RGB LED ominaisuus
Väriä vaihtava valaistus näyttää upealta. Sitä käytetään mainoskohteissa, arkkitehtonisten kohteiden koristevalaistuksessa, erilaisissa esityksissä ja yleisötapahtumissa. Yksi tapa toteuttaa tällainen valaistus on käyttää kolmivärisiä LED-valoja.
Mikä on RGB-LED
Tavanomaisissa valoa säteilevissä puolijohteissa on yksi p-n-liitos yhdessä pakkauksessa tai useiden samanlaisten liitosten matriisi (COB-tekniikka). Näin voidaan tuottaa aina vain yksi väri, joko suoraan pääkuljettajien rekombinaatiosta tai fosforin sekundaarisesta luminesenssista. Toinen tekniikka on antanut kehittäjille laajat mahdollisuudet valita luminesenssin väri, mutta laite ei voi muuttaa säteilyn väriä käytön aikana.
RGB-LED sisältää kolme p-n-liitäntää samassa kotelossa, joissa on eri värejä:
- Punainen;
- vihreä;;
- Sininen.
Kunkin värin englanninkielisten nimien lyhenne ja antoi tämän tyyppisen ledin nimen.
RGB LED-tyypit
Kolmiväriset LEDit on jaettu kolmeen tyyppiin sen mukaan, miten kiteet on kytketty kotelon sisälle:
- joilla on yhteinen anodi (4 nastaa);
- Yhteinen katodi (4 nastaa);
- erillisillä elementeillä (6 nastaa).
LEDin muotoilu riippuu siitä, miten laitetta ohjataan.
Linssityypin mukaan LEDit voivat olla:
- läpinäkyvällä linssillä;
- jossa on himmeä linssi.
Läpinäkyvällä linssillä varustetuissa RGB-elementeissä voidaan tarvita ylimääräisiä valonhajottajia sekavärien tuottamiseksi. Muuten yksittäiset värit näkyvät.
Toimintaperiaate
RGB-LEDit toimivat värien sekoittumisen periaatteella. Yhden, kahden tai kolmen elementin hallitulla valaistuksella voidaan saavuttaa erilaisia värejä.
Kiteiden vaihtaminen erikseen antaa kolme vastaavaa väriä. Pareittain vaihtamalla saavutetaan luminesenssi:
- punainen+vihreä p-n-liitokset antavat lopulta keltaisen värin;
- Sininen+vihreä antaa turkoosia;
- punainen+sininen tuottaa violettia.
Kaikkien kolmen elementin yhdistäminen tuottaa valkoista.
Värien sekoittaminen eri suhteissa on paljon helpompaa. Tämä voidaan tehdä säätämällä kunkin kiteen kirkkautta erikseen. Tätä varten LEDien läpi kulkevaa virtaa on säädettävä erikseen.
RGB LED -ohjaus ja liitäntäkaavio
RGB-LED-valoja ohjataan samalla tavalla kuin tavanomaisia LED-valoja - syöttämällä suora anodin ja katodin välinen jännite ja tuottamalla virta p-n-liitoksen kautta. Siksi on tarpeen liittää kolmivärinen elementti virtalähteeseen ballastivastusten kautta - kukin kide oman vastuksensa kautta. Laskeminen Tämä voidaan laskea elementin nimellisvirran ja käyttöjännitteen avulla.
Vaikka eri kiteet olisi yhdistetty samaan koteloon, niillä voi olla erilaiset parametrit, joten niitä ei saa kytkeä rinnakkain.
Jäljempänä olevassa taulukossa on esitetty tyypilliset ominaisuudet halkaisijaltaan 5 mm:n pienitehoiselle kolmivärilaitteelle.
| Punainen (R) | Vihreä (G) | Sininen (B) | |
| Suurin suora jännite, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Nimellisvirta, mA | 20 | 20 | 20 |
On selvää, että punaisen kiteen suora jännite on kaksi kertaa pienempi kuin kahden muun kiteen. Elementtien kytkeminen rinnakkain johtaa erilaisiin kirkkauksiin tai yhden tai kaikkien p-n-liitosten rikkoutumiseen.
