Caratteristica del LED RGB

L'illuminazione che cambia colore è spettacolare. Viene utilizzato per oggetti pubblicitari, illuminazione decorativa di oggetti architettonici, durante i vari spettacoli ed eventi pubblici. Un modo per implementare tale illuminazione è l'uso di LED a tre colori.

Cos'è un LED RGB

I semiconduttori convenzionali ad emissione di luce hanno una singola giunzione p-n in un singolo pacchetto o una matrice di giunzioni multiple identiche (Tecnologia COB). Questo permette di produrre un solo colore in qualsiasi momento, direttamente dalla ricombinazione dei portatori principali o dalla luminescenza secondaria del fosforo. La seconda tecnologia ha dato agli sviluppatori una vasta gamma di possibilità per scegliere il colore della luminescenza, ma il dispositivo non può cambiare il colore della radiazione durante il funzionamento.

Il LED RGB contiene tre giunzioni p-n in un unico alloggiamento con diversi colori di luminescenza:

• Rosso;
• verde;;
• Blu.

L'abbreviazione dei nomi inglesi di ogni colore e ha dato il nome di questo tipo di LED.

Tipi di LED RGB

I LED tricolore per il modo in cui i cristalli sono collegati all'interno della cassa si dividono in tre tipi:

• con un anodo comune (hanno 4 pin);
• Con un catodo comune (hanno 4 pin);
• con elementi separati (hanno 6 pin).

Tipi di versioni di LED tricolore.

Il design del LED dipende da come viene controllato il dispositivo.

Secondo il tipo di lente, i LED possono essere:

• con una lente trasparente;
• con una lente smerigliata.

Per gli elementi RGB con una lente trasparente, possono essere necessari ulteriori diffusori di luce per produrre colori misti. Altrimenti si possono vedere i singoli colori.

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Descrizione dettagliata delle caratteristiche e dei tipi di LED

 

Principio di funzionamento

I LED RGB funzionano sul principio della miscelazione dei colori. Con l'illuminazione controllata di uno, due o tre elementi, si possono ottenere diversi colori.

Tavolozza di colori discreta.

Commutando i cristalli individualmente si ottengono tre colori corrispondenti. La commutazione a coppie ottiene la luminescenza:

• Le giunzioni p-n rosse+verdi daranno alla fine un colore giallo;
• Blu+verde darà il turchese;
• rosso+blu produce il viola.

L'inclusione di tutti e tre gli elementi produce il bianco.

Mescolare i colori in proporzioni diverse è molto più possibile. Questo può essere fatto controllando separatamente la luminosità di ogni cristallo. Per fare questo, la corrente che scorre attraverso i LED deve essere regolata individualmente.

Miscelazione di palette di colori in diversi rapporti

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Design e funzione di un LED

 

Diagramma di controllo e connessione dei LED RGB

I LED RGB sono controllati nello stesso modo dei LED convenzionali - applicando una tensione diretta anodo-catodo e generando una corrente attraverso una giunzione p-n. Pertanto, è necessario collegare l'elemento tricolore all'alimentazione tramite resistenze ballast - ogni cristallo tramite la propria resistenza. Per calcolare Questo può essere calcolato attraverso la corrente nominale dell'elemento e la tensione di funzionamento.

Anche se combinati nello stesso involucro, i diversi cristalli possono avere parametri diversi, quindi non devono essere collegati in parallelo.

Le caratteristiche tipiche di un dispositivo tricolore a bassa potenza con un diametro di 5 mm sono mostrate nella tabella sottostante.

È evidente che il cristallo rosso ha una tensione diretta due volte più bassa degli altri due. Collegando gli elementi in parallelo si otterrà una luminosità diversa o il fallimento di una o tutte le giunzioni p-n.

Il collegamento costante a un'alimentazione non permette di sfruttare tutto il potenziale della cella RGB. In modalità statica, un dispositivo tricolore si comporta semplicemente come un dispositivo monocromatico, e costa molto di più di un LED convenzionale. Quindi, molto più interessante è la modalità dinamica, dove il colore del bagliore può essere controllato. Questo è implementato per mezzo di un microcontrollore. Le sue uscite nella maggior parte dei casi forniscono una corrente di uscita di 20 mA, ma questo deve essere controllato ogni volta nel datasheet. Il LED dovrebbe essere collegato alle porte di uscita con una resistenza di limitazione della corrente. Variante di compromesso quando si alimenta il chip da 5 V - resistenza 220 Ohm.

Collegamento degli elementi RGB alle uscite del microcontrollore.

Gli elementi con catodi comuni sono controllati inviando unità logica all'uscita, con anodi comuni - logica zero. È facile cambiare la polarità del segnale di controllo via software. I LED con uscite separate possono essere connettersi a e può essere controllato in qualsiasi modo.

Se le uscite del microcontrollore non sono dimensionate per la corrente nominale del LED, i LED devono essere collegati tramite interruttori a transistor.

Collegamento dei LED tramite interruttori a transistor.

In questi circuiti entrambi i tipi di LED si accendono applicando un livello positivo agli ingressi dei tasti.

Si è detto che la luminosità è controllata cambiando la corrente attraverso l'elemento di emissione della luce. I pin digitali del microcontrollore non possono controllare direttamente la corrente perché hanno due stati - alto (corrispondente alla tensione di alimentazione) e basso (corrispondente alla tensione zero). Non ci sono posizioni intermedie, quindi si usano altri modi per regolare la corrente. Per esempio, il metodo PWM (Pulse Width Modulation) di modulazione del segnale di controllo. L'idea è che il LED non viene alimentato con una tensione costante, ma con impulsi di una certa frequenza. Il microcontrollore secondo il programma cambia il rapporto tra impulso e pausa. Questo cambia la tensione media e la corrente media attraverso il LED mentre l'ampiezza della tensione rimane invariata.

