installatie en programmering van RGB ledstrips
Luminescentiedioden (of LED ‘ s) vervangen steeds vaker standaardbronnen van elektrisch licht, zoals gloeilampen, halogeenlampen of fluorescentiebuizen. Ten eerste zijn ze veel energiezuiniger, maar ze hebben ook veel andere voordelen.
In dit artikel leert u:
- Wat is een LED,
- Wat is de toepassing van RGB-diodes,
- hoe stelt u de helderheid van de diode in,
- Wat is een LED en RGB-ledstrip,
- hoe beheert u ledstrips,
- welke strip en welke controller kiest u,
- hoe kiest u een geschikte LED?
LED ‘ s worden vaak gebruikt in verlichtingssystemen met een breed scala aan witte diodes. Maar steeds vaker worden Kleur-LED ‘ s gebruikt om interieurs te verlichten met een opvallend visueel effect. De meest geavanceerde oplossing van dit type zijn RGB-diodes, waarvan de kleur soepel kan worden geregeld, maar ook op bijna elke kleur in het zichtbare spectrum kan worden ingesteld. Wat is er meer te weten over deze?
Wat is een LED?
Luminescentiedioden (LED’ s) zijn halfgeleiderlichtbronnen die licht uitstralen wanneer er stroom doorheen stroomt. Elektronen in de halfgeleider recombineren met elektrongaten om energie vrij te geven in de vorm van fotonen. Dit effect wordt elektroluminescentie genoemd.
de kleur van het uitgestraalde licht komt overeen met de energie van de fotonen, die op haar beurt wordt bepaald door de energie die de elektronen nodig hebben om de bandspleet van de halfgeleider te overbruggen. De band gap wordt soms energie gap genoemd, en is een belangrijk aspect van elke halfgeleider – dus de kleur van de diode is afhankelijk van het materiaal dat wordt gebruikt voor de constructie.
LEDs verschenen in 1962 op de markt als commercieel verkrijgbare elektronische componenten. Aanvankelijk straalden ze infrarood licht uit. Infrarood-LED ‘ s worden voornamelijk gebruikt in afstandsbedieningscircuits, bijv. in consumentenelektronica. De eerste LED ‘ s met zichtbaar licht waren ook van lage intensiteit en beperkt tot de rode kleur. Ze zijn vervaardigd uit materialen zoals galliumfosfide (GaP) en aluminium galliumarsenide (AlGaAs)
Moderne LED ‘ s zijn beschikbaar op de zichtbare, ultraviolet en infrarood golflengten, met een hoge emissie output, wat betekent dat ze veel licht genereren tegen lage energiekosten. Deze moderne producten zijn gemaakt van een verscheidenheid aan halfgeleidermaterialen, afhankelijk van het gewenste kleurbereik. Rode diodes worden vervaardigd met behulp van aluminium gallium indium fosfide (AlInGaP), waardoor ze efficiënter dan die gemaakt van GaP of AlGaAs. De componenten van blauwe en groene diodes daarentegen worden voornamelijk vervaardigd uit galliumnitride (GaN) en indium galliumnitride (InGaN). De hoeveelheid indium bepaalt de kleur – hoe meer indium, hoe langer de golflengte (bijvoorbeeld groen).
Wat is de toepassing van RGB-diodes?
RGB is een additief kleurmodel waarin rode, groene en blauwe lichten (zoals de verkorte naam al doet vermoeden) op verschillende manieren worden gecombineerd om een breed scala aan kleuren te reproduceren.De belangrijkste toepassing van het RGB-kleurenmodel is het detecteren, weergeven en weergeven van beelden in elektronische systemen zoals TV-toestellen en computers, maar het is ook gebruikt in analoge fotografie. Tegenwoordig wordt het echter ook steeds meer gebruikt in verlichtingssystemen. Voor het elektronische tijdperk had het RGB-kleurenmodel al een solide theorie gebaseerd op de menselijke waarneming van kleuren.
