RGB LED funkció

A színváltós megvilágítás látványosnak tűnik. Reklámtárgyakhoz, építészeti tárgyak díszvilágításához, különböző bemutatók és nyilvános rendezvények során használják. Az ilyen megvilágítás megvalósításának egyik módja a három színű LED-ek használata.

Mi az RGB-LED

A hagyományos fénykibocsátó félvezetők egyetlen p-n átmenetet tartalmaznak egyetlen csomagban, vagy több azonos átmenetből álló mátrixot (COB technológia). Ez lehetővé teszi, hogy egy adott időpontban egyetlen színt lehessen előállítani, vagy közvetlenül a fő hordozók rekombinációjából, vagy a foszfor másodlagos lumineszcenciájából. A második technológia a fejlesztők számára a lumineszcencia színének megválasztására széleskörű lehetőséget biztosított, de a készülék működés közben nem tudja megváltoztatni a sugárzás színét.

Az RGB LED három p-n átmenetet tartalmaz egy házban, különböző színű lumineszcenciával:

• Piros;
• zöld;;
• Kék.

Az egyes színek angol nevének rövidítése és adta az ilyen típusú LED nevét.

RGB LED típusok

A tricolor LED-ek a kristályok összekapcsolásának módja szerint a tok belsejében három típusra oszthatók:

• közös anóddal (4 tűvel rendelkeznek);
• Közös katóddal (4 tűvel rendelkezik);
• különálló elemekkel (6 tűvel rendelkeznek).

A háromszínű LED-ek változatainak típusai.

A LED kialakítása attól függ, hogyan vezérlik a készüléket.

A lencse típusától függően a LED-ek lehetnek:

• átlátszó lencsével;
• matt lencsével.

Az átlátszó lencsével ellátott RGB-elemek esetében további fényszórókra lehet szükség a kevert színek előállításához. Egyébként az egyes színek láthatók.

Olvassa el továbbá

A LED-ek jellemzőinek és típusainak részletes leírása

 

Működési elv

Az RGB LED-ek a színkeverés elvén működnek. Egy, két vagy három elem szabályozott megvilágításával különböző színeket lehet elérni.

Diszkrét színkeverési paletta.

A kristályok egyenkénti kapcsolása három megfelelő színt eredményez. A páros kapcsolás lumineszcenciát eredményez:

• a piros+zöld p-n csomópontok végül sárga színt adnak;
• A kék+zöld türkizkéket eredményez;
• piros+kék lilát eredményez.

Mindhárom elem bevonásával fehér színt kapunk.

A színek különböző arányú keverése sokkal inkább lehetséges. Ez úgy érhető el, hogy az egyes kristályok fényerejét külön-külön szabályozza. Ehhez a LED-eken átfolyó áramot külön-külön kell beállítani.

Színpaletta keverése különböző arányokban

Olvassa el továbbá

A LED kialakítása és működése

 

RGB LED vezérlés és csatlakozási diagram

Az RGB-LED-ek vezérlése ugyanúgy történik, mint a hagyományos LED-eké - közvetlen anód-katód feszültség alkalmazásával és a p-n átmenetben áramot generálva. Ezért a tricolor elemet ballasztellenállásokon keresztül kell a tápegységhez csatlakoztatni - minden kristályt a saját ellenállásán keresztül. A számításhoz Ez kiszámítható az elem névleges áramával és az üzemi feszültséggel.

A különböző kristályok paraméterei még ugyanabban a házban kombinálva is eltérőek lehetnek, ezért nem szabad őket párhuzamosan csatlakoztatni.

Egy 5 mm átmérőjű, kis teljesítményű, háromszínű eszköz tipikus jellemzői az alábbi táblázatban láthatók.

Nyilvánvaló, hogy a piros kristály egyenfeszültsége kétszer olyan alacsony, mint a másik kettőé. Az elemek párhuzamos csatlakoztatása eltérő fényerősséget vagy egy vagy az összes p-n-összeköttetés meghibásodását eredményezi.

