Funkce RGB LED

Osvětlení měnící barvu vypadá velkolepě. Používá se pro reklamní předměty, dekorativní osvětlení architektonických objektů, při různých výstavách a veřejných akcích. Jedním ze způsobů realizace takového osvětlení je použití tříbarevných LED diod.

Co je RGB-LED

Běžné polovodiče vyzařující světlo mají jeden p-n přechod v jednom pouzdře nebo matrici několika stejných přechodů (Technologie COB). To umožňuje, aby v každém okamžiku vznikla jediná barva, a to buď přímo rekombinací hlavních nosičů, nebo sekundární luminiscencí luminoforu. Druhá technologie poskytla vývojářům širokou škálu možností volby barvy luminiscence, ale zařízení nemůže měnit barvu záření během provozu.

RGB LED obsahuje tři p-n přechody v jednom pouzdře s různými barvami svícení:

• Červená;
• zelená;;
• Modrá.

Zkratka anglických názvů jednotlivých barev a název tohoto typu LED.

Typy RGB LED

Tříbarevné LED diody se podle způsobu zapojení krystalů uvnitř pouzdra dělí na tři typy:

• se společnou anodou (mají 4 vývody);
• Se společnou katodou (mají 4 vývody);
• se samostatnými prvky (mají 6 vývodů).

Typy verzí tříbarevných LED diod.

Konstrukce LED závisí na způsobu ovládání zařízení.

Podle typu čočky mohou být LED diody:

• s průhlednou čočkou;
• s matnou čočkou.

U prvků RGB s průhlednou čočkou mohou být k vytvoření smíšených barev zapotřebí další rozptylovače světla. Jinak jsou vidět jednotlivé barvy.

Přečtěte si také

Podrobný popis vlastností a typů LED diod

 

Princip činnosti

LED diody RGB fungují na principu míchání barev. Řízeným osvětlením jednoho, dvou nebo tří prvků lze dosáhnout různých barev.

Diskrétní paleta míchání barev.

Jednotlivým přepínáním krystalů získáte tři odpovídající barvy. Přepínáním v párech se dosáhne luminiscence:

• červený+zelený p-n přechod nakonec získá žlutou barvu;
• Modrá + zelená barva dají tyrkysovou;
• červená + modrá vytváří fialovou.

Zapojením všech tří prvků vzniká bílá barva.

Míchání barev v různých poměrech je mnohem jednodušší. Toho lze dosáhnout samostatným řízením jasu každého krystalu. Za tímto účelem je třeba individuálně nastavit proud protékající LED diodami.

Míchání palety barev v různých poměrech

Přečtěte si také

Konstrukce a funkce LED

 

Schéma ovládání a připojení RGB LED

RGB-LED se ovládají stejným způsobem jako běžné LED - přímým napětím mezi anodou a katodou a generováním proudu přes p-n přechod. Proto je nutné připojit tříbarevný prvek k napájení přes předřadníkové odpory - každý krystal přes vlastní odpor. Výpočet To lze vypočítat pomocí jmenovitého proudu prvku a provozního napětí.

I v případě kombinace ve stejné skříni mohou mít různé krystaly odlišné parametry, proto se nesmí zapojovat paralelně.

Typické charakteristiky tříbarevného zařízení s nízkým výkonem a průměrem 5 mm jsou uvedeny v následující tabulce.

Je zřejmé, že červený krystal má dvakrát nižší přímé napětí než ostatní dva. Paralelní zapojení prvků bude mít za následek rozdílný jas nebo selhání jednoho nebo všech p-n přechodů.

Stálé připojení ke zdroji napájení neumožňuje plně využít potenciál článku RGB. Ve statickém režimu funguje tříbarevné zařízení pouze jako monochromatické zařízení a stojí podstatně více než běžná LED dioda. Mnohem zajímavější je proto dynamický režim, ve kterém lze barvu záře ovládat. To je realizováno pomocí mikrokontroléru. Jeho výstupy ve většině případů poskytují výstupní proud 20 mA, ale to je třeba pokaždé zkontrolovat v datasheetu. Připojte LED k výstupním portům pomocí proudového omezovacího odporu. Kompromisní varianta při napájení čipu z 5 V - odpor 220 Ohmů.

Připojení prvků RGB k výstupům mikrokontroléru.

Prvky se společnými katodami jsou řízeny vysláním logické jednotky na výstup, se společnými anodami - logickou nulou. Polaritu řídicího signálu lze snadno změnit pomocí softwaru. LED diody se samostatnými výstupy lze připojit se k a lze je ovládat jakýmkoli způsobem.

Pokud nejsou výstupy mikrokontroléru dimenzovány na jmenovitý proud LED, musí být LED připojeny přes tranzistorové spínače.

Připojení LED pomocí tranzistorových spínačů.

V těchto obvodech se oba typy LED rozsvítí přivedením kladné úrovně na vstupy klíče.

Bylo zmíněno, že jas se řídí změnou proudu procházejícího světelným prvkem. Digitální piny mikrokontroléru nemohou přímo řídit proud, protože mají dva stavy - vysoký (odpovídající napájecímu napětí) a nízký (odpovídající nulovému napětí). Neexistují žádné mezipolohy, takže se používají jiné způsoby regulace proudu. Například metoda pulzně šířkové modulace (PWM) modulace řídicího signálu. Jde o to, že LED dioda není napájena konstantním napětím, ale pulzy o určité frekvenci. Mikrokontrolér podle programu mění poměr pulzů a pauz. Tím se mění průměrné napětí a průměrný proud procházející LED diodou, zatímco amplituda napětí zůstává nezměněna.

