Kako upravljati razinom i bojom svjetla LED trake? Donosimo primjere shema

Osnovna ideja primjene LED traka je dobiti pravac svjetlosti i njime osvjetljavati i/ili ukrašavati prostor. Primjena LED traka je područje gdje se tehnika i umjetnost spajaju u igri razine i boje svjetlosti. U ovom tekstu čitajte o upravljanju razinom i bojom svjetla LED trake. Riječ je o četvrtom u seriji tekstova koje smo objavili o ovoj temi.

U prva dva nastavka serijala upoznali ste koje sve vrste LED rasvjetnih traka postoje i u koje se sve metalne profile ugrađuju zbog učinkovitog hlađenja. U prethodnom nastavku prorađena su osnovna znanja o izvoru napajanja LED rasvjetne trake. Pročitajte prethodne nastavke tekstova o LED trakama:

Umjetnost rasvjete: Sve što trebate znati o LED rasvjetnim trakama

Kako ugraditi LED trake za osvjetljenje namještaja ili interijera?

[VODIČ] Sve o izvorima napajanja LED rasvjetnih traka

Što vidimo, a što mjerimo?

Pri upravljanu razinom svjetla postavlja se pitanje: Što znači 50% svjetla? Misli li se na izmjerenu ili pak percipiranu svjetlost? Odnos između percipirane i izmjerene svjetlosti prikazan je na slici 1. Ljudsko oko na malim izmjerenim razinama od 0-10% pune razine svjetlosnog toka, razine svjetla osjeća čak i do 10 puta višima.

Zahtjev podešavanja percipirane niske razina svjetla postavlja stoga za red veličine veći zahtjev na potrebnu rezoluciju zatamnjivanja izvora. Pojednostavljeno, ako se želi okom opažati u rezoluciji 1 do 100%, tada tehnička izvedba uređaja za upravljanje razinom izvora svjetla mora imati rezoluciju od 0,1%.

Komponente za upravljanje razinom svjetla

Komponente za upravljanje razinom svjetla LED trake prikazuje slika 2. Prepoznaje se upravljački ulaz koji stvara upravljački signal. Izmjenični napon 230 V, 50 Hz pretvara se u istosmjerni napon potrebne razine u AC/DC pretvaraču.

Načini upravljanja razinom svjetla LED trake

Blok označen s upitnikom može biti riješen na dva načina:

• primjenom modulacije širine impulsa ustaljenog napona istosmjernog izvora LED trake (engl. pulse width modulation, PWM), slika 3;
• podešavanjem razine struje kroz LED traku (engl. constant current reduction, CCR), slika 4.

Prema slici 3, naponski izvor 12 ili 24 V se stalno „pali i gasi“. Unutar perioda T samo jedan dio vremena će traka biti priključena na puni izvor istosmjernog napona i LED elementi će svijetliti punom razinom. To će pak dati ujednačenu svjetlost dok LED segmenti svijetle, jer su razlike teško uočljive pri nazivnim razinama struje kroz segmente (primjer 300, 320 ili 310 mA). Jedan dio vremena T traka će biti isključena, struja neće teći i traka neće svijetliti. Period T je reda veličine 1 ms. Period T određuje učestalost bljeskanja i ono mora biti takvo da oko zbog svoje tromosti ne može osjetiti bljesak.

Što je zatamnjenje veće, to bljesak traje kraće, ali i LED segment je kraće protjecan strujom, razvija se manje topline i traka je dugovječnija! Napon na LED traci je uvijek impulsnog oblika osim kada je traka potpuno zatamnjena ili pak potpuno upaljena. To je važno znati i ne iznenaditi se pri kontrolnom mjerenju napona kako mjerni instrument ne mjeri ono što očekujemo, jer većina univerzalnih mjernih instrumenata nije predviđena za impulsni valni oblik mjerenog napona frekvencije 1 kHz! Većina univerzalnih mjernih instrumenata mjeri istosmjernu ili izmjeničnu struju sinusnog valnog oblika frekvencije 50 Hz.

Na slici 4. prikazan je drugi način upravljanja razinom svjetla LED trake. Ako traku napajamo manjom strujom od nazivne, ona će slabije svijetliti. Struja će neprekinuto teći kroz traku i nema efekta bljeskanja. Za takvo napajanje mora se osigurati strujno podesivi izvor. Mana ovog rješenja uočava se na niskim razinama struje gdje dolazi do uočavanja i najmanjih razlika internog otpora u paralelnim segmentima trake. Može se dogoditi da su neki dijelovi trake već u mraku, dok drugi još svijetle. To je uočljivo i nepoželjno! I u ovom načelu djelovanja mala struja kroz LED elemente produljuje životni vijek LED trake.

Prijenosne karakteristike komponenata

Mogućnost upravljanja razinom svjetla do niskih razina bez uočavanja razlika svjetla uzduž trake daje prednost PWM postupku upravljanja naponom izvora LED trake ispred CCR postupka uz primjenu strujnog izvora. U praktičnim izvedbama pojedine komponente uređaja za upravljanje razinom svjetla PWM postupkom mogu se naći integrirane u zasebna kućišta na razne načine, slika 5.

