Χαρακτηριστικό RGB LED
Ο φωτισμός που αλλάζει χρώμα φαίνεται εντυπωσιακός. Χρησιμοποιείται για διαφημιστικά αντικείμενα, διακοσμητικό φωτισμό αρχιτεκτονικών αντικειμένων, κατά τη διάρκεια διαφόρων παραστάσεων και δημόσιων εκδηλώσεων. Ένας τρόπος υλοποίησης ενός τέτοιου φωτισμού είναι η χρήση LED τριών χρωμάτων.
Τι είναι μια RGB-LED
Οι συμβατικές διατάξεις ημιαγωγών εκπομπής φωτός έχουν μία μόνο επαφή p-n σε μία μόνο συσκευασία ή ένα πλέγμα πολλαπλών πανομοιότυπων επαφών (Τεχνολογία COB). Αυτό επιτρέπει την παραγωγή ενός μόνο χρώματος ανά πάσα στιγμή, είτε απευθείας από τον ανασυνδυασμό των κύριων φορέων είτε από τον δευτερεύοντα φωτισμό του φωσφόρου. Η δεύτερη τεχνολογία έδωσε στους προγραμματιστές ένα ευρύ φάσμα δυνατοτήτων για την επιλογή του χρώματος της φωταύγειας, αλλά η συσκευή δεν μπορεί να αλλάξει το χρώμα της ακτινοβολίας κατά τη λειτουργία.
Το RGB LED περιέχει τρεις διακλαδώσεις p-n σε ένα περίβλημα με διαφορετικά χρώματα φωταύγειας:
- Κόκκινο,
- πράσινο;,
- Μπλε.
Η συντομογραφία των αγγλικών ονομάτων κάθε χρώματος και έδωσε το όνομα αυτού του τύπου LED.
Τύποι LED RGB
Οι τρίχρωμες λυχνίες LED με τον τρόπο που συνδέονται οι κρύσταλλοι στο εσωτερικό της θήκης χωρίζονται σε τρεις τύπους:
- με κοινή άνοδο (έχουν 4 ακίδες),
- Με κοινή κάθοδο (έχουν 4 ακίδες),
- με ξεχωριστά στοιχεία (έχουν 6 ακίδες).
Ο σχεδιασμός της λυχνίας LED εξαρτάται από τον τρόπο ελέγχου της συσκευής.
Ανάλογα με τον τύπο του φακού, οι λυχνίες LED μπορούν να είναι:
- με διαφανή φακό,
- με παγωμένο φακό.
Για στοιχεία RGB με διαφανή φακό, ενδέχεται να απαιτούνται πρόσθετοι διαχυτήρες φωτός για την παραγωγή μικτών χρωμάτων. Διαφορετικά, μπορούν να διακριθούν μεμονωμένα χρώματα.
Αρχή λειτουργίας
Οι λυχνίες LED RGB λειτουργούν με την αρχή της ανάμειξης χρωμάτων. Με τον ελεγχόμενο φωτισμό ενός, δύο ή τριών στοιχείων μπορούν να επιτευχθούν διαφορετικά χρώματα.
Η εναλλαγή των κρυστάλλων ξεχωριστά δίνει τρία αντίστοιχα χρώματα. Η εναλλαγή σε ζεύγη επιτυγχάνει φωταύγεια:
- οι κόκκινες+πράσινες επαφές p-n θα δώσουν τελικά ένα κίτρινο χρώμα,
- Το μπλε+πράσινο θα δώσει τυρκουάζ,
- το κόκκινο+μπλε παράγει μοβ.
Η συμπερίληψη και των τριών στοιχείων παράγει λευκό χρώμα.
Η ανάμειξη χρωμάτων σε διαφορετικές αναλογίες είναι πολύ πιο δυνατή. Αυτό μπορεί να γίνει με τον ξεχωριστό έλεγχο της φωτεινότητας κάθε κρυστάλλου. Για να γίνει αυτό, το ρεύμα που διαρρέει τις λυχνίες LED πρέπει να ρυθμιστεί ξεχωριστά.
Διάγραμμα ελέγχου και σύνδεσης RGB LED
Τα RGB-LED ελέγχονται με τον ίδιο τρόπο όπως τα συμβατικά LED - με την εφαρμογή άμεσης τάσης ανόδου-καθόδου και την παραγωγή ρεύματος μέσω μιας επαφής p-n. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να συνδεθεί το τρίχρωμο στοιχείο με την παροχή ρεύματος μέσω αντιστάσεων ballast - κάθε κρύσταλλο μέσω της δικής του αντίστασης. Για τον υπολογισμό Αυτό μπορεί να υπολογιστεί μέσω του ονομαστικού ρεύματος του στοιχείου και της τάσης λειτουργίας.
