RGB-LED-Streifen - Variable Spannung Vs. PWM

Die Verwendung von variablen Widerständen würde funktionieren, könnte aber schwierig zu implementieren sein. Beispielsweise hat jedes Segment einen 130-Ohm-Widerstand pro Kanal. Für 33 parallele Segmente ist dies also effektiv ein Widerstand von 130 / 33 ~ = 4 Ohm. Um den Strom für diesen Kanal zu halbieren, benötigen Sie also einen einzelnen 4-Ohm-Widerstand, der 0,7 * 4 = 2,8 W abführen kann. Bei einer schnellen Suche auf element14 konnte ich kein billiges Potentiometer mit dieser Nennleistung finden. Sie könnten einen Poti verwenden, um einen Leistungstransistor zu steuern, aber warum gehen Sie für diesen Aufwand nicht einfach zu PWM. :)

PWM ist energieeffizienter. Hier ist ein Tutorial zum Laufen mit einem Arduino und PWM. RGB-LED-Streifen - Variable Spannung Vs. PWM

Erstens: LEDs sind stromgesteuerte Geräte , nicht spannungsgesteuert.

Eine LED ist eine Halbleiterdiode mit einem Verhältnis von Spannung zu Strom wie folgt:

(aus Wikipedia )

Die Lichtleistung einer LED hängt mit dem durch sie getriebenen Strom zusammen, während die Spannung mehr oder weniger konstant bei der Sperrschichtspannung Vf der jeweiligen LED bleibt. ( Hinweis: Bei RGB-LEDs hat jeder R-, G- und B-Übergang eine andere Vf ).

Sie zeigen ein scharfes "Knie" in ihrem Spannungs-Strom-Diagramm. Dies ist anders als bei Glühlampen , die nach dem Aufheizen ein lineareres V:I-Diagramm haben (wobei die Helligkeit mehr oder weniger proportional zur Spannung ist).

Warum dies im aktuellen Kontext wichtig ist :
Das Ändern des variablen Widerstands ändert die Lichtleistung nicht auf einfach zu handhabende Weise, wenn Sie den variablen Widerstand fegen:

• Bis Vf für die relevante LED über die LED-Leitungen erreicht ist, wird null oder eine sehr kleine Lichtmenge emittiert. Der Vorwärtswiderstand der LED ist extrem hoch. Der größte Teil der Versorgungsspannung liegt über dem variablen Widerstand.
• Wenn der Widerstand verringert wird, erreicht die Spannung an der LED an einem Punkt Vf und die LED leuchtet auf. Der Durchlasswiderstand der LED wird sehr gering, sodass der Stromfluss sehr schnell ansteigt. Der Widerstand des variablen Widerstands arbeitet als Strombegrenzer dieser Schaltung.
  Vf erscheint über der LED
  (Vsupp - Vf) erscheint über dem Widerstand. Strom I = (Vsupp - Vf) / R
• Wird der variable Widerstand geringfügig weiter reduziert, geht der Stromfluss ohne nennenswerten Spannungsanstieg über die Kapazität der LED hinaus und der magische Rauch kommt heraus. Auf Wiedersehen, LED.

Siehe diese Antwort auf eine andere LED-Frage für eine bessere Erklärung.

Warum PWM funktioniert:
In einer PWM-gesteuerten Schaltung, wenn sich das PWM-Signal im "Ein"-Teil des Zyklus befindet, wird der Strom normalerweise extern auf einen festen Betrag begrenzt (unter Verwendung eines Widerstands, eines Stromregler-ICs, was immer Sie möchten). Im "Aus"-Teil des Zyklus ist die LED einfach aus.

Wenn also das Tastverhältnis der PWM geändert wird, leuchtet die LED gemäß dem PWM-Verhältnis für einen Teil des Zyklus vollständig und für den Rest aus. Unser Auge mischt diese Ein/Aus-Kombination (durch Beharrlichkeit des Sehens), um zu der wahrgenommenen Lichtintensität zu gelangen.

PWM erzeugt keine analogen Spannungspegel aus digitalen , unsere Augen (oder externe Geräte, z. B. ein Kondensator) führen die analoge Mittelung durch.

PWM gibt Ihnen also eine reibungslose Kontrolle über die Intensität für R, G und B, ein variabler Widerstand nicht. Glatt, aber nicht linear...

Eine kleine Anmerkung, die Sie beachten sollten:
Unsere visuelle Wahrnehmung der Lichtstärke ist nicht linear. Wir nehmen eine kleine Änderung in einem Licht mit geringer Intensität viel stärker wahr als eine ähnliche Änderung in einem Licht mit höherer Intensität. Näheres dazu gibt das Weber-Fechner-Gesetz .

Dies unterscheidet sich auch zwischen Farben und zwischen Männern und Frauen (das hängt damit zusammen, dass mehr Männer als Frauen farbenblind sind).

Warum das wichtig ist:
Wenn Sie Ihr PWM-Tastverhältnis linear variieren, ist der wahrgenommene Lichtübergang nicht linear. Für eine wahrgenommene lineare Intensitätssteigerung wird eine Exponentialfunktion von etwa x^2,5 empfohlen.

Zusammenfassung

• Variable Widerstände geben Ihnen nicht die Kontrolle, die Sie benötigen.
• Auch bei PWM ist eine lineare Variation des Tastverhältnisses nicht ideal, exponentiell ist besser.
• Für R, G und B der LEDs würden leicht unterschiedliche PWM-Übergangskurven helfen.

Ich persönlich würde auch PWM verwenden. Fügen Sie einen Drehgeber mit einem Knopfschalter hinzu, um zwischen der Einstellung von R, G oder B auszuwählen, und eine RGB-LED, um die geänderte Farbkomponente anzuzeigen .

Ich möchte jedoch darauf hinweisen, dass:
-Ein Potentiometer ein fester Widerstand mit einem variablen Mittenabgriff ist; es fungiert als variabler Spannungsteiler.
- Ein Rheostat ist genau das gleiche Gerät mit einem getrennten äußeren Anschluss; Mit nur einem Weg für den Stromfluss funktioniert er wie jeder normale Strombegrenzungswiderstand, außer dass er variabel ist.
- Wenn der Rheostateingang 12 V beträgt, beträgt der Rheostatausgang 12 V bei variablem Strom.
-Rheostate können mit einer linearen oder Audioverjüngung zwischen den äußeren Anschlüssen ausgewählt werden. -Der Mindestwiderstand des Rheostaten beträgt ungefähr 0 Ohm (kein Problem, da die Streifen Widerstände haben).
-Der maximale Widerstand des Rheostats kann ausgewählt werden, um das gewünschte Verhältnis von "Helligkeit zu Knopfposition" bereitzustellen.
- Bei maximalem Widerstand wird ein Rheostat immer noch eine gewisse Spannung vom Streifen erden. Es sind Rheostate erhältlich, die an einem ihrer äußeren Anschlüsse einen integrierten Ein-/Ausschalter haben. In manchen Fällen wird der drehbare Ein-/Aus-Klickschalter durch einen Druckknopfschalter ersetzt, der an der Basis der Drehwelle angebracht ist; Wenn Sie den Knopf in Richtung des Geräts drücken, wird die Taste gedrückt. Die Taste kann momentan oder vom Push-in-push-out-Typ sein.