RGB LED Caracteristică

Iluminarea cu schimbare de culoare arată spectaculos. Este utilizat pentru obiecte publicitare, iluminatul decorativ al obiectelor arhitecturale, în timpul diferitelor spectacole și evenimente publice. O modalitate de implementare a unei astfel de iluminări este utilizarea LED-urilor tricolore.

Ce este un RGB-LED

Semiconductorii emițători de lumină convenționali au o singură joncțiune p-n într-un singur pachet sau o matrice de multiple joncțiuni identice (Tehnologia COB). Acest lucru permite producerea unei singure culori la un moment dat, fie direct din recombinarea purtătorilor principali, fie din luminescența secundară a fosforului. Cea de-a doua tehnologie a oferit dezvoltatorilor o gamă largă de posibilități de alegere a culorii luminescenței, dar dispozitivul nu poate schimba culoarea radiației în timpul funcționării.

LED-ul RGB conține trei joncțiuni p-n într-o singură carcasă cu luminozitate de culori diferite:

• Roșu;
• verde;;
• Albastru.

Abrevierea denumirilor englezești ale fiecărei culori și a dat numele acestui tip de LED.

Tipuri de LED-uri RGB

LED-urile tricolore, prin modul în care sunt conectate cristalele în interiorul carcasei, sunt împărțite în trei tipuri:

• cu un anod comun (au 4 pini);
• Cu un catod comun (au 4 pini);
• cu elemente separate (au 6 pini).

Tipuri de versiuni de LED-uri tricolore.

Designul LED-ului depinde de modul în care este controlat dispozitivul.

În funcție de tipul de lentilă, LED-urile pot fi:

• cu o lentilă transparentă;
• cu o lentilă mată.

În cazul elementelor RGB cu lentilă transparentă, pot fi necesare difuzoare de lumină suplimentare pentru a produce culori mixte. În caz contrar, pot fi observate culorile individuale.

Citește și

Descrierea detaliată a caracteristicilor și a tipurilor de LED-uri

 

Principiul de funcționare

LED-urile RGB funcționează pe principiul amestecului de culori. Prin iluminarea controlată a unuia, a două sau a trei elemente, se pot obține culori diferite.

Paleta discretă de amestecuri de culori.

Comutând cristalele individual, se obțin trei culori corespunzătoare. Comutarea în perechi realizează luminescența:

• joncțiunile p-n roșu+verde vor da în cele din urmă o culoare galbenă;
• Albastru+verde va da turcoaz;
• roșu+albastru produce violet.

Includerea tuturor celor trei elemente produce alb.

Amestecarea culorilor în proporții diferite este mult mai posibilă. Acest lucru poate fi realizat prin controlul separat al luminozității fiecărui cristal. Pentru a face acest lucru, curentul care circulă prin LED-uri trebuie reglat individual.

Amestecarea paletei de culori în diferite proporții

Citește și

Proiectarea și funcția unui LED

 

Schema de control și conectare a LED-urilor RGB

LED-urile RGB sunt controlate în același mod ca și LED-urile convenționale - prin aplicarea unei tensiuni directe anod-catod și prin generarea unui curent printr-o joncțiune p-n. Prin urmare, este necesar să se conecteze elementul tricolor la sursa de alimentare prin intermediul rezistențelor de balast - fiecare cristal prin propria rezistență. Pentru a calcula Aceasta poate fi calculată prin intermediul curentului nominal al elementului și al tensiunii de funcționare.

Chiar și atunci când sunt combinate în aceeași carcasă, diferitele cristale pot avea parametri diferiți, astfel încât acestea nu trebuie conectate în paralel.

Caracteristicile tipice pentru un dispozitiv tricolor de mică putere cu un diametru de 5 mm sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Este evident că cristalul roșu are o tensiune directă de două ori mai mică decât celelalte două. Conectarea elementelor în paralel va avea ca rezultat o luminozitate diferită sau defectarea uneia sau a tuturor joncțiunilor p-n.

