Kenmerk van RGB LED
De achtergrondverlichting die van kleur verandert, ziet er spectaculair uit. Het wordt gebruikt voor reclame-objecten, decoratieve verlichting van architecturale objecten, tijdens diverse shows en openbare evenementen. Een manier om een dergelijke achtergrondverlichting te implementeren is het gebruik van driekleurige LED's.
Wat is RGB-LED
Gewone lichtemitterende halfgeleiderapparaten hebben één pn-overgang in één pakket, of ze zijn een matrix van verschillende identieke knooppunten (COB-technologie). Hierdoor kunt u op elk moment één gloedkleur krijgen - rechtstreeks van de recombinatie van de hoofddragers of van de secundaire gloed van de fosfor. De tweede technologie gaf ontwikkelaars voldoende mogelijkheden om de kleur van de gloed te kiezen, maar het apparaat kan de kleur van de straling tijdens het gebruik niet veranderen.
De RGB LED bevat drie p-n knooppunten met verschillende gloedkleuren in één pakket:
- rood rood);
- groen groen);
- blauw.
De afkorting van de Engelse namen van elke kleur gaf de naam aan dit type LED.
Soorten RGB-diodes
Driekleurige LED's zijn onderverdeeld in drie typen volgens de methode om de kristallen in de behuizing aan te sluiten:
- met een gemeenschappelijke anode (hebben 4 uitgangen);
- met een gemeenschappelijke kathode (hebben 4 uitgangen);
- met afzonderlijke elementen (hebben 6 conclusies).
De manier waarop het apparaat wordt aangestuurd, is afhankelijk van de versie van de LED.
Afhankelijk van het type lens zijn LED's:
- met transparante lens;
- met matte lens.
Heldere lens RGB-elementen hebben mogelijk extra lichtdiffusers nodig om gemengde tinten te bereiken. Anders kunnen afzonderlijke kleurcomponenten zichtbaar zijn.
Werkingsprincipe
Het werkingsprincipe van RGB-leds is gebaseerd op het mengen van kleuren. Gecontroleerde ontsteking van één, twee of drie elementen zorgt voor een andere gloed.
Als u de kristallen afzonderlijk aanzet, krijgt u de drie bijbehorende kleuren. Met paarsgewijze opname kunt u een gloed bereiken:
- rode + groene p-n knooppunten geven uiteindelijk geel;
- blauw + groen wanneer gemengd geeft turkoois;
- rood + blauw maken paars.
Door alle drie de elementen op te nemen, kun je wit krijgen.
Veel meer mogelijkheden worden geboden door kleuren in verschillende verhoudingen te mengen. Dit kan worden gedaan door de helderheid van de gloed van elk kristal afzonderlijk te regelen. Om dit te doen, moet u de stroom die door de LED's vloeit afzonderlijk aanpassen.
RGB LED-besturing en bedradingsschema
De RGB-LED wordt op dezelfde manier aangestuurd als een conventionele LED - door een directe anode-kathodespanning toe te passen en een stroom door de pn-overgang te creëren.Daarom is het noodzakelijk om een driekleurig element via ballastweerstanden op een stroombron aan te sluiten - elk kristal via zijn eigen weerstand. Berekenen het kan zijn door de nominale stroom van het element en de bedrijfsspanning.
Zelfs wanneer ze in hetzelfde pakket worden gecombineerd, kunnen verschillende kristallen verschillende parameters hebben, zodat ze niet parallel kunnen worden aangesloten.
Typische kenmerken voor een energiezuinig driekleurenapparaat met een diameter van 5 mm worden in de tabel gegeven.
| Rood (R) | Groen (G) | Blauw (B) | |
| Maximale voorwaartse spanning, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Nominale stroom, mA | 20 | 20 | 20 |
Het is duidelijk dat het rode kristal een voorwaartse spanning heeft die de helft is van die van de andere twee. Parallelle opname van elementen zal leiden tot een andere helderheid van de gloed of het uitvallen van een of alle pn-overgangen.
Permanent aangesloten op een stroombron kunt u niet de volledige mogelijkheden van het RGB-element gebruiken. In statische modus vervult een driekleurenapparaat alleen de functies van een monochroom apparaat, maar kost het veel meer dan een conventionele LED. Daarom is de dynamische modus veel interessanter, waarin de kleur van de gloed kan worden geregeld. Dit gebeurt via een microcontroller. De uitgangen leveren in de meeste gevallen een uitgangsstroom van 20 mA, maar dit moet elke keer in het gegevensblad worden gespecificeerd. Verbind de LED met de uitgangspoorten via een stroombegrenzende weerstand. Een compromisoptie bij het voeden van de microschakeling vanaf 5 V is een weerstand van 220 ohm.
Elementen met gemeenschappelijke kathodes worden bestuurd door een logische eenheid op de uitgang toe te passen, met gemeenschappelijke anodes - een logische nul. Het is niet moeilijk om de polariteit van het stuursignaal programmatisch te veranderen. LED met aparte uitgangen kan aansluiten en op welke manier dan ook beheren.
Als de uitgangen van de microcontroller niet zijn ontworpen voor de nominale stroom van de LED, moet de LED worden aangesloten via transistorschakelaars.
In deze circuits worden beide soorten LED's verlicht door een positief niveau toe te passen op de toetsingangen.
Er werd vermeld dat de helderheid van de gloed wordt geregeld door de stroom door het lichtemitterende element te veranderen. De digitale uitgangen van de microcontroller kunnen de stroom niet rechtstreeks regelen, omdat ze twee toestanden hebben: hoog (komt overeen met de voedingsspanning) en laag (komt overeen met nulspanning). Er zijn geen tussenstanden, dus er worden andere manieren gebruikt om de stroom aan te passen. Bijvoorbeeld de methode van pulsbreedtemodulatie (PWM) van het stuursignaal. De essentie ligt in het feit dat er geen constante spanning op de LED wordt gezet, maar pulsen met een bepaalde frequentie. De microcontroller verandert, in overeenstemming met het programma, de verhouding van de puls en de pauze. Hierdoor verandert de gemiddelde spanning en de gemiddelde stroom door de LED bij een constante spanningsamplitude.
Er zijn gespecialiseerde controllers die speciaal zijn ontworpen om de gloed van driekleurige LED's te regelen. Ze worden verkocht in de vorm van een afgewerkt apparaat. Ze gebruiken ook de PWM-methode.
pinout
Als er een nieuwe, niet-gesoldeerde LED is, dan kan de pinout visueel worden bepaald. Voor elk type verbinding (gemeenschappelijke anode of gemeenschappelijke kathode) heeft de kabel die is aangesloten op alle drie de elementen de langste lengte.Als u de behuizing zo draait dat het lange been zich aan de linkerkant bevindt, is er aan de linkerkant een "rode" uitvoer en aan de rechterkant - eerst "groen", dan "blauw". Als de LED al in gebruik was, kunnen de uitgangen willekeurig worden ingekort en moet u andere methoden gebruiken om de pinout te bepalen:
- U kunt een gemeenschappelijke draad definiëren met multimeter. Het is noodzakelijk om het apparaat in de diodetestmodus in te schakelen en de klemmen van het apparaat aan te sluiten op de beoogde gemeenschappelijke poot en op een ander, en vervolgens de polariteit van de verbinding te veranderen (zoals bij de gebruikelijke test van een halfgeleiderovergang). Als de verwachte gemeenschappelijke output correct is bepaald, zal de tester (met alle drie bruikbare elementen) oneindige weerstand in de ene richting en eindige weerstand in de andere vertonen (de exacte waarde hangt af van het type LED). Als er in beide gevallen een open signaal op het display van de tester is, dan is de uitgang verkeerd geselecteerd en moet de test met het andere been worden herhaald. Het kan zijn dat de testspanning van de multimeter voldoende is om het kristal te laten ontbranden. In dit geval kunt u bovendien de juistheid van de pinout controleren aan de hand van de kleur van de gloed van de pn-overgang.
- Een andere manier is om stroom toe te passen op de beoogde gemeenschappelijke aansluiting en op een ander been van de LED. Als het gemeenschappelijke punt correct is gekozen, kan dit worden geverifieerd door de gloed van het kristal.
Belangrijk! Bij het controleren met een stroombron is het noodzakelijk om de spanning soepel van nul te verhogen en de waarde van 3,5-4 V niet te overschrijden. Als er geen gereguleerde bron is, kunt u de LED via een stroombegrenzende uitgang op de gelijkspanningsuitgang aansluiten weerstand.
Voor LED's met aparte pinnen wordt de definitie van de pinout teruggebracht tot polariteit verduidelijking en de rangschikking van kristallen op kleur.Dit kan ook met behulp van de bovenstaande methoden.
Het is handig om te weten:
Voor- en nadelen van RGB-leds
RGB-LED's hebben alle voordelen die lichtgevende halfgeleiderelementen hebben. Dit zijn lage kosten, hoge energie-efficiëntie, lange levensduur, enz. Een onderscheidend voordeel van driekleurige LED's is de mogelijkheid om op een eenvoudige manier en tegen een lage prijs bijna elke tint gloed te verkrijgen, evenals het veranderen van kleuren in dynamiek.
Het belangrijkste nadeel van RGB-LED's is de onmogelijkheid om puur wit te verkrijgen door drie kleuren te mengen. Hiervoor zijn zeven tinten nodig (een voorbeeld is de regenboog - de zeven kleuren zijn het resultaat van het omgekeerde proces: de ontbinding van zichtbaar licht in componenten). Dit legt beperkingen op aan het gebruik van driekleurige lampen als verlichtingselementen. Om dit onaangename kenmerk enigszins te compenseren, wordt bij het maken van ledstrips het RGBW-principe gebruikt. Voor elke driekleurige LED wordt één wit gloei-element geïnstalleerd (vanwege de fosfor). Maar de kosten van een dergelijk verlichtingsapparaat nemen aanzienlijk toe. RGBW-LED's zijn ook beschikbaar. Ze hebben vier kristallen in de behuizing geïnstalleerd - drie om de originele kleuren te verkrijgen, de vierde - om wit te verkrijgen, het straalt licht uit vanwege de fosfor.
Levenslang
De werkingsduur van een apparaat met drie kristallen wordt bepaald door de tijd tussen storingen van het meest kortstondige element. In dit geval is het ongeveer hetzelfde voor alle drie pn-overgangen. Fabrikanten claimen een levensduur van RGB-elementen op het niveau van 25.000-30.000 uur. Maar met dit cijfer moet voorzichtig worden omgegaan.De vermelde levensduur komt overeen met continu gebruik gedurende 3-4 jaar. Het is onwaarschijnlijk dat een van de fabrikanten gedurende zo'n lange periode levensduurtests heeft uitgevoerd (en zelfs in verschillende thermische en elektrische modi). Gedurende deze tijd verschijnen nieuwe technologieën, moeten tests opnieuw worden gestart - en ga zo maar door tot in het oneindige. De garantieperiode is veel informatiever. En het is 10.000-15.000 uur. Alles wat volgt is in het beste geval wiskundige modellering, in het slechtste geval naakte marketing. Het probleem is dat er meestal geen fabrieksgarantie-informatie is voor veelvoorkomende goedkope LED's. Maar je kunt je concentreren op 10.000-15.000 uur en ongeveer hetzelfde aantal in gedachten houden. En vertrouw dan alleen op geluk. En nog een ding - de levensduur is erg afhankelijk van het thermische regime tijdens bedrijf. Daarom zal hetzelfde element in verschillende omstandigheden verschillende tijden meegaan. Om de levensduur van de LED te verlengen, moet men aandacht besteden aan het probleem van warmteafvoer, radiatoren niet verwaarlozen en voorwaarden scheppen voor natuurlijke luchtcirculatie, en in sommige gevallen toevlucht nemen tot geforceerde ventilatie.
Maar zelfs de verkorte termijnen zijn meerdere jaren in bedrijf (omdat de LED niet werkt zonder pauzes). Daarom stelt het verschijnen van driekleurige LED's ontwerpers in staat om op grote schaal halfgeleiderapparaten in hun ideeën te gebruiken, en ingenieurs om deze ideeën "in hardware" te implementeren.
