RGB LED Kenmerken
De kleur veranderende verlichting ziet er spectaculair uit. Het wordt gebruikt voor reclameobjecten, decoratieve verlichting van architectonische objecten, tijdens de diverse shows en openbare evenementen. Eén manier om een dergelijke verlichting tot stand te brengen is het gebruik van driekleurige LED's.
Wat is een RGB-LED
Conventionele lichtemitterende halfgeleiders hebben een enkele p-n junctie in een enkele verpakking of een matrix van meerdere identieke juncties (COB-technologie). Hierdoor kan op elk moment één enkele kleur worden geproduceerd, hetzij rechtstreeks door de recombinatie van de hoofddragers, hetzij door de secundaire luminescentie van de fosfor. De tweede technologie heeft de ontwikkelaars een groot aantal mogelijkheden gegeven om de kleur van de luminescentie te kiezen, maar het toestel kan de kleur van de straling tijdens de werking niet veranderen.
RGB-LED bevat drie p-n-overgangen in één behuizing met verschillende kleuren luminescentie:
- Rood;
- groen;;
- Blauw.
De afkorting van de Engelse namen van elke kleur en gaf de naam van dit type LED.
RGB LED-types
Tricolor LED's worden door de manier waarop de kristallen in de behuizing zijn verbonden, in drie types verdeeld:
- met een gemeenschappelijke anode (hebben 4 pinnen);
- Met een gemeenschappelijke kathode (hebben 4 pinnen);
- met afzonderlijke elementen (hebben 6 pinnen).
Het ontwerp van de LED hangt af van de manier waarop het apparaat wordt aangestuurd.
Afhankelijk van het type lens, kunnen de LED's:
- met een transparante lens;
- met een matte lens.
Voor RGB-elementen met een transparante lens kunnen extra lichtdiffusors nodig zijn om gemengde kleuren te produceren. Anders kunnen afzonderlijke kleuren worden gezien.
Principe van werking
De RGB-LED's werken volgens het principe van kleurmenging. Door gecontroleerde verlichting van één, twee of drie elementen kunnen verschillende kleuren worden bereikt.
Als je de kristallen afzonderlijk schakelt, krijg je drie overeenkomstige kleuren. Door paarsgewijs te schakelen wordt luminescentie bereikt:
- rood+groen p-n-overgangen zullen uiteindelijk een gele kleur geven;
- Blauw+groen geeft turkoois;
- rood+blauw produceert paars.
De opname van alle drie elementen geeft wit.
Het mengen van kleuren in verschillende verhoudingen is veel beter mogelijk. Dit kan worden gedaan door de helderheid van elk kristal afzonderlijk te regelen. Daartoe moet de stroom die door de LED's loopt afzonderlijk worden geregeld.
RGB LED-besturing en aansluitschema
RGB-LED's worden op dezelfde manier aangestuurd als conventionele LED's - door een directe anode-kathodespanning toe te passen en een stroom te genereren door een p-n-junctie. Daarom moet het driekleurige element via voorschakelweerstanden met de voeding worden verbonden - elk kristal via zijn eigen weerstand. Om te berekenen Dit kan worden berekend aan de hand van de nominale stroom van het element en de bedrijfsspanning.
Zelfs wanneer zij in dezelfde behuizing zijn gecombineerd, kunnen verschillende kristallen verschillende parameters hebben, zodat zij niet parallel mogen worden geschakeld.
Typische kenmerken voor een driekleurenapparaat met een laag vermogen en een diameter van 5 mm staan in de onderstaande tabel.
| Rood (R) | Groen (G) | Blauw (B) | |
| Maximale gelijkspanning, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Nominale stroom, mA | 20 | 20 | 20 |
Het is duidelijk dat het rode kristal een gelijkspanning heeft die twee keer zo laag is als die van de andere twee. Het parallel schakelen van de elementen zal resulteren in een verschillende helderheid of het falen van één of alle p-n juncties.