A tápegységhez való állandó csatlakoztatás nem teszi lehetővé az RGB-cella teljes potenciáljának kihasználását. Statikus üzemmódban a háromszínű eszköz csupán monokróm eszközként működik, és jóval többe kerül, mint egy hagyományos LED. Ezért sokkal érdekesebb a dinamikus üzemmód, ahol az izzás színe szabályozható. Ezt egy mikrokontrollerrel valósítják meg. Kimenetei a legtöbb esetben 20 mA kimeneti áramot biztosítanak, de ezt minden alkalommal ellenőrizni kell az adatlapon. A LED-et egy áramkorlátozó ellenállással kell a kimeneti portokhoz csatlakoztatni. Kompromisszumos változat a chip 5 V - 220 Ohm ellenállásról történő táplálásakor.

RGB elemek csatlakoztatása a mikrokontroller kimeneteihez.

A közös katódokkal rendelkező elemeket a logikai egység kimenetre küldésével vezérlik, a közös anódokkal rendelkező elemeket - logikai nulla. A vezérlőjel polaritása könnyen megváltoztatható a szoftver segítségével. A külön kimenettel rendelkező LED-ek csatlakozni és bármilyen módon ellenőrizhető.

Ha a mikrokontroller kimenetei nincsenek méretezve a LED névleges áramára, a LED-eket tranzisztoros kapcsolókon keresztül kell csatlakoztatni.

LED-kapcsolás tranzisztoros kapcsolókon keresztül.

Ezekben az áramkörökben mindkét LED-típus világít, ha a billentyűbemenetekre pozitív szintet kapcsolunk.

Megemlítésre került, hogy a fényerő a fénykibocsátó elemen átfolyó áram változtatásával szabályozható. A mikrokontroller digitális csapjai nem tudják közvetlenül vezérelni az áramot, mivel két állapotuk van - magas (a tápfeszültségnek megfelelő) és alacsony (nulla feszültségnek megfelelő). Nincsenek köztes pozíciók, ezért az áram szabályozásának más módjait használják. Például a vezérlőjel-moduláció impulzusszélesség-modulációs (PWM) módszere. Az ötlet lényege, hogy a LED-et nem állandó feszültséggel, hanem bizonyos frekvenciájú impulzusokkal táplálják. A mikrokontroller a program szerint változtatja az impulzus és a szünet arányát. Ez megváltoztatja az átlagos feszültséget és a LED-en átfolyó átlagos áramot, miközben a feszültség amplitúdója változatlan marad.

Az átlagos feszültség- és áramszabályozás elve PWM segítségével.

Léteznek speciális vezérlők, amelyeket kifejezetten a háromszínű LED-ek megvilágításának vezérlésére terveztek. Ezeket a készletről beszerezhető eszközökként árulják. Ők is a PWM-módszert használják.

Ipari vezérlő a színkezeléshez.

Pinout

LED pinout közös anóddal vagy katóddal.

Ha egy új, forrasztás nélküli LED van jelen, akkor a csatlakozócsapok hozzárendelése vizuálisan meghatározható. Mindkét kapcsolási típus (közös anód vagy közös katód) esetén a mindhárom elemhez csatlakoztatott vezeték a leghosszabb. Ha úgy fordítja el a házát, hogy a leghosszabb láb a bal oldalon legyen, akkor a "piros" vezeték a bal oldalon van, a "zöld" vezeték pedig először a jobb oldalon, majd a "kék" vezeték. Ha a LED már használatban volt, előfordulhat, hogy a csapjait önkényesen lerövidítették, és más módszereket kell alkalmaznia a pinout meghatározásához:

1. A közös vezeték meghatározására lehetőség van egy multiméter. Kapcsolja az eszközt diódateszt üzemmódba, és csatlakoztassa az eszköz csatlakozóit a feltételezett közös tűhöz és bármely más tűhöz, majd fordítsa meg a polaritást (mint egy normál félvezető-csomópont tesztnél). Ha a feltételezett közös vezeték helyes, a tesztelő az egyik irányban végtelen, a másik irányban pedig véges ellenállást mutat (a pontos érték a LED típusától függ). Ha mindkét esetben a tesztelő kijelzője törésjelzést mutat, akkor a vezeték rossz, és meg kell ismételni a tesztet a másik lábával. Előfordulhat, hogy a multiméter tesztfeszültsége elegendő a kristály meggyújtásához. Ebben az esetben a p-n-csomópont izzásának színe alapján is ellenőrizheti, hogy a csatlakozócsapok hozzárendelése helyes-e.
2. Egy másik lehetőség az, hogy a feltételezett közös csapra és a LED bármely más lábára áramot ad. Ha a közös pont helyesen van kiválasztva, akkor ezt a kristály izzását figyelve ellenőrizheti.

