Charakterystyka diody LED RGB
Efektownie prezentuje się podświetlenie zmieniające kolor. Wykorzystywana jest do obiektów reklamowych, oświetlenia dekoracyjnego obiektów architektonicznych, podczas różnego rodzaju pokazów i imprez masowych. Jednym ze sposobów realizacji takiego podświetlenia jest zastosowanie trójkolorowych diod LED.
Co to jest dioda LED RGB?
Zwykłe emitujące światło urządzenia półprzewodnikowe mają jedno złącze p-n w jednym pakiecie lub są macierzą kilku identycznych złączy (Technologia COB). Pozwala to na uzyskanie jednego koloru jarzenia w każdym momencie - bezpośrednio z rekombinacji głównych nośników lub z wtórnego jarzenia luminoforu. Druga technologia dała twórcom duże możliwości w doborze koloru blasku, ale urządzenie nie może zmienić koloru promieniowania podczas pracy.
Dioda LED RGB zawiera trzy złącza p-n z różnymi kolorami świecenia w jednym pakiecie:
- czerwony czerwony);
- zielony zielony);
- niebieski.
Skrót angielskich nazw każdego koloru nadał nazwę tego typu diodom LED.
Rodzaje diod RGB
Trójkolorowe diody LED dzielą się na trzy typy w zależności od sposobu łączenia kryształów wewnątrz obudowy:
- ze wspólną anodą (posiada 4 wyjścia);
- ze wspólną katodą (posiada 4 wyjścia);
- z osobnymi elementami (mieć 6 wniosków).
Sposób sterowania urządzeniem zależy od wersji diody.
W zależności od rodzaju soczewki, diody LED to:
- z przezroczystym obiektywem;
- z matową soczewką.
Elementy RGB z przezroczystymi soczewkami mogą wymagać dodatkowych rozpraszaczy światła, aby uzyskać mieszane odcienie. W przeciwnym razie mogą być widoczne poszczególne składniki koloru.
Zasada działania
Zasada działania diod RGB opiera się na mieszaniu kolorów. Kontrolowany zapłon jednego, dwóch lub trzech pierwiastków pozwala uzyskać inny blask.
Włączenie kryształów indywidualnie daje trzy odpowiadające im kolory. Włączenie parami pozwala uzyskać blask:
- czerwony + zielony złącza p-n ostatecznie dadzą kolor żółty;
- niebieski + zielony po zmieszaniu daje turkus;
- czerwony + niebieski tworzą fiolet.
Włączenie wszystkich trzech elementów pozwala uzyskać biel.
Dużo więcej możliwości daje mieszanie kolorów w różnych proporcjach. Można to zrobić, kontrolując oddzielnie jasność blasku każdego kryształu. Aby to zrobić, musisz indywidualnie dostosować prąd przepływający przez diody LED.
Schemat sterowania i okablowania LED RGB
Dioda LED RGB jest sterowana w taki sam sposób jak konwencjonalna dioda LED - poprzez przyłożenie bezpośredniego napięcia anoda-katoda i wytworzenie prądu przez złącze p-n.Dlatego konieczne jest podłączenie trójkolorowego elementu do źródła zasilania poprzez rezystory balastowe – każdy kryształ poprzez własny rezystor. Oblicz może to być przez prąd znamionowy elementu i napięcie robocze.
Nawet połączone w tym samym opakowaniu, różne kryształy mogą mieć różne parametry, więc nie można ich łączyć równolegle.
Typowe cechy trójkolorowego urządzenia małej mocy o średnicy 5 mm podano w tabeli.
| Czerwony (R) | Zielony (G) | Niebieski (B) | |
| Maksymalne napięcie przewodzenia, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Prąd znamionowy, mA | 20 | 20 | 20 |
Oczywiście, czerwony kryształ ma napięcie przewodzenia o połowę mniejsze od pozostałych dwóch. Równoległe włączenie pierwiastków doprowadzi do różnej jasności jarzenia lub uszkodzenia jednego lub wszystkich złączy p-n.
