Charakteristisch für RGB-LED
Die Hintergrundbeleuchtung, die ihre Farbe ändert, sieht spektakulär aus. Es wird für Werbeobjekte, dekorative Beleuchtung von architektonischen Objekten, bei verschiedenen Shows und öffentlichen Veranstaltungen verwendet. Eine Möglichkeit, eine solche Hintergrundbeleuchtung zu implementieren, besteht darin, dreifarbige LEDs zu verwenden.
Was ist RGB-LED
Gewöhnliche lichtemittierende Halbleiterbauelemente haben einen p-n-Übergang in einem Gehäuse oder sie sind eine Matrix aus mehreren identischen Übergängen (COB-Technologie). Auf diese Weise erhalten Sie zu jedem Zeitpunkt eine Leuchtfarbe - direkt aus der Rekombination der Hauptträger oder aus dem sekundären Leuchten des Leuchtstoffs. Die zweite Technologie gab den Entwicklern reichlich Möglichkeiten, die Farbe des Leuchtens zu wählen, aber das Gerät kann die Farbe der Strahlung während des Betriebs nicht ändern.
Die RGB-LED enthält drei p-n-Übergänge mit unterschiedlichen Leuchtfarben in einem Paket:
- rot rot);
- Grün Grün);
- blau.
Die Abkürzung der englischen Namen jeder Farbe gab diesem LED-Typ den Namen.
Arten von RGB-Dioden
Dreifarbige LEDs werden je nach Verbindungsmethode der Kristalle im Inneren des Gehäuses in drei Typen unterteilt:
- mit gemeinsamer Anode (haben 4 Ausgänge);
- mit einer gemeinsamen Kathode (haben 4 Ausgänge);
- mit getrennten Elementen (haben 6 Schlussfolgerungen).
Die Art und Weise, wie das Gerät angesteuert wird, hängt von der Version der LED ab.
Je nach Linsentyp sind LEDs:
- mit transparenter Linse;
- mit gefrosteter Linse.
RGB-Elemente mit klaren Linsen erfordern möglicherweise zusätzliche Lichtdiffusoren, um gemischte Farbtöne zu erzielen. Andernfalls können einzelne Farbbestandteile sichtbar sein.
Arbeitsprinzip
Das Funktionsprinzip von RGB-LEDs basiert auf dem Mischen von Farben. Durch die kontrollierte Zündung von einem, zwei oder drei Elementen können Sie ein anderes Leuchten erzielen.
Das einzelne Einschalten der Kristalle ergibt die drei entsprechenden Farben. Paarweise Einbeziehung ermöglicht es Ihnen, ein Leuchten zu erreichen:
- rote + grüne p-n-Übergänge ergeben schließlich gelb;
- blau + grün gemischt ergibt türkis;
- Rot + Blau ergibt Lila.
Die Einbeziehung aller drei Elemente ermöglicht es Ihnen, weiß zu werden.
Viel mehr Möglichkeiten ergeben sich durch das Mischen von Farben in verschiedenen Anteilen. Dies kann erreicht werden, indem die Helligkeit des Leuchtens jedes Kristalls separat gesteuert wird. Dazu müssen Sie den Strom, der durch die LEDs fließt, individuell einstellen.
RGB-LED-Steuerung und Schaltplan
Die RGB-LED wird auf die gleiche Weise wie eine herkömmliche LED gesteuert - durch Anlegen einer direkten Anoden-Kathoden-Spannung und Erzeugen eines Stroms durch den p-n-Übergang.Daher ist es notwendig, ein dreifarbiges Element über Ballastwiderstände an eine Stromquelle anzuschließen - jeder Kristall über seinen eigenen Widerstand. Berechnung Dies kann durch den Nennstrom des Elements und die Betriebsspannung erfolgen.
Selbst wenn sie im selben Gehäuse kombiniert werden, können verschiedene Kristalle unterschiedliche Parameter haben, sodass sie nicht parallel geschaltet werden können.
Typische Eigenschaften für ein dreifarbiges Gerät mit geringer Leistung und einem Durchmesser von 5 mm sind in der Tabelle angegeben.
| Rot (R) | Grün (G) | Blau (B) | |
| Maximale Durchlassspannung, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Nennstrom, mA | 20 | 20 | 20 |
Offensichtlich hat der rote Kristall eine Durchlassspannung, die halb so hoch ist wie die der anderen beiden. Der parallele Einschluss von Elementen führt zu einer unterschiedlichen Helligkeit des Glühens oder zum Ausfall eines oder aller p-n-Übergänge.
