Función LED RGB
La iluminación que cambia de color tiene un aspecto espectacular. Se utiliza para objetos publicitarios, iluminación decorativa de objetos arquitectónicos, durante los diversos espectáculos y eventos públicos. Una de las formas de implementar esta iluminación es el uso de LEDs de tres colores.
Qué es un LED RGB
Los semiconductores emisores de luz convencionales tienen una sola unión p-n en un solo paquete o una matriz de múltiples uniones idénticas (Tecnología COB). Esto permite que se produzca un solo color en cualquier momento, ya sea directamente de la recombinación de los portadores principales o de la luminiscencia secundaria del fósforo. La segunda tecnología ha dado a los desarrolladores una amplia gama de posibilidades para elegir el color de la luminiscencia, pero el dispositivo no puede cambiar el color de la radiación durante el funcionamiento.
El LED RGB contiene tres uniones p-n en una carcasa con diferentes colores de luminiscencia:
- Rojo;
- verde;;
- Azul.
La abreviatura de los nombres ingleses de cada color y dio el nombre de este tipo de LED.
Tipos de LEDs RGB
Los LEDs tricolores, por la forma en que los cristales están conectados dentro de la caja, se dividen en tres tipos:
- con un ánodo común (tienen 4 pines);
- Con un cátodo común (tienen 4 pines);
- con elementos separados (tienen 6 pines).
El diseño del LED depende de cómo se controla el dispositivo.
Según el tipo de lente, los LEDs pueden ser:
- con una lente transparente;
- con una lente esmerilada.
En el caso de los elementos RGB con lente transparente, pueden ser necesarios difusores de luz adicionales para producir colores mixtos. De lo contrario, se pueden ver los colores individuales.
Principio de funcionamiento
Los LEDs RGB funcionan según el principio de la mezcla de colores. Mediante la iluminación controlada de uno, dos o tres elementos, se pueden conseguir diferentes colores.
Al cambiar los cristales individualmente se obtienen los tres colores correspondientes. La conmutación por parejas consigue la luminiscencia:
- las uniones p-n rojo+verde acabarán dando un color amarillo;
- El azul+el verde dará el turquesa;
- rojo+azul produce el púrpura.
La inclusión de los tres elementos produce el blanco.
La mezcla de colores en diferentes proporciones es mucho más posible. Esto puede hacerse controlando por separado el brillo de cada cristal. Para ello, hay que ajustar individualmente la corriente que circula por los LEDs.
Diagrama de control y conexión de los LEDs RGB
Los LEDs RGB se controlan del mismo modo que los LEDs convencionales: aplicando una tensión directa ánodo-cátodo y generando una corriente a través de una unión p-n. Por lo tanto, es necesario conectar el elemento tricolor a la fuente de alimentación a través de resistencias de lastre - cada cristal a través de su propia resistencia. Para calcular Se puede calcular a través de la corriente nominal del elemento y la tensión de funcionamiento.
Aunque se combinen en la misma caja, los distintos cristales pueden tener parámetros diferentes, por lo que no deben conectarse en paralelo.
En la tabla siguiente se muestran las características típicas de un dispositivo tricolor de baja potencia con un diámetro de 5 mm.
| Rojo (R) | Verde (G) | Azul (B) | |
| Tensión directa máxima, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Corriente nominal, mA | 20 | 20 | 20 |
Es evidente que el cristal rojo tiene una tensión directa dos veces menor que los otros dos. Si se conectan los elementos en paralelo, se obtendrá una luminosidad diferente o el fallo de una o todas las uniones p-n.
La conexión constante a una fuente de alimentación no permite aprovechar todo el potencial de la célula RGB. En modo estático, un dispositivo tricolor se limita a actuar como un dispositivo monocromo, y cuesta bastante más que un LED convencional. Por ello, es mucho más interesante el modo dinámico, en el que se puede controlar el color del brillo. Esto se implementa mediante un microcontrolador. Sus salidas proporcionan en la mayoría de los casos una corriente de salida de 20 mA, pero hay que comprobarlo cada vez en la hoja de datos. El LED debe conectarse a los puertos de salida con una resistencia limitadora de corriente. Variante de compromiso al alimentar el chip desde 5 V - resistencia de 220 Ohm.
Los elementos con cátodos comunes se controlan enviando la unidad lógica a la salida, con ánodos comunes - cero lógico. Es fácil cambiar la polaridad de la señal de control a través del software. Los LEDs con salidas separadas pueden ser conectarse a y puede ser controlado de cualquier manera.
Si las salidas del microcontrolador no están dimensionadas para la corriente nominal del LED, los LED deben conectarse mediante interruptores de transistor.
En estos circuitos, ambos tipos de LED se encienden aplicando un nivel positivo a las entradas de las teclas.
Se ha mencionado que el brillo se controla cambiando la corriente a través del elemento emisor de luz. Los pines digitales del microcontrolador no pueden controlar directamente la corriente porque tienen dos estados: alto (correspondiente a la tensión de alimentación) y bajo (correspondiente a la tensión cero). No hay posiciones intermedias, por lo que se utilizan otras formas de regular la corriente. Por ejemplo, el método de modulación de ancho de pulso (PWM) de la señal de control. La idea es que el LED no se alimente con una tensión constante, sino con pulsos de cierta frecuencia. El microcontrolador, según el programa, cambia la proporción de pulso y pausa. Esto modifica la tensión media y la corriente media que atraviesa el LED, mientras que la amplitud de la tensión permanece inalterada.
