instalação e programação de tiras de LED RGB
os diodos emissores de luz (ou LEDs) substituem cada vez mais as fontes padrão de luz elétrica, como lâmpadas incandescentes, lâmpadas halógenas ou tubos fluorescentes. Em primeiro lugar, eles são muito mais eficientes em termos energéticos, mas também têm muitas outras vantagens.
neste artigo, você aprenderá:
- o Que é um DIODO emissor de luz,
- o Que é a aplicação de RGB diodos,
- Como definir o diodo brilho,
- o Que é um LED e LED strip RGB,
- Como controle de tiras de LED,
- Que tira e que o controlador de escolher,
- Como escolher um adequado DIODO emissor de luz.
os LEDs são frequentemente usados em sistemas de iluminação equipados com uma ampla gama de diodos brancos. No entanto, cada vez mais LEDs coloridos são usados para iluminar interiores com um efeito visual atraente. A solução mais avançada deste tipo são os diodos RGB, cuja cor pode ser controlada suavemente, mas também definida para quase qualquer cor no espectro visível. O que há mais a saber sobre isso?
o que é um LED?Os diodos emissores de luz (LEDs) são fontes de luz semicondutoras que emitem luz quando a corrente flui através deles. Elétrons no semicondutor recombinam com buracos de elétrons para liberar energia na forma de fótons. Este efeito é chamado de eletroluminescência.
a cor da luz emitida corresponde à energia dos fótons, que por sua vez é determinada pela energia necessária para os elétrons cruzarem o intervalo de banda do semicondutor. A lacuna de banda às vezes é chamada de lacuna de energia e é um aspecto importante de cada semicondutor – portanto, a cor do diodo depende do material usado para sua construção.
os LEDs apareceram no mercado como componentes eletrônicos disponíveis comercialmente em 1962. Inicialmente, eles emitiram luz infravermelha de baixa intensidade. Os LEDs infravermelhos são usados principalmente em circuitos de controle remoto, por exemplo. em eletrônicos de consumo. Os primeiros LEDs de luz visível também eram de baixa intensidade e limitados à cor vermelha. Eles foram fabricados a partir de materiais como fosfeto de gálio (GaP) e arsenieto de gálio de alumínio (AlGaAs)
LEDs modernos estão disponíveis nos comprimentos de onda visível, ultravioleta e infravermelho, com alta emissão de saída, o que significa que eles geram muita luz por um baixo custo de energia. Estes produtos contemporâneos são feitos de uma variedade de materiais semicondutores, dependendo da Gama de cores desejada. Os diodos vermelhos são fabricados usando fosfeto de alumínio do Índio do gálio (AlInGaP), o que os torna mais eficientes do que aqueles feitos de GaP ou AlGaAs. Os componentes dos diodos azuis e verdes, por outro lado, são fabricados principalmente a partir de nitreto de gálio (Gan) e nitreto de gálio de índio (InGaN). A quantidade de índio determina a cor-quanto mais índio, maior o comprimento de onda (por exemplo, verde).
Qual é a aplicação dos diodos RGB?
RGB é um modelo de cor aditiva no qual as luzes vermelhas, verdes e azuis (como o nome abreviado sugere) são combinadas de diferentes maneiras para reproduzir uma ampla gama de cores.A principal aplicação do modelo de cores RGB é detectar, representar e exibir imagens em sistemas eletrônicos, como aparelhos de TV e computadores, mas também tem sido usado em fotografia analógica. Hoje em dia, porém, também é cada vez mais utilizado em sistemas de iluminação. Antes da era eletrônica, o modelo de cores RGB já tinha uma teoria sólida baseada na percepção humana das cores.
a Mistura de vermelho, verde e azul, luz do DIODO emissor de luz de fontes para produzir luz branca requer dedicado circuitos eletrônicos para o controle da mistura das cores e, uma vez que diferentes diodos ligeiramente diferentes padrões de emissão, o equilíbrio de cores pode mudar, dependendo do ângulo de visão, mesmo se o RGB fontes estão em um único pacote, de modo RGB diodos são raramente usados para produzir iluminação branca. No entanto, este método tem muitas aplicações devido à flexibilidade de misturar cores diferentes e alta eficiência energética.
os LEDs Multicolour também oferecem uma nova maneira de criar luz de cores diferentes. A maioria das cores perceptíveis pode ser formada misturando diferentes quantidades das três cores primárias: vermelho, verde e azul. Isso permite um controle preciso e dinâmico sobre a exibição de cores. Mas o problema com o uso de LEDs RGB para exibição precisa de cores em sistemas de iluminação está relacionado ao fato de que uma mudança na temperatura também altera a lacuna de energia do semicondutor usado como componente. Consequentemente, uma mudança na emissão de cores de diodos individuais (vermelho, verde e azul) ocorre na estrutura RGB. Este não é um problema no caso de diodos de baixa potência.
