2010. október 15
A várakozások nagyok; Miután rábeszélte, és később a jogszabályok arra kényszerítették, hogy hagyják el az izzólámpákat a hatékonyabb termékek érdekében, a kompakt fénycsövekkel kapcsolatos felhasználói tapasztalatok gyakran nem voltak kielégítőek. Most azoknak a fogyasztóknak üzenik, hogy a LED-ek hosszabb élettartamot, tartósságot és hatékonyságot nyújtanak, és kellemes spektrális teljesítményt nyújtanak.
Az általános világítás - az otthoni, irodai és közterületi környezeti világítás biztosítása - valójában némileg elmarad a LED-ek alkalmazásának ütemétől az alkalmazások széles körében. Néhány példa erre az autók világítása féklámpákhoz, helyzetjelző lámpákhoz és hamarosan megjelenő fényszórókhoz; színes világítás építészethez; ipari, kültéri és utcai világítás; közlekedési és vasúti táblák; és LCD-képernyők háttérvilágítása a televíziókban és a monitorokban. Ezen alkalmazások némelyikében a hatékonyság a legfontosabb, messze a legmeggyőzőbb ok a LED-technológia alkalmazására. Más alkalmazásokban az elfogadás fő oka abban a rugalmasságban rejlik, amelyet a tervezőknek a világítás beállítására kínál, amikor nem kell hozzáférést biztosítaniuk a korlátozott élettartamú lámpák cseréjéhez. Más esetekben a fény irányításának mértéke árnyalat és intenzitás szempontjából vonzza a világítástechnikai mérnököket.
Különböző módszerek használhatók a vezérlő kimenetének vezérlésére. A mikrovezérlő analóg referenciafeszültséget tud előállítani D/A konverter vagy digitális potenciométer segítségével, és ez a feszültség közvetlenül beállítja a LED-meghajtó áramát. Vagy egy teljesen digitális vezérlési láncban a mikrovezérlő impulzusszélesség modulált (PWM) jeleket tud szolgáltatni, amelyeket a vezérlő kimenetének modulálására használnak. A PWM jel felhasználható a vezérlő aktiválásához/deaktiválásához vagy egy olyan kapcsoló vezérléséhez, amely leválasztja a LED-eket a vezérlő kimenetéről. Ha PWM vezérlőt használnak, válasszon elég magas PWM frekvenciát, hogy az emberi szem ne észleljen ingadozást. Ez a technika akkor lehet praktikus, ha az alkalmazás maximális hatékonyságot követel meg, sok LED maximális hatékonyságát (az adott áramra generált fényt) a maximális értékénél vagy annak közelében éri el. A csökkentett fényszintek impulzusvezérléssel történő leadása a csúcsáram szintjén hatékonyabb lesz, mint csökkentett állandó áram esetén.
A tervezőnek meg kell határoznia azt a mintavételi frekvenciát is, amely mellett a vezérlő hurok működik, és ki kell választania egy mikrovezérlőt a megfelelő számítási erőforrásokkal. Ha a rendszert elsősorban a fehér kimenet állandó fenntartására fordítják a LED öregedésével, akkor viszonylag ritka mintavételi arányra van szükség. A különböző színű LED-ek az öregedés során általában követik a különböző fénykibocsátási görbéket, de ezt a szabályozás különböző szintjeire reagálva is megteszik. Változó fényerővel vagy tompítással rendelkező alkalmazásokban a színszabályozási kört frissíteni kell, hogy szinkronizálhasson a fényerő változó sebességével. Az egyik legigényesebb ilyen típusú alkalmazás az LCD visszacsatolás szelektív csillapítása. A televíziós kép sötét területein a kontraszt javítása érdekében az ezeken a területeken a háttérvilágítás halványabb, de tiszta fehéret kell fenntartani, hogy az LCD képernyőn továbbra is megjelenjen a helyes képhang. Ebben az esetben a vezérlő hurok megfelelő frissítésére van szükség a TV képkockasebességéhez.
Olyan eszköz, mint a PIC24FJ16GA002, 2. ábra, jó jelölt a mikrovezérlőhöz egy színszabályozó rendszerben. A PIC24 eszköz kicsi, 28 tűs csomagban áll rendelkezésre 16–64 KB programmemóriával, és soros kommunikációs interfészeket, 10 bites A/D átalakítót és 5 PWM csatornát biztosít, egy eszközben. A 16 bites mikrokontroller magja könnyen képes kezelni az érzékelők kalibrálásához és a színszabályozáshoz kapcsolódó matematikát.
A megbízható eredmények érdekében a fényérzékelő adatkimenetét egy referencia alapján kell kalibrálni. A kalibrálási folyamat kromatikus mérő segítségével matematikailag korrelálja a különböző színű LED-ek kimenetét, valamint a fényérzékelő spektrális válaszát és érzékenységét egy szabványos színkoordinátarendszer szerint, amelyet 1931-ben hozott létre a CIE (Nemzetközi Megvilágítási Bizottság). Nemzet: a CIE XYZ színtér. A kalibrálási folyamat olyan együtthatómátrixot állít elő, amelyet a lámpatest rendszerrel rendelkező, nem felejtő memóriában kell tárolni, és amelynek segítségével meghatározzák a korrelált és a kívánt kimenet közötti különbséget az egyes lépésekben a vezérlőrendszeren keresztül.
A kalibrálás után a mikrovezérlő összehasonlítja az érzékelő adatait a kívánt koordinátákkal a CIE kromatikus grafikonján, és az egyes kimeneti csatornákon beállítja a szabályozási értékeket, amíg el nem éri a helyes CCT-t. Mivel a vezérlő hurok dinamikus környezetben működik, célszerű szervo típusú technikákat használni; Minden csatornának van egy PID (Proportional-Integral-Derivative) algoritmusa, amely illeszti az érzékelő adatait a kalibrációs értékekhez, kiértékeli a különbséget egy beállított pont megállapításához, és ennek megfelelően állítja be a kimeneti csatornákat. Mint minden más zárt hurkú PID architektúra esetében, az algoritmus is folyamatosan dolgozik a hibák csökkentéséig, amíg a kimeneti CCT el nem éri a beállított CCT-t. A PID együtthatók beállíthatók a rendszer válaszának maximalizálása érdekében, de a beállított ponthoz való konvergencia tényező függ a mikrovezérlő matematikai folyamat hatékonyságától. Mint fentebb említettük, egyes színszabályozó rendszerek gyorsabb feldolgozást és válaszidőt igényelnek, mint mások.