Ακόμη και όταν συνδυάζονται στο ίδιο περίβλημα, οι διάφοροι κρύσταλλοι μπορεί να έχουν διαφορετικές παραμέτρους, επομένως δεν πρέπει να συνδέονται παράλληλα.
Τυπικά χαρακτηριστικά για μια τρίχρωμη διάταξη χαμηλής ισχύος με διάμετρο 5 mm παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα.
| Κόκκινο (R) | Πράσινο (G) | Μπλε (B) | |
| Μέγιστη άμεση τάση, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Ονομαστικό ρεύμα, mA | 20 | 20 | 20 |
Είναι προφανές ότι ο κόκκινος κρύσταλλος έχει διπλάσια τάση σε σχέση με τους άλλους δύο. Η παράλληλη σύνδεση των στοιχείων θα έχει ως αποτέλεσμα διαφορετική φωτεινότητα ή την αστοχία μιας ή όλων των επαφών p-n.
Η συνεχής σύνδεση με μια παροχή ρεύματος δεν επιτρέπει την πλήρη αξιοποίηση των δυνατοτήτων της κυψέλης RGB. Σε στατική λειτουργία, μια τρίχρωμη συσκευή λειτουργεί απλώς ως μονόχρωμη συσκευή και κοστίζει σημαντικά περισσότερο από μια συμβατική λυχνία LED. Ως εκ τούτου, πολύ πιο ενδιαφέρουσα είναι η δυναμική λειτουργία, όπου το χρώμα της λάμψης μπορεί να ελεγχθεί. Αυτό υλοποιείται μέσω ενός μικροελεγκτή. Οι έξοδοί του στις περισσότερες περιπτώσεις παρέχουν ρεύμα εξόδου 20 mA, αλλά αυτό πρέπει να ελέγχεται κάθε φορά στο φύλλο δεδομένων. Η λυχνία LED πρέπει να συνδεθεί στις θύρες εξόδου με μια αντίσταση περιορισμού ρεύματος. Παραλλαγή συμβιβασμού κατά την τροφοδοσία του τσιπ από 5 V - αντίσταση 220 Ohm.
Τα στοιχεία με κοινές καθόδους ελέγχονται με την αποστολή λογικής μονάδας στην έξοδο, με κοινές ανόδους - λογικό μηδέν. Είναι εύκολο να αλλάξετε την πολικότητα του σήματος ελέγχου μέσω λογισμικού. Οι λυχνίες LED με ξεχωριστές εξόδους μπορούν να συνδεθείτε με και μπορεί να ελεγχθεί με οποιονδήποτε τρόπο.
Εάν οι έξοδοι του μικροελεγκτή δεν είναι διαστασιολογημένες για το ονομαστικό ρεύμα της λυχνίας LED, οι λυχνίες LED πρέπει να συνδεθούν μέσω διακοπτών τρανζίστορ.
Σε αυτά τα κυκλώματα και οι δύο τύποι LED ανάβουν με την εφαρμογή θετικής στάθμης στις εισόδους των πλήκτρων.
Αναφέρθηκε ότι η φωτεινότητα ελέγχεται με την αλλαγή του ρεύματος που διαρρέει το στοιχείο εκπομπής φωτός. Οι ψηφιακές ακίδες του μικροελεγκτή δεν μπορούν να ελέγξουν άμεσα το ρεύμα επειδή έχουν δύο καταστάσεις - υψηλή (που αντιστοιχεί στην τάση τροφοδοσίας) και χαμηλή (που αντιστοιχεί σε μηδενική τάση). Δεν υπάρχουν ενδιάμεσες θέσεις, οπότε χρησιμοποιούνται άλλοι τρόποι ρύθμισης του ρεύματος. Για παράδειγμα, η μέθοδος διαμόρφωσης σήματος ελέγχου με διαμόρφωση εύρους παλμών (PWM). Η ιδέα είναι ότι η λυχνία LED δεν τροφοδοτείται με σταθερή τάση, αλλά με παλμούς συγκεκριμένης συχνότητας. Ο μικροελεγκτής σύμφωνα με το πρόγραμμα αλλάζει την αναλογία παλμού και παύσης. Αυτό αλλάζει τη μέση τάση και το μέσο ρεύμα που διαρρέει τη λυχνία LED, ενώ το πλάτος της τάσης παραμένει αμετάβλητο.