Fontos! Tápegységgel történő teszteléskor a feszültséget a nulláról egyenletesen kell emelni, és nem szabad meghaladni a 3,5-4V-ot. Ha nem áll rendelkezésre szabályozott forrás, a LED egy áramkorlátozó ellenálláson keresztül csatlakoztatható az egyenfeszültség kimenethez.

A külön kimenettel rendelkező LED-ek esetében a pinkiosztás a következőképpen alakul a polaritás megállapítása és a kristályok szín szerinti elrendezése. Ez a felsorolt módszerekkel is elvégezhető.

Hasznos a felülvizsgálat:

Az RGB LED-ek előnyei és hátrányai

Az RGB LED-ek a félvezető fénykibocsátó elemek minden előnyével rendelkeznek. Ezek alacsony költségűek, nagy energiahatékonyságúak, hosszú élettartamúak stb. A háromszínű LED-ek megkülönböztető előnye, hogy szinte bármilyen árnyalatú fényt lehet egyszerűen és alacsony költséggel előállítani, valamint hogy a szín idővel változik.

Az RGB LED-ek fő hátránya, hogy a három szín keverésével nem lehet tiszta fehér színt előállítani. Ehhez hét árnyalatra lenne szükség (példaként a szivárvány - hét színe a fordított folyamat eredménye: a látható fény összetevőire bomlása). Ez korlátozza a három színű lámpatestek világítóelemként való használatát. E kellemetlen tulajdonság némi kompenzálására a LED-csíkok készítésénél az RGBW elvet alkalmazzák. Minden háromszínű LED-hez egy fehér fényű elem tartozik (a foszfor miatt). Az ilyen világítóberendezés költsége azonban jelentősen megnő. Vannak RGBW LED-ek is. Négy kristály van beépítve a testbe - három az eredeti színekhez, a negyedik - a fehér fény előállításához, a foszforon keresztül bocsátja ki a fényt.

Kábelezési rajz RGBW változathoz további érintkezővel.

Élettartam

A háromkristályos eszköz élettartamát a legrövidebb elem MTBF-je határozza meg. Ebben az esetben ez megközelítőleg ugyanaz mindhárom p-n csomópont esetében. A gyártók 25 000-30 000 óra élettartamot ígérnek az RGB elemek számára. Ezt a számot azonban óvatosan kell kezelni. Az állítólagos élettartam 3-4 év folyamatos működésnek felel meg. Nem valószínű, hogy bármelyik gyártó ilyen hosszú ideig végzett élettartam-teszteket (még különböző termikus és elektromos üzemmódokban is). Ez idő alatt új technológiák jelennek meg, a teszteket újra kell kezdeni - és így tovább a végtelenségig. A jótállási időszak sokkal informatívabb. Ez 10 000-15 000 óra. Minden, ami ezen túlmutat, a legjobb esetben matematikai modellezés, a legrosszabb esetben pedig puszta marketing. A probléma az, hogy a közös olcsó LED-ek általában nem rendelkeznek a gyártó garanciális információival. De megcélozhatod a 10 000-15 000 órát, és nagyjából ugyanennyit tarthatsz szem előtt. Ezen túlmenően minden a szerencsén múlik. Még egy dolog - az élettartam nagyban függ a működés közbeni hőviszonyoktól. Ezért ugyanaz az elem különböző körülmények között különböző ideig tart. A LED-ek élettartamának meghosszabbítása érdekében figyelmet kell fordítani a hőelvezetésre, nem szabad elhanyagolni a radiátorokat, és meg kell teremteni a természetes légáramlás feltételeit, és bizonyos esetekben kényszerszellőztetésre is szükség van.

De még a csökkentett időskála is néhány éves működés (mert a LED-ek nem működnek szünetek nélkül). Ezért a háromszínű LED-ek megjelenése lehetővé teszi, hogy a tervezők széles körben alkalmazzák a félvezetőket ötleteikben, a mérnökök pedig "vasban" valósítsák meg ezeket az ötleteket.