het mengen van rood, groen en blauw licht van LED-bronnen om wit licht te produceren vereist speciale elektronische circuits om het mengen van de kleuren te regelen en, aangezien verschillende diodes enigszins verschillende emissiepatronen hebben, kan de kleurbalans veranderen, afhankelijk van de kijkhoek, zelfs als de RGB-bronnen in één pakket zijn, zodat RGB-diodes zelden worden gebruikt om witte verlichting te produceren. Toch heeft deze methode vele toepassingen vanwege de flexibiliteit van het mengen van verschillende kleuren en de hoge energie-efficiëntie.Meerkleurige LED ‘ s bieden ook een nieuwe manier om licht van verschillende kleuren te creëren. De meeste waarneembare kleuren kunnen worden gevormd door het mengen van verschillende hoeveelheden van de drie primaire kleuren: rood, groen en blauw. Dit zorgt voor een nauwkeurige en dynamische controle over de weergave van kleuren. Maar het probleem met het gebruik van rgb led ‘ s voor nauwkeurige kleurweergave in verlichtingssystemen is gerelateerd aan het feit dat een verandering in temperatuur ook de energiekloof van de halfgeleider als component verandert. Bijgevolg treedt in de RGB-structuur een verandering in de kleuremissie van individuele diodes (rood, groen en blauw) op. Dit is geen probleem in het geval van laagvermogen diodes.
de helderheid van de diode – pulsbreedtemodulatie
de helderheid van de elektroluminescente diode-emissie is afhankelijk van de stroom die er doorheen stroomt. Dit, echter, kan worden gecontroleerd in een vaiety van manieren. De twee makkelijkste methoden zijn om een gecontroleerde stroombron of een PWM modulator te gebruiken.
een stroombron is een elektronisch circuit dat elektrische stroom levert of absorbeert die onafhankelijk is van de spanning. Er zijn twee soorten stroombronnen: een onafhankelijke stroombron levert constante stroom, terwijl een afhankelijke stroombron stroom levert die evenredig is aan een andere spanning of de stroomkring. Daarom is voor het aansturen van LEDs een afhankelijke bron nodig. De meeste actuele stroombronnen worden gemaakt met behulp van elementen van gecontroleerde weerstand (bijvoorbeeld een MOSFET transistor). Het wordt zo geregeld dat de spanningsval op dat element ook de stroom van de gewenste stroom door de belasting forceert.
het nadeel van de oplossing met het lossy element dat de stroom forceert is de lage energie-efficiëntie. De spanningsdaling bij het besturingselement kan aanzienlijk zijn, vooral bij lage stromen. Bovendien is deze manier van aansturing, die een analoge ingang nodig heeft – bijvoorbeeld regelspanning – moeilijk te implementeren in een digitaal systeem en vereist de implementatie van aanvullende elementen zoals een digitaal-naar-analoog-omzetter.
PWM, of pulsbreedtemodulatie, is een methode om het gemiddelde vermogen dat door een elektrisch signaal wordt geleverd, te verminderen door het signaal effectief in afzonderlijke delen te snijden wanneer het wordt in – en uitgeschakeld (zonder overgangstoestanden-zoals in een rechthoekige golfvorm). De gemiddelde waarde van de spanning (en stroom) toegepast op de belasting wordt geregeld door snel in-en uitschakelen van een specifiek type sleutel tussen de voeding en de belasting. Hoe langer de sleutel wordt ingeschakeld in vergelijking met de uit-periodes, hoe groter het totale vermogen dat aan de belasting wordt geleverd.
PWM-modulatie is bijzonder geschikt voor relatief inerte belastingen, zoals motoren die niet zo gemakkelijk worden beïnvloed door Discreet schakelen. Ze reageren langzamer door traagheid. De PWM-omschakelingsfrequentie moet hoog genoeg zijn om de belasting niet te beïnvloeden. In het geval van RGB-LED ‘ s is het niet de ontvanger zelf – de lichtgevende diode – die inert is, maar het menselijk oog, dat het knipperen niet waarneemt, omdat het de lichtintensiteit gemiddelden.
