Specifikacije RGB LED

Osvetlitev ozadja, ki spreminja barvo, izgleda spektakularno. Uporablja se za reklamne objekte, dekorativno osvetlitev arhitekturnih objektov, ob raznih predstavah in javnih prireditvah. Eden od načinov za izvedbo takšne osvetlitve je uporaba tribarvnih LED.

Kaj je RGB-LED

Konvencionalne polprevodniške naprave, ki oddajajo svetlobo, imajo en sam p-n spoj v enem paketu ali matriko več enakih spojev (COB tehnologija). To omogoča eno barvo luminiscence v danem trenutku, bodisi neposredno iz rekombinacije osnovnih nosilcev ali iz sekundarne luminescence fosforja. Druga tehnologija je razvijalcem dala široko paleto možnosti pri izbiri barv sijaja, vendar spremeniti barvo sevanja med delovanjem naprave ni mogoče.

RGB LED vsebuje tri p-n spoje v enem telesu z različnimi barvami luminiscence:

• Rdeča;
• zelena (zelena);
• Modra.

Okrajšava angleških imen vsake barve in je dala ime tej vrsti LED.

Vrste RGB LED

Tribarvne LED diode glede na način povezovanja kristalov znotraj telesa so razdeljene na tri vrste:

• s skupno anodo (imajo 4 nožice);
• S skupno katodo (imajo 4 nožice);
• z ločenimi elementi (imajo 6 zatičev).

Vrste različic tricolor LED.

Od zasnove LED je odvisno, kako je naprava krmiljena.

Glede na vrsto leče so LED diode:

• S prozorno lečo;
• Z motno lečo.

Za elemente RGB s prozorno lečo za mešane barve bodo morda potrebni dodatni difuzorji svetlobe. V nasprotnem primeru so lahko vidne posamezne barvne komponente.

Preberite tudi

Podroben opis lastnosti in vrst LED

 

Načelo delovanja

Princip delovanja RGB LED temelji na mešanju barv. Kontroliran vžig enega, dveh ali treh elementov omogoča različen sijaj.

Paleta mešanja diskretnih barv.

Če posamezno vklopite kristale, dobite tri ustrezne barve. Vključitev v paru omogoča doseganje sijaja:

• rdeče+zelene p-n spojnice bodo sčasoma dale rumeno barvo;
• Modra + zelena bo dala turkizno;
• rdeča+modra daje vijolično.

Vključitev vseh treh elementov ustvari belo barvo.

Veliko več možnosti ponuja mešanje barv v različnih razmerjih. To lahko storite z ločenim nadzorom svetlosti vsakega kristala. Če želite to narediti, je potrebno individualno prilagoditi tok, ki teče skozi LED.

Paleta mešanja barv v različnih razmerjih

Preberite tudi

Zasnova in delovanje LED

 

Krmiljenje RGB-LED in načrtovanje vezja

Nadzorovane RGB-LED na enak način kot običajne LED - z uporabo enosmerne napetosti na anodo-katodo in ustvarjanjem toka skozi p-n spoj. Zato je treba tribarvni element priključiti na napajanje prek balastnih uporov - vsak kristal skozi svoj upor. Za izračun lahko se izračuna preko nazivnega toka elementa in delovne napetosti.

Tudi če so združeni v istem ohišju, imajo lahko različni kristali različne parametre, zato jih ni mogoče povezati vzporedno.

Tipične značilnosti tribarvne naprave z majhno močjo s premerom 5 mm so prikazane v tabeli.

Očitno je, da ima rdeči kristal dvakrat nižjo enosmerno napetost kot druga dva.Vzporedna povezava elementov bo povzročila različno svetlost ali odpoved enega ali vseh p-n spojev.

Stalna povezava z napajalnikom ne omogoča uporabe vseh možnosti celice RGB. V statičnem načinu tribarvna naprava opravlja samo funkcije enobarvne naprave, vendar stane veliko več kot navadna LED. Zato je veliko bolj zanimiv dinamični način, v katerem lahko nadzorujete barvo sijaja. To se izvaja s pomočjo mikrokontrolerja. Njegovi izhodi v večini primerov zagotavljajo izhodni tok 20 mA, vendar je to treba vsakič preveriti v podatkovnem listu. Potrebno je priključiti LED na izhodna vrata z uporom za omejevanje toka. Kompromisna varianta je upornost 220 ohmov, če se čip napaja iz 5V.

Priključitev elementov RGB na izhode mikrokrmilnika.

Elemente s skupnimi katodami krmilimo z dovajanjem logične 1 na izhod, s skupnimi anodami - logično ničlo. Preko programske opreme je enostavno spremeniti polarnost krmilnega signala. LED z ločenimi izhodi so lahko povezati in nadzor na kakršen koli način.

Če izhodi mikrokontrolerja niso zasnovani za nazivni tok LED, morate LED povezati prek tranzistorskih stikal.

Priključitev LED diod preko tranzistorskih stikal.

V teh shemah sta obe vrsti LED osvetljeni z uporabo pozitivnega nivoja na vhodih stikal.

Omenjeno je bilo, da se svetlost nadzoruje s spreminjanjem toka skozi svetlobni element. Digitalni zatiči mikrokontrolerja ne morejo neposredno krmiliti toka, ker imajo dve stanji - visoko (ki ustreza napajalni napetosti) in nizko (ki ustreza ničelni napetosti). Vmesnih položajev ni, zato se za regulacijo toka uporabljajo drugi načini. Na primer metoda impulzne širinske modulacije (PWM) krmilnega signala. Njegovo bistvo je, da se LED ne napaja s konstantno napetostjo, temveč z impulzi določene frekvence.Mikrokrmilnik glede na program spreminja razmerje med impulzom in premorom. To spremeni povprečno napetost in povprečni tok skozi LED, medtem ko amplituda napetosti ostane nespremenjena.