Jatkuva kytkentä virtalähteeseen ei mahdollista RGB-kennon koko potentiaalin hyödyntämistä. Staattisessa tilassa kolmivärinen laite toimii vain yksivärisenä laitteena, ja se maksaa huomattavasti enemmän kuin perinteinen LED. Siksi paljon mielenkiintoisempi on dynaaminen tila, jossa hehkun väriä voidaan säätää. Tämä toteutetaan mikrokontrollerin avulla. Sen lähdöt antavat useimmissa tapauksissa 20 mA:n lähtövirran, mutta tämä on tarkistettava joka kerta tietolehdestä. Kytke LED lähtöportteihin virranrajoitusvastuksella. Kompromissivaihtoehto, kun siru syötetään 5 V:sta - 220 ohmin vastus.
Elementtejä, joilla on yhteiset katodit, ohjataan lähettämällä logiikkayksikkö lähtöön, yhteisillä anodeilla - logiikka nolla. Ohjaussignaalin napaisuus on helppo muuttaa ohjelmiston avulla. LEDit, joissa on erilliset lähdöt, voidaan yhteys ja niitä voidaan ohjata millä tahansa tavalla.
Jos mikrokontrollerin ulostuloja ei ole mitoitettu LEDin nimellisvirralle, LEDit on kytkettävä transistori-kytkimien kautta.
Näissä piireissä molemmat LED-tyypit syttyvät, kun näppäintuloihin kytketään positiivinen taso.
On mainittu, että kirkkautta säädetään muuttamalla valoa säteilevän elementin läpi kulkevaa virtaa. Mikrokontrollerin digitaaliset nastat eivät voi suoraan ohjata virtaa, koska niillä on kaksi tilaa - korkea (vastaa syöttöjännitettä) ja matala (vastaa nollajännitettä). Väliasentoja ei ole, joten virran säätöön käytetään muita tapoja. Esimerkiksi PWM-menetelmä (pulssinleveysmodulaatio) ohjaussignaalin moduloinnissa. Ajatuksena on, että LEDiin ei syötetä vakiojännitettä vaan tietyn taajuuden pulsseja. Mikrokontrolleri muuttaa ohjelman mukaan pulssin ja tauon suhdetta. Tämä muuttaa keskijännitettä ja keskivirtaa LEDin läpi, kun taas jännitteen amplitudi pysyy muuttumattomana.
On olemassa erikoisohjaimia, jotka on suunniteltu erityisesti kolmiväristen LED-valojen valaistuksen ohjaamiseen. Näitä myydään valmiiksi asennettuina laitteina. Ne käyttävät myös PWM-menetelmää.
Pinout
Jos kyseessä on uusi, juottamaton LED, nastojen jako voidaan määrittää silmämääräisesti. Kummassakin kytkentätyypissä (yhteinen anodi tai yhteinen katodi) kaikkiin kolmeen elementtiin kytketty johto on pisin. Jos käännät kotelon niin, että pisin jalka on vasemmalla puolella, "punainen" johto on vasemmalla ja "vihreä" johto on ensin oikealla puolella, sitten "sininen" johto. Jos LED oli jo käytössä, sen nastoja on saatettu lyhentää mielivaltaisesti, ja sinun on turvauduttava muihin menetelmiin nastoituksen määrittämiseksi:
- Yhteinen johdin on mahdollista määrittää käyttämällä apuna yleismittari. Kytke laite dioditestitilaan ja kytke laitteen liittimet oletettuun yhteiseen nastaan ja mihin tahansa muuhun nastaan ja käännä sitten napaisuus (kuten tavallisessa puolijohdeliitostestissä). Jos oletettu yhteinen johto on oikea, testeri näyttää ääretöntä resistanssia yhteen suuntaan ja äärellistä resistanssia toiseen suuntaan (tarkka arvo riippuu LED-tyypistä). Jos molemmissa tapauksissa testerin näytössä näkyy katkeamissignaali, johto on väärä ja testi on toistettava toisella jalalla. Saattaa käydä niin, että yleismittarin testijännite riittää sytyttämään kiteen. Tässä tapauksessa voit lisäksi tarkistaa p-n-liitoksen hehkun värin perusteella, onko nastojen määritys oikea.
- Toinen tapa on kytkeä virta oletettuun yhteiseen nastaan ja mihin tahansa muuhun LEDin jalkaan. Jos yhteinen piste on valittu oikein, voit varmistaa sen tarkastelemalla kiteen hehkua.