como definir a modulação de brilho – largura de pulso do diodo
o brilho da emissão de diodo eletroluminescente depende da corrente que flui através dele. Isso, no entanto, pode ser controlado de várias maneiras. Os dois métodos mais fáceis São usar uma fonte de corrente controlada ou um modulador PWM.
uma fonte de corrente é um circuito eletrônico que fornece ou absorve corrente elétrica independente de sua tensão. Existem dois tipos de fontes de corrente: uma fonte de corrente independente fornece corrente constante, enquanto uma fonte de corrente dependente fornece corrente proporcional a alguma outra tensão ou à corrente do circuito. Portanto, para controlar os LEDs, é necessária uma fonte dependente. A maioria das fontes atuais reais é feita com o uso de elementos de resistência controlada (por exemplo, um transistor MOSFET). É controlado de tal forma que a queda de tensão nesse elemento também força o fluxo da corrente desejada através da carga.
a desvantagem da solução com o elemento com perdas que força o fluxo é sua baixa eficiência energética. A queda de tensão no elemento de controle pode ser bastante significativa, especialmente para baixas correntes. Além disso, essa forma de controle, pois precisa de uma entrada analógica – por exemplo, tensão de controle – é difícil de implementar em um sistema digital e requer a implementação de elementos adicionais, como um conversor digital para analógico.
PWM, ou modulação por largura de pulso, é um método de reduzir a potência média entregue por um sinal elétrico, efetivamente cortando o sinal em partes separadas, quando é ligado e desligado (sem qualquer transição de estados – como em uma forma de onda rectangular). O valor médio da tensão (e corrente) aplicada na carga é controlado ligando e desligando rapidamente um tipo específico de chave entre a fonte de alimentação e a carga. Quanto mais tempo a chave estiver ligada em comparação com os períodos de desligamento, maior será a potência total fornecida à carga.
a modulação PWM é particularmente adequada para cargas relativamente inertes, como motores que não são tão facilmente afetados por comutação discreta. Eles reagem mais lentamente devido à inércia. A frequência de comutação PWM deve ser alta o suficiente para não afetar a carga. No caso dos LEDs RGB, não é o próprio receptor – o diodo emissor de luz – que é inerte, mas o olho humano, que não percebe o piscar, porque mede a intensidade da luz.
a velocidade (ou frequência) em que a chave deve mudar a carga pode variar consideravelmente dependendo da carga e aplicação do sistema. No caso dos LEDs, a frequência ideal também depende da aplicação específica. O limite de frequência superior é a velocidade de comutação do LED. O tempo de comutação de um LED típico está entre várias centenas e vários milhares de nanossegundos, o que se traduz em frequências de comutação de várias centenas de kilohertz para vários megahertz. Por outro lado, a frequência mínima de comutação é definida pela inércia do olho humano. Com um objeto em movimento, 200 Hz é usado como a frequência mínima de comutação para a chave de controle LED.
a principal vantagem do uso da modulação PWM é que as perdas de energia nos dispositivos de comutação são muito baixas. Quando o interruptor é desligado, a corrente praticamente não flui e, quando a chave é ligada, a queda de tensão na chave é marginal. As perdas de energia, que são o produto da queda de tensão e do fluxo de corrente, são, portanto, pequenas em ambos os casos. Além disso, o PWM funciona muito bem com controles digitais, que devido à sua natureza – controle zero-um – controlam a chave facilmente.
o que é uma tira LED e RGB LED com driver integrado
a tira LED é uma placa de circuito impresso flexível na qual diodos emissores de luz montados na superfície (SMDs) e outros componentes necessários para a operação dos diodos são soldados. Geralmente é equipado com um suporte adesivo.
as tiras de LED foram usadas no passado apenas em iluminação de destaque, iluminação de fundo, iluminação de tarefas e iluminação decorativa. Graças à maior eficiência dos LEDs e à disponibilidade de produtos mais potentes, as tiras de LED agora são usadas como iluminação de alto brilho que substitui efetivamente as luminárias por lâmpadas fluorescentes ou halógenas.
as tiras populares do diodo emissor de luz estão igualmente disponíveis em uma versão com diodo emissor de luz Multi-colorido: RGB, RGBW. Este último tem um diodo branco adicional, que emite luz branca de boa qualidade-você aprenderá mais sobre isso mais adiante neste artigo. Controlá-los com a ajuda de drivers externos seria complicado por causa do grande número de leads necessários para controlar a faixa mais longa. É por isso que os drivers integrados são frequentemente usados para esse tipo de faixa.
como controlar tiras de LED
a maioria de tiras do diodo emissor de luz do RGB são construídas usando o diodo emissor de luz clássico do RGB com quatro ligações – um ânodo ou um cátodo comum e uma única ligação para cada uma das cores. Os cabos não podem ser conectados diretamente à fonte de alimentação, porque um driver é necessário para uma fácil mudança de cor. Embora tal solução nos permita controlar a cor, o Usuário deve lembrar que toda a tira emite a mesma cor, o que pode ser uma limitação em termos de uso. Uma solução na qual drivers integrados, como a família de chips Worldsemi WS28xx, são usados na faixa, além dos LEDs RBG, tornou-se popular recentemente.
