RGB LED 仕様
色を変えるバックライトは壮観に見えます。さまざまなショーや公開イベントの際に、広告オブジェクト、建築オブジェクトの装飾照明に使用されます。このような照明を実装する 1 つの方法は、3 色の LED を使用することです。
RGB-LEDとは
従来の発光半導体デバイスは、1 つのパッケージ内に単一の p-n 接合、または複数の同一接合のマトリックス (COB技術）。これにより、基本キャリアの再結合から直接、または蛍光体の二次発光から、いつでも1色の発光が可能になります。 2番目の技術は、開発者にグローの色を選択するための幅広いオプションを提供しましたが、デバイスの動作中に放射線の色を変更することはできません.
RGB LED は 3 つの p-n 接合を 1 つのボディに含み、発光色が異なります。
- 赤;
- 緑（緑）;
- 青い。
各色の英語名の略語で、このタイプの LED の名前を付けました。
RGB LEDの種類
トリコロールLEDは、ボディ内部のクリスタルのつながり方により、3種類に分けられます。
- 共通陽極付き（4ピンあり）;
- コモンカソード付き（4ピンあり）;
- 個別の要素を使用します（6ピンあり）。
LED の設計によって異なりますが、デバイスの制御方法によって異なります。
レンズのタイプに応じた LED は次のとおりです。
- 透明レンズ付き。
- フロストレンズ付き。
混合色用の透明レンズを備えた RGB 要素の場合、追加の光ディフューザーが必要になる場合があります。そうしないと、個々のカラー コンポーネントが表示される場合があります。
動作原理
RGB LED の動作原理は、色の混合に基づいています。 1 つ、2 つ、または 3 つの要素の制御された点火により、さまざまな輝きが可能になります。
クリスタルを個別にオンにすると、対応する 3 つの色が表示されます。ペアごとに含めると、グローを実現できます。
- 赤 + 緑の p-n ジャンクションは最終的に黄色になります。
- 青+緑はターコイズになります。
- 赤+青で紫になります。
3 つの要素をすべて含めると、白が生成されます。
色を異なる割合で混合することで、より多くの可能性が与えられます。これは、各クリスタルの明るさを個別に制御することで実現できます。これを行うには、LED を流れる電流を個別に調整する必要があります。
RGB-LEDの制御と回路設計
従来の LED と同じ方法で RGB-LED を制御 - アノード - カソードに直流電圧を印加し、pn 接合を介して電流を生成します。したがって、バラスト抵抗を介してトリコロール要素を電源に接続する必要があります-各クリスタルは独自の抵抗を介します。 計算するには エレメントの定格電流と動作電圧から計算できます。
同じ筐体に組み合わせた場合でも、水晶が異なればパラメータも異なる場合があるため、並列接続はできません。
直径 5 mm の低電力 3 色デバイスの典型的な特性を表に示します。
| 赤(R) | 緑（G） | ブルー（B） | |
| 最大直流電圧、V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| 定格電流、ミリアンペア | 20 | 20 | 20 |
赤い水晶の直流電圧が他の 2 つの水晶の 2 倍であることは明らかです。要素を並列に接続すると、明るさが異なったり、1 つまたはすべての p-n ジャンクションの故障が発生したりします。
電源への常時接続では、RGB セルのすべての可能性を使用することはできません。静的モードでは、トリコロール デバイスはモノクロ デバイスの機能のみを実行しますが、通常の LED よりもはるかに高価です。したがって、より興味深いのは、グローの色を制御できるダイナミックモードです。これは、マイクロコントローラによって実装されます。ほとんどの場合、その出力は 20 mA の出力電流を提供しますが、これは毎回データシートで確認する必要があります。電流制限抵抗を使用して、LED を出力ポートに接続する必要があります。チップが 5V から電力を供給されている場合、妥協案は 220 オームの抵抗です。
カソードが共通の要素は、ロジック 1 を出力に供給し、アノードが共通 - ロジック 0 で制御されます。制御信号の極性はソフトウェアで簡単に変更できます。個別の出力を備えた LED は、 接続 好きなようにコントロールできます。
マイクロコントローラの出力が LED の定格電流用に設計されていない場合は、トランジスタ スイッチを介して LED を接続する必要があります。
これらの方式では、スイッチの入力に正のレベルを適用することにより、両方のタイプの LED が点灯します。
発光素子を流れる電流を変化させることによって明るさを制御すると述べた。マイクロコントローラのデジタルピンは、高 (電源電圧に対応) と低 (ゼロ電圧に対応) の 2 つの状態があるため、電流を直接制御することはできません。中間位置がないため、他の方法で電流を調整します。例えば、制御信号のパルス幅変調（PWM）方式。その本質は、LEDに一定の電圧が供給されるのではなく、特定の周波数のパルスが供給されることです。マイクロコントローラは、プログラムに従って、パルスと休止の比率を変更します。これにより、LED を流れる平均電圧と平均電流が変化しますが、電圧振幅は変化しません。
