instalare si programare benzi LED RGB
diodele emițătoare de lumină (sau LED-urile) înlocuiesc din ce în ce mai des sursele standard de lumină electrică, cum ar fi becurile cu incandescență, lămpile cu halogen sau tuburile fluorescente. În primul rând, sunt mult mai eficiente din punct de vedere energetic, dar au și multe alte avantaje.
în acest articol veți învăța:
- ce este un LED,
- care este aplicarea diodelor RGB,
- cum să setați luminozitatea diodei,
- ce este o bandă LED și RGB LED,
- cum să controlați benzile LED,
- ce bandă și ce Controler să alegeți,
- cum de a alege un LED adecvat.
LED-urile sunt adesea folosite în sistemele de iluminat echipate cu o gamă largă de diode albe. Cu toate acestea, din ce în ce mai des, LED-urile color sunt folosite pentru a ilumina interioarele cu un efect vizual atrăgător. Cea mai avansată soluție de acest tip sunt diodele RGB, a căror culoare poate fi controlată fără probleme, dar și setată la aproape orice culoare din spectrul vizibil. Ce este mai mult de știut despre acestea?
ce este un LED?
diodele emițătoare de lumină (LED-urile) sunt surse de lumină semiconductoare care emit lumină atunci când curentul curge prin ele. Electronii din semiconductor se recombină cu găuri de electroni pentru a elibera energie sub formă de fotoni. Acest efect se numește electroluminescență.
culoarea luminii emise corespunde energiei fotonilor, care la rândul ei este determinată de energia necesară electronilor pentru a traversa decalajul de bandă al semiconductorului. Decalajul de bandă este uneori numit decalaj energetic și este un aspect important al fiecărui semiconductor – deci culoarea diodei depinde de materialul utilizat pentru construcția sa.
LED-urile au apărut pe piață ca componente electronice disponibile în comerț în 1962. Inițial, au emis lumină infraroșie de intensitate scăzută. LED-urile cu infraroșu sunt utilizate în principal în circuitele de control de la distanță, de ex. în electronica de consum. Primele LED-uri cu lumină vizibilă au fost, de asemenea, de intensitate scăzută și limitate la culoarea roșie. Au fost fabricate din materiale precum fosfură de galiu (GaP) și arsenid de galiu de aluminiu (AlGaAs)
LED-urile moderne sunt disponibile pe lungimile de undă vizibile, ultraviolete și infraroșii, cu emisii ridicate, ceea ce înseamnă că generează multă lumină pentru un cost redus de energie. Aceste produse contemporane sunt realizate dintr-o varietate de materiale semiconductoare, în funcție de gama de culori dorită. Diodele roșii sunt fabricate folosind fosfură de aluminiu galiu indiu (AlInGaP), ceea ce le face mai eficiente decât cele realizate din GaP sau AlGaAs. Componentele diodelor albastre și verzi, pe de altă parte, sunt fabricate în principal din nitrură de galiu (GaN) și nitrură de galiu de indiu (InGaN). Cantitatea de indiu determină culoarea – cu cât este mai mult indiu, cu atât lungimea de undă este mai lungă (de exemplu, verde).
care este aplicarea diodelor RGB?
RGB este un model de culoare aditivă în care luminile roșu, verde și albastru (așa cum sugerează și numele abreviat) sunt combinate în moduri diferite pentru a reproduce o gamă largă de culori.Principala aplicație a modelului color RGB este de a detecta, reprezenta și afișa imagini în sisteme electronice, cum ar fi televizoare și computere, dar a fost utilizat și în fotografia analogică. În zilele noastre, însă, este din ce în ce mai utilizat în sistemele de iluminat. Înainte de era electronică, modelul de culoare RGB avea deja o teorie solidă bazată pe percepția umană a culorilor.
amestecarea luminii roșii, verzi și albastre din surse LED pentru a produce lumină albă necesită circuite electronice dedicate pentru a controla amestecarea culorilor și, deoarece diodele diferite au modele de emisie ușor diferite, echilibrul culorilor se poate schimba, în funcție de unghiul de vedere, chiar dacă sursele RGB sunt într-un singur pachet, astfel încât diodele RGB sunt rareori utilizate pentru a produce iluminare albă. Cu toate acestea, această metodă are multe aplicații datorită flexibilității amestecării diferitelor culori și eficienței energetice ridicate.