também vale a pena mencionar que as tiras clássicas de LED RGB são controladas de maneira diferente daquelas com drivers. Isso se deve principalmente ao fato de que, no caso de drivers integrados, a estrutura muda – apenas uma linha (dados) é usada para controlar e não três linhas separadas para cada cor. Você pode usar, por exemplo, soluções de controle baseadas no Arduino aqui.
tiras com circuitos deste grupo são geralmente chamadas de programáveis ou inteligentes, enquanto o próprio driver tem a forma de um circuito integrado, projetado para controlar LEDs. Inclui uma trava de dados digital inteligente interna para a porta de Entrada, seu próprio endereço individual, bem como um circuito de controlador de energia. Ele também possui um oscilador interno preciso e um regulador de tensão de 12V para LEDs. Para reduzir a ondulação no sistema, os canais PWM individuais são controlados com uma mudança de fase. Este sistema usa o modo de comunicação NZR.
no sistema NZR, a família de sistemas WS28xx está conectada em série. O pino DIN é a entrada de dados e o DO é a saída. Os dados são fornecidos ao pino DIN do primeiro driver da corrente. Seu DO é anexado ao DIN do próximo etc. Depois de reiniciar o chip, a linha DIN recebe dados do controlador. O primeiro chip coleta os primeiros 24 bits de dados (três vezes 8 bits por três cores) e os envia para a trava de dados interna. Os dados restantes são enviados ainda mais pela saída DO.
os dados de saída DO são armazenados em buffer por circuitos digitais integrados, de modo que o próximo driver recebe uma forma de onda de alta qualidade. Isso aumenta o alcance do chip, pois os únicos limites para o comprimento da tira são a distância máxima entre os drivers e o número de endereços disponíveis.
quando o driver trava os dados, o sistema gera sinais de controle PWM apropriados nas saídas OUTR, OUTG e OUTB, projetadas para controlar os diodos vermelho, verde e azul na tira. Graças à possibilidade de abordar a família de circuitos WS28xx, é possível definir a cor e o brilho do diodo RGB individualmente, o que expande muito a gama de aplicações. Por exemplo, em tiras usando este sistema, cada diodo pode emitir uma cor diferente e com uma intensidade diferente, independentemente dos outros diodos na tira.
vale ressaltar que também existem soluções abrangentes disponíveis contendo as estruturas de LED RGB e um driver endereçável Integrado em um alojamento, o que simplifica a aplicação e reduz o cos final. Tais diodos são oferecidos em uma versão do orçamento por Worldsemi, e na versão oferecida por Liteon, com os diodos encaixados da qualidade superior caracterizados pela repetibilidade alta.
qual tira e qual controlador escolher?
muitas tiras de LED RGB diferentes com drivers integrados estão disponíveis no mercado. Estas são tiras com diferentes opções de potência e número de LED, o que se traduz em diferentes níveis de brilho. Esses produtos variam de 30 a 144 LEDs por metro e têm uma potência máxima de 36W a 86,4 W (por 1 metro de tira).
as tiras do diodo emissor de luz do RGB podem ser fornecidas com C. C. 5V, 12V ou 24V. A escolha de uma faixa específica deve ser ditada pela tensão de alimentação disponível no sistema específico. Por exemplo, para um sistema de microcontrolador astrip fornecido com 5V funcionará perfeitamente, e em um sistema industrial uma tira fornecida com 24V será a melhor escolha. Além disso, ao escolher a faixa de LED para aplicações industriais, vale a pena verificar a classe de proteção de entrada do produto. Se você escolher um modelo com classificação IP65, poderá contar com a confiabilidade do sistema, pois essa classe garante a proteção contra poeira e contra umidade.
RGB ou RGBW – como escolher um LED adequado?
uma faixa de LED RGB padrão usa três LEDs (vermelho, verde e azul). Pode produzir uma vasta gama de cores, misturando estas três cores e dando uma luz quase branca, mas mesmo quando todos os três diodos emissores de luz são iluminados ao brilho máximo, a cor final está longe de ser perfeita. Portanto, tiras de LED RGB + W são aplicadas, que usam quatro LEDs: LED RGB e um diodo emissor de luz branco adicional.
embora os próprios LEDs RGB possam produzir uma cor semelhante ao branco, o LED branco dedicado na estrutura fornece um tom branco muito mais puro e permite o uso de um chip branco quente ou frio adicional. Além disso, o chip branco oferece possibilidades adicionais para misturar cores com chips RGB e, dessa forma, você pode criar uma gama impressionante de tons exclusivos.