RGB LED функция
Променящото се цветно осветление изглежда ефектно. Използва се за рекламни обекти, декоративно осветление на архитектурни обекти, по време на различни шоута и публични събития. Един от начините за осъществяване на такова осветление е използването на трицветни светодиоди.
Какво е RGB-LED
Конвенционалните светоизлъчващи полупроводници имат един p-n преход в един пакет или матрица от множество идентични преходи (Технология COB). Това позволява във всеки един момент да се получи един-единствен цвят - или директно от рекомбинацията на основните носители, или от вторичната луминесценция на луминофора. Втората технология е дала на разработчиците широк спектър от възможности за избор на цвета на луминесценцията, но устройството не може да променя цвета на излъчването по време на работа.
RGB LED съдържа три p-n прехода в един корпус с различни цветове на светене:
- Червено;
- зелен;;
- Синьо.
Съкращението на английските наименования на всеки цвят и дава името на този тип светодиод.
Видове RGB LED
Трицветните светодиоди по начина, по който са свързани кристалите в корпуса, се разделят на три вида:
- с общ анод (имат 4 извода);
- С общ катод (с 4 извода);
- с отделни елементи (имат 6 извода).
Дизайнът на светодиода зависи от начина на управление на устройството.
В зависимост от вида на обектива светодиодите могат да бъдат:
- с прозрачна леща;
- с матирана леща.
За RGB елементи с прозрачна леща може да са необходими допълнителни разсейватели на светлината, за да се получат смесени цветове. В противен случай могат да се видят отделни цветове.
Принцип на работа
RGB светодиодите работят на принципа на смесване на цветовете. Чрез контролирано осветяване на един, два или три елемента могат да се постигнат различни цветове.
Индивидуалното превключване на кристалите дава три съответни цвята. С превключването по двойки се постига луминесценция:
- червено-зелените p-n преходи в крайна сметка ще дадат жълт цвят;
- Синьо+зелено ще даде тюркоаз;
- червено+синьо води до лилаво.
Включването на трите елемента води до получаване на бял цвят.
Смесването на цветове в различни пропорции е много по-възможно. Това може да стане чрез отделно управление на яркостта на всеки кристал. За тази цел трябва да се регулира индивидуално токът, протичащ през светодиодите.
Диаграма за управление и свързване на RGB LED
RGB-LED се управляват по същия начин като обикновените светодиоди - чрез прилагане на директно напрежение между анода и катода и генериране на ток през p-n преход. Затова е необходимо трицветният елемент да се свърже към захранването чрез баластни резистори - всеки кристал чрез собствен резистор. За да изчислите Това може да се изчисли чрез номиналния ток на елемента и работното напрежение.
Дори когато са комбинирани в един и същи корпус, различните кристали могат да имат различни параметри, затова не трябва да се свързват паралелно.
Типичните характеристики на трицветно устройство с ниска мощност и диаметър 5 mm са показани в таблицата по-долу.
| Червено (R) | Зелено (G) | Синьо (B) | |
| Максимално директно напрежение, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Номинален ток, mA | 20 | 20 | 20 |
Очевидно е, че директното напрежение на червения кристал е два пъти по-ниско от това на другите два. Паралелното свързване на елементите ще доведе до различна яркост или до повреда на един или всички p-n преходи.
Постоянното свързване към захранване не позволява да се използва пълният потенциал на RGB клетката. В статичен режим трицветното устройство действа само като монохромно устройство и струва значително повече от обикновения светодиод. Затова много по-интересен е динамичният режим, при който може да се контролира цветът на светене. Това се осъществява с помощта на микроконтролер. Изходите му в повечето случаи осигуряват изходен ток от 20 mA, но това трябва да се проверява всеки път в листа с данни. Свържете светодиода към изходните портове с резистор за ограничаване на тока. Компромисен вариант при захранване на чипа от 5 V - съпротивление 220 Om.
Елементите с общи катоди се управляват чрез изпращане на логическа единица на изхода, а с общи аноди - на логическа нула. Полярността на управляващия сигнал може лесно да се промени чрез софтуер. Светодиодите с отделни изходи могат да бъдат да се свържете с и могат да бъдат контролирани по всякакъв начин.
Ако изходите на микроконтролера не са оразмерени за номиналния ток на светодиода, светодиодите трябва да се свържат чрез транзисторни превключватели.
В тези схеми и двата вида светодиоди светват чрез подаване на положително ниво към ключовите входове.
Беше споменато, че яркостта се контролира чрез промяна на тока през светлоизлъчващия елемент. Цифровите изводи на микроконтролера не могат да управляват директно тока, тъй като имат две състояния - високо (съответстващо на захранващото напрежение) и ниско (съответстващо на нулево напрежение). Няма междинни позиции, така че се използват други начини за регулиране на тока. Например методът на широчинно-импулсна модулация (ШИМ) за модулация на управляващия сигнал. Идеята е, че светодиодът не се захранва с постоянно напрежение, а с импулси с определена честота. Микроконтролерът променя съотношението на импулса и паузата според програмата. Това променя средното напрежение и средния ток през светодиода, докато амплитудата на напрежението остава непроменена.
