Sehr schwaches LED-Dimmen mit kombinierten PWM-Signalen unter Verwendung von 555 Timern

Hier erstmal die Schaltung:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Was ich hier mache, ist die Verwendung von 2 PWM-Signalen, die von 555 Timern erzeugt werden, um die Wärme der LEDs und die Helligkeit zu steuern. Der obere 555 ist die Helligkeitssteuerung und der untere ist die Wärme. Für die Wärme lasse ich das gleiche Signal durch einen Wechselrichter laufen, so dass, wenn ich den Arbeitszyklus des unteren 555-Timers ändere, eine LED heller und die andere dunkler wird. Für die Helligkeit kombiniere ich die oberen 555 mit den unteren PWM-Signalen mithilfe von UND-Gattern.

Diese Schaltung funktioniert, aber das einzige Problem ist, dass, wenn ich die Signale schließlich kombiniere, die niedrigste Helligkeitseinstellung nicht dunkel genug ist. Beide 555er Arbeitszyklen reichen von 95 % bis 5 %. Die Wärmeregulierung hingegen funktioniert einwandfrei. Könnte dies der große Unterschied zwischen den Timer-Frequenzen sein? Oder gibt es vielleicht einige Konstruktionsfehler in der Schaltung?

Auch nein, die Verwendung einer MCU ist keine Option. Ich danke Ihnen für Ihre Hilfe.

BEARBEITEN: Ich habe vergessen, der Schaltung etwas hinzuzufügen, aber ich habe an beiden 555er Entkopplungskappen hinzugefügt, um das Rauschen zu reduzieren.

Warum ist es keine Option.
Ein paar Gründe. Erstens bin ich nicht sehr versiert in Elektronik, also muss ich mehr lernen, und das Entwerfen dieser Schaltung hat definitiv dazu beigetragen, während wenn ich eine MCU verwenden würde, es hauptsächlich Codierung wäre, nicht Elektronik. Außerdem plane ich, diese Schaltung zu verwenden, damit sie gut funktioniert, und wenn ich codiere, neige ich dazu, Fehler zu machen.
Was ist die Versorgungsspannung VCC? Wie lautet die tatsächliche Teilenummer Ihrer 555-Timer?
Entschuldigung, dass ich das vergessen habe. VCC ist 12 V, 555s sind NE555N von ST.
5 % der ursprünglichen Helligkeit sind -13 dB (20:1). Das ist bei weitem nicht dunkel ... es wird subjektiv als etwa halbe Helligkeit empfunden. Ein LCD-Panel hat ein Kontrastverhältnis von etwa 30 dB (1000:1), und OLED liegt näher bei 60 dB (1.000.000:1).
Aber wieso funktioniert die Wärmeregulierung dann so gut? Die Einschaltdauer sinkt ebenfalls nur auf 5%, allerdings sind die LEDs zu diesem Zeitpunkt kaum sichtbar.
Wenn Wärme funktioniert, Helligkeit jedoch nicht, tauschen Sie die Verbindungen zwischen den beiden 555ern aus. Funktioniert jetzt Helligkeit, aber Wärme nicht? Haben Sie die Ausgänge beider 555er beobachtet und ihren Arbeitszyklus und ihre Spannung überprüft?
Tauschen habe ich nicht probiert. Ich habe mit einem Oszilloskop bestätigt, dass beide 555er ein korrektes PWM-Signal mit einem Tastverhältnis von mindestens 5 % ausgeben und ihre jeweiligen Frequenzen und Spannungen aufweisen. Aus irgendeinem Grund neige ich dazu zu glauben, dass ich die Frequenzen brauche, um einen kleineren Unterschied zwischen ihnen zu haben. Auch die Helligkeit funktioniert, nur dass es für meine Bedürfnisse nicht dunkel genug wird.
Was ist der Unterschied zwischen Wärme und Helligkeit? T2 und T4 leiten mit positiver Basisspannung, selbst wenn T1 und T3 ausgeschaltet sind. Wenn Frequenzen und Phasen nicht annähernd übereinstimmen, schalten T1 und T2 (auch T3 und T4) zu unterschiedlichen Zeiten um, also ja, das könnte auch das Problem sein.
Nun, Wärme funktioniert viel besser, es dimmt eine der LEDs auf kaum sichtbar, während Helligkeit sie bestenfalls auf die Hälfte dimmt. Das dachte ich auch, sobald ich ein paar Teile habe, werde ich versuchen, diese Schaltung auf ein Protoboard mit besser passenden Frequenzen zu löten.
Können Sie die LED-Datenblätter verlinken? Es gibt einen besseren und einfacheren Weg, den Strom effizient linear auf 0 mA zu regeln
Wenn Sie die Antwort für eine einfachere Lösung bearbeitet haben, verkomplizieren Sie die Dinge mit einem zusätzlichen 555. Es gibt eine Lösung für den gesamten Bereich, bei der nur einige Widerstände und Kondensatoren hinzugefügt werden.