LED-urile Multicolore oferă, de asemenea, un nou mod de a crea lumină de diferite culori. Cele mai perceptibile culori pot fi formate prin amestecarea diferitelor cantități din cele trei culori primare: roșu, verde și albastru. Acest lucru permite un control precis și dinamic asupra afișării culorilor. Dar problema cu utilizarea LED-urilor RGB pentru afișarea exactă a culorilor în sistemele de iluminat este legată de faptul că o schimbare a temperaturii modifică și decalajul energetic al semiconductorului utilizat ca componentă. În consecință, o modificare a emisiei de culoare a diodelor individuale (roșu, verde și albastru) are loc în structura RGB. Aceasta nu este o problemă în cazul diodelor cu putere redusă.
cum se setează luminozitatea diodei – modularea lățimii impulsului
luminozitatea emisiei diodei electroluminescente depinde de curentul care curge prin ea. Acest lucru, cu toate acestea, pot fi controlate într-o vaiety de moduri. Cele mai simple două metode sunt utilizarea unei surse de curent controlate sau a unui modulator PWM.
o sursă de curent este un circuit electronic care furnizează sau absoarbe curent electric independent de tensiunea sa. Există două tipuri de surse de curent: o sursă de curent independentă furnizează curent constant, în timp ce o sursă de curent dependentă furnizează curent proporțional cu o altă tensiune sau curentul circuitului. Prin urmare, pentru a controla LED-urile, este necesară o sursă dependentă. Majoritatea surselor actuale sunt realizate cu ajutorul elementelor de rezistență controlată (de exemplu, un tranzistor MOSFET). Este controlat în așa fel încât căderea de tensiune pe acel element să forțeze și fluxul curentului dorit prin sarcină.
dezavantajul soluției cu elementul cu pierderi care forțează fluxul este eficiența energetică scăzută. Căderea de tensiune la elementul de comandă poate fi destul de semnificativă, în special pentru curenții mici. În plus, acest mod de control, deoarece are nevoie de o intrare analogică – de exemplu, tensiunea de control – este dificil de implementat într-un sistem digital și necesită implementarea unor elemente suplimentare, cum ar fi un convertor digital-analogic.
PWM sau modularea lățimii impulsurilor este o metodă de reducere a puterii medii livrate de un semnal electric prin tăierea eficientă a semnalului în părți separate atunci când este pornit și oprit (fără stări de tranziție – ca într-o formă de undă dreptunghiulară). Valoarea medie a tensiunii (și curentului) aplicată sarcinii este controlată prin pornirea și oprirea rapidă a unui tip specific de cheie între sursa de alimentare și sarcină. Cu cât cheia este pornită mai mult în comparație cu perioadele de oprire, cu atât este mai mare puterea totală furnizată sarcinii.
modularea PWM este potrivită în special pentru sarcini relativ inerte, cum ar fi motoarele care nu sunt atât de ușor afectate de comutarea discretă. Reacționează mai lent din cauza inerției. Frecvența de comutare PWM trebuie să fie suficient de mare pentru a nu afecta sarcina. În cazul LED – urilor RGB, nu receptorul în sine – dioda emițătoare de lumină-este inert, ci ochiul uman, care nu percepe clipirea, deoarece are în medie intensitatea luminii.