Podłączenie na stałe do źródła zasilania nie pozwala na wykorzystanie pełnych możliwości elementu RGB. W trybie statycznym urządzenie trójkolorowe pełni tylko funkcje monochromatyczne, ale kosztuje znacznie więcej niż konwencjonalna dioda LED. Dlatego dużo ciekawszy jest tryb dynamiczny, w którym można kontrolować kolor poświaty. Odbywa się to za pomocą mikrokontrolera. Jego wyjścia w większości przypadków zapewniają prąd wyjściowy 20 mA, ale należy to za każdym razem podać w arkuszu danych. Podłącz diodę LED do portów wyjściowych przez rezystor ograniczający prąd. Kompromisową opcją przy zasilaniu mikroukładu z 5 V jest rezystancja 220 omów.
Elementy ze wspólnymi katodami są sterowane poprzez zastosowanie logicznej jednostki na wyjściu, ze wspólnymi anodami - logiczne zero. Programowa zmiana polaryzacji sygnału sterującego nie jest trudna. Diody LED z oddzielnymi wyjściami mogą być: łączyć i zarządzać w dowolny sposób.
Jeżeli wyjścia mikrokontrolera nie są przystosowane do prądu znamionowego diody LED, diodę LED należy podłączyć za pomocą przełączników tranzystorowych.
W tych obwodach obydwa rodzaje diod świecą się poprzez przyłożenie dodatniego poziomu do wejść kluczowych.
Wspomniano, że jasność świecenia jest kontrolowana poprzez zmianę prądu płynącego przez element emitujący światło. Wyjścia cyfrowe mikrokontrolera nie mogą bezpośrednio sterować prądem, ponieważ mają dwa stany - wysoki (odpowiadający napięciu zasilania) i niski (odpowiadający napięciu zerowemu). Nie ma pozycji pośrednich, więc stosuje się inne sposoby regulacji prądu. Na przykład metoda modulacji szerokości impulsu (PWM) sygnału sterującego. Jego istota polega na tym, że do diody LED przykładane jest nie stałe napięcie, ale impulsy o określonej częstotliwości. Mikrokontroler zgodnie z programem zmienia stosunek impulsu i pauzy. Zmienia to średnie napięcie i średni prąd przez diodę LED przy stałej amplitudzie napięcia.
Istnieją wyspecjalizowane kontrolery zaprojektowane specjalnie do kontrolowania świecenia trójkolorowych diod LED. Sprzedawane są w postaci gotowego urządzenia. Wykorzystują również metodę PWM.
Pinout
Jeśli jest nowa, nielutowana dioda LED, pinout można określić wizualnie. Dla każdego rodzaju połączenia (wspólna anoda lub wspólna katoda) przewód podłączony do wszystkich trzech elementów ma najdłuższą długość.Jeśli obrócisz skrzynkę tak, aby długa noga znajdowała się po lewej stronie, po lewej stronie pojawi się „czerwone” wyjście, a po prawej stronie - najpierw „zielone”, a następnie „niebieskie”. Jeśli dioda była już w użyciu, jej wyjścia można by dowolnie skrócić i będziesz musiał skorzystać z innych metod, aby określić pinout:
- Możesz zdefiniować wspólny przewód za pomocą multimetr. Należy włączyć urządzenie w trybie testowania diody i podłączyć zaciski urządzenia do zamierzonej wspólnej nogi i do dowolnej innej, a następnie zmienić polaryzację połączenia (jak w zwykłym teście złącza półprzewodnikowego). Jeśli oczekiwana moc wspólna zostanie określona poprawnie, to (przy wszystkich trzech sprawnych elementach) tester wykaże nieskończoną rezystancję w jednym kierunku, a skończoną rezystancję w drugim (dokładna wartość zależy od typu diody). Jeżeli w obu przypadkach na wyświetlaczu testera jest otwarty sygnał, to wyjście jest wybrane nieprawidłowo i test należy powtórzyć z drugą nogą. Może się okazać, że napięcie probiercze multimetru wystarczy do zapalenia kryształu. W takim przypadku możesz dodatkowo zweryfikować poprawność pinoutu za pomocą koloru poświaty złącza p-n.