Antworten (2)

Ihr Problem ergibt sich aus der Art und Weise, wie Ihr Transistor UND hergestellt wird.

Werfen wir einen Blick auf die untere Seite (warmer Treiber), wenn T3 ausgeschaltet ist, aber T4 eingeschaltet ist, selbst wenn T4 keine Kollektorspannung hat, fließt der Basisstrom durch den Basis-Emitter-Übergang und erreicht die Basis von TIP122.

TIP122 kann selbst bei VBE von weniger als 500 mV einen Kollektorstrom von mehreren zehn mA haben. Öffnen Sie das folgende Schema und sehen Sie sich die Simulationsergebnisse an.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Schnelle Lösung?

Bewegen Sie das Dimmen auf die obere Seite des Transistors AND (R2 zu T2, R6 zu T1, R7 zu T4 und R8 zu T3), dies verschiebt das Problem zum Dimmen, was weniger störend ist.

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Ich sehe aus den Kommentaren, dass das obige Problem durch die Verwendung eines UND-Gatter-Chips gelöst wurde.

Das einzige Problem ist jetzt der begrenzte Arbeitszyklusbereich, der nicht 0 bis 100 % betragen kann, aber verbessert werden kann

Die Grenze für die minimale Einschaltzeit ist die Anstiegsgeschwindigkeit zum Entladen des Kondensators.

Lösung: Verwenden Sie die niedrigstmögliche Frequenz für das Dimmen 555 . Ich sehe, Sie verwenden eine hohe Frequenz zum Dimmen und eine niedrige Frequenz für Wärme, wodurch das Dimmen aufgrund der minimalen Einschaltzeit in einem niedrigeren Arbeitszyklusbereich funktioniert.

Ein anderer Ansatz besteht darin, dieselben UND-Gatter zu verwenden, um eine Art Dämpfungsschaltung und einen Schmitt-Trigger herzustellen, der kurze Impulse abschneidet und einen PWM-Ausgang mit vollem Bereich liefert.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Dadurch werden positive oder negative Impulse von weniger als 5..10 us abgeschnitten, was die minimale EIN-Zeit für 555 ist, wie ich aus Ihren Daten ersehen kann. Sie können C1 nach Bedarf anpassen, um kürzere oder längere Impulse zu schneiden.

Wenn es Ihnen nichts ausmacht, könnten Sie diese Schaltung ein wenig erklären? Ich verstehe, dass R3 und C1 einen RC-Tiefpassfilter bilden, aber was ist mit R2 mit R1?
@Marius R1, R2 und das UND ist ein Schmitt-Trigger, um das Signal wieder quadratisch zu machen und kurze Impulse zu schneiden, siehe einige Erklärungen und die Grafik am Ende dieses Artikels: howtomechatronics.com/how-it-works/electrical-engineering/ … (beachten Sie, dass der Ausgabegraph dort invertiert ist)
Ah, jetzt verstehe ich. Ich werde das versuchen, aber es wird einige Zeit dauern, weil ich mich entschieden habe, alles auf Perfboard zu setzen, also ja ...
Es löst also definitiv das Helligkeitsproblem, 2 Timer sind jetzt genug, aber das Flackern ist immer noch ein Problem, also werde ich verschiedene Frequenzen für die Timer ausprobieren. Ich werde Ihre Antwort als Antwort festlegen.
@Marius Wie ich bereits erwähnt habe, funktioniert dies, weil 555-Frequenzen sehr unterschiedlich sind. Wenn f1/f2 = 1/10 bei 50 % Einschaltdauer in jedem Zyklus, lässt der erste 555 5 Impulse von 10 vom zweiten 555 passieren. Bei 10 % nur einen. Bei 5% wird mal ein Puls durchgelassen, mal nicht bei 50% dann kommt ein Flackern. Verwenden Sie die höchste akzeptable Frequenz für Wärme und die niedrigstmögliche für Helligkeit.
Ich freue mich sehr sagen zu können, dass dies zu funktionieren scheint, ich muss die Frequenzen etwas mehr einstellen, da es immer noch ein sehr geringes Flimmern gibt, aber ansonsten funktioniert es großartig! Vielen Dank für Ihre umfangreiche Hilfe!

