Charakteristika RGB LED

Podsvícení, které mění svou barvu, vypadá velkolepě. Používá se pro reklamní předměty, dekorativní osvětlení architektonických objektů, při různých přehlídkách a veřejných akcích. Jedním ze způsobů implementace takového podsvícení je použití tříbarevných LED diod.

Co je RGB LED

Obyčejná polovodičová zařízení vyzařující světlo mají jeden p-n přechod v jednom pouzdře, nebo jsou maticí několika stejných přechodů (COB technologie). To umožňuje získat v každém okamžiku jednu barvu záře – přímo z rekombinace hlavních nosičů nebo ze sekundární záře fosforu. Druhá technologie poskytla vývojářům bohaté možnosti při výběru barvy záře, ale zařízení nemůže během provozu měnit barvu záření.

RGB LED obsahuje tři p-n přechody s různými barvami záře v jednom balení:

• červená (Červená);
• zelená (Green);
• modrý.

Zkratka anglických názvů jednotlivých barev dala název tomuto typu LED.

Typy RGB diod

Tříbarevné LED diody jsou rozděleny do tří typů podle způsobu připojení krystalů uvnitř pouzdra:

• se společnou anodou (mají 4 výstupy);
• se společnou katodou (mají 4 výstupy);
• se samostatnými prvky (mají 6 závěrů).

Typy provedení tříbarevných LED.

Způsob ovládání zařízení závisí na verzi LED.

Podle typu objektivu jsou LED:

• s průhlednou čočkou;
• s matnou čočkou.

Čiré čočky RGB prvky mohou vyžadovat další difuzory světla k dosažení smíšených odstínů. V opačném případě mohou být viditelné jednotlivé barevné složky.

Přečtěte si také

Podrobný popis vlastností a typů LED diod

 

Princip činnosti

Princip fungování RGB LED je založen na míchání barev. Řízené zapalování jednoho, dvou nebo tří prvků umožňuje získat jinou záři.

Diskrétní paleta pro míchání barev.

Zapnutím krystalů jednotlivě získáte tři odpovídající barvy. Párové zahrnutí vám umožní dosáhnout záře:

• červená + zelená p-n křižovatka nakonec dá žlutou;
• modrá + zelená při smíchání dává tyrkysovou;
• červená + modrá dělá fialovou.

Zahrnutí všech tří prvků umožňuje získat bílou.

Mnohem více možností dává míchání barev v různých poměrech. Toho lze dosáhnout samostatným ovládáním jasu záře každého krystalu. K tomu musíte individuálně upravit proud protékající LED diodami.

Paleta míchání barev v různých poměrech

Přečtěte si také

Zařízení a princip činnosti LED

 

RGB LED ovládání a schéma zapojení

RGB LED se ovládá stejným způsobem jako konvenční LED – přivedením přímého anodově-katodového napětí a vytvořením proudu přes p-n přechod.Proto je nutné připojit tříbarevný prvek ke zdroji energie přes předřadné odpory - každý krystal přes svůj vlastní odpor. Vypočítat může to být prostřednictvím jmenovitého proudu prvku a provozního napětí.

I při kombinaci ve stejném obalu mohou mít různé krystaly různé parametry, takže je nelze zapojit paralelně.

Typické charakteristiky pro nízkopříkonové tříbarevné zařízení o průměru 5 mm jsou uvedeny v tabulce.

Je zřejmé, že červený krystal má dopředné napětí, které je poloviční než u ostatních dvou. Paralelní zahrnutí prvků povede k odlišnému jasu záře nebo selhání jednoho nebo všech p-n přechodů.

Trvalé připojení ke zdroji napájení neumožňuje využít plné možnosti prvku RGB. Ve statickém režimu plní tříbarevné zařízení pouze funkce monochromatického, ale stojí mnohem více než konvenční LED. Mnohem zajímavější je proto dynamický režim, ve kterém lze ovládat barvu záře. To se provádí pomocí mikrokontroléru. Jeho výstupy ve většině případů poskytují výstupní proud 20 mA, ale to je nutné pokaždé specifikovat v datovém listu. Připojte LED k výstupním portům přes odpor omezující proud. Kompromisní možností při napájení mikroobvodu z 5 V je odpor 220 ohmů.

Připojení RGB prvků k výstupům mikrokontroléru.

Prvky se společnými katodami jsou řízeny přivedením logické jednotky na výstup, se společnými anodami - logickou nulou. Programově změnit polaritu řídicího signálu není obtížné. LED s oddělenými výstupy mohou být připojit a řídit jakýmkoliv způsobem.

Pokud výstupy mikrokontroléru nejsou dimenzovány na jmenovitý proud LED, musí být LED připojena přes tranzistorové spínače.

Připojení LED přes tranzistorové spínače.

V těchto obvodech svítí oba typy LED přivedením kladné úrovně na klíčové vstupy.

Bylo zmíněno, že jas záře je řízen změnou proudu skrz světlo emitující prvek. Digitální výstupy mikrokontroléru nemohou přímo řídit proud, protože mají dva stavy - vysoký (odpovídající napájecímu napětí) a nízký (odpovídající nulovému napětí). Neexistují žádné mezipolohy, takže se používají jiné způsoby úpravy proudu. Například metoda pulzně šířkové modulace (PWM) řídicího signálu. Jeho podstata spočívá v tom, že na LED není přiváděno konstantní napětí, ale pulzy o určité frekvenci. Mikrokontrolér v souladu s programem mění poměr pulsu a pauzy. Tím se změní průměrné napětí a průměrný proud procházející LED při konstantní amplitudě napětí.

Princip regulace průměrného napětí a proudu pomocí PWM.

Existují specializované ovladače navržené speciálně pro ovládání svitu tříbarevných LED diod. Prodávají se ve formě hotového zařízení. Používají také metodu PWM.

Průmyslový ovladač pro ovládání barvy záře.

Pinout

Pinout LED se společnou anodou nebo katodou.

Pokud je nová, nepájená LED dioda, lze pinout určit vizuálně. Pro jakýkoli typ připojení (společná anoda nebo společná katoda) má přívod připojený ke všem třem prvkům nejdelší délku.Pokud otočíte pouzdro tak, aby byla dlouhá noha na levé straně, pak nalevo od něj bude „červený“ výstup a na pravou stranu - nejprve „zelený“, poté „modrý“. Pokud již byla LED dioda používána, její výstupy lze libovolně zkrátit a pro určení pinoutu budete muset použít jiné metody:

1. Můžete definovat společný vodič s multimetr. Je nutné zapnout zařízení v režimu testování diod a připojit svorky zařízení na zamýšlenou společnou nohu a na kteroukoli jinou, poté změnit polaritu zapojení (jako při obvyklém testu polovodičového přechodu). Pokud je očekávaný společný výkon určen správně, pak (se všemi třemi provozuschopnými prvky) tester ukáže nekonečný odpor v jednom směru a konečný odpor ve druhém (přesná hodnota závisí na typu LED). Pokud je v obou případech na displeji testeru signál otevření, pak je špatně zvolen výstup a test je nutné opakovat s druhou nohou. Může se ukázat, že testovací napětí multimetru stačí k zapálení krystalu. V tomto případě si můžete správnost pinoutu dodatečně ověřit barvou záře p-n přechodu.
2. Dalším způsobem je přivést napájení na zamýšlenou společnou svorku a jakoukoli jinou větev LED. Pokud je společný bod zvolen správně, lze to ověřit podle záře krystalu.

Důležité! Při kontrole pomocí napájecího zdroje je nutné plynule zvyšovat napětí z nuly a nepřekračovat hodnotu 3,5-4 V. Pokud není regulovaný zdroj, můžete LED připojit na výstup DC napětí přes proudový omezovač odpor.

U LED se samostatnými kolíky je definice pinoutu redukována na vyjasnění polarity a uspořádání krystalů podle barvy.To lze také provést pomocí výše uvedených metod.

Bude užitečné vědět:

Výhody a nevýhody RGB LED

RGB-LED mají všechny výhody, které mají polovodičové prvky vyzařující světlo. Jsou to nízké náklady, vysoká energetická účinnost, dlouhá životnost atd. Výraznou výhodou tříbarevných LED je schopnost získat téměř jakýkoli odstín záře jednoduchým způsobem a za nízkou cenu, stejně jako změna barev v dynamice.

Hlavní nevýhodou RGB-LED je nemožnost získat čistou bílou smícháním tří barev. To bude vyžadovat sedm odstínů (příkladem je duha – jejích sedm barev je výsledkem obráceného procesu: rozkladu viditelného světla na složky). To ukládá omezení pro použití tříbarevných lamp jako osvětlovacích prvků. Aby se tato nepříjemná vlastnost poněkud kompenzovala, je při vytváření LED pásků použit princip RGBW. Pro každou tříbarevnou LED je instalován jeden bílý žhavící prvek (kvůli fosforu). Náklady na takové osvětlovací zařízení se však výrazně zvyšují. K dispozici jsou také RGBW LED. V pouzdře mají nainstalované čtyři krystaly – tři pro získání původních barev, čtvrtý – pro získání bílé, vyzařuje světlo díky fosforu.

Schéma zapojení pro verzi RGBW s přídavným kontaktem.

Život

Doba provozu zařízení tří krystalů je určena dobou mezi poruchami prvku s nejkratší životností. V tomto případě je přibližně stejný pro všechny tři p-n přechody. Výrobci uvádějí životnost RGB prvků na úrovni 25 000-30 000 hodin. Ale s tímto číslem je třeba zacházet opatrně.Uvedená životnost odpovídá nepřetržitému provozu po dobu 3-4 let. Je nepravděpodobné, že by některý z výrobců prováděl testy životnosti (a dokonce v různých tepelných a elektrických režimech) po tak dlouhou dobu. Během této doby se objevují nové technologie, testy se musí začít znovu – a tak dále do nekonečna. Záruční doba provozu je mnohem informativnější. A to je 10 000-15 000 hodin. Vše, co následuje, je v lepším případě matematické modelování, v horším obnažený marketing. Problém je v tom, že u běžných levných LED diod obvykle neexistují žádné informace o záruce výrobce. Můžete se ale zaměřit na 10 000-15 000 hodin a mít na paměti přibližně stejnou částku. A pak spoléhat jen na štěstí. A ještě něco - životnost je velmi závislá na tepelném režimu při provozu. Proto stejný prvek v různých podmínkách vydrží různou dobu. Chcete-li prodloužit životnost LED, musíte věnovat pozornost problému rozptylu tepla, nezanedbávat radiátory a vytvářet podmínky pro přirozenou cirkulaci vzduchu a v některých případech se uchýlit k nucenému větrání.

Ale i zkrácené termíny jsou několik let provozu (protože LED nebude fungovat bez pauz). Proto vzhled tříbarevných LED diod umožňuje návrhářům široce používat polovodičová zařízení ve svých nápadech a inženýrům implementovat tyto nápady „v hardwaru“.