You are browsing the website for customers from Bulgaria. Based on location data, the suggested version of the page for you is
USA / US
Change country
x

СЪБИТИЯ

2019-08-05

Свързване и програмиране на LED ленти RGB

Светодиодите (LED) все повече заместват стандартното осветление под формата на електрически крушки, халогенни лампи и флуоресцентни лампи. Те са енергийно много по-ефективни от тях, но техните предимства не свършват дотук.

От тази статия ще научите:

LED диодите често се използват в осветителните системи, където се използва широка гама от бели светодиоди. Все по-често, обаче, се използват цветни диоди, главно за вътрешно осветление, което дава интересни естетически ефекти. Най-напредналото решение от този тип са RGB диоди, чийто цвят може да се управлява плавно, постигайки почти всеки цвят на светлината във видимия диапазон. Какво си струва да знаете за тези продукти?

Какво е LED диод?

Светодиодът (LED) е полупроводников източник на светлина, който излъчва светлина, когато през него преминава електрически ток. Електроните в полупроводника се свързват с електронни дупки, освобождавайки енергия под формата на фотони. Ефектът се нарича електролуминесценция.

Цветът на излъчената светлина съответства на енергията на излъчените фотони. Това, от своя страна, зависи от енергията, необходима за преминаване на електроните през забранената зона на полупроводника. Тази зона понякога се нарича енергийна празнина (Band gap) и е много важен параметър на всеки полупроводник. Така цветът на LED диода зависи от материала, използван за неговата конструкция.

LED диодите се появяват на пазара като предлагани в търговската мрежа електронни компоненти през 1962 година. Първите от тях излъчват инфрачервена светлина с ниска интензивност. Инфрачервените LED диоди се използват главно във вериги за дистанционно управление, например в потребителската електроника. Първите продукти, работещи с видима светлина, са с ниска интензивност и ограничени само до червено. Те са били произвеждани от материали като галиев фосфид (GaP) и алуминиев галиев арсенид (AlGaAs).

Модерните LED диоди се предлагат във видимите, ултравиолетовите и инфрачервените ленти на вълните. Те работят с висока ефективност на емисията, благодарение на което произвеждат много светлина по енергоспестяващ начин. Съвременните продукти от този тип са изработени от различни полупроводникови материали, в зависимост от цвета. Понастоящем червените LED диоди се произвеждат с помощта на алуминиев индий галиев фосфид (AlInGaP), което ги прави по-ефективни от елементите от GaP или AlGaAs. Сините и зелени LED диоди се правят предимно от галиев нитрид и индиево-галиев нитрид (GaN и InGaN). Количеството индий определя цвета - колкото повече индий, толкова по-дълга е дължината на вълната (например зелена).

Защо се използват диоди RGB?

RGB е цветен модел, в който червените (Red), зелени (Green) и сини (Blue) светлини са комбинирани по различни начини за възпроизвеждане на широк спектър от цветове. Името на модела идва директно от английските имена на основните използвани цветове. Основното приложение на модела RGB за цветово пространство е откриването, представянето и изобразяването на изображения в електронни системи като телевизори и компютри. Той се използва и в аналоговата фотография и днес все по-често в осветителните системи. Преди електронната ера цветният модел RGB вече е имал солидна теория зад себе си, базираща на възприемането на цветовете от човешкото око.

Смесването на червена, зелена и синя светлина от LED източниците с цел създаване на цветна светлина изисква специални електронни схеми за управление на процеса на смесване. Тъй като различните LED диоди имат малко по-различни модели на излъчване, цветовият баланс може да се промени в зависимост от ъгъла на гледане, дори ако RGB източниците са в един корпус. Поради това RGB диодите рядко се използват за създаване на бяла светлина, но често се използват за получаване на други цветове. Този метод има много приложения благодарение на гъвкавостта на смесване на различни цветове и висока енергийна ефективност.

Многоцветните LED диоди предлагат нов начин за създаване на светлина с различни цветове. Повечето от видимите цветове могат да бъдат създадени чрез смесване на различни количества от трите основни цвята: червено, зелено и синьо. Това дава възможност за прецизен и динамичен контрол на получения цвят. Проблемът, свързан с използването на RGB диоди за прецизно цветопредаване в осветителните системи е, че с промяната на температурата се променя и енергийната празнина на полупроводника, използван за изграждане на елемента. Промяната на енергийната празнина се съпътства от промяна в цвета на осветлението на отделните светодиоди - червено, зелено и синьо - в RGB структурата. Този проблем не се появява при диоди с по-ниска мощност.

Как се управлява яркостта на диода, тоест модулация PWM

Яркостта на светодиода зависи от протичащия през него ток, който може да се регулира по различни начини. Два най-прости метода на това регулиране са използването на управляем източник на ток или модулатор PWM.

Източникът на ток е електронна верига, която осигурява или абсорбира електрически ток, независимо от неговото напрежение. Съществуват два вида източници на ток. Независимият източник осигурява постоянен ток. Зависимият източник от своя страна осигурява ток, който е пропорционален на някакво друго напрежение или ток във веригата. Разбира се, за управление на LED диодите е необходим зависим източник. Повечето от действителните източници на ток се реализират с помощта на управляем елемент на съпротивление (например транзистор MOSFET). Той се управлява така че спадът на напрежението на този елемент принуждава съответният ток да тече през товара.