viteza (sau frecvența) la care cheia trebuie să comute sarcina poate varia considerabil în funcție de sarcina și aplicarea sistemului. În cazul LED-urilor, frecvența optimă depinde și de aplicația specifică. Limita superioară de frecvență este viteza de comutare a LED-ului. Timpul de comutare al unui LED tipic este cuprins între câteva sute și câteva mii de nanosecunde, ceea ce se traduce prin comutarea frecvențelor de la câteva sute de kilohertzi la câțiva megahertzi. Pe de altă parte, frecvența minimă de comutare este definită de inerția ochiului uman. Cu un obiect în mișcare, 200 Hz este utilizat ca frecvență minimă de comutare pentru cheia de control LED.
principalul avantaj al utilizării modulației PWM este că pierderile de putere din dispozitivele de comutare sunt foarte mici. Când comutatorul este oprit, curentul practic nu curge, iar când cheia este pornită, căderea de tensiune a cheii este marginală. Pierderile de putere, care sunt produsul căderii de tensiune și al fluxului de curent, sunt, prin urmare, mici în ambele cazuri. În plus, PWM funcționează foarte bine cu comenzile digitale, care datorită naturii lor – Zero-One control – controlează cu ușurință cheia.
ce este o bandă LED LED și RGB cu driver integrat
banda LED este o placă de circuite imprimate flexibilă pe care sunt lipite diode emițătoare de lumină montate pe suprafață (SMD) și alte componente necesare funcționării diodelor. De obicei este echipat cu un suport adeziv.
benzile LED au fost folosite în trecut doar în iluminatul de accent, iluminarea din spate, iluminarea sarcinilor și iluminatul decorativ. Datorită eficienței crescute a LED-urilor și disponibilității unor produse mai puternice, benzile LED sunt acum utilizate ca iluminare cu luminozitate ridicată, care înlocuiește eficient corpurile de iluminat cu becuri fluorescente sau cu halogen.
benzi LED populare sunt de asemenea disponibile într-o versiune cu LED-uri multi-colorate: RGB, RGBW. Acesta din urmă are o diodă albă suplimentară, care emite lumină albă de bună calitate – veți afla mai multe despre aceasta mai târziu în acest articol. Controlul acestora cu ajutorul driverelor externe ar fi complicat din cauza numărului mare de cabluri necesare pentru a controla banda mai lungă. De aceea, driverele integrate sunt adesea folosite pentru acest tip de benzi.
cum de a controla benzi cu LED-uri
cele mai multe benzi LED RGB sunt construite folosind LED – uri clasice RGB cu patru cabluri-un anod sau catod comun și un singur cablu pentru fiecare dintre culori. Cablurile nu pot fi conectate direct la sursa de alimentare, deoarece este necesar un driver pentru o schimbare ușoară a culorii. Deși o astfel de soluție ne permite să controlăm culoarea, utilizatorul trebuie să rețină că întreaga bandă emite aceeași culoare, ceea ce poate fi o limitare în ceea ce privește utilizarea acesteia. O soluție în care driverele integrate, cum ar fi familia de cipuri Worldsemi WS28xx, sunt utilizate pe bandă în plus față de LED-urile RBG, a devenit populară recent.
de asemenea, merită menționat faptul că benzile clasice RGB LED sunt controlate diferit decât cele cu drivere. Acest lucru se datorează în principal faptului că, în cazul driverelor integrate, structura se schimbă – doar o linie (date) este utilizată pentru a controla și nu trei linii separate pentru fiecare culoare. Puteți utiliza, de exemplu, soluții de control bazate pe Arduino aici.
benzile cu circuite din acest grup sunt de obicei numite programabile sau inteligente, în timp ce șoferul în sine are forma unui circuit integrat, conceput pentru a controla LED-urile. Acesta include un zăvor intern inteligent de date digitale pentru portul de intrare, propria adresă individuală, precum și un circuit de control al puterii. De asemenea, are un oscilator intern precis și un regulator de tensiune de 12v pentru LED-uri. Pentru a reduce ondularea în sistem, canalele PWM individuale sunt controlate cu o schimbare de fază. Acest sistem utilizează modul de comunicare NZR.