Υπάρχουν εξειδικευμένοι ελεγκτές που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για τον έλεγχο του φωτισμού των τρίχρωμων LED. Αυτοί πωλούνται ως έτοιμες συσκευές. Χρησιμοποιούν επίσης τη μέθοδο PWM.
Pinout
Εάν υπάρχει μια νέα, μη κολλημένη λυχνία LED, η ανάθεση ακροδεκτών μπορεί να προσδιοριστεί οπτικά. Για κάθε τύπο σύνδεσης (κοινή άνοδος ή κοινή κάθοδος), το καλώδιο που συνδέεται και με τα τρία στοιχεία έχει το μεγαλύτερο μήκος. Αν γυρίσετε το περίβλημα έτσι ώστε το μακρύτερο πόδι να βρίσκεται στην αριστερή πλευρά, το "κόκκινο" καλώδιο βρίσκεται στην αριστερή πλευρά και το "πράσινο" καλώδιο βρίσκεται πρώτα στη δεξιά πλευρά και μετά το "μπλε" καλώδιο. Εάν η λυχνία LED ήταν ήδη σε χρήση, οι ακίδες της μπορεί να έχουν συντομευτεί αυθαίρετα και θα πρέπει να καταφύγετε σε άλλες μεθόδους για να προσδιορίσετε την διάταξη ακροδεκτών:
- Είναι δυνατόν να προσδιορίσετε το κοινό καλώδιο χρησιμοποιώντας ένα ένα πολύμετρο. Θέστε τη συσκευή σε λειτουργία δοκιμής διόδου και συνδέστε τους ακροδέκτες της συσκευής στον υποτιθέμενο κοινό ακροδέκτη και σε οποιονδήποτε άλλο ακροδέκτη, στη συνέχεια αντιστρέψτε την πολικότητα (όπως σε μια κανονική δοκιμή σύνδεσης ημιαγωγών). Εάν το υποτιθέμενο κοινό καλώδιο είναι σωστό, ο ελεγκτής θα δείξει άπειρη αντίσταση προς τη μία κατεύθυνση και πεπερασμένη αντίσταση προς την άλλη κατεύθυνση (η ακριβής τιμή εξαρτάται από τον τύπο της λυχνίας LED). Εάν και στις δύο περιπτώσεις η οθόνη του ελεγκτή εμφανίζει σήμα διακοπής, τότε η έξοδος είναι λανθασμένη και είναι απαραίτητο να επαναλάβετε τη δοκιμή με το άλλο πόδι. Μπορεί να συμβεί η τάση δοκιμής του πολυμέτρου να είναι αρκετή για να αναφλεγεί ο κρύσταλλος. Σε αυτή την περίπτωση μπορείτε επιπλέον να ελέγξετε αν η αντιστοίχιση των ακροδεκτών είναι σωστή με βάση το χρώμα της λάμψης της σύνδεσης p-n.
- Ένας άλλος τρόπος είναι να δώσετε ρεύμα στον υποτιθέμενο κοινό ακροδέκτη και σε οποιοδήποτε άλλο πόδι της λυχνίας LED. Εάν το κοινό σημείο έχει επιλεγεί σωστά, μπορείτε να το επαληθεύσετε ελέγχοντας τη λάμψη του κρυστάλλου.
Σημαντικό! Κατά τη δοκιμή με τροφοδοτικό, η τάση πρέπει να αυξάνεται ομαλά από το μηδέν και να μην υπερβαίνει τα 3,5-4 V. Εάν δεν υπάρχει διαθέσιμη ρυθμιζόμενη πηγή, η λυχνία LED μπορεί να συνδεθεί στην έξοδο συνεχούς τάσης μέσω μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος.
Με LED με ξεχωριστές εξόδους, η ανάθεση ακροδεκτών γίνεται ως εξής Διαπίστωση της πολικότητας και η διάταξη των κρυστάλλων κατά χρώμα. Αυτό μπορεί επίσης να γίνει με τις μεθόδους που παρατίθενται.
Είναι χρήσιμο να εξοικειωθείτε με αυτά:
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των LED RGB
Οι λυχνίες LED RGB διαθέτουν όλα τα πλεονεκτήματα των στοιχείων εκπομπής φωτός ημιαγωγών. Είναι χαμηλού κόστους, υψηλής ενεργειακής απόδοσης, μεγάλης διάρκειας ζωής κ.λπ. Ένα ιδιαίτερο πλεονέκτημα των τρίχρωμων LED είναι η δυνατότητα απόκτησης σχεδόν οποιασδήποτε απόχρωσης λάμψης με απλό τρόπο και χαμηλό κόστος, καθώς και η αλλαγή χρώματος με την πάροδο του χρόνου.