Conectarea constantă la o sursă de alimentare nu permite exploatarea întregului potențial al celulei RGB. În modul static, un dispozitiv tricolor acționează doar ca un dispozitiv monocrom și costă considerabil mai mult decât un LED convențional. Prin urmare, mult mai interesant este modul dinamic, în care culoarea strălucirii poate fi controlată. Acest lucru este implementat cu ajutorul unui microcontroler. În majoritatea cazurilor, ieșirile sale oferă un curent de ieșire de 20 mA, dar acest lucru trebuie verificat de fiecare dată în fișa tehnică. LED-ul trebuie conectat la porturile de ieșire cu o rezistență de limitare a curentului. Varianta de compromis la alimentarea cipului de la 5 V - rezistență de 220 Ohm.

Conectarea elementelor RGB la ieșirile microcontrolerului.

Elementele cu catozi comuni sunt controlate prin trimiterea unității logice la ieșire, cu anozi comuni - zero logic. Este ușor de schimbat polaritatea semnalului de control prin intermediul software-ului. LED-urile cu ieșiri separate pot fi conectați-vă la și poate fi controlată în orice mod.

În cazul în care ieșirile microcontrolerului nu sunt dimensionate pentru curentul nominal al LED-ului, LED-urile trebuie conectate prin intermediul unor comutatoare cu tranzistor.

Conectarea LED-urilor prin intermediul comutatoarelor cu tranzistor.

În aceste circuite, ambele tipuri de LED-uri sunt aprinse prin aplicarea unui nivel pozitiv la intrările cheii.

S-a menționat că luminozitatea este controlată prin modificarea curentului prin elementul emițător de lumină. Pinii digitali ai microcontrolerului nu pot controla direct curentul, deoarece au două stări - high (corespunzătoare tensiunii de alimentare) și low (corespunzătoare tensiunii zero). Nu există poziții intermediare, așa că se folosesc alte modalități de reglare a curentului. De exemplu, metoda PWM (Pulse Width Modulation) de modulare a semnalului de control. Ideea este că LED-ul nu este alimentat cu o tensiune constantă, ci cu impulsuri de o anumită frecvență. Microcontrolerul, în funcție de program, modifică raportul dintre impuls și pauză. Acest lucru modifică tensiunea medie și curentul mediu prin LED, în timp ce amplitudinea tensiunii rămâne neschimbată.

Principiul de control al tensiunii medii și al curentului folosind PWM.

Există controlere specializate, concepute special pentru a controla iluminarea LED-urilor tricolore. Acestea sunt comercializate ca dispozitive de serie. Acestea utilizează, de asemenea, metoda PWM.

Controler industrial pentru gestionarea culorilor.

Pinout

Schema de conectare a LED-urilor cu anod sau catod comun.

Dacă este prezent un LED nou, nesudat, atribuirea pinilor poate fi determinată vizual. Pentru oricare dintre tipurile de conexiune (anod comun sau catod comun), firul conectat la toate cele trei elemente are cea mai mare lungime. Dacă rotiți carcasa astfel încât cel mai lung picior să fie în partea stângă, cablul "roșu" este în stânga, iar cablul "verde" este mai întâi în partea dreaptă, apoi cablul "albastru". Dacă LED-ul a fost deja utilizat, este posibil ca pinii săi să fi fost scurtați în mod arbitrar și va trebui să recurgeți la alte metode pentru a determina pinout-ul:

1. Este posibil să se determine firul comun folosind un un multimetru. Comutați dispozitivul în modul de testare a diodelor și conectați bornele dispozitivului la pinul comun presupus și la orice alt pin, apoi inversați polaritatea (ca la un test normal de joncțiune a semiconductorilor). Dacă firul comun presupus este corect, testerul va arăta o rezistență infinită într-o direcție și o rezistență finită în cealaltă direcție (valoarea exactă depinde de tipul de LED). Dacă, în ambele cazuri, pe afișajul testerului apare un semnal de întrerupere, atunci cablul este greșit și este necesar să se repete testul cu celălalt picior. Se poate întâmpla ca tensiunea de testare a multimetrului să fie suficientă pentru a aprinde cristalul. În acest caz, puteți verifica suplimentar dacă atribuirea pinilor este corectă prin culoarea strălucirii joncțiunii p-n.
2. O altă modalitate este de a aplica energie la pinul comun presupus și la orice alt picior al LED-ului. Dacă punctul comun este selectat corect, puteți verifica acest lucru privind strălucirea cristalului.