Ein permanenter Anschluss an eine Stromquelle ermöglicht es Ihnen nicht, die volle Leistungsfähigkeit des RGB-Elements zu nutzen. Im statischen Modus erfüllt ein dreifarbiges Gerät nur die Funktionen eines monochromen, kostet aber viel mehr als eine herkömmliche LED. Daher ist der dynamische Modus viel interessanter, in dem die Farbe des Glühens gesteuert werden kann. Dies geschieht über einen Mikrocontroller. Seine Ausgänge liefern in den meisten Fällen einen Ausgangsstrom von 20 mA, was jedoch jedes Mal im Datenblatt angegeben werden muss. Verbinden Sie die LED über einen Strombegrenzungswiderstand mit den Ausgangsports. Eine Kompromissoption bei der Versorgung der Mikroschaltung mit 5 V ist ein Widerstand von 220 Ohm.
Elemente mit gemeinsamen Kathoden werden gesteuert, indem eine logische Einheit an den Ausgang angelegt wird, mit gemeinsamen Anoden - eine logische Null. Es ist nicht schwierig, die Polarität des Steuersignals programmgesteuert zu ändern. LED mit separaten Ausgängen sein können verbinden und in irgendeiner Weise verwalten.
Sind die Ausgänge des Mikrocontrollers nicht für den Nennstrom der LED ausgelegt, muss die LED über Transistorschalter angeschlossen werden.
In diesen Schaltungen leuchten beide Arten von LEDs, indem ein positiver Pegel an die Tasteneingänge angelegt wird.
Es wurde erwähnt, dass die Helligkeit des Leuchtens durch Ändern des Stroms durch das lichtemittierende Element gesteuert wird. Die digitalen Ausgänge des Mikrocontrollers können den Strom nicht direkt steuern, da sie zwei Zustände haben - hoch (entspricht der Versorgungsspannung) und niedrig (entspricht Nullspannung). Es gibt keine Zwischenpositionen, daher werden andere Möglichkeiten verwendet, um den Strom einzustellen. Beispielsweise das Verfahren der Pulsweitenmodulation (PWM) des Steuersignals. Sein Wesen liegt darin, dass an die LED keine konstante Spannung angelegt wird, sondern Impulse einer bestimmten Frequenz. Der Mikrocontroller ändert gemäß dem Programm das Verhältnis von Impuls und Pause. Dadurch ändert sich die durchschnittliche Spannung und der durchschnittliche Strom durch die LED bei konstanter Spannungsamplitude.
Es gibt spezialisierte Controller, die speziell dafür entwickelt wurden, das Leuchten von dreifarbigen LEDs zu steuern. Sie werden in Form eines fertigen Geräts verkauft. Sie verwenden auch das PWM-Verfahren.
Pinbelegung
Bei einer neuen, nicht eingelöteten LED kann die Pinbelegung visuell ermittelt werden. Bei jeder Verbindungsart (gemeinsame Anode oder gemeinsame Kathode) hat die mit allen drei Elementen verbundene Leitung die längste Länge.Wenn Sie das Gehäuse so drehen, dass sich das lange Bein auf der linken Seite befindet, befindet sich links davon ein „roter“ Ausgang und rechts davon zuerst „grün“, dann „blau“. Wenn die LED bereits verwendet wurde, könnten ihre Ausgänge beliebig gekürzt werden, und Sie müssen auf andere Methoden zurückgreifen, um die Pinbelegung zu ermitteln:
- Mit können Sie einen gemeinsamen Draht definieren Multimeter. Es ist notwendig, das Gerät im Diodentestmodus einzuschalten und die Klemmen des Geräts an den vorgesehenen gemeinsamen Zweig und an einen anderen anzuschließen und dann die Polarität der Verbindung zu ändern (wie beim üblichen Test eines Halbleiterübergangs). Wenn der erwartete gemeinsame Ausgang korrekt bestimmt wird, zeigt der Tester (mit allen drei wartungsfähigen Elementen) einen unendlichen Widerstand in einer Richtung und einen endlichen Widerstand in der anderen (der genaue Wert hängt vom LED-Typ ab). Erscheint in beiden Fällen ein offenes Signal auf dem Display des Testers, ist der Ausgang falsch gewählt und der Test muss mit dem anderen Bein wiederholt werden. Es kann sich herausstellen, dass die Prüfspannung des Multimeters ausreicht, um den Kristall zu zünden. In diesem Fall können Sie die Korrektheit der Pinbelegung zusätzlich anhand der Farbe des Leuchtens des p-n-Übergangs überprüfen.
