Charakteristika RGB LED
Podsvietenie, ktoré mení svoju farbu, vyzerá veľkolepo. Používa sa na reklamné predmety, dekoratívne osvetlenie architektonických objektov, pri rôznych prehliadkach a verejných podujatiach. Jedným zo spôsobov implementácie takéhoto podsvietenia je použitie trojfarebných LED diód.
Čo je RGB LED
Bežné polovodičové prvky vyžarujúce svetlo majú jeden p-n prechod v jednom puzdre, alebo sú maticou niekoľkých rovnakých prechodov (COB technológia). To vám umožní získať jednu farbu žiary v každom okamihu - priamo z rekombinácie hlavných nosičov alebo zo sekundárnej žiary fosforu. Druhá technológia poskytla vývojárom bohaté možnosti pri výbere farby žiary, ale zariadenie nemôže počas prevádzky meniť farbu žiarenia.
RGB LED obsahuje tri p-n prechody s rôznymi farbami svetla v jednom balení:
- červená (Červená);
- zelená (zelená);
- Modrá.
Skratka anglických názvov jednotlivých farieb dala názov tomuto typu LED.
Typy RGB diód
Trojfarebné LED diódy sú rozdelené do troch typov podľa spôsobu pripojenia kryštálov vo vnútri puzdra:
- so spoločnou anódou (majú 4 výstupy);
- so spoločnou katódou (majú 4 výstupy);
- so samostatnými prvkami (majú 6 záverov).
Spôsob ovládania zariadenia závisí od verzie LED.
Podľa typu šošovky sú LED diódy:
- s priehľadnou šošovkou;
- s matnou šošovkou.
Číre prvky RGB objektívu môžu vyžadovať ďalšie difúzory svetla na dosiahnutie zmiešaných odtieňov. V opačnom prípade môžu byť viditeľné jednotlivé farebné zložky.
Princíp činnosti
Princíp fungovania RGB LED je založený na miešaní farieb. Riadené zapaľovanie jedného, dvoch alebo troch prvkov umožňuje získať inú žiaru.
Zapnutím kryštálov jednotlivo získate tri zodpovedajúce farby. Párové zahrnutie vám umožňuje dosiahnuť žiaru:
- červená + zelená p-n križovatky nakoniec dávajú žltú;
- modrá + zelená pri zmiešaní dáva tyrkysovú;
- červená + modrá robia fialovú.
Zahrnutie všetkých troch prvkov vám umožňuje získať biele.
Oveľa viac možností dáva miešanie farieb v rôznych pomeroch. To sa dá dosiahnuť oddeleným ovládaním jasu žiary každého kryštálu. Aby ste to dosiahli, musíte individuálne upraviť prúd pretekajúci cez LED diódy.
RGB LED ovládanie a schéma zapojenia
RGB LED sa ovláda rovnakým spôsobom ako bežná LED – privedením priameho anódovo-katódového napätia a vytvorením prúdu cez p-n prechod.Preto je potrebné pripojiť trojfarebný prvok k zdroju energie cez predradné odpory - každý kryštál cez svoj vlastný odpor. Vypočítajte môže to byť cez menovitý prúd prvku a prevádzkové napätie.
Aj pri kombinácii v rovnakom balení môžu mať rôzne kryštály rôzne parametre, preto ich nemožno spájať paralelne.
Typické charakteristiky pre nízkoenergetické trojfarebné zariadenie s priemerom 5 mm sú uvedené v tabuľke.
| červená (R) | zelená (G) | Modrá (B) | |
| Maximálne priepustné napätie, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Menovitý prúd, mA | 20 | 20 | 20 |
Je zrejmé, že červený kryštál má dopredné napätie, ktoré je polovičné ako u ostatných dvoch. Paralelné zahrnutie prvkov povedie k inému jasu žiary alebo zlyhaniu jedného alebo všetkých p-n prechodov.