Door de constante aansluiting op een voeding kan het volledige potentieel van de RGB-cel niet worden benut. In statische modus fungeert een driekleurig toestel slechts als een monochroom toestel, en kost het aanzienlijk meer dan een conventioneel LED. Veel interessanter is daarom de dynamische modus, waarin de kleur van de gloed kan worden geregeld. Dit wordt geïmplementeerd door middel van een microcontroller. De uitgangen leveren in de meeste gevallen een uitgangsstroom van 20 mA, maar dit moet telkens in het gegevensblad worden gecontroleerd. De LED moet met een stroombegrenzende weerstand op de uitgangspoorten worden aangesloten. Compromis-variant bij voeding van de chip van 5 V - 220 Ohm weerstand.
Elementen met gemeenschappelijke kathodes worden aangestuurd door een logische eenheid naar de uitgang te sturen, met gemeenschappelijke anodes - logica nul. De polariteit van het stuursignaal kan gemakkelijk via software worden veranderd. LED's met afzonderlijke uitgangen kunnen worden aansluiten op en kan op elke manier gecontroleerd worden.
Als de uitgangen van de microcontroller niet berekend zijn op de nominale stroom van de LED, moeten de LED's via transistorschakelaars worden aangesloten.
In deze circuits branden beide typen LED's door een positief niveau op de toetsingangen toe te passen.
De helderheid wordt geregeld door de stroom door het lichtemitterende element te wijzigen. De digitale pinnen van de microcontroller kunnen de stroom niet rechtstreeks regelen omdat zij twee toestanden hebben - hoog (overeenkomend met de voedingsspanning) en laag (overeenkomend met nulspanning). Er zijn geen tussenposities, dus worden andere manieren gebruikt om de stroom te regelen. Bijvoorbeeld de Pulse Width Modulation (PWM) methode van stuursignaalmodulatie. Het idee is dat de LED niet wordt gevoed met een constante spanning, maar met pulsen van een bepaalde frequentie. De microcontroller verandert volgens het programma de verhouding tussen puls en pauze. Hierdoor verandert de gemiddelde spanning en de gemiddelde stroom door de LED, terwijl de spanningsamplitude ongewijzigd blijft.
Er zijn speciale regelaars die speciaal zijn ontworpen voor het regelen van de verlichting van driekleurige LED's. Deze worden verkocht als kant-en-klare apparaten. Zij gebruiken ook de PWM-methode.
Pinout
Als een nieuwe, niet gesoldeerde LED aanwezig is, kan de pintoewijzing visueel worden bepaald. Bij beide soorten aansluitingen (gemeenschappelijke anode of gemeenschappelijke kathode) heeft de leiding die met alle drie de elementen is verbonden de langste lengte. Als u de behuizing zo draait dat de langste poot zich aan de linkerkant bevindt, zit de "rode" draad links en de "groene" draad eerst aan de rechterkant en dan de "blauwe" draad. Als de LED al in gebruik was, kunnen de pinnen willekeurig ingekort zijn en zult u andere methoden moeten gebruiken om de pinout te bepalen:
- Het is mogelijk om de gemeenschappelijke draad te bepalen met behulp van een een multimeter. Schakel het toestel in de diodetestmodus en verbind de aansluitklemmen van het toestel met de veronderstelde gemeenschappelijke pin en met een andere pin, en draai vervolgens de polariteit om (zoals bij een normale halfgeleider- junctietest). Als de veronderstelde gemeenschappelijke leiding juist is, zal de tester een oneindige weerstand in de ene richting en een eindige weerstand in de andere richting aangeven (de exacte waarde hangt af van het LED-type). Indien in beide gevallen op het display van de tester een breuksignaal verschijnt, dan is de leiding verkeerd en moet de test met de andere poot worden herhaald. Het kan gebeuren dat de testspanning van de multimeter voldoende is om het kristal te doen ontbranden. In dit geval kunt u bovendien controleren of de pintoewijzing juist is aan de hand van de kleur van de p-n-overgangsgloed.
- Een andere manier is om de veronderstelde gemeenschappelijke pin en een andere poot van de LED van stroom te voorzien. Als het gemeenschappelijke punt juist is gekozen, kunt u dit controleren door naar de gloed van het kristal te kijken.