Tärkeää! Kun testaat virtalähteellä, jännitettä on nostettava tasaisesti nollasta eikä se saa ylittää 3,5-4 V. Jos säänneltyä lähdettä ei ole käytettävissä, LED voidaan kytkeä tasajännitelähtöön virranrajoitusvastuksen avulla.
Erillisillä lähdöillä varustetuissa LEDeissä nastojen jako on seuraava. napaisuuden selvittäminen ja kiteiden järjestäminen värin mukaan. Tämä voidaan tehdä myös luetelluilla menetelmillä.
On hyödyllistä tarkastella uudelleen:
RGB-LEDien hyvät ja huonot puolet
RGB-LEDeissä on kaikki puolijohdevaloa lähettävien elementtien edut. Ne ovat edullisia, energiatehokkaita, pitkäikäisiä jne. Kolmiväristen LED-valojen erityisenä etuna on mahdollisuus saada lähes mikä tahansa valon sävy yksinkertaisella tavalla ja edullisesti sekä värin muuttuminen ajan myötä.
RGB-LEDien suurin haittapuoli on se, että kolmea väriä sekoittamalla ei voida tuottaa puhdasta valkoista väriä. Tämä edellyttäisi seitsemää värisävyä (esimerkkinä sateenkaari - sen seitsemän väriä ovat seurausta käänteisestä prosessista: näkyvän valon hajoamisesta sen osiin). Tämä asettaa rajoituksia kolmiväristen valaisimien käytölle valaisimina. Tämän epämiellyttävän ominaisuuden kompensoimiseksi käytetään RGBW-periaatetta LED-nauhojen luomisessa. Jokaista kolmiväristä LED-valoa kohden on asennettu yksi valkoista hehkua tuottava elementti (fosforin ansiosta). Tällaisen valaistuslaitteen kustannukset nousevat kuitenkin huomattavasti. Myös RGBW-ledit. Runkoon on asennettu neljä kristallia - kolme alkuperäisiä värejä varten, neljäs tuottaa valkoista valoa, ja se säteilee valoa fosforin kautta.
Käyttöikä
Kolmikiteisen laitteen käyttöikä määräytyy lyhimmän elementin MTBF:n mukaan. Tässä tapauksessa se on suunnilleen sama kaikille kolmelle p-n-liitokselle. Valmistajat ilmoittavat RGB-elementtien käyttöiäksi 25 000-30 000 tuntia. Tähän lukuun on kuitenkin suhtauduttava varauksella. Väitetty käyttöikä vastaa 3-4 vuoden jatkuvaa käyttöä. On epätodennäköistä, että yksikään valmistaja olisi tehnyt käyttöikätestejä (ja vieläpä eri lämpö- ja sähkötiloissa) näin pitkän ajanjakson ajan. Tänä aikana ilmestyy uutta teknologiaa, testit on aloitettava alusta - ja niin edelleen loputtomiin. Takuuaika on paljon informatiivisempi. Se on 10 000-15 000 tuntia. Kaikki muu on parhaimmillaan matemaattista mallintamista, pahimmillaan puhdasta markkinointia. Ongelmana on, että tavallisissa edullisissa LED-valaisimissa ei yleensä ole valmistajan takuutietoja. Voit kuitenkin pyrkiä 10 000-15 000 tuntiin ja pitää mielessäsi suunnilleen saman määrän. Sen lisäksi kaikki on kiinni tuurista. Vielä yksi asia - käyttöikä riippuu hyvin paljon käytönaikaisista lämpöolosuhteista. Näin ollen sama elementti kestää eri olosuhteissa eri ajan. LED-valaisimien käyttöiän pidentämiseksi on kiinnitettävä huomiota lämmöntuottoon, huolehdittava lämpöpattereista ja luotava olosuhteet luonnolliselle ilmankierrolle ja joissakin tapauksissa turvauduttava koneelliseen ilmanvaihtoon.
Mutta jopa lyhennetty aikataulu on muutaman vuoden toiminta-aika (koska ledit eivät toimi ilman taukoja). Siksi kolmiväristen LEDien tulo antaa suunnittelijoille mahdollisuuden käyttää puolijohteita laajasti ideoissaan ja insinööreille mahdollisuuden toteuttaa nämä ideat "rautana".