în sistemul NZR, familia de sisteme WS28xx sunt conectate în serie. Pinul DIN este intrarea de date și DO este ieșirea. Datele sunt furnizate pinului DIN al primului șofer din lanț. DO-ul său este atașat la DIN-ul următorului etc. După repornirea cipului, linia DIN primește date de la controler. Primul cip colectează primii 24 de biți de date (de trei ori 8 biți pentru trei culori) și apoi le trimite la zăvorul intern de date. Datele rămase sunt trimise mai departe de ieșirea DO.
datele de ieșire DO sunt tamponate de circuite digitale încorporate, astfel încât următorul driver primește o formă de undă de înaltă calitate. Acest lucru crește gama de cip, ca singurele limite la lungimea benzii sunt Distanța maximă dintre drivere și numărul de adrese disponibile.
când șoferul blochează datele, sistemul generează semnale de control PWM adecvate la ieșirile OUTR, OUTG și OUTB, concepute pentru a controla diodele roșii, verzi și albastre de pe bandă. Datorită posibilității de a aborda familia de circuite WS28xx, este posibil să setați culoarea și luminozitatea diodei RGB individual, ceea ce extinde foarte mult gama de aplicații. De exemplu, în benzile care utilizează acest sistem, fiecare diodă poate emite o culoare diferită și cu o intensitate diferită, indiferent de celelalte diode de pe bandă.
merită menționat faptul că există și soluții complete disponibile care conțin atât structurile LED RGB, cât și un driver adresabil integrat într-o singură carcasă, ceea ce simplifică aplicația și reduce cos-ul final. Astfel de diode sunt oferite atât într-o versiune bugetară de Worldsemi, cât și în versiunea oferită de Liteon, cu diode încorporate de calitate superioară caracterizate prin repetabilitate ridicată.
ce bandă și ce Controler să alegeți?
multe benzi LED RGB diferite cu drivere integrate sunt disponibile pe piață. Acestea sunt benzi cu diferite opțiuni de putere și număr LED, ceea ce se traduce prin diferite niveluri de luminozitate. Astfel de produse variază de la 30 la 144 LED-uri pe metru și au o putere maximă de 36w până la 86,4 W (pe 1 metru de bandă).
benzile LED RGB pot fi livrate cu 5V, 12V sau 24V DC. Alegerea unei benzi specifice trebuie să fie dictată de tensiunea de alimentare disponibilă în sistemul specific. De exemplu, pentru un sistem de microcontroler astrip furnizat cu 5V va funcționa perfect, iar într-un sistem industrial o bandă furnizată cu 24v va fi cea mai bună alegere. În plus, atunci când alegeți benzi LED pentru aplicații industriale, merită să verificați clasa de protecție împotriva pătrunderii produsului. Dacă alegeți un model evaluat IP65, puteți conta pe fiabilitatea sistemului, deoarece această clasă garantează rezistența la praf și protecția împotriva umezelii.
RGB sau RGBW-cum să alegeți un LED adecvat?
o bandă LED RGB standard utilizează trei LED-uri (roșu, verde și albastru). Poate produce o gamă largă de culori, amestecând aceste trei culori și dând o lumină aproape albă, dar chiar și atunci când toate cele trei LED-uri sunt aprinse la luminozitatea maximă, culoarea finală este departe de a fi perfectă. Prin urmare, se aplică benzi LED RGB + W, care utilizează patru LED-uri: LED RGB și o diodă suplimentară de lumină albă.
deși LED-urile RGB în sine pot produce o culoare similară cu cea albă, LED-ul alb dedicat din structură oferă un ton alb mult mai pur și permite utilizarea unui cip alb cald sau rece suplimentar. În plus, cipul alb oferă posibilități suplimentare de a amesteca culorile cu cipurile RGB și, în acest fel, puteți crea o gamă impresionantă de nuanțe unice.