Načelo regulacije povprečne napetosti in toka s PWM.

Obstajajo specializirani krmilniki, zasnovani posebej za nadzor sijaja tribarvnih LED. Prodajajo se kot že pripravljena naprava. Uporabljajo tudi metodo PWM.

Industrijski krmilnik za nadzor barve svetlobe.

Pinout

LED pinout s skupno anodo ali katodo.

Če je vgrajena nova, nespajkana LED, lahko razporeditev pinov določite vizualno. Pri kateri koli vrsti povezave (skupna anoda ali skupna katoda) ima kabel, povezan z vsemi tremi elementi, najdaljšo dolžino. Če ohišje obrnete tako, da je najdaljši krak na levi strani, bo "rdeči" vodnik na levi, "zeleni" vodnik bo najprej na desni strani, nato pa "modri" vodnik. Če je bila LED že v uporabi, so bili njeni nožice morda poljubno skrajšani, zato se boste morali zateči k drugim metodam, da določite pinout:

1. Skupno žico lahko določite z a multimeter. Napravo je treba vklopiti v načinu testiranja diode in priključiti sponke naprave na predvideni skupni krak in na katerikoli drugi krak, nato pa obrniti polariteto povezave (kot pri običajnem testu polprevodniškega spoja). Če je predvideni skupni vod pravilno definiran, potem (z vsemi tremi elementi v dobrem stanju) bo tester pokazal neskončen upor v eni smeri, v drugi - končni upor (natančna vrednost je odvisna od vrste LED). Če bo v obeh primerih na zaslonu testerja prikazan signal za zlom, to pomeni, da je zatič napačno izbran in morate ponoviti test z drugo nogo. Lahko se zgodi, da je testna napetost multimetra dovolj za vžig kristala. V tem primeru lahko dodatno preverite, ali je dodelitev pinov pravilna z barvo sijaja p-n spoja.
2. Drug način je, da napajate predvideni skupni zatič in katero koli drugo nogo LED. Če je skupna točka pravilno izbrana, lahko to preverite s pogledom na sij kristala.

Pomembno! Pri testiranju z napajalnikom morate gladko dvigniti napetost od nič in ne preseči vrednosti 3,5-4 V. Če ni reguliranega vira, lahko LED priključite na izhod enosmerne napetosti prek upora za omejevanje toka.

Pri LED diodah z ločenimi nožicami se dodelitev nožic zmanjša na razjasnitev polarnosti in razporeditev kristalov po barvah. To je mogoče storiti tudi z zgoraj navedenimi metodami.

Koristno bo prebrati:

Prednosti in slabosti RGB LED

RGB-LED imajo vse prednosti polprevodniških svetlobnih elementov. Ta nizka cena, visoka energetska učinkovitost, dolga življenjska doba itd. Izrazita prednost tribarvnih LED diod je zmožnost ustvarjanja skoraj vseh odtenkov sijaja na preprost način in po nizki ceni ter spreminjanje barve v dinamiki.

Glavna pomanjkljivost RGB LED je nezmožnost pridobitve čiste bele barve z mešanjem treh barv. Za to bi bilo potrebnih sedem odtenkov (na primer mavrica - njenih sedem barv je rezultat obratnega procesa: razgradnje vidne svetlobe na njene komponente). To nalaga omejitve pri uporabi tribarvnih svetilk kot svetlobnih elementov. Da bi nekoliko nadomestili to neprijetno lastnost, se pri izdelavi LED trakov uporablja princip RGBW. Za vsako tribarvno LED je nameščen en element belega sijaja (zaradi fosforja). Toda stroški takšne svetlobne naprave se znatno povečajo. Obstajajo tudi LED diode RGBW različice. V ohišju imajo nameščene štiri kristale - tri za prvotne barve, četrti - za proizvodnjo bele svetlobe, oddaja svetlobo iz fosforja.

Vezalni načrt za različico RGBW z dodatnim kontaktom.

Življenjska doba

Življenjska doba naprave treh kristalov je določena z MTBF najkrajšega elementa.V tem primeru je približno enako za vse tri p-n spoje. Proizvajalci deklarirajo življenjsko dobo elementov RGB na 25.000-30.000 ur. Toda s to številko je treba ravnati previdno. Navedena življenjska doba je enakovredna 3 do 4 letom neprekinjenega delovanja. Skorajda noben proizvajalec ni opravil testiranja življenjske dobe (in celo v različnih termičnih in električnih načinih) za tako dolgo obdobje. V tem času se pojavljajo nove tehnologije, teste je treba začeti znova - in tako v neskončnost. Garancijska doba delovanja je veliko bolj informativna. To je 10.000-15.000 ur. Vse, kar presega to, je v najboljšem primeru matematično modeliranje in v najslabšem golo trženje. Težava je v tem, da običajne poceni LED diode običajno nimajo podatkov o garanciji proizvajalca. Lahko pa ciljate na 10.000–15.000 ur in upoštevate približno enako količino. In poleg tega se lahko zanesete le na srečo. In še ena točka - življenjska doba je zelo odvisna od toplotnega načina med delovanjem. Zato bo isti element v različnih pogojih trajal različno dolgo. Da bi podaljšali življenjsko dobo LED, je treba paziti na odvajanje toplote, ne zanemariti radiatorjev in ustvariti pogoje za naravno kroženje zraka, v nekaterih primerih pa uporabiti prisilno prezračevanje.

Toda tudi skrajšani čas je nekaj let delovanja (ker LED diode ne bodo delovale brez premorov). Zato pojav tribarvnih LED omogoča oblikovalcem, da široko uporabljajo polprevodniške naprave v svojih idejah, inženirjem pa te ideje izvajajo "v železu".