- Eine andere Möglichkeit besteht darin, Strom an den beabsichtigten gemeinsamen Anschluss und jeden anderen Zweig der LED anzulegen. Wenn der gemeinsame Punkt richtig gewählt ist, kann dies durch das Leuchten des Kristalls überprüft werden.
Wichtig! Bei der Überprüfung mit einer Stromquelle muss die Spannung gleichmäßig von Null angehoben werden und darf den Wert von 3,5-4 V nicht überschreiten. Wenn keine geregelte Quelle vorhanden ist, können Sie die LED über eine Strombegrenzung an den Gleichspannungsausgang anschließen Widerstand.
Bei LEDs mit separaten Pins reduziert sich die Definition der Pinbelegung auf Polaritätsklärung und die Anordnung der Kristalle nach Farbe.Dies kann auch mit den oben genannten Methoden erfolgen.
Es wird nützlich sein zu wissen:
Vor- und Nachteile von RGB-LEDs
RGB-LEDs haben alle Vorteile, die Halbleiter-Leuchtelemente haben. Dies sind niedrige Kosten, hohe Energieeffizienz, lange Lebensdauer usw. Ein entscheidender Vorteil von Dreifarben-LEDs ist die Möglichkeit, auf einfache Weise und zu einem niedrigen Preis nahezu jeden Leuchtton zu erhalten und die Farben dynamisch zu ändern.
Der Hauptnachteil von RGB-LEDs ist die Unmöglichkeit, reines Weiß durch Mischen von drei Farben zu erhalten. Dazu werden sieben Farbtöne benötigt (ein Beispiel ist der Regenbogen – seine sieben Farben sind das Ergebnis des umgekehrten Prozesses: der Zerlegung des sichtbaren Lichts in seine Bestandteile). Dies schränkt die Verwendung von Dreifarbenlampen als Beleuchtungselemente ein. Um diese unangenehme Eigenschaft etwas auszugleichen, wird beim Erstellen von LED-Streifen auf das RGBW-Prinzip zurückgegriffen. Für jede dreifarbige LED ist ein weißes Leuchtelement (aufgrund des Leuchtstoffs) verbaut. Aber die Kosten einer solchen Beleuchtungsvorrichtung steigen deutlich. RGBW-LEDs sind ebenfalls erhältlich. Sie haben vier Kristalle im Gehäuse installiert - drei, um die ursprünglichen Farben zu erhalten, der vierte - um Weiß zu erhalten, es emittiert Licht aufgrund des Phosphors.
Lebensdauer
Die Betriebsdauer eines Geräts aus drei Kristallen wird durch die Zeit zwischen Ausfällen des kurzlebigsten Elements bestimmt. In diesem Fall ist er für alle drei p-n-Übergänge ungefähr gleich. Die Hersteller geben die Lebensdauer von RGB-Elementen auf dem Niveau von 25.000 bis 30.000 Stunden an. Aber diese Zahl ist mit Vorsicht zu genießen.Die angegebene Lebensdauer entspricht einem Dauerbetrieb von 3-4 Jahren. Es ist unwahrscheinlich, dass einer der Hersteller Lebensdauertests (und sogar in verschiedenen thermischen und elektrischen Modi) über einen so langen Zeitraum durchgeführt hat. In dieser Zeit tauchen neue Technologien auf, Tests müssen neu gestartet werden – und so weiter ins Unendliche. Die Garantiezeit des Betriebs ist viel aussagekräftiger. Und es sind 10.000-15.000 Stunden. Alles, was folgt, ist bestenfalls mathematische Modellierung, schlimmstenfalls nacktes Marketing. Das Problem ist, dass es für gängige preiswerte LEDs in der Regel keine Garantieinformationen des Herstellers gibt. Aber Sie können sich auf 10.000-15.000 Stunden konzentrieren und ungefähr die gleiche Menge im Auge behalten. Und sich dann nur auf das Glück verlassen. Und noch etwas: Die Lebensdauer hängt stark vom thermischen Regime während des Betriebs ab. Daher hält das gleiche Element unter verschiedenen Bedingungen für unterschiedliche Zeiten. Um die Lebensdauer der LED zu verlängern, muss man auf das Problem der Wärmeableitung achten, Heizkörper nicht vernachlässigen und Bedingungen für eine natürliche Luftzirkulation schaffen und in einigen Fällen auf Zwangsbelüftung zurückgreifen.
Aber auch die reduzierten Laufzeiten sind mehrjähriger Betrieb (weil die LED nicht ohne Pausen funktioniert). Daher ermöglicht das Erscheinen von dreifarbigen LEDs Designern, Halbleitergeräte in ihren Ideen umfassend zu verwenden, und Ingenieuren, diese Ideen „in Hardware“ zu implementieren.
