Funkcia RGB LED
Osvetlenie meniace farbu vyzerá veľkolepo. Používa sa na reklamné objekty, dekoratívne osvetlenie architektonických objektov, počas rôznych výstav a verejných podujatí. Jedným zo spôsobov realizácie takéhoto osvetlenia je použitie trojfarebných LED diód.
Čo je RGB-LED
Bežné polovodiče vyžarujúce svetlo majú jeden p-n prechod v jednom obale alebo maticu viacerých rovnakých prechodov (Technológia COB). To umožňuje, aby sa v danom čase vytvorila jediná farba, a to buď priamo rekombináciou hlavných nosičov, alebo sekundárnou luminiscenciou luminoforu. Druhá technológia poskytla vývojárom široké možnosti výberu farby luminiscencie, ale zariadenie nemôže meniť farbu žiarenia počas prevádzky.
RGB LED obsahuje tri p-n prechody v jednom puzdre s rôznymi farbami svietenia:
- Červená farba;
- zelená;;
- Modrá farba.
Skratka anglických názvov jednotlivých farieb a názov tohto typu LED.
Typy RGB LED
Trojfarebné LED diódy sa podľa spôsobu zapojenia kryštálov vo vnútri puzdra delia na tri typy:
- so spoločnou anódou (majú 4 kolíky);
- So spoločnou katódou (majú 4 kolíky);
- so samostatnými prvkami (majú 6 pinov).
Konštrukcia LED závisí od spôsobu ovládania zariadenia.
Podľa typu šošovky môžu byť LED diódy:
- s priehľadnou šošovkou;
- s matnou šošovkou.
V prípade prvkov RGB s priehľadnou šošovkou môžu byť na vytvorenie zmiešaných farieb potrebné ďalšie difúzory svetla. V opačnom prípade je možné vidieť jednotlivé farby.
Princíp fungovania
LED diódy RGB fungujú na princípe miešania farieb. Riadeným osvetlením jedného, dvoch alebo troch prvkov možno dosiahnuť rôzne farby.
Jednotlivým prepínaním kryštálov získate tri zodpovedajúce farby. Prepínaním v pároch sa dosiahne luminiscencia:
- červené+zelené p-n spoje nakoniec dajú žltú farbu;
- Modrá + zelená dajú tyrkysovú;
- červená + modrá vytvára fialovú.
Zapojením všetkých troch prvkov vzniká biela farba.
Miešanie farieb v rôznych pomeroch je oveľa jednoduchšie. To sa dá dosiahnuť samostatným ovládaním jasu každého kryštálu. Na tento účel je potrebné individuálne nastaviť prúd pretekajúci LED diódami.
Schéma ovládania a pripojenia RGB LED
RGB-LED sa riadia rovnakým spôsobom ako bežné LED - privádzaním priameho napätia anóda-katóda a generovaním prúdu cez p-n prechod. Preto je potrebné pripojiť trojfarebný prvok k napájaciemu zdroju prostredníctvom predradníkových rezistorov - každý kryštál prostredníctvom vlastného rezistora. Výpočet Túto hodnotu možno vypočítať pomocou menovitého prúdu prvku a prevádzkového napätia.
Aj v prípade kombinácie v tom istom kryte môžu mať rôzne kryštály odlišné parametre, preto sa nesmú spájať paralelne.
Typické charakteristiky trojfarebného zariadenia s nízkym výkonom a priemerom 5 mm sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.
| Červená (R) | Zelená (G) | Modrá (B) | |
| Maximálne priame napätie, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Menovitý prúd, mA | 20 | 20 | 20 |
Je zrejmé, že červený kryštál má dvakrát nižšie priame napätie ako ostatné dva. Paralelné zapojenie prvkov bude mať za následok rozdielny jas alebo poruchu jedného alebo všetkých p-n prechodov.
Neustále pripojenie k napájaciemu zdroju neumožňuje využiť plný potenciál článku RGB. V statickom režime funguje trojfarebné zariadenie len ako monochromatické zariadenie a stojí podstatne viac ako bežná LED. Preto je oveľa zaujímavejší dynamický režim, v ktorom možno ovládať farbu žiary. To sa realizuje pomocou mikrokontroléra. Jeho výstupy vo väčšine prípadov poskytujú výstupný prúd 20 mA, ale to je potrebné vždy skontrolovať v technickom liste. Pripojte LED k výstupným portom pomocou rezistora obmedzujúceho prúd. Kompromisný variant pri napájaní čipu z 5 V - odpor 220 Ohmov.
Prvky so spoločnými katódami sú riadené vyslaním logickej jednotky na výstup, so spoločnými anódami - logickou nulou. Polaritu riadiaceho signálu je možné ľahko zmeniť pomocou softvéru. LED diódy so samostatnými výstupmi môžu byť pripojiť sa k a je možné ich ovládať akýmkoľvek spôsobom.
Ak výstupy mikrokontroléra nie sú dimenzované na menovitý prúd LED, musia byť LED pripojené cez tranzistorové spínače.
V týchto obvodoch sa oba typy LED rozsvietia privedením kladnej úrovne na vstupy kľúča.
Bolo spomenuté, že jas sa riadi zmenou prúdu prechádzajúceho svetelným prvkom. Digitálne piny mikrokontroléra nemôžu priamo riadiť prúd, pretože majú dva stavy - vysoký (zodpovedajúci napájaciemu napätiu) a nízky (zodpovedajúci nulovému napätiu). Neexistujú žiadne medzipolohy, preto sa používajú iné spôsoby regulácie prúdu. Napríklad metóda modulácie riadiaceho signálu pomocou pulzno-šírkovej modulácie (PWM). Ide o to, že LED dióda nie je napájaná konštantným napätím, ale impulzmi s určitou frekvenciou. Mikrokontrolér podľa programu mení pomer impulzov a pauzy. Tým sa zmení priemerné napätie a priemerný prúd cez LED diódu, pričom amplitúda napätia zostane nezmenená.
Existujú špecializované regulátory, ktoré sú navrhnuté špeciálne na riadenie osvetlenia trojfarebných LED diód. Tieto sa predávajú ako hotové zariadenia. Používajú tiež metódu PWM.
Rozmiestnenie vývodov
Ak je prítomná nová, nespájkovaná LED dióda, priradenie pinov možno určiť vizuálne. Pri oboch typoch zapojenia (spoločná anóda alebo spoločná katóda) má vodič pripojený ku všetkým trom prvkom najväčšiu dĺžku. Ak otočíte puzdro tak, aby najdlhšia noha bola na ľavej strane, "červený" vodič bude na ľavej strane a "zelený" vodič bude najprv na pravej strane, potom "modrý" vodič. Ak sa LED dióda už používala, jej piny mohli byť svojvoľne skrátené a na určenie vývodov budete musieť použiť iné metódy:
- Spoločný vodič je možné určiť pomocou multimeter. Prepnite zariadenie do režimu testu diódy a pripojte svorky zariadenia k predpokladanému spoločnému kolíku a k ľubovoľnému inému kolíku, potom obráťte polaritu (ako pri bežnom teste polovodičového prechodu). Ak je predpokladané spoločné vedenie správne, tester bude ukazovať nekonečný odpor v jednom smere a konečný odpor v druhom smere (presná hodnota závisí od typu LED). Ak sa v oboch prípadoch na displeji testera zobrazí signál prerušenia, potom je vedenie nesprávne a test je potrebné zopakovať s druhou nohou. Môže sa stať, že testovacie napätie multimetra je dostatočné na zapálenie kryštálu. V tomto prípade môžete navyše skontrolovať, či je priradenie pinov správne, podľa farby žiarenia p-n prechodu.
- Ďalším spôsobom je pripojenie napájania na predpokladaný spoločný kolík a na ľubovoľnú inú nohu LED. Ak je spoločný bod zvolený správne, môžete si to overiť kontrolou žiary kryštálu.
Dôležité! Pri testovaní s napájacím zdrojom musíte napätie zvyšovať plynulo od nuly a nesmie prekročiť 3,5-4 V. Ak nie je k dispozícii regulovaný zdroj, LED dióda môže byť pripojená k výstupu jednosmerného napätia prostredníctvom rezistora obmedzujúceho prúd.
Pri LED diódach so samostatnými výstupmi je priradenie pinov nasledovné zistenie polarity a usporiadanie kryštálov podľa farieb. To je možné vykonať aj pomocou uvedených metód.
Je užitočné skontrolovať:
Výhody a nevýhody RGB LED diód
LED diódy RGB majú všetky výhody polovodičových prvkov vyžarujúcich svetlo. Vyznačujú sa nízkymi nákladmi, vysokou energetickou účinnosťou, dlhou životnosťou atď. Výraznou výhodou trojfarebných LED je možnosť získať takmer akýkoľvek odtieň svetla jednoduchým spôsobom a za nízku cenu, ako aj zmena farby v priebehu času.
Hlavnou nevýhodou RGB LED je nemožnosť vytvoriť čistú bielu farbu zmiešaním troch farieb. To by si vyžadovalo sedem odtieňov (ako príklad možno uviesť dúhu - jej sedem farieb je výsledkom opačného procesu: rozkladu viditeľného svetla na jeho zložky). Z toho vyplývajú obmedzenia pri používaní trojfarebných svietidiel ako osvetľovacích prvkov. Na určitú kompenzáciu tejto nepríjemnej vlastnosti sa pri vytváraní LED pásikov používa princíp RGBW. Na každú trojfarebnú LED diódu je nainštalovaný jeden prvok bieleho svietenia (vďaka luminoforu). Náklady na takéto osvetľovacie zariadenie sa však výrazne zvyšujú. K dispozícii sú aj LED diódy RGBW. V tele majú nainštalované štyri kryštály - tri pre pôvodné farby, štvrtý - na výrobu bieleho svetla, vyžaruje svetlo cez luminofor.
Životnosť
Životnosť trojkryštálového zariadenia je určená hodnotou MTBF najkratšieho prvku. V tomto prípade je približne rovnaká pre všetky tri p-n prechody. Výrobcovia uvádzajú životnosť prvkov RGB 25 000 - 30 000 hodín. Tento údaj však treba brať s rezervou. Deklarovaná životnosť zodpovedá 3 až 4 rokom nepretržitej prevádzky. Je nepravdepodobné, že by niektorý výrobca vykonal testy životnosti (a to aj v rôznych tepelných a elektrických režimoch) počas takého dlhého obdobia. Počas tohto obdobia sa objavujú nové technológie, testy sa musia začať odznova - a tak ďalej do nekonečna. Záručná doba je oveľa informatívnejšia. Je to 10 000 až 15 000 hodín. Čokoľvek nad tento rámec je v lepšom prípade matematické modelovanie, v horšom prípade čistý marketing. Problémom je, že na bežných lacných LED diódach zvyčajne nie sú uvedené žiadne informácie o záruke výrobcu. Môžete sa však zamerať na 10 000-15 000 hodín a mať na pamäti približne rovnakú sumu. Okrem toho záleží na šťastí. A ešte jedna vec - životnosť veľmi závisí od tepelných podmienok počas prevádzky. Preto ten istý prvok v rôznych podmienkach vydrží rôzne dlho. Na predĺženie životnosti LED je potrebné venovať pozornosť odvodu tepla, nezanedbávať radiátory a vytvoriť podmienky pre prirodzenú cirkuláciu vzduchu a v niektorých prípadoch pristúpiť k nútenému vetraniu.
Ale aj skrátené časové obdobie predstavuje niekoľko rokov prevádzky (pretože LED diódy nebudú fungovať bez prestávky). Preto nástup trojfarebných LED diód umožňuje konštruktérom vo veľkej miere uplatniť polovodiče vo svojich nápadoch a inžinierom realizovať tieto nápady "v železe".