Important! Atunci când testați cu o sursă de alimentare, trebuie să creșteți ușor tensiunea de la zero și să nu depășiți 3,5-4V. Dacă nu este disponibilă o sursă reglementată, LED-ul poate fi conectat la ieșirea de tensiune continuă prin intermediul unei rezistențe de limitare a curentului.

Cu LED-uri cu ieșiri separate, atribuirea pinilor se reduce la aflarea polarității și dispunerea cristalelor în funcție de culoare. Acest lucru se poate face și cu ajutorul metodelor enumerate.

Este util să vă familiarizați cu acestea:

Avantajele și dezavantajele LED-urilor RGB

LED-urile RGB au toate avantajele elementelor emițătoare de lumină cu semiconductori. Acestea au costuri reduse, eficiență energetică ridicată, durată de viață lungă etc. Un avantaj distinctiv al LED-urilor tricolore este posibilitatea de a obține aproape orice nuanță de lumină într-un mod simplu și la un cost redus, precum și schimbarea culorii în timp.

Principalul dezavantaj al LED-urilor RGB este incapacitatea de a produce o culoare albă pură prin amestecarea celor trei culori. Acest lucru ar necesita șapte nuanțe (ca exemplu, curcubeul - cele șapte culori ale sale sunt rezultatul procesului invers: descompunerea luminii vizibile în componentele sale). Acest lucru impune restricții în ceea ce privește utilizarea corpurilor de iluminat tricolore ca elemente de iluminat. Pentru a compensa într-o oarecare măsură această caracteristică neplăcută, principiul RGBW este utilizat în crearea benzilor LED. Pentru fiecare LED tricolor este instalat un element de strălucire albă (datorită fosforului). Dar costul unui astfel de dispozitiv de iluminat crește semnificativ. Există, de asemenea, LED-uri RGBW. Ei au patru cristale instalate în corp - trei pentru culorile originale, iar al patrulea - pentru a produce lumină albă, emite lumină prin fosfor.

Schema de cablare pentru versiunea RGBW cu contact suplimentar.

Durata de viață

Durata de viață a unui dispozitiv cu trei cristale este determinată de MTBF al celui mai scurt element. În acest caz, este aproximativ aceeași pentru toate cele trei joncțiuni p-n. Producătorii pretind o durată de viață de 25.000-30.000 de ore pentru elementele RGB. Dar această cifră trebuie luată cu precauție. Durata de viață declarată este echivalentă cu 3-4 ani de funcționare continuă. Este puțin probabil ca vreun producător să fi efectuat teste de durată de viață (și chiar în diferite moduri termice și electrice) pentru o perioadă atât de lungă de timp. În acest timp, apar noi tehnologii, testele trebuie reluate de la capăt - și așa mai departe, la infinit. Perioada de garanție este mult mai informativă. Este vorba de 10.000-15.000 de ore. Orice altceva în afară de aceasta este, în cel mai bun caz, modelare matematică, iar în cel mai rău caz marketing pur. Problema este că LED-urile ieftine obișnuite nu au, de obicei, informații privind garanția producătorului. Dar puteți să vă propuneți 10.000-15.000 de ore și să păstrați aproximativ aceeași sumă în minte. Dincolo de asta, totul ține de noroc. Încă un lucru - durata de viață depinde foarte mult de condițiile termice din timpul funcționării. Prin urmare, același element, în condiții diferite, va avea o durată de viață diferită. Pentru a prelungi durata de viață a LED-urilor, este necesar să se acorde atenție disipării căldurii, să nu se neglijeze radiatoarele și să se creeze condiții pentru circulația naturală a aerului, iar în unele cazuri să se recurgă la ventilație forțată.

Dar chiar și în cazul unei perioade de timp reduse, este vorba de câțiva ani de funcționare (deoarece LED-urile nu vor funcționa fără pauze). Prin urmare, apariția LED-urilor tricolore permite proiectanților să aplice pe scară largă semiconductoarele în ideile lor, iar inginerilor să implementeze aceste idei "în fier".