Съществуват специализирани контролери, които са проектирани специално за управление на осветяването на трицветни светодиоди. Те се продават като готови устройства. Те също използват метода PWM.
Разпределение на пиновете
Ако има нов, неподпоен светодиод, разпределението на изводите може да се определи визуално. И при двата вида свързване (общ анод или общ катод) проводникът, свързан към трите елемента, е с най-голяма дължина. Ако завъртите корпуса така, че най-дългото краче да е от лявата страна, "червеният" проводник ще е отляво, а "зеленият" проводник ще е първо отдясно, а след това "синият". Ако светодиодът вече е бил използван, изводите му може да са били произволно съкратени и ще трябва да прибегнете до други методи, за да определите разположението на изводите:
- Възможно е да се определи общият проводник с помощта на мултиметър. Превключете устройството в режим на изпитване на диоди и свържете клемите на устройството към приетия общ извод и към всеки друг извод, след което обърнете полярността (както при нормално изпитване на полупроводникови съединения). Ако приетият общ проводник е правилен, тестерът ще покаже безкрайно съпротивление в едната посока и крайно съпротивление в другата посока (точната стойност зависи от типа на светодиода). Ако и в двата случая дисплеят на тестера показва сигнал за прекъсване, тогава изходът е грешен и е необходимо да повторите теста с другия крак. Възможно е тестовото напрежение на мултиметъра да е достатъчно, за да запали кристала. В този случай можете допълнително да проверите дали разпределението на изводите е правилно по цвета на светене на p-n прехода.
- Друг начин е да се подаде захранване към приетия общ извод и към всяко друго краче на светодиода. Ако общата точка е избрана правилно, можете да проверите това, като проверите светенето на кристала.
Важно! При тестване със захранване напрежението трябва да се повишава плавно от нулата и да не надвишава 3,5-4 V. Ако няма регулиран източник, светодиодът може да се свърже към изхода за постоянно напрежение чрез резистор за ограничаване на тока.
При светодиоди с отделни изходи разпределението на изводите се свежда до следното установяване на полярността и подреждането на кристалите по цветове. Това може да се направи и чрез изброените методи.
Полезно е да прегледате:
Плюсове и минуси на RGB светодиодите
RGB светодиодите притежават всички предимства на полупроводниковите светлоизлъчващи елементи. Те са с ниска цена, висока енергийна ефективност, дълъг живот и др. Отличително предимство на трицветните светодиоди е възможността за получаване на почти всеки нюанс светлина по лесен начин и на ниска цена, както и промяната на цвета с течение на времето.
Основният недостатък на RGB светодиодите е невъзможността да се получи чист бял цвят чрез смесване на трите цвята. За това са необходими седем нюанса (пример за това е дъгата - нейните седем цвята са резултат от обратния процес: разлагането на видимата светлина на нейните компоненти). Това налага ограничения при използването на трицветни осветителни тела като елементи на осветлението. За да се компенсира донякъде тази неприятна особеност, при създаването на LED ленти се използва принципът RGBW. За всеки трицветен светодиод е инсталиран един елемент с бяло сияние (благодарение на фосфора). Но цената на такова осветително устройство се увеличава значително. Има и RGBW светодиоди. Те имат четири кристала, инсталирани в тялото - три за оригиналните цветове, а четвъртият - за производство на бяла светлина, той излъчва светлина чрез луминофор.
Срок на експлоатация
Животът на трикристално устройство се определя от MTBF на най-късия елемент. В този случай тя е приблизително еднаква за трите p-n прехода. Производителите твърдят, че животът на RGB елементите е 25 000-30 000 часа. Но тази цифра трябва да се приема с повишено внимание. Заявената продължителност на живота се равнява на 3-4 години непрекъсната работа. Малко вероятно е някой производител да е провеждал тестове за експлоатационна годност (и дори в различни топлинни и електрически режими) за толкова дълъг период от време. През това време се появяват нови технологии, тестовете трябва да започнат отначало - и така до безкрайност. Гаранционният срок е много по-информативен. Тя е 10 000-15 000 часа. Всичко отвъд това е в най-добрия случай математическо моделиране, а в най-лошия - чист маркетинг. Проблемът е, че обикновените евтини светодиоди обикновено нямат информация за гаранцията на производителя. Но можете да се стремите към 10 000-15 000 часа и да имате предвид приблизително същата сума. Отвъд това всичко зависи от късмета. И още нещо - експлоатационният живот зависи в голяма степен от топлинните условия по време на работа. Следователно един и същ елемент при различни условия ще издържи различно време. За да се удължи животът на светодиодите, е необходимо да се обърне внимание на разсейването на топлината, да не се пренебрегват радиаторите и да се създадат условия за естествена циркулация на въздуха, а в някои случаи да се прибегне до принудителна вентилация.
Но дори и намаленият срок е няколко години работа (защото светодиодите няма да работят без паузи). Ето защо появата на трицветните светодиоди позволява на дизайнерите да използват широко полупроводниците в своите идеи, а на инженерите - да реализират тези идеи "в желязо".