Principio del controllo della tensione media e della corrente tramite PWM.

Ci sono controller specializzati che sono progettati specificamente per controllare l'illuminazione dei LED tricolori. Questi sono venduti come dispositivi off-the-shelf. Usano anche il metodo PWM.

Controller industriale per la gestione del colore.

Pinout

Pinout del LED con anodo o catodo comune.

Se è presente un nuovo LED non saldato, l'assegnazione dei pin può essere determinata visivamente. Per entrambi i tipi di collegamento (anodo comune o catodo comune), il cavo collegato a tutti e tre gli elementi ha la lunghezza maggiore. Se girate l'alloggiamento in modo che la gamba più lunga sia sul lato sinistro, il cavo "rosso" è sulla sinistra e il cavo "verde" è sul lato destro prima, poi il cavo "blu". Se il LED era già in uso, i suoi pin potrebbero essere stati accorciati arbitrariamente e dovrete ricorrere ad altri metodi per determinare il pinout:

1. È possibile determinare il filo comune usando un un multimetro. Passare il dispositivo nella modalità di prova dei diodi e collegare i terminali del dispositivo al pin comune assunto e a qualsiasi altro pin, quindi invertire la polarità (come in un normale test di giunzione dei semiconduttori). Se il cavo comune presunto è corretto, il tester mostrerà una resistenza infinita in una direzione e una resistenza finita nell'altra direzione (il valore esatto dipende dal tipo di LED). Se in entrambi i casi il display del tester mostrerà un segnale di rottura, allora il cavo è sbagliato ed è necessario ripetere il test con l'altra gamba. Può succedere che la tensione di prova del multimetro sia sufficiente per accendere il cristallo. In questo caso potete anche controllare se l'assegnazione dei pin è corretta dal colore del bagliore della giunzione p-n.
2. Un altro modo è quello di applicare l'alimentazione al pin comune assunto e a qualsiasi altra gamba del LED. Se il punto comune è selezionato correttamente, potete verificarlo controllando il bagliore del cristallo.

Importante! Quando si effettua il test con un alimentatore, la tensione deve essere alzata dolcemente da zero e non superare i 3,5-4 V. Se non è disponibile una fonte regolata, il LED può essere collegato all'uscita della tensione CC tramite una resistenza di limitazione della corrente.

Con i LED con uscite separate, l'assegnazione dei pin si riduce a scoprire la polarità e la disposizione dei cristalli per colore. Questo può anche essere fatto usando i metodi elencati.

È utile rivedere:

Pro e contro dei LED RGB

I LED RGB hanno tutti i vantaggi degli elementi emettitori di luce a semiconduttore. Sono a basso costo, alta efficienza energetica, lunga durata ecc. Un vantaggio distintivo dei LED tricolori è la possibilità di ottenere quasi qualsiasi tonalità di luce in modo semplice e a basso costo, così come il cambiamento di colore nel tempo.

Lo svantaggio principale dei LED RGB è l'incapacità di produrre un colore bianco puro mescolando i tre colori. Questo richiederebbe sette sfumature (come esempio, l'arcobaleno - i suoi sette colori sono il risultato del processo inverso: la decomposizione della luce visibile nei suoi componenti). Questo impone restrizioni all'uso di apparecchi a tre colori come elementi di illuminazione. Per compensare un po' questa spiacevole caratteristica, il principio RGBW è utilizzato nella creazione di strisce LED. Per ogni LED tricolore è installato un elemento di bagliore bianco (dovuto al fosforo). Ma il costo di un tale dispositivo di illuminazione aumenta notevolmente. Ci sono anche LED RGBW. Hanno quattro cristalli installati nel corpo - tre per i colori originali, il quarto - per produrre luce bianca, emette luce attraverso il fosforo.

Schema di cablaggio per la versione RGBW con contatto supplementare.

Vita di servizio

La durata di un dispositivo a tre cristalli è determinata dal MTBF dell'elemento più corto. In questo caso è approssimativamente lo stesso per tutte e tre le giunzioni p-n. I produttori dichiarano una durata di vita di 25.000-30.000 ore per gli elementi RGB. Ma questa cifra deve essere presa con cautela. La durata di vita dichiarata è equivalente a 3-4 anni di funzionamento continuo. È improbabile che qualsiasi produttore abbia condotto prove di vita (e anche in varie modalità termiche ed elettriche) per un periodo di tempo così lungo. Durante questo periodo, appaiono nuove tecnologie, i test devono essere ricominciati da capo - e così via all'infinito. Il periodo di garanzia è molto più informativo. Si tratta di 10.000-15.000 ore. Tutto ciò che va oltre è nel migliore dei casi modellazione matematica, nel peggiore puro marketing. Il problema è che i comuni LED economici di solito non hanno informazioni sulla garanzia del produttore. Ma si può puntare a 10.000-15.000 ore e tenere circa la stessa quantità in mente. Al di là di questo, è tutta questione di fortuna. Un'altra cosa - la durata dipende molto dalle condizioni termiche durante il funzionamento. Pertanto, lo stesso elemento in condizioni diverse durerà un tempo diverso. Per prolungare la durata dei LED è necessario prestare attenzione alla dissipazione del calore, non trascurare i radiatori e creare le condizioni per la circolazione naturale dell'aria, e in alcuni casi ricorrere alla ventilazione forzata.

Ma anche i tempi ridotti sono alcuni anni di funzionamento (perché i LED non funzionano senza pause). Pertanto, l'avvento dei LED tricolori permette ai progettisti di utilizzare ampiamente i semiconduttori nelle loro idee, e agli ingegneri di implementare queste idee "in ferro".