Hogyan működnek a LED szalag vezérlők?

A vezérlőket a szalagnak megfelelő, 12V vagy 24V egyenáramot biztosító tápegység és a LED szalag közé kell bekötni. Alapvető feladatuk a LED szalag által kibocsátott fény mennyiségének változtatása. Angolul „dimming”-nek nevezik ezt a műveletet és magyarul is sokszor csak dimmerként emlegetjük ezeket az eszközöket.

Négyféle LED szalag vezérlőt vizsgáltam meg, amelyeket az egyszerűség kedvéért csak A, B, C és D betűvel jelöltem.

A legegyszerűbbnek tűnő A vezérlőn egy tekerőgomb segítségével állítható a LED szalag fényárama. Ezt a legegyszerűbb használni és a kézi állítás azt sugallja, hogy finoman tudjuk majd szabályozni a LED fényét. A B jelű vezérlőhöz már egy távirányító tartozik, amely leginkább egy garázsnyitóra hasonlít. A távirányító előnye, hogy 30 méteren belül bekapcsolhatjuk és kikapcsolhatjuk a LED szalagot, illetve a két nyíllal jelölt nyomógombbal növelhetjük, vagy csökkenthetjük a fény mennyiségét. A C jelű vezérlő egy zsugorfóliázott áramköri lap, de ennek a B-hez képest még több funkciója van: nem csak a fényáramot tudjuk változtatni, hanem különböző gyakorisággal villogtatni is lehet a szalagot. Végül a D jelű vezérlő a legsokoldalúbb: ezzel egyszerre négy LED szalag fényáramát lehet egymástól függetlenül állítani. Ráadásul ez WiFi kapcsolatra is képes, 2,4 GHz rádiófrekvencián kommunikál a vezérlővel. A csomagoláson a 2.4 GHz RF jelzés erre utal. Mobil telefonos applikáció is letölthető hozzá Androidra vagy iPhone, így a zsebünkben levő mobileszközzel is tudjuk a fényt szabályozni.

A dobozok mérete senkit ne tévesszen meg: hasonló áramkör található mindegyik termékben. Az A és B vezérlő dobozát kinyitottam. Az A vezérlőben egy potmétert látunk és az áramköri lap hátoldalán találunk még néhány integrált áramköri egységet, amelyek a képen nem látszanak. A B jelű vezérlő is egy egyszerű szerkezetnek tűnik. A LED vezérlésen túl egy rádióvevő található a nyomtatott áramköri lapon, amely a távvezérlő jelét érzékeli.

Nézzük hogyan változtatják a LED szalag fényét a vezérlők. A legegyszerűbb megoldás az lenne, ha egy változtatható ellenállást kötnénk sorba a LED szalaggal. Amikor az ellenállás értéke kicsi a LED szalag ellenállásához képest, akkor a teljes tápfeszültség a LED szalagon esik és maximális fénnyel világít. Ha az ellenállás értéke összemérhető a LED szalag ellenállásával, akkor a feszültség osztódik az ellenállás és a LED szalag között és a LED kisebb intenzitással fog világítani. Ez a megoldás működőképes, csak több hibája van: a fényáramot úgy csökkentem, hogy a villamos fogyasztása nem csökken a rendszernek. Másrészt a LED fényárama nem lineárisan, hanem exponenciálisan változik a feszültséggel, ezért nagyon kis feszültséglépéssel nagy fényáramváltozást idézek elő: nem tudom finoman állítani a fényt.

A LED vezérlőkben a fényáram szabályozása impulzusszélésség -modulációval történik. Az angol kifejezés (Pulse Width Modulation) alapján PWM-nek szokták jelölni ezt a vezérlési módot. Ennek a módszernek a lényege, hogy a bemenő egyenfeszültséget sűrűn ki-be kapcsolja a vezérlő elektronika. A bekapcsolt állapot időtartamának aránya a teljes időhöz képest a térkitöltési tényező. Ez határozza majd meg a LED szemünk által észlelt fényességét. A kapcsolási frekvenciának olyan nagynak kell lennie, hogy azt a szemünk ne tudja lekövetni.

A C jelű vezérlőn 3 gyorsgombot találunk, amelyekkel azonnal kiválasztható a 100%, 50% és 25% fényintenzitás. Ezzel a három beállítással mértem meg a vezérlőből kijövő feszültséget az idő függvényében. A relatív feszültség értékek az alábbi ábrán láthatók 12,8 ms szélességű időintervallumban. A 100% állásnál folyamatos egyenszintet látunk, a feszültség minimális zajtól eltekintve állandó 12 V. Az 50% beállításnál már azt látjuk, hogy a 12,8 ms időintervallumban kétszer bekapcsol és kétszer kikapcsol a LED, a kapcsolási frekvencia:. Az idő egyik felében bekapcsolt, másik felében pedig kikapcsolt állapotban vannak a LED-ek, a kitöltési tényező 50%. A 25% jelzés értelemszerűn 25% kitöltési tényezőt jelent, tehát a LED-ek csak az idő egynegyedében vannak bekapcsolva, háromnegyed részben nem világítanak.

A LED-ek élettartamát egyáltalán nem rontja a gyakori kapcsolgatás, a szemünk pedig 80 Hz felett már nem észleli a villogást, hanem kiátlagolja az érzékelt fény mennyiségét.

A vezérlők kapcsolási frekvenciája és a konkrét áramköri megoldás már lényegesen különbözhet egymástól különböző gyártók termékeiben. A potméterrel állítható A jelű vezérlőnél a LED-ek fényárama alacsony értéknél is jól szabályozható, mert viszonylag nagy kapcsolási frekvencián, 666,7 Hz-en működik.

A fenti ábra mutatja az A vezérlőnél mért feszültség idő jelet ugyanolyan széles időintervallumban, mint az előző ábrán. Itt már majdnem 9 teljes csúcs jelenik meg, míg a C jelű vezérlőnél csak 2. A jel kis mértékben torzult, mert 10 kHz mintavételezésű adatgyűjtőm a gyors változásokat már nem tudta lekövetni.

Szeretném hangsúlyozni, hogy ezek a vezérlők nem csak LED szalaghoz használhatók. Más, 12V egyenfeszültséget igénylő fényforrások, például az MR16 LED lámpák vagy akár 12V-os halogén izzók fényáramát is kiválóan tudjuk velük vezérelni.

A fényáramszabályozásnál, különösen mély dimmelésnél, tehát amikor a kitöltési tényező 25% alatt van, előfordul, hogy a fényforrás zavaróan villog, a vezérlő pedig gyanús, percegő hangot ad ki. Ez általában nem a vezérlő, hanem a tápegység hibája. Ha a LED előtét elektronika zajos, ez a zaj felerősödhet a LED vezérlőben és ez okozza a kellemetlen hatást. Célszerű tehát jó minőségű alkatrészeket összeválogatni és külön odafigyelni arra, hogy a LED tápegység teljesítménytényezője 0,9 feletti legyen, ha vezérelni akarjuk a LED szalag fényáramát.

(bla)