de snelheid (of frequentie) waarbij de sleutel de belasting moet schakelen, kan aanzienlijk variëren afhankelijk van de belasting en de toepassing van het systeem. Bij LED ‘ s hangt de optimale frequentie ook af van de specifieke toepassing. De bovenste frequentiegrens is de schakelsnelheid van de LED. De schakeltijd van een typische LED ligt tussen enkele honderden en enkele duizenden nanoseconden, wat zich vertaalt in het schakelen van frequenties van enkele honderden kilohertz naar meerdere megahertz. Aan de andere kant wordt de minimale schakelfrequentie bepaald door de traagheid van het menselijk oog. Bij een bewegend object wordt 200 Hz gebruikt als minimale schakelfrequentie voor de LED-bedieningssleutel.
het belangrijkste voordeel van het gebruik van PWM-modulatie is dat de vermogensverliezen in de schakelapparaten zeer laag zijn. Wanneer de schakelaar wordt uitgeschakeld, stroomt de stroom praktisch niet en wanneer de sleutel wordt ingeschakeld, is de spanningsdaling op de sleutel marginaal. Vermogensverliezen, die het product zijn van spanningsval en stroomstroom, zijn daarom in beide gevallen klein. Bovendien werkt PWM zeer goed met digitale besturingen, die door hun aard – nul-één – besturing-de sleutel gemakkelijk regelen.
Wat is een LED-en RGB-ledstrip met geïntegreerde driver
ledstrip is een flexibele printplaat waarop opbouwlichtdioden (SMD ‘ s) en andere onderdelen die nodig zijn voor de werking van de dioden worden gesoldeerd. Het is meestal uitgerust met een zelfklevende achterkant.
ledstrips werden in het verleden alleen gebruikt voor accentverlichting, achtergrondverlichting, taakverlichting en decoratieve verlichting. Dankzij de verhoogde efficiëntie van LED ‘ s en de beschikbaarheid van krachtigere producten worden ledstrips nu gebruikt als verlichting met hoge helderheid die armaturen effectief vervangt door fluorescentielampen of halogeenlampen.
populaire ledstrips zijn ook verkrijgbaar in een versie met veelkleurige LED ‘ s: RGB, RGBW. De laatste heeft een extra, witte diode, die een goede kwaliteit wit licht afgeeft-u zult er later meer over leren in dit artikel. Het besturen van hen met behulp van externe drivers zou ingewikkeld zijn vanwege het grote aantal leads die nodig zijn om de langere strip te controleren. Daarom worden voor dit type strips vaak geïntegreerde drivers gebruikt.
aansturing van ledstrips
de meeste RGB LED strips zijn gemaakt met behulp van klassieke RGB LED ‘ s met vier leads – een gemeenschappelijke anode of kathode en een enkele lead voor elk van de kleuren. Kabels kunnen niet direct op de voeding worden aangesloten, omdat een driver nodig is voor een eenvoudige kleurverandering. Hoewel een dergelijke oplossing ons in staat stelt om de kleur te controleren, moet de gebruiker niet vergeten dat de hele strip dezelfde kleur afgeeft, wat een beperking kan zijn in termen van het gebruik ervan. Een oplossing waarbij geà ntegreerde drivers, zoals worldsemi ws28xx familie van chips, worden gebruikt op de strip naast RBG LED ‘ s is onlangs populair geworden.
het is ook vermeldenswaard dat klassieke RGB ledstrips anders worden bestuurd dan die met drivers. Dit is vooral te wijten aan het feit dat in het geval van geïntegreerde drivers de structuur verandert – er wordt slechts één regel (DATA) gebruikt om te controleren, en niet drie afzonderlijke regels voor elke kleur. Hier kunt u bijvoorbeeld besturingsoplossingen op basis van Arduino gebruiken.
Strips met schakelingen uit deze groep worden meestal programmeerbaar of slim genoemd, terwijl de driver zelf de vorm heeft van een geïntegreerde schakeling, ontworpen om LEDs te besturen. Het bevat een interne intelligente digitale data-vergrendeling voor de ingangspoort, een eigen individueel adres, evenals een stroomregelaarcircuit. Het heeft ook een nauwkeurige interne oscillator en een 12V spanningsregelaar voor LED ‘ s. Om de rimpel in het systeem te verminderen, worden individuele PWM-kanalen bestuurd met een faseverschuiving. Dit systeem maakt gebruik van de NZR-communicatiemodus.