Trvalé pripojenie k zdroju napájania neumožňuje využívať všetky možnosti prvku RGB. V statickom režime vykonáva trojfarebné zariadenie iba funkcie monochromatického, ale stojí oveľa viac ako konvenčná LED. Oveľa zaujímavejší je preto dynamický režim, v ktorom sa dá ovládať farba žiary. To sa vykonáva pomocou mikrokontroléra. Jeho výstupy vo väčšine prípadov poskytujú výstupný prúd 20 mA, ale to je potrebné vždy špecifikovať v údajovom liste. Pripojte LED k výstupným portom cez odpor obmedzujúci prúd. Kompromisnou možnosťou pri napájaní mikroobvodu z 5 V je odpor 220 ohmov.
Prvky so spoločnými katódami sú riadené aplikáciou logickej jednotky na výstup, so spoločnými anódami - logickou nulou. Programovo nie je ťažké zmeniť polaritu riadiaceho signálu. LED s oddelenými výstupmi môže byť pripojiť a spravovať akýmkoľvek spôsobom.
Ak výstupy mikrokontroléra nie sú dimenzované na menovitý prúd LED, LED musí byť pripojená cez tranzistorové spínače.
V týchto obvodoch sa oba typy LED rozsvietia privedením kladnej úrovne na kľúčové vstupy.
Bolo spomenuté, že jas žiary sa riadi zmenou prúdu cez prvok vyžarujúci svetlo. Digitálne výstupy mikrokontroléra nemôžu priamo riadiť prúd, pretože majú dva stavy - vysoký (zodpovedajúci napájaciemu napätiu) a nízky (zodpovedajúci nulovému napätiu). Neexistujú žiadne medzipolohy, takže na nastavenie prúdu sa používajú iné spôsoby. Napríklad metóda pulzne šírkovej modulácie (PWM) riadiaceho signálu. Jeho podstata spočíva v tom, že na LED nie je privedené konštantné napätie, ale impulzy určitej frekvencie. Mikrokontrolér v súlade s programom mení pomer impulzu a pauzy. Tým sa mení priemerné napätie a priemerný prúd cez LED pri konštantnej amplitúde napätia.
Existujú špecializované ovládače navrhnuté špeciálne na ovládanie žiary trojfarebných LED diód. Predávajú sa vo forme hotového zariadenia. Používajú tiež metódu PWM.
Pinout
Ak je k dispozícii nová, nespájkovaná LED dióda, pinout je možné určiť vizuálne. Pre akýkoľvek typ pripojenia (spoločná anóda alebo spoločná katóda) má vodič pripojený ku všetkým trom prvkom najväčšiu dĺžku.Ak otočíte puzdro tak, aby bola dlhá noha na ľavej strane, naľavo od nej bude „červený“ výstup a na pravej strane - najprv „zelená“, potom „modrá“. Ak sa LED už používala, jej výstupy by sa mohli ľubovoľne skrátiť a na určenie pinoutu sa budete musieť uchýliť k iným metódam:
- Môžete definovať spoločný vodič s multimeter. Je potrebné zapnúť zariadenie v režime testovania diód a pripojiť svorky zariadenia na zamýšľanú spoločnú nohu a na akúkoľvek inú, potom zmeniť polaritu zapojenia (ako pri bežnom teste polovodičového prechodu). Ak je očakávaný spoločný výkon určený správne, potom (pri všetkých troch použiteľných prvkoch) tester ukáže nekonečný odpor v jednom smere a konečný odpor v druhom smere (presná hodnota závisí od typu LED). Ak je v oboch prípadoch na displeji testera otvorený signál, výstup je zvolený nesprávne a test sa musí zopakovať s druhou nohou. Môže sa ukázať, že testovacie napätie multimetra stačí na zapálenie kryštálu. V tomto prípade môžete dodatočne overiť správnosť pinoutu farbou žiary p-n križovatky.
- Ďalším spôsobom je priviesť napájanie na zamýšľanú spoločnú svorku a akúkoľvek inú nohu LED. Ak je spoločný bod zvolený správne, dá sa to overiť žiarou kryštálu.
Dôležité! Pri kontrole pomocou zdroja je potrebné plynulo zvyšovať napätie od nuly a neprekračovať hodnotu 3,5-4 V. Ak nie je regulovaný zdroj, môžete LED pripojiť na výstup jednosmerného napätia cez prúdový obmedzovač odpor.
Pre LED diódy so samostatnými kolíkmi sa definícia pinoutu redukuje na objasnenie polarity a usporiadanie kryštálov podľa farby.To je možné vykonať aj pomocou vyššie uvedených metód.
Bude užitočné vedieť:
Výhody a nevýhody RGB LED
RGB-LED majú všetky výhody, ktoré majú polovodičové prvky vyžarujúce svetlo. Sú to nízke náklady, vysoká energetická účinnosť, dlhá životnosť atď. Výraznou výhodou trojfarebných LED diód je schopnosť získať takmer akýkoľvek odtieň žiary jednoduchým spôsobom a za nízku cenu, ako aj meniť farby v dynamike.
Hlavnou nevýhodou RGB-LED je nemožnosť získania čistej bielej zmiešaním troch farieb. To si vyžiada sedem odtieňov (príkladom je dúha – jej sedem farieb je výsledkom opačného procesu: rozklad viditeľného svetla na zložky). To ukladá obmedzenia na používanie trojfarebných lámp ako osvetľovacích prvkov. Aby sa táto nepríjemná vlastnosť trochu kompenzovala, pri vytváraní LED pásikov sa používa princíp RGBW. Pre každú trojfarebnú LED je nainštalovaný jeden biely žiariaci prvok (kvôli fosforu). Náklady na takéto osvetľovacie zariadenie sa však výrazne zvyšujú. K dispozícii sú aj RGBW LED diódy. V puzdre majú nainštalované štyri kryštály – tri na získanie pôvodných farieb, štvrtý – na získanie bielej, vyžaruje svetlo vďaka fosforu.
Život
Obdobie prevádzky zariadenia troch kryštálov je určené časom medzi poruchami prvku s najkratšou životnosťou. V tomto prípade je to približne rovnaké pre všetky tri p-n križovatky. Výrobcovia uvádzajú životnosť RGB prvkov na úrovni 25 000-30 000 hodín. S týmto číslom sa však musí zaobchádzať opatrne.Uvedená životnosť je ekvivalentná nepretržitej prevádzke 3-4 roky. Je nepravdepodobné, že by niektorý z výrobcov vykonával testy životnosti (a dokonca aj v rôznych tepelných a elektrických režimoch) počas takého dlhého obdobia. Počas tejto doby sa objavujú nové technológie, testy sa musia začať odznova – a tak ďalej donekonečna. Záručná doba prevádzky je oveľa informatívnejšia. A to je 10 000-15 000 hodín. Všetko, čo nasleduje, je v lepšom prípade matematické modelovanie, v horšom obnažený marketing. Problém je v tom, že zvyčajne neexistujú žiadne záručné informácie výrobcu pre bežné lacné LED diódy. Ale môžete sa zamerať na 10 000-15 000 hodín a mať na pamäti približne rovnaké množstvo. A potom sa spoliehať len na šťastie. A ešte niečo - životnosť je veľmi závislá od tepelného režimu počas prevádzky. Preto ten istý prvok v rôznych podmienkach vydrží rôzne časy. Na predĺženie životnosti LED je potrebné venovať pozornosť problému rozptylu tepla, nezanedbávať radiátory a vytvárať podmienky pre prirodzenú cirkuláciu vzduchu av niektorých prípadoch sa uchýliť k nútenému vetraniu.
Ale aj skrátené termíny sú niekoľko rokov prevádzky (lebo LED nebude fungovať bez prestávok). Preto vzhľad trojfarebných LED diód umožňuje dizajnérom široko používať polovodičové zariadenia vo svojich nápadoch a inžinierom implementovať tieto nápady „v hardvéri“.
