Característica RGB LED

A iluminação com mudança de cor parece espectacular. É utilizado para objectos publicitários, iluminação decorativa de objectos arquitectónicos, durante os vários espectáculos e eventos públicos. Uma forma de implementar tal iluminação é a utilização de LEDs tricolores.

O que é um RGB-LED

Os semicondutores emissores de luz convencionais têm uma única junção p-n num único pacote ou uma matriz de múltiplas junções idênticas (Tecnologia COB). Isto permite produzir uma única cor em qualquer altura, quer directamente a partir da recombinação dos portadores principais ou da luminescência secundária do fósforo. A segunda tecnologia deu aos criadores uma vasta gama de possibilidades para escolher a cor da luminescência, mas o dispositivo não pode alterar a cor da radiação durante o funcionamento.

O LED RGB contém três junções p-n numa caixa com diferentes cores de luminescência:

• Vermelho;
• verde;;
• Azul.

A abreviatura de nomes ingleses de cada cor e deu o nome deste tipo de LED.

Tipos de LED RGB

Os LED Tricolor pela forma como os cristais estão ligados dentro da caixa estão divididos em três tipos:

• com um ânodo comum (ter 4 pinos);
• Com um catódico comum (ter 4 pinos);
• com elementos separados (têm 6 pinos).

Tipos de versões de LEDs tricolores.

O desenho do LED depende de como o dispositivo é controlado.

De acordo com o tipo de lente, os LEDs podem ser:

• com uma lente transparente;
• com uma lente esmerilada.

Para elementos RGB com lente transparente, podem ser necessários difusores de luz adicionais para produzir cores mistas. Caso contrário, podem ser vistas cores individuais.

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Descrição detalhada das características e tipos de LEDs

 

Princípio de funcionamento

Os LEDs RGB funcionam com base no princípio da mistura de cores. Através de iluminação controlada de um, dois ou três elementos, é possível obter cores diferentes.

Paleta de mistura de cores discretas.

A troca dos cristais individualmente dá três cores correspondentes. A comutação em pares atinge a luminescência:

• as junções vermelho+verde p-n darão eventualmente uma cor amarela;
• Azul+verde dará turquesa;
• vermelho+azul produz púrpura.

A inclusão dos três elementos produz o branco.

Misturar cores em diferentes proporções é muito mais possível. Isto pode ser feito controlando separadamente a luminosidade de cada cristal. Para tal, a corrente que flui através dos LEDs deve ser ajustada individualmente.

Mistura de palete de cores em diferentes proporções

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Concepção e função de um LED

 

Diagrama de controlo e ligação de LED RGB

Os RGB-LEDs são controlados da mesma forma que os LEDs convencionais - aplicando uma tensão catódico-anódica directa e gerando uma corrente através de uma junção p-n. Portanto, é necessário ligar o elemento tricolor à fonte de alimentação através de resistências de lastro - cada cristal através da sua própria resistência. Para calcular Isto pode ser calculado através da corrente nominal do elemento e da tensão de funcionamento.

Mesmo quando combinados no mesmo recinto, cristais diferentes podem ter parâmetros diferentes, pelo que não devem ser ligados em paralelo.

As características típicas de um dispositivo tricolor de baixa potência com um diâmetro de 5 mm são mostradas na tabela abaixo.

É óbvio que o cristal vermelho tem uma voltagem directa duas vezes mais baixa do que os outros dois. A ligação dos elementos em paralelo resultará num brilho diferente ou na falha de uma ou todas as junções p-n.

A ligação constante a uma fonte de alimentação não permite explorar todo o potencial da célula RGB. No modo estático, um dispositivo tricolor actua apenas como um dispositivo monocromático, e custa consideravelmente mais do que um LED convencional. Portanto, muito mais interessante é o modo dinâmico, onde a cor do brilho pode ser controlada. Isto é implementado por meio de um microcontrolador. As suas saídas na maioria dos casos fornecem uma corrente de saída de 20 mA, mas esta tem de ser verificada na folha de dados de cada vez. Ligar o LED às portas de saída com uma resistência limitadora de corrente. Variante de compromisso ao fornecer o chip de 5 V - 220 Ohm de resistência.

Ligação de elementos RGB a saídas de microcontroladores.

Os elementos com cátodos comuns são controlados através do envio de unidade lógica à saída, com ânodos comuns - zero lógico. É fácil alterar a polaridade do sinal de controlo através de software. Os LEDs com saídas separadas podem ser ligar a e pode ser controlado de qualquer forma.

Se as saídas do microcontrolador não forem dimensionadas para a corrente nominal do LED, os LED devem ser ligados através de comutadores transistorizados.

Ligação LED através de comutadores transístores.

Nestes circuitos, ambos os tipos de LED são acesos aplicando um nível positivo às entradas chave.

Tem sido mencionado que o brilho é controlado alterando a corrente através do elemento emissor de luz. Os pinos digitais do microcontrolador não podem controlar directamente a corrente porque têm dois estados - alto (correspondente à tensão de alimentação) e baixo (correspondente à tensão zero). Não existem posições intermédias, pelo que são utilizadas outras formas de regular a corrente. Por exemplo, o método de modulação de largura de pulso (PWM) de modulação do sinal de controlo. A ideia é que o LED não é fornecido com uma tensão constante, mas sim com impulsos de uma certa frequência. O microcontrolador de acordo com o programa altera o rácio de pulso e pausa. Isto altera a tensão média e a corrente média através do LED enquanto a amplitude da tensão permanece inalterada.