Komponente „upravljanje“ i „PWM izlaz“ imaju prijenosne karakteristike kojim se definira razina izlaza u odnosu na razinu ulaza komponente, slika 6. Karakteristika komponente „upravljanje“ se najčešće može izabrati, dok je karakteristika komponente „PWM izlaz“ najčešće nepodesiva. Nažalost, proizvođači nerado opisuju linearnost odnosa izlazne veličine prema ulaznoj upravljačkoj veličini obje ove komponente.

Zašto su prijenosne karakteristike komponenata bitne? Od podešenja na upravljačkom ulazu do svjetla ove dvije karakteristike djeluju u seriji, slika 7. Uočljivo je kako uz obje karakteristike kvadratnog oblika može doći do neprihvatljive karakteristike cijelog uređaja, jer će uređaj reagirati na uskom dijelu promjene ulaznog upravljačkog signala, pa će korisnik redovito prigovoriti da „upravljački element ima dijelove područja upravljanja gdje ne djeluje“.

Primjeri shema za upravljanje razinom svjetla LED trake

Primjer shema spoja za upravljanje razinom svjetla LED trake prikazan je na slici 8. U toj konkretnoj shemi promjena razine (zatamnjivanje) se postiže tipkalom ili vanjskim upravljačkim signalom 0 – 10 V. Upravljanje bojom RGBW LED trake svodi se na upravljanje razinom svjetla RGB LED elemenata i bijelih LED elemenata, slika 9. Postoje tri zasebna kanala za tri osnovne boje i četvrti kanal za bijelu boju. Na rješenju sa slike 10. razina pojedine boje RGB LED trake postavlja se podešavanjem zakreta gumba pojedine boje na samom izvoru.

Ovo je rješenje primjene kada se boja ne mijenja često i gdje nema potrebe za brzom promjenom čvrsto postavljenih kombinacija boja. Na slici 11. je rješenje gdje se razina boja podešava radiofrekvencijskim daljinskim upravljačem. Može se pozvati spremljene kombinacije boja. Očekivano i u ovo područje se probio pametni telefoni koji bežično upravlja razinom svjetla pojedinih boja rješenjem sa slike 12. Postoje i sučelja za upravljanje razinom rasvjete za LED trake za moderne upravljačko-nadzorne sustave u zgradarstvu koji su opisani u prethodnim poglavljima: KNX, DALI, DMX i sl.

Što se ne smije

Treba spomenuti kako se istosmjerni izvori napajanja LED traka ne smiju spajati u paralelu već se izabire izvor odgovarajuće snage. Isto tako ne smiju se spajati niti PWM izlazi u paralelu kako bi se dobila veća snaga za pogon više LED traka. Pravilno rješenje je je željenim LED trakama pridružiti ispravan PWM izlaz, a onda tom izvoru ispravan izvor DC napajanja, kako je prikazano u prvom redu slike 13. Drugi i treći red slike 13 prikazuju opisane nedozvoljene kombinacije. Pri tome ne treba zaboraviti naputak da izvor DC napajanja 12 ili 24 V mora biti mora biti jači od snage LED traka!

Što kada ukupna snaga premašuje raspoloživu?

U organiziranju konkretne izvedbe vrlo vjerojatno će se doći u situaciju da ukupna snaga željenih LED traka premašuje raspoloživu snagu izvora, baš kako je prikazano na slici 14.

Imajući u vidu zabrane sa slike 13. rješenje je primjena spoja kao na slici 15. Upravljanje se provodi preko PWM izlaza, dakle upravljački element/signal (kliznik, gumb, signal 1 do 10V…) djeluje na PWM izlaz kojim bi se napajala jedna traka. Taj PWM izlaz dovodi se na PWM pojačala pojedinih traka. PWM pojačalo je PWM izlaz koji umjesto gumba ili upravljačkog ulaza prima upravljački ulazni PWM signal. Svako PWM pojačalo prima na sebe svoju LED traku i ima svoj izvor napajanja. Postoje PWM pojačala za sve vrste LED traka: mono, DW, RGB, RGBW itd.

Postanite umjetnik koji koristi svjetlo

Sada ste „zreli“ i zaviriti u katalog koji ova osnovna znanja značajno proširuje, pogledajte ga ovdje.

U ovom nastavku naučili ste osnovno o zatamnjivanju razine svjetla i upravljanju bojama LED rasvjetne trake. Uz znanje o LED trakama, montaži istih, izvorima za napajanje i upravljanje razinom svjetla možete zaista postati umjetnik u crtanju linijama svjetla u prostoru. Ovaj nastavak serijala možete pogledati i u video zapisu na ovoj poveznici.

U idućem nastavku donosimo znanja o LED poljima, dakle iz rasvjete linijama svjetla prelazimo na rasvjetu ploha. Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected].