RGB LED-funktion

Den färgskiftande belysningen är spektakulär. Den används för reklamobjekt, dekorativ belysning av arkitektoniska objekt, under olika shower och offentliga evenemang. Ett sätt att genomföra sådan belysning är att använda trefärgs-LED:er.

Vad är en RGB-LED?

Konventionella ljusemitterande halvledare har en enda p-n-övergång i en enda förpackning eller en matris av flera identiska övergångar (COB-teknik). Detta gör att en enda färg kan produceras vid varje given tidpunkt, antingen direkt från rekombinationen av huvudbärarna eller från fosforens sekundära luminescens. Den andra tekniken har gett utvecklarna ett stort antal möjligheter att välja färg på luminescensen, men apparaten kan inte ändra strålningens färg under drift.

RGB LED innehåller tre p-n-junkter i ett hölje med olika ljusfärger:

• Röd;
• grön;;
• Blå.

Förkortningen av de engelska namnen för varje färg och gav namnet på denna typ av lysdioder.

RGB LED-typer

Tricolor LED-lampor är indelade i tre olika typer beroende på hur kristallerna är anslutna inuti höljet:

• med en gemensam anod (har 4 stift);
• Med en gemensam katod (har 4 stift);
• med separata element (har 6 stift).

Typer av versioner av trikolor-LED:er.

Lysdiodens utformning beror på hur enheten styrs.

Enligt typen av lins kan lysdioderna vara:

• med en genomskinlig lins;
• med en frostad lins.

För RGB-element med en genomskinlig lins kan det krävas ytterligare ljusspridare för att producera blandade färger. I annat fall kan man se enskilda färger.

Läs också

Detaljerad beskrivning av egenskaper och typer av lysdioder

 

Principen för drift

RGB-lysdioderna fungerar enligt principen om färgblandning. Genom kontrollerad belysning av en, två eller tre element kan olika färger uppnås.

Diskret färgblandningspalett.

Om kristallerna byts ut individuellt ger det tre motsvarande färger. Genom att växla parvis uppnås luminescens:

• röda+gröna p-n-övergångar kommer så småningom att ge en gul färg;
• Blått+grönt ger turkos;
• rött+blått ger lila.

Om alla tre beståndsdelarna ingår, blir det vitt.

Det är mycket lättare att blanda färger i olika proportioner. Detta kan göras genom att separat styra ljusstyrkan för varje kristall. För att göra detta måste strömmen som flyter genom lysdioderna justeras individuellt.

Blandning av en palett av färger i olika proportioner

Läs också

Design och funktion av en lysdiod

 

RGB LED-styrning och anslutningsschema

RGB-ljusdioder styrs på samma sätt som konventionella lysdioder - genom att applicera en direkt spänning mellan anod och katod och skapa en ström genom p-n-övergången. Därför är det nödvändigt att ansluta det trefärgade elementet till strömförsörjningen via förkopplingsmotstånd - varje kristall via sitt eget motstånd. För att beräkna Detta kan beräknas med hjälp av elementets nominella ström och driftsspänningen.

Även om de kombineras i samma hölje kan olika kristaller ha olika parametrar, så de får inte kopplas parallellt.

Typiska egenskaper för en trikoloranordning med låg effekt och en diameter på 5 mm visas i tabellen nedan.

Det är uppenbart att den röda kristallen har en dubbelt så låg likspänning som de andra två. Om elementen kopplas parallellt kommer det att leda till olika ljusstyrka eller till att en eller alla p-n-övergångar går sönder.

Konstant anslutning till en strömförsörjning gör det inte möjligt att utnyttja RGB-cellens fulla potential. I statiskt läge fungerar en trefärgad lampa bara som en monokrom lampa och kostar betydligt mer än en vanlig lysdiod. Därför är det dynamiska läget mycket mer intressant, där man kan styra färgen på glöden. Detta genomförs med hjälp av en mikrokontroller. Dess utgångar ger i de flesta fall en utgångsström på 20 mA, men detta måste kontrolleras i databladet varje gång. Anslut lysdioden till utgångsportarna med ett strömbegränsningsmotstånd. Kompromissvariant när chipet matas från 5 V - 220 Ohm motstånd.

Anslutning av RGB-element till mikrokontrollerarutgångar.

Element med gemensamma katoder styrs genom att skicka logikenhet till utgången, med gemensamma anoder - logisk nolla. Det är enkelt att ändra styrsignalens polaritet via programvara. Lysdioder med separata utgångar kan vara ansluta till och kan kontrolleras på något sätt.

Om mikrokontrollerutgångarna inte är dimensionerade för lysdiodernas nominella ström måste lysdioderna anslutas via transistorbrytare.

LED-anslutning via transistorbrytare.

I dessa kretsar tänds båda typerna av lysdioder genom att applicera en positiv nivå på tangentingångarna.

Det har nämnts att ljusstyrkan styrs genom att ändra strömmen genom det ljusalstrande elementet. Mikrokontrollerns digitala stift kan inte direkt styra strömmen eftersom de har två tillstånd - hög (motsvarar matningsspänningen) och låg (motsvarar noll spänning). Det finns inga mellanlägen, så andra sätt att reglera strömmen används. Till exempel PWM-metoden (Pulse Width Modulation) för modulation av styrsignaler. Tanken är att lysdioden inte förses med en konstant spänning, utan med pulser med en viss frekvens. Mikrokontrollern ändrar enligt programmet förhållandet mellan puls och paus. Detta ändrar medelspänningen och medelströmmen genom lysdioden medan spänningsamplituden förblir oförändrad.

Principen för reglering av medelspänning och ström med hjälp av PWM.

Det finns specialiserade styrenheter som är särskilt utformade för att styra belysningen av trefärgade lysdioder och som säljs som standardutrustning. De använder också PWM-metoden.

Industriell styrenhet för färghantering.

Pinout

LED-pinnuttag med gemensam anod eller katod.

Om det finns en ny, olödd lysdiod kan stifttilldelningen fastställas visuellt. För båda typerna av anslutning (gemensam anod eller gemensam katod) har den ledning som är ansluten till alla tre elementen den längsta längden. Om du vänder huset så att det längsta benet är på vänster sida, är den "röda" ledningen på vänster sida och den "gröna" ledningen på höger sida först, sedan den "blå" ledningen. Om lysdioden redan har använts kan dess stift ha förkortats godtyckligt och du måste använda andra metoder för att bestämma stiftutformningen:

1. Det är möjligt att bestämma den gemensamma ledningen med hjälp av en en multimeter. Koppla enheten till diodtestläget och anslut enhetens terminaler till den förmodade gemensamma pinnen och till någon annan pinne, och vänd sedan polariteten (som i ett normalt halvledartest av en halvledarjunktion). Om den antagna gemensamma ledningen är korrekt kommer testaren att visa oändligt motstånd i ena riktningen och ändligt motstånd i andra riktningen (det exakta värdet beror på LED-typen). Om testaren i båda fallen visar en brottsignal på displayen, är ledningen felaktig och det är nödvändigt att upprepa testet med det andra benet. Det kan hända att multimeterets testspänning är tillräcklig för att antända kristallen. I det här fallet kan du dessutom kontrollera om stifttilldelningen är korrekt genom färgen på p-n-övergångens glöd.
2. Ett annat sätt är att sätta ström på den förmodade gemensamma pinnen och någon annan del av lysdioden. Om den gemensamma punkten är korrekt vald kan du kontrollera detta genom att kontrollera kristallens glöd.

Viktigt! När du testar med ett nätaggregat måste du höja spänningen jämnt från noll och får inte överstiga 3,5-4 V. Om ingen reglerad källa finns tillgänglig kan lysdioden anslutas till likspänningsutgången via ett strömbegränsningsmotstånd.

Med lysdioder med separata utgångar är stifttilldelningen följande ta reda på polariteten och kristallernas placering efter färg. Detta kan också göras med hjälp av de angivna metoderna.

Det är bra att bekanta sig med dem:

För- och nackdelar med RGB-ljusdioder

RGB-lysdioder har alla fördelar med halvledarelement som avger ljus. De är billiga, har hög energieffektivitet, lång livslängd osv. En särskild fördel med trefärgade lysdioder är möjligheten att på ett enkelt sätt och till en låg kostnad få fram nästan vilken ljusskugga som helst, samt att färgen ändras med tiden.

Den största nackdelen med RGB-ljusdioder är att de inte kan producera en ren vit färg genom att blanda de tre färgerna. Detta skulle kräva sju nyanser (som exempel kan nämnas regnbågen - dess sju färger är resultatet av den omvända processen: det synliga ljusets sönderdelning i sina beståndsdelar). Detta innebär begränsningar för användningen av trefärgsarmaturer som belysningselement. För att kompensera något för denna obehagliga egenskap används RGBW-principen för att skapa LED-remsor. För varje trefärgad lysdiod installeras ett element med vitt sken (på grund av fosforen). Men kostnaden för en sådan belysningsanordning ökar markant. Det finns också RGBW-ljusdioder. De har fyra kristaller installerade i kroppen - tre för de ursprungliga färgerna, den fjärde - för att producera vitt ljus, den sänder ut ljus genom fosforen.

Kopplingsschema för RGBW-versionen med extra kontakt.

Livslängd

Livslängden för en anordning med tre kristaller bestäms av MTBF för det kortaste elementet. I det här fallet är den ungefär densamma för alla tre p-n-övergångarna. Tillverkare hävdar att RGB-elementen har en livslängd på 25 000-30 000 timmar. Denna siffra bör dock tas med försiktighet. Den påstådda livslängden motsvarar 3-4 års kontinuerlig drift. Det är osannolikt att någon tillverkare har genomfört livslängdstester (även i olika termiska och elektriska lägen) under en så lång tidsperiod. Under denna tid dyker det upp ny teknik, testerna måste börja om från början och så vidare i all oändlighet. Garantiperioden är mycket mer informativ. Den är 10 000-15 000 timmar. Allt annat är i bästa fall matematisk modellering, i värsta fall ren marknadsföring. Problemet är att de vanliga billiga lysdioderna vanligtvis inte har någon information om tillverkarens garanti. Men du kan sikta på 10 000-15 000 timmar och ha ungefär samma summa i åtanke. Utöver det är allt en fråga om tur. En sak till - livslängden beror i hög grad på de termiska förhållandena under drift. Därför kommer samma element under olika förhållanden att hålla olika länge. För att förlänga livslängden för LED-lampor måste man vara uppmärksam på värmeavledning, inte försumma radiatorer och skapa förutsättningar för naturlig luftcirkulation, och i vissa fall måste man tillgripa tvångsventilation.

Men även den reducerade tidsskalan är några års drift (eftersom lysdioder inte fungerar utan pauser). Därför gör tillkomsten av trefärgade lysdioder det möjligt för designers att använda halvledare i stor utsträckning i sina idéer och för ingenjörer att genomföra dessa idéer "i järn".