Princípio do controlo da tensão média e da corrente usando PWM.

Existem controladores especializados que são concebidos especificamente para controlar a iluminação dos LED tricolores. Estes são vendidos como dispositivos prontos a usar. Utilizam também o método PWM.

Controlador industrial para gestão de cores.

Pinout

LED pinout com ânodo ou cátodo comum.

Se um novo LED não soldado estiver presente, a atribuição do pino pode ser determinada visualmente. Para qualquer tipo de ligação (ânodo comum ou cátodo comum), o chumbo ligado aos três elementos tem o comprimento mais longo. Se virar a caixa de modo a que a perna mais longa fique do lado esquerdo, o chumbo "vermelho" fica do lado esquerdo e o chumbo "verde" fica do lado direito primeiro, depois o chumbo "azul". Se o LED já estivesse em uso, os seus pinos podem ter sido encurtados arbitrariamente e terá de recorrer a outros métodos para determinar o pinout:

1. É possível determinar o fio comum utilizando um um multímetro. Mudar o dispositivo para o modo de teste de díodos e ligar os terminais do dispositivo ao pino comum assumido e a qualquer outro pino, depois inverter a polaridade (como num teste normal de junção de semicondutores). Se o chumbo comum assumido estiver correcto, o testador mostrará uma resistência infinita numa direcção e resistência finita na outra direcção (o valor exacto depende do tipo de LED). Se em ambos os casos a visualização do testador mostrar um sinal de quebra, então o chumbo está errado e é necessário repetir o teste com a outra perna. Pode acontecer que a tensão de teste do multímetro seja suficiente para acender o cristal. Neste caso pode ainda verificar se a atribuição do pino está correcta pela cor do brilho da junção p-n.
2. Outra forma é aplicar poder ao pino comum assumido e a qualquer outra perna do LED. Se o ponto comum for correctamente seleccionado, pode verificá-lo verificando o brilho do cristal.

Importante! Ao testar com uma fonte de alimentação deve elevar a tensão suavemente de zero e não exceder 3,5-4V. Se não estiver disponível nenhuma fonte regulada, o LED pode ser ligado à saída de tensão contínua através de uma resistência limitadora de corrente.

Com LEDs com saídas separadas, a atribuição dos pinos resume-se a descobrir a polaridade e a disposição dos cristais por cor. Isto também pode ser feito usando os métodos listados.

É útil para rever:

Prós e contras dos LEDs RGB

Os LED RGB têm todas as vantagens dos elementos emissores de luz semicondutora. São de baixo custo, alta eficiência energética, longa duração, etc. Uma vantagem distintiva dos LED tricolor é a possibilidade de obter quase qualquer sombra de luz de uma forma simples e a baixo custo, bem como a mudança de cor ao longo do tempo.

A principal desvantagem dos LED RGB é a incapacidade de produzir cor branca pura, misturando as três cores. Isto exigiria sete tons (como exemplo, o arco-íris - as suas sete cores são o resultado do processo inverso: a decomposição da luz visível nos seus componentes). Isto impõe restrições à utilização de luminárias tricolores como elementos de iluminação. Para compensar um pouco esta característica desagradável, o princípio RGBW é utilizado na criação de tiras de LED. Para cada LED tricolor é instalado um elemento de brilho branco (devido ao fósforo). Mas o custo de um dispositivo de iluminação deste tipo aumenta acentuadamente. Existem também LEDs RGBW. Têm quatro cristais instalados no corpo - três para as cores originais, o quarto - para produzir luz branca, que emite luz através do fósforo.

Diagrama de cablagem para a versão RGBW com contacto adicional.

Vida útil

A vida útil de um dispositivo de três cristais é determinada pelo MTBF do elemento mais curto. Neste caso, é aproximadamente o mesmo para os três cruzamentos p-n. Os fabricantes reivindicam uma vida útil de 25.000-30.000 horas para os elementos RGB. Mas este número deve ser tomado com cautela. A duração de vida reivindicada é equivalente a 3-4 anos de funcionamento contínuo. É improvável que qualquer fabricante tenha realizado testes de vida (e mesmo em vários modos térmicos e eléctricos) durante um período de tempo tão longo. Durante este tempo, surgem novas tecnologias, os testes têm de ser recomeçados - e assim por diante até ao infinito. O período de garantia é muito mais informativo. São 10.000-15.000 horas. Qualquer coisa para além disso é na melhor das hipóteses modelação matemática, na pior das hipóteses marketing puro. O problema é que os LED comuns baratos geralmente não têm informação de garantia do fabricante. Mas pode apontar durante 10.000-15.000 horas e ter em mente aproximadamente a mesma quantidade. Para além disso, tudo se resume à sorte. Mais uma coisa - a vida útil depende muito das condições térmicas durante o funcionamento. Portanto, o mesmo elemento em condições diferentes durará um período de tempo diferente. Para prolongar a vida útil dos LED é necessário prestar atenção à dissipação de calor, não negligenciar os radiadores e criar condições para a circulação natural do ar, e em alguns casos recorrer à ventilação forçada.

Mas mesmo a escala temporal reduzida é de alguns anos de operação (porque os LEDs não funcionarão sem pausas). Portanto, o advento dos LED tricolores permite aos designers aplicarem amplamente os semicondutores nas suas ideias, e aos engenheiros implementarem estas ideias "em ferro".