Что такое ШИМ и какое отношение она имеет к LED-экранам

  В основе управления яркостью светодиодов и, как следствие, формирования изображения на светодиодном экране лежит технология широтно-импульсного моделирования (ШИМ).

 

метод ШИМ (PWM - Pulse-Width Modulation) состоит в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток с определенной частотойДанная технология хорошо знакома всем, кто имеет дело со светодиодными технологиями, как один из методов управления яркостью светодиодов. Возьмем для простоты пример с одним-единственным светодиодом. Пусть это будет, скажем, экономичный LED-светильник на основе твердотельных источников света. Помимо того, что светильник долговечен, экономичен, не шумит, мгновенно загорается либо тухнет, он еще и может диммироваться.

 

Диммирование, т.е. изменение яркости светодиода осуществляется несколькими методами. Аналоговые методы, т.е. управление прямым током, состоят в изменении величины протекающего через светодиод ток путем изменения сопротивления балластного резистора (потенциометра) либо изменением уровня постоянного напряжения, подаваемого на вывод DIM драйвера светодиодов. Данные методы применимы к светодиодным светильникам, но не к светодиодным экранам.

 

Для экранов применяется метод широтно-импульсного моделирования. Если упрощенно, то метод ШИМ (PWM — Pulse-Width Modulation) состоит в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток с определенной частотой…

 

Стоп! Как же так? Ведь, насколько всем известно, светодиоды запитываются постоянным током, разве не так?

 

Так, именно так. И в методе ШИМ на светодиод подается именно постоянный ток. Но не все время, а с определенной частотой включения и выключения. «Подается», «не подается». Светодиод загорается и тухнет. Если подобные «включения» и «выключения» происходят с достаточно большой частотой, смена включенного и выключенного состояний становится не заметна. Но при этом, чем больше времени приходится на положение «выключен», тем менее ярким выглядит светодиод.

 

Образно говоря, задавая частоту и ширину импульсов мы управляем неким «средним» током, проходящим через светодиод. Это образное выражение, поскольку ток, как раз и не изменяется, изменяется соотношение времени импульсов тока и их отсутствия.

 

Вот так и управляется яркость светодиода. С какой частотой должны подаваться импульсы тока на светодиоды, чтобы не было заметно мерцание? Вопрос не так прост, как кажется. Человеческий глаз перестает замечать мерцание при частотах выше 100 Гц. На период одного цикла включение-выключение припадает 10 нс. Психологически человеческий глаз (а точнее, человеческий мозг) не способен уловить изменения за такой малый промежуток времени (закон Тальбо-Плато).

 

Сложнее дело обстоит с фото и видеокамерами. Если период выдержки фотокамеры соизмерим с длительностью полного цикла подачи тока на светодиод, то может оказаться, что заснятым будет либо период с полным током (максимальной яркостью) либо с отключенным током (минимальная яркость) либо с искаженной яркостью в зависимости от сдвига начала выдержки затвора фотоаппарата и начала цикла ШИМ. В случае с видеокамерой следует обратить на частоту кадров. Чем ближе она к частоте ШИМ, тем выше вероятность получить некачественный снимок.

 

На тех же нюансах основаны случаи мерцающих видеоэкранов при, скажем, телетрансляции каких-либо событий, на которых применяются светодиодные экраны, особенно дешевые арендные модели. Для примера: низкая частота обновления недопустима на спортивных светодиодных табло, вследствие особого частого попадания их в фото и телерепортажи.

низкая частота обновления недопустима на спортивных светодиодных табло, вследствие особого частого попадания их в фото и телерепортажи

Что же делать? Увеличивать частоту? И да и нет. Все зависит от предназначения экрана. Увеличение частоты – это хорошо, но кто за это будет платить? Увеличение частоты регулирования яркости (фактически, обновления экрана) требует увеличения логических операций контроллером экрана. При достаточно большом разрешении экрана это потребует применения более мощного (и, соответственно, более дорогого) процессора.

 

Собственно, мощность контроллера и является существенным ограничением для частоты обновления экрана. Но есть и еще одно ограничение. Количество драйверов. В светодиодном освещении под LED-драйвером принято понимать источник питания с функция управления яркостью. В светодиодных приложениях с большим количеством управляемых светодиодов, LED-драйвер, это микросхема, управляющая очередностью подачи тока на определенное количество светодиодов. Чем больше разрешение, тем… правильно, тем больше микросхем, соответственно, экран становится дороже. Можно ли уменьшить количество применяемых драйверов? Можно. Либо за счет использования более дорогих «интеллектуальных» драйверов, либо путем временного разделения (time division), когда все светодиоды экрана разделяются на несколько групп и управляются дайверами поочередно. Таких групп может быть две, четыре или восемь. Соответственно, уменьшается количество драйверов.

 

В чем подвох?  Конечно же, в зависимости от кратности уменьшения количества драйверов падает максимальная яркость и фактическая частота обновления экрана. Необходимо поднимать частоту, иначе рискуем потерять качество изображения. Так ли необходим это временное разделение? Иногда – таки необходимо. Скажем для экранов с маленьким шагом (т.е. с высокой плотностью пикселей) просто физически сложно вместить большое количество драйверов на единицу плоскости и тут time division – отличный выход.

 

Увеличение частоты обновления экрана требует либо увеличение тактовой частоты ШИМ, либо возможно за счет уменьшения количества уровней яркости. Либо за счет применения, при прочих равных, более дорогих «интеллектуальных» драйверов.

Помимо традиционной ШИМ применяются модифицированные методы, отличающиеся алгоритмом формирования очередности и продолжительности импульсов тока, подаваемых на светодиод. В этих случаях нельзя говорить о фиксированной частоте обновления экрана – она будет отличаться при разных уровнях яркости.

 

Вне зависимости от разновидности ШИМ, можно выделить некий «закон сохранения энергии». Увеличение частоты обновления экрана требует либо увеличение тактовой частоты ШИМ, либо возможно за счет уменьшения количества уровней яркости. Либо за счет применения, при прочих равных, более дорогих «интеллектуальных» драйверов.

 

Что нужно знать покупателю светодиодного экрана?  Частоту обновления экрана (либо диапазон частот для модифицированных методов ШИМ), глубину цвета (количество уровней яркости), кратность временного деления. Подобные знания могут многое сказать о возможностях экрана. Какими характеристиками обладают светодиодные экраны SEA™? Позвоните и спросите 🙂

 

Специалисты компании СЭА Электроникс помогут Вам с выбором правильного решения. Компания СЭА Электроникс имеет большой опыт установки светодиодных экранов в России и за рубежом. Мы поможем Вам выбрать светодиодный экран в Москве и в Санкт-Петербурге, Екатеринбурге и Новосибирске. Также мы поможем Вам с организацией всего комплекса работ – от разработки проекта и до его практического воплощения: монтажа, подключения и обслуживания светодиодных экранов. Для того, чтобы купить светодиодный экран или получить дополнительную консультацию по светодиодным экранам обращайтесь по тел.: +7 (495) 228-32-82, или отправьте запрос по e-mail: info@searu.com.

Программа поставок: