LEDのPWM調光について

質問

お世話になります。
LED照明の調光制御について悩んでおりますのでご教授お願い致します。

LEDの調光回路が現在８Bitで制御し、リニアに調光をさせているのですが
リニアティが悪くビットの階段が現れてしまい困っています。
本来は制御のソフトで修正するものだとは思うのですが、海外製品のため
対応が難しく、電気的に何とかならない物かと思って色々とやってみたのですがいまいち納得のいくものが出来ず困っております。
回路的には３WのLEDが17個をシリーズ接続し、PWM信号をMOS FETにてDC50V程
度の電圧でドライブしております。
やってみた対策としては、
１、LEDのアノード、カソード間に63V2200μF,63V1000μF,63V470μF
　　他数種類の電解コンデンサーのパラレル接続
　　　フローティングの電圧が出てしまい信号を０にしても消えきらない
　　　反応速度が遅くなる
　　などの問題が生じてしまいました。
　　　コンデンサーを入れたことによりビットの階段については解消

２、1番の問題点のフローティング電圧を解消するために、PWMの信号が
　　０になり信号がない場合のみコンデンサーが切れる制御回路を作成
　　　LEDの０からの不感域が出来てしまい立ち上がりが荒くなる。
不感域を小さくするためにコンデンサーの容量を小さくすると
　　　ビットの階段が出てしまう。
　　などの問題が生じてしまいました。

３、MOS FETドライバーの入力段に10pF程度のコンデンサーを入れる。
　　　完全に血迷いました^^;

上記の内容より後は擬似的に16bitにするなどの方法があると思いますが
方法が良く分かりません。
長々と書きましたがどなたか良い方法をご存知の方、お知恵を拝借させて
いただければ幸いです。

回答No.2

noname#230359

どのような方法でPWMパルスを発生させているの分かりませんがマイコンを用いれば簡単にPWM波形を発生できます。
例えばPICマイコンにはPWMを簡単に発生させる専用のマイコンがあります。
以前にマイクロチップ社の型番PIC16F876マイコンを使ってフルカラーLEDを
虹色に時間的に変化させるもの作ったことがあります。虹ですから時間の経過（0.5秒間隔）とともに赤→ピンク→黄→緑→水色→青→紫と変化します。
勿論、色はR,G,Bの電流値の比率で変化します。この比率をPWMのデューティ比で制御します。今回は調光制御ですから１色だけのデューティ制御ですみます。調光の制御は人為的にヴォリュームで行うのか自動的に時間の経過で行うのかは分かりませんがボリュームで行うのなら前述のPIC16F876にはAD変換機能もありますので簡単に出来ます。また時間の変化で自動的に行うにはプログラムにて出来ます。

PC16F876は１０ビットの分解能がありますので分解能は1023です。８ビットの４倍ありますので３０秒間での明るさの変化は緩やかになると思います。

お礼

回答ありがとうございました。

やはり、この辺を根本治療しないと対策としては難しいのですね。
あまり、プロセッサーの事は詳しくないので少し勉強してみます。
　1つ教えて頂きたいのですがPC16F876は今使用されている8BIT PWMを
　10BIT PWMに変換できるのですか？　無知な質問ですみません。
　　データシートを見るとソフトの組み方によっては出来そうな気がするの
　　のですがいかがでしょうか？

ちなみに調光はDMX512(RS-485の改良版）の外部コントローラーを使用し
手動、自動両方の制御が考えられます。

回答No.1

noname#230359

対処療法で色々と苦労されているようですが、やはり根本治療が必要ではないでしょうか。
困っている「リニアティが悪くビットの階段が現れてしまい」とは、具体的にはどのような症状
でしょうか？

PWM信号でLEDに流れる電流を1mAステップで変化させると仮定します。これを30秒間で行うということは
約117ms毎に 0mA->1mA->2mA.......->255mAと電流が変化することになります。人の目では滑らかに
感じるとおもうのですが、これが許容できないならば、回答（２）の方が言っているように分解能を上げるしか
ないと思います。

256階調におけるステップ毎の変化が人の目で、段々の変化として認識できるとは、やはり信じられません。
”LEDのため応答速度が速いので、その分解能の一つ一つの変化がわかってしまい”と表現されていますが、
PWM信号の繰り返し周期は、どの位ですか？
この周期が長いためPWM信号そのものが見えている、ということは無いのでしょうか？

繰返し周期は約1.7msなので、人の目がちらつきを感じることは無いでしょうね。

質問内容を読み返していたら、
「フローティングの電圧が出てしまい信号を０にしても消えきらない」、
との記述に気がつきました。私の想定しているLED調光回路では、PWM信号が０の時LEDに電流は流れません。

電流制限付（質問のケースでは1.7A）のDC電源に、LEDとMOS FETを直列接続し、PWM信号でFETをON/OFF制御します。PWM信号で1.7AのLED電流が流れる時間割合を制御することになります。PWM信号が０の時は、MOS FETはオフなのでLEDに電流が流れません。

お礼

回答ありがとうございます。

ビットの階段が現れてしまいの部分ですが具体的な症状として
LEDの調光をゆっくり（明るさ０％から１００％にする時間を30秒程度に設定
）リニアに変化させると8ビットですと分解能が２５６になりますがLEDの
ため応答速度が速いので、その分解能の一つ一つの変化がわかってしまい
明るさが段階的に変化しているのが見えてしまうといった意味合いで階段と
記載しました。当方で求めているのはもっとリニア（アナログ調光並み）
な変化を求めております。そのために初めに記載したような対策を行って
みましたがなかなかうまくいかずにいます。

やはり根本治療が必要になるのでしょうか・・・
メーカーにも色々やらせているのですが色よい回答が来ずにいます。
なんとか良い対策が見つかればと思います。

回答ありがとうございました。

今回はトータルワッテージが大きいため、それに伴い電流容量もLEDにしては
大きい(約1.7A)制御になるため意外と分かってしまうので
私自身も驚いております。

回答２の方の方法を検討してみたいと思います。

色々、ありがとうございました。

お世話になります。

となると、ちらつきが何処から来ているかということになりますよね。
後、考えられるのが安定化電源が、LEDの電流変化についていってないのか
などの他の要因も視野に入れて考え直して見ます。

また、「フローティングの電圧が出てしまい信号を０にしても消えきらない」
付いてですが、書き方が悪くてすみません。
MOS FETのソース,Vcc間に1000μのコンデンサーを入れ、ソース出力の後に
リアクタンスがあり、まわり込みがフローティングしたように見え
ゲート信号を０にしても消えきらないという症状が出てしまいました。
これに関してはコンデンサー放電用の抵抗3.6Kを入れ解消しました。

補足

お世話になります。

PWMし繰り返し周期は実測で596Hzです。
繰り返し周期に関しては、テレビカメラなどを通して見た際、フリッカーという形で現れましたが
メーカーが対策の対策により解消しました。
この周期が長過ぎるというのはちょっと考えずらいと思うのですがいかがでしょうか？