Existen controladores especializados diseñados específicamente para controlar la iluminación de los LEDs tricolores, que se venden como dispositivos estándar. También utilizan el método PWM.
Pinout
Si hay un nuevo LED sin soldar, la asignación de pines puede determinarse visualmente. Para cualquiera de los dos tipos de conexión (ánodo común o cátodo común), el cable conectado a los tres elementos tiene la mayor longitud. Si giras la carcasa de forma que la pata más larga quede en el lado izquierdo, el cable "rojo" estará en la izquierda y el cable "verde" en el lado derecho primero, y luego el cable "azul". Si el LED ya estaba en uso, sus pines pueden haber sido acortados arbitrariamente y tendrás que recurrir a otros métodos para determinar el pinout:
- Es posible determinar el cable común utilizando un un multímetro. Ponga el dispositivo en el modo de prueba de diodos y conecte los terminales del dispositivo al supuesto pin común y a cualquier otro pin, luego invierta la polaridad (como en una prueba normal de unión de semiconductores). Si el cable común asumido es correcto, el comprobador mostrará una resistencia infinita en una dirección y una resistencia finita en la otra dirección (el valor exacto depende del tipo de LED). Si en ambos casos la pantalla del comprobador muestra una señal de rotura, entonces la salida es errónea y hay que repetir la prueba con el otro tramo. Puede ocurrir que la tensión de prueba del multímetro sea suficiente para encender el cristal. En este caso puede comprobar adicionalmente si la asignación de pines es correcta por el color del brillo de la unión p-n.
- Otra forma es aplicar energía al supuesto pin común y a cualquier otra pata del LED. Si el punto común está correctamente seleccionado, puedes comprobarlo mirando el brillo del cristal.
¡Importante! Cuando se pruebe con una fuente de alimentación hay que elevar la tensión suavemente desde cero y no superar los 3,5-4V. Si no se dispone de una fuente regulada, el LED puede conectarse a la salida de tensión continua mediante una resistencia limitadora de corriente.
Con los LEDs con salidas separadas, la asignación de pines se reduce a averiguar la polaridad y la disposición de los cristales por colores. Esto también se puede hacer utilizando los métodos enumerados.
Es útil familiarizarse con ellos:
Ventajas y desventajas de los LEDs RGB
Los LEDs RGB tienen todas las ventajas de los elementos emisores de luz semiconductores. Son de bajo coste, alta eficiencia energética, larga vida útil, etc. Una ventaja distintiva de los LEDs tricolores es la posibilidad de obtener casi cualquier tono de luz de forma sencilla y a bajo coste, así como el cambio de color con el tiempo.
La principal desventaja de los LEDs RGB es la imposibilidad de producir un color blanco puro mezclando los tres colores. Esto requeriría siete tonos (como ejemplo, el arco iris - sus siete colores son el resultado del proceso inverso: la descomposición de la luz visible en sus componentes). Esto impone restricciones al uso de luminarias tricolores como elementos de iluminación. Para compensar un poco esta desagradable característica, se utiliza el principio RGBW en la creación de tiras de LED. Por cada LED tricolor se instala un elemento de brillo blanco (debido al fósforo). Pero el coste de este dispositivo de iluminación aumenta notablemente. También hay LEDs RGBW. Tienen cuatro cristales instalados en el cuerpo - tres para los colores originales, el cuarto - para producir luz blanca, emite luz a través del fósforo.
Vida útil
La vida útil de un dispositivo de tres cristales viene determinada por el MTBF del elemento más corto. En este caso es aproximadamente la misma para las tres uniones p-n. Los fabricantes afirman que los elementos RGB tienen una vida útil de entre 25.000 y 30.000 horas. Pero esta cifra debe tomarse con precaución. La vida útil declarada equivale a 3-4 años de funcionamiento continuo. Es poco probable que algún fabricante haya realizado pruebas de vida útil (e incluso en varios modos térmicos y eléctricos) durante un periodo de tiempo tan largo. Durante este tiempo, aparecen nuevas tecnologías, hay que volver a empezar las pruebas, y así hasta el infinito. El periodo de garantía es mucho más informativo. Son entre 10.000 y 15.000 horas. Todo lo que vaya más allá es, en el mejor de los casos, modelización matemática, y en el peor, puro marketing. El problema es que los LED comunes y baratos no suelen tener información sobre la garantía del fabricante. Pero puedes apuntar a 10.000-15.000 horas y tener en cuenta más o menos la misma cantidad. Más allá de eso, todo depende de la suerte. Una cosa más: la vida útil depende en gran medida de las condiciones térmicas durante el funcionamiento. Por lo tanto, el mismo elemento en diferentes condiciones durará una cantidad de tiempo diferente. Para prolongar la vida útil de los LED es necesario prestar atención a la disipación del calor, no descuidar los radiadores y crear condiciones para la circulación natural del aire, y en algunos casos recurrir a la ventilación forzada.
Pero incluso la escala de tiempo reducida es de unos cuantos años de funcionamiento (porque los LED no funcionan sin pausas). Por tanto, la llegada de los LED tricolores permite a los diseñadores aplicar ampliamente los semiconductores en sus ideas, y a los ingenieros poner en práctica estas ideas "en hierro".
