RGB LED-funktion

Den farveskiftende belysning ser spektakulær ud. Det bruges til reklameobjekter, dekorativ belysning af arkitektoniske objekter, under forskellige shows og offentlige arrangementer. En måde at gennemføre en sådan belysning på er brugen af trefarvede lysdioder.

Hvad er en RGB-LED

Konventionelle lysemitterende halvledere har et enkelt p-n-forbindelsespunkt i en enkelt pakke eller en matrix af flere identiske forbindelsespunkter (COB-teknologi). Dette gør det muligt at frembringe en enkelt farve på et givet tidspunkt, enten direkte fra rekombinationen af de vigtigste ladninger eller fra fosforens sekundære luminescens. Den anden teknologi har givet udviklerne en bred vifte af muligheder for at vælge farven på luminescens, men apparatet kan ikke ændre farven på strålingen under drift.

RGB LED indeholder tre p-n-forbindelser i ét hus med forskellige farver af lysning:

• Rød;
• grøn;;
• Blå.

Forkortelsen af de engelske navne for hver farve og gav navnet på denne type LED.

RGB LED-typer

Tricolor LED'er er opdelt i tre typer efter den måde, hvorpå krystallerne er forbundet inde i huset:

• med en fælles anode (har 4 stifter);
• Med en fælles katode (har 4 stifter);
• med separate elementer (har 6 stifter).

Typer af versioner af tricolour LED'er.

LED'ens udformning afhænger af, hvordan enheden styres.

Alt efter linsetype kan lysdioderne være:

• med en gennemsigtig linse;
• med en matteret linse.

For RGB-elementer med en gennemsigtig linse kan det være nødvendigt med ekstra lysdiffusorer for at opnå blandede farver. Ellers kan man se de enkelte farver.

Læs også

Detaljeret beskrivelse af egenskaber og typer af lysdioder

 

Princippet for drift

RGB-lysdioderne fungerer efter princippet om farveblanding. Ved kontrolleret belysning af et, to eller tre elementer kan man opnå forskellige farver.

Diskret farveblandingspalette.

Hvis du skifter krystallerne enkeltvis, får du tre tilsvarende farver. Ved at skifte parvis opnås luminescens:

• røde+grønne p-n-forbindelser vil i sidste ende give en gul farve;
• blå+grøn vil give turkis;
• rød+blå giver lilla.

Ved at inddrage alle tre elementer opnås hvidt.

Det er langt mere muligt at blande farver i forskellige proportioner. Dette kan gøres ved at regulere lysstyrken for hvert enkelt krystal separat. For at gøre dette skal den strøm, der strømmer gennem lysdioderne, justeres individuelt.

Blanding af en palet af farver i forskellige forhold

Læs også

Design og funktion af en LED

 

RGB LED-styring og tilslutningsdiagram

RGB-LED'er styres på samme måde som konventionelle LED'er - ved at anvende en direkte anode-katode-spænding og generere en strøm gennem et p-n-forbindelsesled. Derfor er det nødvendigt at forbinde det trefarvede element til strømforsyningen via ballastmodstande - hvert krystal via sin egen modstand. Til beregning af Dette kan beregnes ved hjælp af elementets nominelle strøm og driftsspændingen.

Selv når de kombineres i samme kabinet, kan de forskellige krystaller have forskellige parametre, så de må ikke parallelforbindes.

Typiske egenskaber for en trikolore enhed med lav effekt og en diameter på 5 mm er vist i nedenstående tabel.

Det er tydeligt, at den røde krystal har en dobbelt så lav spænding som de to andre. Hvis elementerne forbindes parallelt, vil det resultere i forskellig lysstyrke eller i svigt af en eller alle p-n-forbindelser.

Konstant tilslutning til en strømforsyning gør det ikke muligt at udnytte RGB-cellens fulde potentiale. I statisk tilstand fungerer en trefarvet enhed blot som en monokrom enhed, og den koster betydeligt mere end en konventionel LED. Derfor er den dynamiske tilstand, hvor farven på gløden kan styres, meget mere interessant. Dette gennemføres ved hjælp af en mikrocontroller. Dens udgange giver i de fleste tilfælde en udgangsstrøm på 20 mA, men dette skal kontrolleres i databladet hver gang. Tilslut LED'en til udgangsportene med en strømbegrænsende modstand. Kompromisvariant ved forsyning af chippen fra 5 V - 220 Ohm modstand.

Tilslutning af RGB-elementer til mikrocontrollerudgange.

Elementer med fælles katoder styres ved at sende logisk enhed til udgangen, med fælles anoder - logisk nul. Det er nemt at ændre styresignalets polaritet via software. LED'er med separate udgange kan være forbinde til og kan styres på enhver måde.

Hvis mikrocontrollerudgangene ikke er dimensioneret til LED'ens nominelle strømstyrke, skal LED'erne tilsluttes via transistorkontakter.

LED-tilslutning via transistorkontakter.

I disse kredsløb tændes begge typer lysdioder ved at anvende et positivt niveau på tastindgangene.

Det er blevet nævnt, at lysstyrken styres ved at ændre strømmen gennem det lysemitterende element. De digitale pins på mikrocontrolleren kan ikke direkte styre strømmen, fordi de har to tilstande - høj (svarende til forsyningsspændingen) og lav (svarende til nulspænding). Der er ingen mellempositioner, så der anvendes andre måder at regulere strømmen på. For eksempel PWM-metoden (Pulse Width Modulation) til modulation af styresignalet. Ideen er, at LED'en ikke forsynes med en konstant spænding, men med impulser med en vis frekvens. Mikrocontrolleren ændrer i henhold til programmet forholdet mellem puls og pause. Dette ændrer den gennemsnitlige spænding og den gennemsnitlige strøm gennem LED'en, mens spændingsamplituden forbliver uændret.

Princippet for styring af gennemsnitsspænding og strøm ved hjælp af PWM.

Der findes specialiserede controllere, der er udviklet specielt til at styre belysningen af tricolour LED'er. Disse sælges som standardprodukter. De anvender også PWM-metoden.

Industriel controller til farvestyring.

Pinout

LED-pinout med fælles anode eller katode.

Hvis der er en ny, ulodet LED, kan pin-belegningen bestemmes visuelt. For begge typer forbindelser (fælles anode eller fælles katode) har den ledning, der er forbundet til alle tre elementer, den længste længde. Hvis du vender huset, så det længste ben er på venstre side, er den "røde" ledning på venstre side og den "grønne" ledning først på højre side og derefter den "blå" ledning på højre side. Hvis LED'en allerede var i brug, kan dens pins være blevet afkortet vilkårligt, og du må ty til andre metoder for at finde frem til pinoutet:

1. Det er muligt at bestemme den fælles ledning ved hjælp af en et multimeter. Skift enheden til diode-testtilstand, og forbind enhedens terminaler til den formodede fælles pin og til en hvilken som helst anden pin, og vend derefter polariteten om (som i en normal halvlederforbindelsestest). Hvis den formodede fælles ledning er korrekt, vil testeren vise uendelig modstand i den ene retning og finite modstand i den anden retning (den nøjagtige værdi afhænger af LED-typen). Hvis testerens display i begge tilfælde viser et brud-signal, er ledningen forkert, og det er nødvendigt at gentage testen med det andet ben. Det kan ske, at multimeterets testspænding er tilstrækkelig til at antænde krystallen. I dette tilfælde kan du desuden kontrollere, om pin-tilknytningen er korrekt, ved at se på farven på p-n-forbindelsens glød.
2. En anden måde er at sætte strøm til den formodede fælles pin og ethvert andet ben på LED'en. Hvis det fælles punkt er valgt korrekt, kan du kontrollere det ved at se på krystallets glød.

Vigtigt! Når du tester med en strømforsyning, skal du hæve spændingen jævnt fra nul og må ikke overstige 3,5-4 V. Hvis der ikke er en reguleret kilde til rådighed, kan LED'en tilsluttes til jævnspændingsudgangen via en strømbegrænsende modstand.

Med lysdioder med separate udgange er pin-belægningen følgende finde ud af polariteten og krystallernes placering efter farve. Dette kan også gøres ved hjælp af de anførte metoder.

Det er nyttigt at gøre sig bekendt med dem:

Fordele og ulemper ved RGB-lysdioder

RGB-LED'er har alle fordelene ved halvlederlysemitterende elementer. De er billige, har høj energieffektivitet, lang levetid osv. En særlig fordel ved trefarvede LED'er er muligheden for at opnå næsten alle lysnuancer på en enkel måde og til en lav pris samt farveskiftet over tid.

Den største ulempe ved RGB-lysdioder er, at de ikke kan producere ren hvid farve ved at blande de tre farver. Dette ville kræve syv nuancer (som eksempel kan nævnes regnbuen - dens syv farver er resultatet af den omvendte proces: nedbrydningen af det synlige lys i dets bestanddele). Dette medfører begrænsninger for brugen af trefarvede armaturer som belysningselementer. For at kompensere lidt for denne ubehagelige egenskab anvendes RGBW-princippet ved fremstilling af LED-strips. For hver trefarvet LED er der installeret et element af hvidt lys (på grund af fosforen). Men omkostningerne ved en sådan lygte stiger markant. Der er også RGBW LED'er. De har fire krystaller installeret i kroppen - tre for de oprindelige farver, den fjerde - for at producere hvidt lys, den udsender lys gennem fosforen.

Ledningsdiagram for RGBW-version med ekstra kontakt.

Levetid

Levetiden for en enhed med tre krystaller bestemmes af MTBF for det korteste element. I dette tilfælde er den omtrent den samme for alle tre p-n-forbindelser. Producenterne hævder en levetid på 25.000-30.000 timer for RGB-elementer. Men dette tal skal tages med forbehold. Den påståede levetid svarer til 3-4 års kontinuerlig drift. Det er usandsynligt, at nogen producent har gennemført levetidstests (og endda i forskellige termiske og elektriske tilstande) i så lang tid. I løbet af denne periode opstår der nye teknologier, og testene skal startes forfra - og så videre i det uendelige. Garantiperioden er meget mere informativ. Den er 10.000-15.000 timer. Alt andet er i bedste fald matematisk modellering og i værste fald ren markedsføring. Problemet er, at de almindelige billige LED'er normalt ikke har nogen oplysninger om producentens garanti. Men du kan sigte efter 10.000-15.000 timer og holde dig nogenlunde det samme beløb i tankerne. Ud over det er det alt sammen en spørgsmål om held. En ting mere - levetiden afhænger i høj grad af de termiske forhold under drift. Derfor vil det samme element under forskellige forhold vare forskelligt længe. For at forlænge LED's levetid er det nødvendigt at være opmærksom på varmeafledning, ikke at forsømme radiatorer og skabe betingelser for naturlig luftcirkulation og i nogle tilfælde at ty til tvungen ventilation.

Men selv den reducerede tidshorisont er et par års drift (fordi lysdioder ikke fungerer uden pauser). Derfor giver fremkomsten af trefarvede lysdioder designere mulighed for at bruge halvledere i vid udstrækning i deres idéer og ingeniører for at gennemføre disse idéer "i jern".