Característica de LED RGB
La luz de fondo que cambia de color se ve espectacular. Se utiliza para objetos publicitarios, iluminación decorativa de objetos arquitectónicos, durante diversos espectáculos y eventos públicos. Una forma de implementar una retroiluminación de este tipo es utilizar LED tricolores.
¿Qué es LED RGB?
Los dispositivos semiconductores emisores de luz ordinarios tienen una unión p-n en un paquete, o son una matriz de varias uniones idénticas (tecnología COB). Esto le permite obtener un color de brillo en cada momento, directamente de la recombinación de los portadores principales o del brillo secundario del fósforo. La segunda tecnología brindó a los desarrolladores amplias oportunidades para elegir el color del brillo, pero el dispositivo no puede cambiar el color de la radiación durante la operación.
El LED RGB contiene tres uniones p-n con diferentes colores de brillo en un paquete:
- rojo rojo);
- verde verde);
- azul.
La abreviatura de los nombres en inglés de cada color dio el nombre a este tipo de LED.
Tipos de diodos RGB
Los LED de tres colores se dividen en tres tipos según el método de conexión de los cristales dentro de la caja:
- con un ánodo común (tiene 4 salidas);
- con un cátodo común (tiene 4 salidas);
- con elementos separados (tiene 6 conclusiones).
La forma en que se controla el dispositivo depende de la versión del LED.
Según el tipo de lente, los LED son:
- con lente transparente;
- con lente esmerilada.
Los elementos RGB de lentes transparentes pueden requerir difusores de luz adicionales para lograr tonos mixtos. De lo contrario, los componentes de color individuales pueden ser visibles.
Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento de los LED RGB se basa en la mezcla de colores. El encendido controlado de uno, dos o tres elementos le permite obtener un brillo diferente.
Al encender los cristales individualmente se obtienen los tres colores correspondientes. La inclusión por pares le permite lograr un brillo:
- las uniones p-n rojo + verde eventualmente darán amarillo;
- azul + verde cuando se mezcla da turquesa;
- rojo + azul hacen púrpura.
La inclusión de los tres elementos le permite obtener blanco.
Se dan muchas más posibilidades mezclando colores en varias proporciones. Esto se puede hacer controlando por separado el brillo del resplandor de cada cristal. Para hacer esto, debe ajustar individualmente la corriente que fluye a través de los LED.
Diagrama de cableado y control de LED RGB
El LED RGB se controla de la misma manera que un LED convencional: aplicando un voltaje directo de ánodo-cátodo y creando una corriente a través de la unión p-n.Por lo tanto, es necesario conectar un elemento tricolor a una fuente de alimentación a través de resistencias de balasto, cada cristal a través de su propia resistencia. Calcular puede ser a través de la corriente nominal del elemento y la tensión de funcionamiento.
Incluso cuando se combinan en el mismo paquete, diferentes cristales pueden tener diferentes parámetros, por lo que no se pueden conectar en paralelo.
Las características típicas de un dispositivo de tres colores de baja potencia con un diámetro de 5 mm se dan en la tabla.
| Rojo (R) | Verde (G) | Azul (B) | |
| Tensión directa máxima, V | 1,9 | 3,8 | 3,8 |
| Corriente nominal, mA | 20 | 20 | 20 |
Obviamente, el cristal rojo tiene un voltaje directo que es la mitad del de los otros dos. La inclusión paralela de elementos dará lugar a un brillo diferente del resplandor o al fallo de una o todas las uniones p-n.
La conexión permanente a una fuente de alimentación no le permite utilizar todas las capacidades del elemento RGB. En modo estático, un dispositivo de tres colores solo realiza las funciones de uno monocromático, pero cuesta mucho más que un LED convencional. Por lo tanto, es mucho más interesante el modo dinámico, en el que se puede controlar el color del brillo. Esto se hace a través de un microcontrolador. Sus salidas en la mayoría de los casos proporcionan una corriente de salida de 20 mA, pero esto debe especificarse en la hoja de datos cada vez. Conecte el LED a los puertos de salida a través de una resistencia limitadora de corriente. Una opción de compromiso cuando se alimenta el microcircuito desde 5 V es una resistencia de 220 ohmios.
Los elementos con cátodos comunes se controlan aplicando una unidad lógica a la salida, con ánodos comunes, un cero lógico. No es difícil cambiar la polaridad de la señal de control programáticamente. LED con salidas separadas puede ser conectar y administrar de cualquier manera.
Si las salidas del microcontrolador no están diseñadas para la corriente nominal del LED, el LED debe conectarse a través de interruptores de transistor.
En estos circuitos, ambos tipos de LED se encienden aplicando un nivel positivo a las entradas clave.
Se mencionó que el brillo del resplandor se controla cambiando la corriente a través del elemento emisor de luz. Las salidas digitales del microcontrolador no pueden controlar directamente la corriente, porque tienen dos estados: alto (correspondiente al voltaje de suministro) y bajo (correspondiente al voltaje cero). No hay posiciones intermedias, por lo que se utilizan otras formas de ajustar la corriente. Por ejemplo, el método de modulación de ancho de pulso (PWM) de la señal de control. Su esencia radica en el hecho de que no se aplica un voltaje constante al LED, sino pulsos de cierta frecuencia. El microcontrolador, de acuerdo con el programa, cambia la relación del pulso y la pausa. Esto cambia el voltaje promedio y la corriente promedio a través del LED a una amplitud de voltaje constante.