Die beste Vermutung ist, dass bei 95% Einschaltdauer der durchschnittliche Strom für die von Ihnen verwendeten LEDs zu niedrig ist. Auch das Stromverhältnis zwischen 5 % und 95 % muss signifikant sein, zB mindestens 2x.

Damit PWM korrekt funktioniert, muss der geschaltete Durchlassstrom konstant bleiben.

Verwenden Sie beim Messen des aktuellen Arbeitszyklus und der Amplitude einen Shunt-Widerstand an den Ausgängen zu den LEDs.

Dieser App-Hinweis kann helfen: Dimmen von LEDs in Bezug auf Gruppierungsstrom

In der Tat war das das Problem, fügte einen weiteren 555-Timer für die Helligkeit hinzu, kombinierte alles und die Helligkeit ging weit genug zurück. Aber natürlich tauchte ein weiteres Problem auf, bei niedrigeren Helligkeitseinstellungen fängt die LED an zu flackern, also warten lustige Zeiten auf die Lösung dieses Problems.
@Marius Wo hast du einen dritten 555 verwendet? Wie hängt diese Antwort mit Ihrer Frage zusammen? Hast du meine Lösung ausprobiert?
@Dorian Ich habe einen dritten 555-Timer hinzugefügt, um die Helligkeit zu steuern, dh ich habe ihn auch mit dem UND-Gatter verbunden, um die Helligkeit noch dunkler zu machen. Was ich meine ist, ein 555-Timer bei 50% Einschaltdauer, andere bei 50% und die Kombination mit einem UND ergibt eine Helligkeit von 25%. Auch das UND-Gatter ist kein Problem mehr, ich habe einen SN74HC08-IC.
@Marius Du hast im Text ein Gate erwähnt, ich nahm an, dass es mit Transistoren wie im Schaltplan hergestellt wurde. Auf diese Weise kombiniert, funktioniert der PWM-Ausgang von drei 555 nur mit sehr unterschiedlichen Frequenzen wie 1:10:100. Es gibt immer noch ein 1/10 Flimmern, aber ich denke, es ist nicht wahrnehmbar. Versuchen Sie zuerst, Schottky-Dioden zu verwenden, die einen geringeren Spannungsabfall für D1..D4 haben, was zu einem breiteren PWM-Bereich führt. Ich verstehe immer noch nicht, was Sie an dieser Antwort nützlich fanden.
@Dorian Ursprünglich wurde es mit Transistor-Gates hergestellt, aber später habe ich es in einen IC geändert, den Beitrag einfach nicht bearbeitet. Im Moment probiere ich immer noch verschiedene Kondensatorwerte aus und habe eine Kombination gefunden, die ganz gut funktioniert, aber ich werde nach einer besseren suchen, Ihre Frequenzkombination ausprobieren und sehen, was ich bekomme. Ich habe es tatsächlich aus anderen Quellen herausgefunden und fand diese Antwort zunächst passend, aber jetzt, wo ich sie noch einmal lese, sehe ich, dass sie nichts mit meiner Lösung zu tun hat.
@Dorian Meine Antwort ist keine Lösung. Das Problem sollte durch Messen der Stromamplitude zu den LEDs gefunden werden. Wenn die PWM die Arbeit nicht erledigte, war die Stromamplitude wahrscheinlich nicht konstant.
Sehr schwaches LED-Dimmen mit kombinierten PWM-Signalen unter Verwendung von 555 Timern
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