Το κύριο μειονέκτημα των LED RGB είναι η αδυναμία παραγωγής καθαρού λευκού χρώματος με την ανάμειξη των τριών χρωμάτων. Αυτό θα απαιτούσε επτά αποχρώσεις (ως παράδειγμα, το ουράνιο τόξο - τα επτά χρώματά του είναι το αποτέλεσμα της αντίστροφης διαδικασίας: της διάσπασης του ορατού φωτός στα συστατικά του). Αυτό επιβάλλει περιορισμούς στη χρήση φωτιστικών σωμάτων τριών χρωμάτων ως στοιχείων φωτισμού. Για να αντισταθμιστεί κάπως αυτό το δυσάρεστο χαρακτηριστικό, η αρχή RGBW χρησιμοποιείται στη δημιουργία ταινιών LED. Για κάθε τρίχρωμη λυχνία LED είναι εγκατεστημένο ένα στοιχείο λευκής λάμψης (λόγω του φωσφόρου). Αλλά το κόστος μιας τέτοιας συσκευής φωτισμού αυξάνεται σημαντικά. Υπάρχουν επίσης LED RGBW. Έχουν τέσσερις κρυστάλλους εγκατεστημένους στο σώμα - τρεις για τα αρχικά χρώματα, ο τέταρτος - για την παραγωγή λευκού φωτός, εκπέμπει φως μέσω του φωσφόρου.
Διάρκεια ζωής
Η διάρκεια ζωής μιας διάταξης τριών κρυστάλλων καθορίζεται από το MTBF του συντομότερου στοιχείου. Στην περίπτωση αυτή είναι περίπου η ίδια και για τις τρεις επαφές p-n. Οι κατασκευαστές αναφέρουν διάρκεια ζωής 25.000-30.000 ώρες για τα στοιχεία RGB. Ωστόσο, ο αριθμός αυτός θα πρέπει να ληφθεί με προσοχή. Η αναφερόμενη διάρκεια ζωής ισοδυναμεί με 3-4 χρόνια συνεχούς λειτουργίας. Είναι απίθανο οποιοσδήποτε κατασκευαστής να έχει πραγματοποιήσει δοκιμές ζωής (και μάλιστα σε διάφορες θερμικές και ηλεκτρικές καταστάσεις) για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, εμφανίζονται νέες τεχνολογίες, οι δοκιμές πρέπει να ξεκινήσουν από την αρχή - και ούτω καθεξής στο άπειρο. Η περίοδος εγγύησης είναι πολύ πιο κατατοπιστική. Είναι 10.000-15.000 ώρες. Οτιδήποτε πέρα από αυτό είναι στην καλύτερη περίπτωση μαθηματική μοντελοποίηση, στη χειρότερη περίπτωση καθαρό μάρκετινγκ. Το πρόβλημα είναι ότι οι κοινές φθηνές λυχνίες LED συνήθως δεν έχουν πληροφορίες εγγύησης του κατασκευαστή. Αλλά μπορείτε να στοχεύσετε σε 10.000-15.000 ώρες και να έχετε στο μυαλό σας περίπου το ίδιο ποσό. Από εκεί και πέρα, όλα εξαρτώνται από την τύχη. Και κάτι ακόμη - η διάρκεια ζωής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις θερμικές συνθήκες κατά τη λειτουργία. Επομένως, το ίδιο στοιχείο σε διαφορετικές συνθήκες θα διαρκέσει διαφορετικό χρονικό διάστημα. Για να παραταθεί ο χρόνος ζωής των LED είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στην απαγωγή της θερμότητας, να μην παραμεληθούν τα θερμαντικά σώματα και να δημιουργηθούν συνθήκες για φυσική κυκλοφορία του αέρα, και σε ορισμένες περιπτώσεις να καταφύγετε σε εξαναγκασμένο εξαερισμό.
Αλλά ακόμη και το μειωμένο χρονοδιάγραμμα είναι μερικά χρόνια λειτουργίας (επειδή οι λυχνίες LED δεν λειτουργούν χωρίς παύσεις). Ως εκ τούτου, η έλευση των τρίχρωμων LED επιτρέπει στους σχεδιαστές να εφαρμόσουν ευρέως τους ημιαγωγούς στις ιδέες τους και στους μηχανικούς να υλοποιήσουν αυτές τις ιδέες "από σίδερο".