Princip řízení průměrného napětí a proudu pomocí PWM.

Existují specializované řídicí jednotky, které jsou navrženy speciálně pro řízení osvětlení tříbarevných LED diod. Prodávají se jako hotová zařízení. Používají také metodu PWM.

Průmyslová řídicí jednotka pro správu barev.

Rozložení vývodů

Vývody LED se společnou anodou nebo katodou.

Pokud je přítomna nová, nepájivá LED dioda, lze přiřazení pinů určit vizuálně. U obou typů zapojení (společná anoda nebo společná katoda) má vodič připojený ke všem třem prvkům největší délku. Otočíte-li pouzdro tak, aby nejdelší noha byla na levé straně, bude "červený" vodič vlevo a "zelený" vodič nejprve na pravé straně, pak "modrý" vodič. Pokud již byla LED dioda používána, mohly být její vývody svévolně zkráceny a budete se muset uchýlit k jiným metodám určení vývodů:

1. Společný vodič je možné určit pomocí multimetr. Přepněte přístroj do režimu testu diody a připojte svorky přístroje k předpokládanému společnému kolíku a k jakémukoli jinému kolíku, pak obraťte polaritu (jako při běžném testu polovodičového přechodu). Pokud je předpokládané společné vedení správné, bude tester ukazovat nekonečný odpor v jednom směru a konečný odpor v druhém směru (přesná hodnota závisí na typu LED). Pokud se v obou případech na displeji testeru zobrazí signál přerušení, pak je vedení špatné a je nutné test zopakovat s druhým ramenem. Může se stát, že zkušební napětí multimetru postačí k zapálení krystalu. V tomto případě můžete navíc zkontrolovat správnost přiřazení vývodů podle barvy svitu p-n přechodu.
2. Dalším způsobem je přivést napájení na předpokládaný společný pin a na libovolný další vývod LED. Je-li společný bod správně zvolen, můžete si to ověřit pohledem na svit krystalu.

Důležité! Při testování s napájecím zdrojem musíte napětí zvyšovat plynule od nuly a nepřekročit 3,5-4 V. Pokud není k dispozici regulovaný zdroj, lze LED připojit k výstupu stejnosměrného napětí přes proudový omezovací rezistor.

U diod LED se samostatnými výstupy je přiřazení pinů následující. zjištění polarity a uspořádání krystalů podle barev. To lze provést také pomocí uvedených metod.

Je užitečné se s nimi seznámit:

Výhody a nevýhody RGB LED diod

LED diody RGB mají všechny výhody polovodičových světelných zdrojů. Vyznačují se nízkými náklady, vysokou energetickou účinností, dlouhou životností atd. Výraznou výhodou tříbarevných LED diod je možnost získat téměř jakýkoli odstín záře jednoduchým způsobem a za nízkou cenu, stejně jako změna barvy v průběhu času.

Hlavní nevýhodou RGB LED diod je nemožnost vytvořit čistě bílou barvu smícháním tří barev. To by vyžadovalo sedm odstínů (jako příklad lze uvést duhu - jejích sedm barev je výsledkem opačného procesu: rozkladu viditelného světla na jeho složky). Z toho vyplývají omezení pro použití tříbarevných svítidel jako osvětlovacích prvků. Aby se tato nepříjemná vlastnost poněkud kompenzovala, používá se při tvorbě LED pásků princip RGBW. Ke každé tříbarevné LED je instalován jeden prvek bílého svitu (díky luminoforu). Náklady na takové osvětlovací zařízení se však výrazně zvyšují. K dispozici jsou také LED diody RGBW. Mají v těle instalovány čtyři krystaly - tři pro původní barvy, čtvrtý - pro výrobu bílého světla, vyzařuje světlo prostřednictvím luminoforu.

Schéma zapojení pro verzi RGBW s přídavným kontaktem.

Životnost

Životnost zařízení se třemi krystaly je určena hodnotou MTBF nejkratšího prvku. V tomto případě je přibližně stejná pro všechny tři p-n přechody. Výrobci udávají životnost prvků RGB 25 000-30 000 hodin. Tento údaj je však třeba brát s rezervou. Udávaná životnost odpovídá 3-4 letům nepřetržitého provozu. Je nepravděpodobné, že by některý výrobce prováděl zkoušky životnosti (a to i v různých tepelných a elektrických režimech) po tak dlouhou dobu. Během této doby se objevují nové technologie, testy je třeba začít znovu - a tak dále do nekonečna. Záruční doba je mnohem informativnější. Je to 10 000-15 000 hodin. Cokoli nad tento rámec je v lepším případě matematické modelování, v horším čistý marketing. Problémem je, že běžné levné LED diody obvykle nemají žádné informace o záruce výrobce. Můžete se však zaměřit na 10 000-15 000 hodin a mít na paměti přibližně stejnou částku. Kromě toho záleží na štěstí. A ještě jedna věc - životnost velmi závisí na tepelných podmínkách během provozu. Proto stejný prvek v různých podmínkách vydrží různě dlouho. Pro prodloužení životnosti LED je nutné věnovat pozornost odvodu tepla, nezanedbávat radiátory a vytvořit podmínky pro přirozenou cirkulaci vzduchu a v některých případech přistoupit k nucenému větrání.

Ale i zkrácená doba provozu je několik let (protože LED diody nebudou pracovat bez přestávek). Proto nástup tříbarevných LED diod umožňuje konstruktérům široce uplatnit polovodiče ve svých nápadech a inženýrům tyto nápady realizovat "v železe".