in het NZR-systeem zijn de ws28xx-systemen in serie met elkaar verbonden. De DIN pin is de data input en de DO is de output. De gegevens worden geleverd aan de DIN-pin van de eerste driver in de ketting. Zijn DO is bevestigd aan de DIN van de volgende etc. Na het opnieuw opstarten van de chip ontvangt de DIN-lijn gegevens van de controller. De eerste chip verzamelt de eerste 24 bits data (drie keer 8 bits voor drie kleuren) en stuurt ze vervolgens naar de interne data latch. De overige gegevens worden verder verzonden door de Do-uitvoer.
de Do-uitvoergegevens worden gebufferd door ingebouwde digitale circuits, zodat de volgende driver een golfvorm van hoge kwaliteit ontvangt. Dit vergroot het bereik van de chip, aangezien de enige grenzen aan de striplengte de maximale afstand tussen drivers en het aantal beschikbare adressen zijn.
wanneer de bestuurder de gegevens vergrendelt, genereert het systeem passende PWM-besturingssignalen aan de OUTR -, OUTG-en OUTB-uitgangen, ontworpen om de rode, groene en blauwe diodes op de strip te regelen. Dankzij de mogelijkheid om de ws28xx-circuits aan te pakken, is het mogelijk om de kleur en helderheid van de RGB-diode individueel in te stellen, wat het toepassingsgebied aanzienlijk uitbreidt. In strips die dit systeem gebruiken, kan elke diode bijvoorbeeld een andere kleur en met een andere intensiteit uitzenden, ongeacht de andere diodes op de strip.
het is vermeldenswaard dat er ook uitgebreide oplossingen beschikbaar zijn die zowel de rgb-led-structuren als een geïntegreerde adresseerbare driver in één behuizing bevatten, wat de toepassing vereenvoudigt en de uiteindelijke cos vermindert. Dergelijke diodes worden zowel aangeboden in een budget versie van Worldsemi, als in de versie aangeboden door Liteon, met topkwaliteit embedded diodes gekenmerkt door een hoge herhaalbaarheid.
welke strip en welke controller te kiezen?
veel verschillende RGB ledstrips met geïntegreerde drivers zijn op de markt verkrijgbaar. Dit zijn strips met verschillende vermogen en LED-nummer opties, wat zich vertaalt in verschillende helderheidsniveaus. Dergelijke producten variëren van 30 tot 144 LED ‘ s per meter en hebben een maximaal vermogen van 36W tot 86,4 W (per 1 meter strip).
RGB ledstrips kunnen worden geleverd met 5V, 12V of 24V DC. De keuze van een specifieke strip moet worden bepaald door de Beschikbare voedingsspanning in het specifieke systeem. Bijvoorbeeld, voor een microcontroller systeem astrip geleverd met 5V zal perfect werken, en in een industrieel systeem een strook geleverd met 24V zal de beste keuze. Bovendien is het bij het kiezen van LED-strip voor industriële toepassingen de moeite waard om de beschermingsklasse van het product te controleren. Als u kiest voor een IP65-model, kunt u rekenen op de betrouwbaarheid van het systeem, want deze klasse garandeert stofdichtheid en bescherming tegen vocht.
RGB of RGBW-hoe kies ik een geschikte LED?
een standaard RGB LED strip gebruikt drie LEDs (rood, groen en blauw). Het kan een breed scala aan kleuren produceren, door deze drie kleuren te mengen en een bijna wit licht te geven, maar zelfs wanneer alle drie de LED ‘ s tot de maximale helderheid worden verlicht, is de uiteindelijke kleur verre van perfect. Daarom worden RGB + W LED strips aangebracht, die vier LED ‘ s gebruiken: RGB LED en een extra witte lichtgevende diode.
hoewel RGB-LED ‘ s zelf een kleur kunnen produceren die vergelijkbaar is met wit, biedt de speciale witte LED in de structuur een veel zuiverdere witte toon en maakt het gebruik van een extra warme of koude witte chip mogelijk. Daarnaast biedt de witte chip extra mogelijkheden om kleuren te mengen met RGB-chips, en op deze manier kunt u een indrukwekkende reeks unieke tinten creëren.