- Innym sposobem jest doprowadzenie zasilania do zamierzonego wspólnego zacisku i dowolnej innej odnogi diody LED. Jeśli punkt wspólny jest wybrany prawidłowo, można to zweryfikować po blasku kryształu.
Ważny! Przy sprawdzaniu ze źródłem zasilania należy płynnie podnosić napięcie od zera i nie przekraczać wartości 3,5-4 V. W przypadku braku regulowanego źródła można podłączyć diodę LED do wyjścia napięciowego DC poprzez ograniczenie prądowe rezystor.
W przypadku diod LED z oddzielnymi pinami definicja pinout jest zredukowana do wyjaśnienie polaryzacji i układ kryształów według koloru.Można to również zrobić za pomocą powyższych metod.
Warto wiedzieć:
Plusy i minusy diod LED RGB
Diody LED RGB mają wszystkie zalety półprzewodnikowych elementów emitujących światło. Są to niskie koszty, wysoka efektywność energetyczna, długa żywotność itp. Wyróżniającą zaletą trójkolorowych diod LED jest możliwość uzyskania niemal każdego odcienia świecenia w prosty sposób i w niskiej cenie, a także dynamiczna zmiana barw.
Główną wadą diod RGB-LED jest niemożność uzyskania czystej bieli poprzez zmieszanie trzech kolorów. Będzie to wymagało siedmiu odcieni (przykładem jest tęcza – jej siedem kolorów jest wynikiem odwrotnego procesu: rozkładu światła widzialnego na składowe). Nakłada to ograniczenia na stosowanie lamp trójkolorowych jako elementów oświetlenia. Aby nieco zrekompensować tę nieprzyjemną cechę, podczas tworzenia taśm LED stosuje się zasadę RGBW. Na każdą trójkolorową diodę LED zainstalowany jest jeden biały element świecący (ze względu na luminofor). Ale koszt takiego urządzenia oświetleniowego znacznie wzrasta. Dostępne są również diody LED RGBW. Posiadają zainstalowane w obudowie cztery kryształy - trzy dla uzyskania oryginalnych kolorów, czwarty - dla uzyskania bieli, emituje światło dzięki luminoforowi.
Dożywotni
Okres działania urządzenia z trzech kryształów jest określony przez czas między awariami najkrótszego elementu. W tym przypadku jest on w przybliżeniu taki sam dla wszystkich trzech połączeń p-n. Producenci deklarują żywotność elementów RGB na poziomie 25 000-30 000 godzin. Ale do tej liczby należy podchodzić z ostrożnością.Podana żywotność odpowiada ciągłej pracy przez 3-4 lata. Jest mało prawdopodobne, aby którykolwiek z producentów prowadził testy żywotności (a nawet w różnych trybach termicznych i elektrycznych) przez tak długi okres. W tym czasie pojawiają się nowe technologie, testy trzeba zaczynać od nowa – i tak w nieskończoność. O wiele bardziej informacyjny jest okres gwarancji. A to 10 000-15 000 godzin. Wszystko, co następuje, to w najlepszym przypadku modelowanie matematyczne, w najgorszym – nagi marketing. Problem polega na tym, że zwykle nie ma informacji o gwarancji producenta na popularne, niedrogie diody LED. Ale możesz skupić się na 10 000-15 000 godzin i pamiętać o tej samej ilości. A potem polegaj tylko na szczęściu. I jeszcze jedno - żywotność jest bardzo zależna od reżimu termicznego podczas pracy. Dlatego ten sam pierwiastek w różnych warunkach będzie trwał przez różne czasy. Aby przedłużyć żywotność diody LED, należy zwracać uwagę na problem rozpraszania ciepła, nie zaniedbywać grzejników i stwarzać warunki do naturalnej cyrkulacji powietrza, aw niektórych przypadkach uciekać się do wymuszonej wentylacji.
Ale nawet skrócone terminy to kilka lat eksploatacji (ponieważ dioda LED nie będzie działać bez przerw). Dlatego pojawienie się trójkolorowych diod LED pozwala projektantom na szerokie wykorzystanie w swoich pomysłach urządzeń półprzewodnikowych, a inżynierom na realizację tych pomysłów „sprzętowo”.