三色 LED の発光を制御するために特別に設計された特殊なコントローラーがあります。それらは既製のデバイスとして販売されています。また、PWM方式も採用しています。
ピン配列
はんだ付けされていない新しい LED がある場合、ピンの割り当ては視覚的に判断できます。いずれのタイプの接続 (コモン アノードまたはコモン カソード) でも、3 つの要素すべてに接続されたリードの長さが最も長くなります。一番長い脚が左側になるようにケースを回転させると、左側に「赤」のリード、右側に「緑」のリード、次に「青」のリードが配置されます。 LED が既に使用されている場合、そのピンは任意に短くされている可能性があり、ピン配置を決定するには他の方法に頼る必要があります。
- で共通線を決定できます マルチメーター.ダイオード テスト モードでデバイスのスイッチをオンにし、デバイスの端子を想定されるコモン レッグおよびその他のレッグに接続してから、接続の極性を逆にする必要があります (通常の半導体ジャンクション テストと同様)。想定される共通リードが正しく定義されている場合、(3 つの要素すべてが良好な状態である場合) テスターは、一方の方向に無限の抵抗を示し、他方の方向に有限の抵抗を示します (正確な値は LED のタイプによって異なります)。どちらの場合も、テスター ディスプレイに破損信号が表示される場合は、ピンが正しく選択されていないことを意味し、もう一方の脚でテストを繰り返す必要があります。マルチメータのテスト電圧が水晶を点火するのに十分な場合があります。この場合、ピンの割り当てが正しいかどうかを p-n ジャンクションのグロー カラーでさらに確認できます。
- もう 1 つの方法は、想定される共通ピンと LED のその他の脚に電力を供給することです。共通点が正しく選択されている場合は、結晶の輝きを見て確認できます。
重要！ 電源でテストする場合は、電圧をゼロからスムーズに上げ、3.5 ～ 4 V の値を超えないようにする必要があります。安定化された電源がない場合は、電流制限抵抗を介して LED を DC 電圧出力に接続できます。
個別のピンを備えた LED の場合、ピンの割り当ては次のようになります。 極性の明確化 色による結晶の配置。これは、上記の方法でも実行できます。
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RGB LED の長所と短所
RGB-LEDは、半導体発光素子のすべての利点を備えています。この低コスト、高エネルギー効率、長寿命など。3 色 LED の際立った利点は、ほとんどすべての色合いのグローを簡単な方法で低コストで生成できることと、ダイナミクスで色が変化することです。
RGB LED の主な欠点は、3 色を混ぜても純粋な白色を得られないことです。これには7つの色合いが必要です（例として、虹-その7つの色は逆のプロセスの結果です：可視光をその成分に分解します）。これにより、照明要素としての 3 色照明器具の使用が制限されます。この不快な機能をいくらか補うために、LED ストリップの作成に RGBW 原理が使用されます。各 3 色 LED には、白色光のエレメントが 1 つ取り付けられています (蛍光体による)。しかし、そのような照明装置のコストは著しく増加します。 RGBW版のLEDもあります。本体には4つのクリスタルが取り付けられています.3つは元の色用で、4つ目は白色光を生成するためのもので、蛍光体から光を放出します。
耐用年数
3 つの結晶のデバイスの寿命は、最も短い要素の MTBF によって決まります。この場合、3 つの p-n 接合すべてでほぼ同じです。メーカーは、RGB 要素の耐用年数を 25,000 ～ 30,000 時間と宣言しています。しかし、この数字は慎重に扱う必要があります。記載されている寿命は、連続使用で 3 ～ 4 年に相当します。これほど長い期間にわたって寿命試験を実施したメーカーはほとんどありません (熱的および電気的モードが異なる場合でも)。この間、新しいテクノロジーが登場し、テストを最初からやり直す必要があり、無限に続きます。操作の保証期間は、はるかに有益です。 10,000～15,000時間です。それを超えるものはせいぜい数学的モデリングであり、最悪の場合は裸のマーケティングです.問題は、一般的な安価な LED には通常、メーカーの保証に関する情報がないことです。しかし、10,000 ～ 15,000 時間を目標にして、ほぼ同じ量を心に留めておくことができます。あとは運に頼るしかありません。もう 1 つのポイント - 耐用年数は、動作中の熱モードに大きく依存します。したがって、同じ要素でも、条件が異なれば持続時間も異なります。 LED の寿命を延ばすには、放熱に注意を払い、ラジエーターを無視せず、自然な空気循環の条件を作成し、場合によっては強制換気に頼る必要があります。
ただし、短縮された時間でさえ、数年間の動作です (LED は一時停止なしでは動作しないため)。したがって、三色 LED の出現により、設計者は半導体デバイスを自分のアイデアに広く適用することができ、エンジニアはこれらのアイデアを「鉄に」実装することができます。