Hay controladores especializados diseñados específicamente para controlar el brillo de los LED de tres colores. Se venden en forma de un dispositivo terminado. También utilizan el método PWM.
asignación de pines
Si hay un LED nuevo, no soldado, entonces el pinout se puede determinar visualmente. Para cualquier tipo de conexión (ánodo común o cátodo común), el cable conectado a los tres elementos tiene la mayor longitud.Si gira la caja para que la pata larga quede en el lado izquierdo, entonces a la izquierda habrá una salida "roja", y al lado derecho, primero "verde", luego "azul". Si el LED ya estaba en uso, sus salidas podrían acortarse arbitrariamente y tendrá que recurrir a otros métodos para determinar el pinout:
- Puede definir un cable común con multímetro. Es necesario encender el dispositivo en el modo de prueba de diodos y conectar las abrazaderas del dispositivo a la pata común prevista y a cualquier otra, luego cambiar la polaridad de la conexión (como en la prueba habitual de una unión de semiconductores). Si la salida común esperada se determina correctamente, entonces (con los tres elementos útiles) el probador mostrará una resistencia infinita en una dirección y una resistencia finita en la otra (el valor exacto depende del tipo de LED). Si en ambos casos hay una señal abierta en la pantalla del probador, entonces la salida se selecciona incorrectamente y la prueba debe repetirse con la otra pierna. Puede resultar que el voltaje de prueba del multímetro sea suficiente para encender el cristal. En este caso, también puede verificar la corrección del pinout por el color del brillo de la unión p-n.
- Otra forma es aplicar energía al terminal común deseado y cualquier otra pata del LED. Si el punto común se elige correctamente, esto se puede verificar por el brillo del cristal.
¡Importante! Al verificar con una fuente de alimentación, es necesario aumentar suavemente el voltaje desde cero y no exceder el valor de 3.5-4 V. Si no hay una fuente regulada, puede conectar el LED a la salida de voltaje de CC a través de un limitador de corriente. resistor.
Para los LED con pines separados, la definición del pinout se reduce a aclaración de polaridad y la disposición de los cristales por color.Esto también se puede hacer usando los métodos anteriores.
Será útil saber:
Pros y contras de los LED RGB
Los LED RGB tienen todas las ventajas que tienen los elementos emisores de luz semiconductores. Estos son de bajo costo, alta eficiencia energética, larga vida útil, etc. Una ventaja distintiva de los LED de tres colores es la capacidad de obtener casi cualquier tono de brillo de forma sencilla y a bajo precio, así como cambiar los colores en la dinámica.
La principal desventaja de los LED RGB es la imposibilidad de obtener un blanco puro mezclando tres colores. Esto requerirá siete tonos (un ejemplo es el arco iris, sus siete colores son el resultado del proceso inverso: la descomposición de la luz visible en componentes). Esto impone restricciones al uso de lámparas de tres colores como elementos de iluminación. Para compensar un poco esta característica desagradable, se utiliza el principio RGBW al crear tiras de LED. Para cada LED de tres colores, se instala un elemento de brillo blanco (debido al fósforo). Pero el costo de un dispositivo de iluminación de este tipo aumenta notablemente. Los LED RGBW también están disponibles. Tienen cuatro cristales instalados en la caja, tres para obtener los colores originales, el cuarto, para obtener el blanco, emite luz debido al fósforo.
Toda la vida
El período de funcionamiento de un dispositivo de tres cristales está determinado por el tiempo entre fallas del elemento de vida más corta. En este caso, es aproximadamente el mismo para las tres uniones p-n. Los fabricantes afirman que la vida útil de los elementos RGB es de 25 000 a 30 000 horas. Pero esta cifra debe ser tratada con cautela.La vida útil indicada es equivalente a un funcionamiento continuo durante 3-4 años. Es poco probable que alguno de los fabricantes haya realizado pruebas de vida (e incluso en varios modos térmicos y eléctricos) durante un período tan prolongado. Durante este tiempo, aparecen nuevas tecnologías, las pruebas deben comenzar de nuevo, y así hasta el infinito. El período de garantía de funcionamiento es mucho más informativo. Y son 10.000-15.000 horas. Todo lo que sigue es, en el mejor de los casos, modelado matemático, en el peor, marketing desnudo. El problema es que generalmente no hay información de garantía del fabricante para los LED económicos comunes. Pero puede concentrarse en 10 000-15 000 horas y tener en cuenta aproximadamente la misma cantidad. Y luego confía solo en la suerte. Y una cosa más: la vida útil depende en gran medida del régimen térmico durante el funcionamiento. Por lo tanto, el mismo elemento en diferentes condiciones durará diferentes tiempos. Para alargar la vida del LED, se debe estar atento al problema de la disipación de calor, no descuidar los radiadores y crear condiciones para la circulación natural del aire, y en algunos casos recurrir a la ventilación forzada.
Pero incluso los plazos reducidos son varios años de funcionamiento (porque el LED no funcionará sin pausas). Por lo tanto, la aparición de LED de tres colores permite a los diseñadores utilizar ampliamente dispositivos semiconductores en sus ideas y a los ingenieros implementar estas ideas "en hardware".