Belangrijk! Bij het testen met een voeding moet u de spanning geleidelijk opvoeren vanaf nul en niet hoger laten oplopen dan 3,5-4V. Als er geen gereguleerde bron beschikbaar is, kan de LED via een stroombegrenzingsweerstand op de gelijkspanningsuitgang worden aangesloten.
Bij LED's met afzonderlijke uitgangen komt de pintoewijzing neer op het uitzoeken van de polariteit en de rangschikking van de kristallen naar kleur. Dit kan ook worden gedaan met de genoemde methoden.
Het is nuttig om te herzien:
Voor- en nadelen van RGB-LED's
RGB-LED's hebben alle voordelen van halfgeleiderlichtemitterende elementen. Ze zijn goedkoop, hebben een hoog energierendement, een lange levensduur enz. Een onderscheidend voordeel van driekleurige LED's is de mogelijkheid om op een eenvoudige manier en tegen lage kosten bijna elke tint licht te verkrijgen, alsook de mogelijkheid om dynamisch van kleur te veranderen.
Het grootste nadeel van RGB-LED's is het onvermogen om zuiver witte kleur te produceren door de drie kleuren te mengen. Daarvoor zouden zeven tinten nodig zijn (als voorbeeld de regenboog - zijn zeven kleuren zijn het resultaat van het omgekeerde proces: de ontleding van zichtbaar licht in zijn componenten). Dit legt beperkingen op aan het gebruik van driekleurige armaturen als verlichtingselementen. Om deze onaangename eigenschap enigszins te compenseren, wordt het RGBW-principe gebruikt bij de vervaardiging van LED-strips. Voor elke driekleurige LED is een element van witte gloed geïnstalleerd (als gevolg van de fosfor). Maar de kosten van zo'n verlichtingstoestel lopen sterk op. Er zijn ook RGBW LED's. Zij hebben vier kristallen in het lichaam - drie voor de oorspronkelijke kleuren, de vierde - om wit licht te produceren, het zendt licht uit via de fosfor.
Levensduur
De levensduur van een driekristalapparaat wordt bepaald door de MTBF van het kortste element. In dit geval is het ongeveer gelijk voor alle drie p-n juncties. Fabrikanten claimen een levensduur van 25.000-30.000 uur voor RGB-elementen. Maar dit cijfer moet met de nodige voorzichtigheid worden bekeken. De geclaimde levensduur komt overeen met 3-4 jaar continu gebruik. Het is onwaarschijnlijk dat een fabrikant levenslange tests heeft uitgevoerd (en zelfs in verschillende thermische en elektrische modi) gedurende een zo lange periode. In die tijd verschijnen er nieuwe technologieën, moeten de tests helemaal opnieuw beginnen - en zo verder tot in het oneindige. De garantieperiode is veel informatiever. Het is 10.000-15.000 uur. Alles wat verder gaat is op zijn best wiskundig modelleren, op zijn slechtst pure marketing. Het probleem is dat de gewone goedkope LED's meestal geen garantiegegevens van de fabrikant hebben. Maar u kunt streven naar 10.000-15.000 uur en ongeveer dezelfde hoeveelheid in gedachten houden. Buiten dat, is het allemaal een kwestie van geluk. Nog één ding - de levensduur hangt sterk af van de thermische omstandigheden tijdens de werking. Daarom zal hetzelfde element in verschillende omstandigheden een verschillende tijd meegaan. Om de levensduur van LED's te verlengen, moet aandacht worden besteed aan de warmteafvoer, mogen radiatoren niet worden verwaarloosd en moeten voorwaarden worden geschapen voor een natuurlijke luchtcirculatie, en in sommige gevallen moet een beroep worden gedaan op geforceerde ventilatie.
Maar zelfs de kortere tijdschaal is een paar jaar werking (omdat LED's niet zonder pauzes zullen werken). Daarom stelt de komst van driekleurige LED's ontwerpers in staat om in hun ideeën uitgebreid gebruik te maken van halfgeleiders, en ingenieurs om deze ideeën "in ijzer" uit te voeren.