Недостатъкът на решението с елемент, причиняващ загуби на енергия, който принуждава протичане на тока, е ниската енергийна ефективност. Падът на напрежението в управляващия елемент може да бъде доста висок, особено при настроени ниски токове. Допълнително, това управление, тъй като се нуждае от аналогов вход - например управляващо напрежение, е трудно за изпълнение в цифрова система и изисква използването на допълнителни елементи, такива като цифрово-аналогов преобразувател.

PWM, или модулация на широчината на импулса, е метод за намаляване на средната мощност, подадена от електрически сигнал, чрез ефективно изрязване на този сигнал в отделни части, когато той е включен или изключен (без никакви преходни процеси - като в правоъгълна форма на вълната). Средната стойност на напрежението (и тока), подавана към товара, се контролира чрез бързо включване и изключване на определен тип ключ между захранването и товара. Колкото по-дълго този ключ е включен в сравнение с периодите на изключване, толкова по-голяма е общата мощност, доставена към натоварването.

PWM модулацията функционира особено добре при работа с относително инертни натоварвания, като например двигатели, които не се влияят лесно от превключване. Поради инерцията те реагират по-бавно. Честотата на превключване PWM трябва да бъде достатъчно висока, за да не повлияе на натоварването. В случая с LED диоди RGB не самият приемник - светодиодът е инертен, а човешкото око, което не забелязва мигането, защото осреднява интензитета на светлината.

Скоростта (или честотата), при която ключът трябва да превключва натоварването може да варира значително в зависимост от натоварването и приложението на системата. В случая на LED диодите оптималната честота зависи и от конкретното приложение. Горната граница на честотата е скоростта на превключване на светодиода. Времето за превключване на типичния светодиод е от порядъка на няколкостотин до няколко хиляди наносекунди, което се превръща в превключване на честоти от няколкостотин килохерца до няколко мегагерца. От друга страна, минималната честота на превключване се определя от инерцията на човешкото зрение. При преместващ се обект като минималната честота на превключване на управляващия ключ на LED диода се приема 200 Hz .

Основното предимство на използването на PWM модулация е, че загубите на мощност в превключващите устройства са много ниски. Когато ключът е затворен, токът практически не тече, а когато ключът е включен, падът на напрежението върху него е незначителен. Загубите на енергия, които са резултат от пада на напрежението и протичащия ток, са малки и в двата случая. Допълнително, модулация PWM работи много добре с цифрови системи, които поради естеството си - логика нула-едно - лесно управляват ключа.

Какво представляват ленти LED и ленти RGB с интегрирани двайръри

LED лентата е гъвкава печатна платка, върху която са запоени светодиодите за повърхностен монтаж (SMD диоди), както и други елементи, необходими за работата на диодите. Обикновено е оборудвана с лепилен слой.

LED ленти са използвани в миналото само при акцентно осветление, подсветка, осветление за специални цели и декоративно осветление. Повишената ефективност на LED диодите и наличието на по-мощни продукти позволиха използването на LED ленти като осветление с висока яркост, което ефективно замества осветителните тела, оборудвани с флуоресцентни или халогенни крушки.

Често използвани за осветление ленти с LED диоди, се предлагат и във вариант с многоцветни диоди: RGB, RGBW. Втората от тези ленти има допълнителен, бял (White) диод, който осигурява добро качество на бялата светлина - повече за това по-късно в статията. Управлението им с помощта на външни драйвери би било сложно поради големия брой необходими изводи за управление на по-дълга лента. Поради това за тези типове ленти често се използват интегрирани драйвери.

Управление на лентите

Повечето LED ленти RGB са изградени с помощта на класически RGB LED диоди с четири извода - общ анод или катод и един извод за всеки цвят. Не можем да свържем кабелите директно към захранването, защото е необходим драйвер, благодарение на който ще можем лесно да сменим цвета. Въпреки, че такова решение ни позволява да управляваме цвета - при това трябва да се помни, че цялата лента излъчва един и същ цвят, това може да бъде ограничение на гъвкавостта на приложение. Наскоро все по-популярно е решението, в което в лентата, в допълнение към LED диодите RBG, са интегрирани драйвери за тях, напр. чипове Worldsemi от семейството WS28xx.

Също така трябва да се отбележи, че класическите RGB LED ленти се управляват по различен начин от тези с драйвери. Това се дължи главно на факта, че вградените интегрирани драйвери променят дизайна - за управление се използва само един извод (DATA), а не три отделни за всеки цвят. За управление можете да използвате например решения базирани на Arduino.

Лентите с елементи от тази група обикновено се наричат програмируеми или интелигентни, а самият драйвер има формата на интегрална схема, предназначена за управление на LED диоди. Той притежава вътрешен интелигентeн цифров регистър от тип latch на данни от входния порт, собствен индивидуален адрес, както и верига на драйвера на мощност. Също така разполага с прецизен вътрешен осцилатор и стабилизатор на напрежение 12V за LED диоди. За да се намалят пулсациите в системата, отделните PWM канали се управляват с фазово изместване. Тази система използва режим на комуникационния NZR.

В система NZR чиповете от семейството WS28xx са последователно свързани помежду си. Пин DIN е вход за данни, а пин DO е изход. Данните се подават към пин DIN на първия драйвър във веригата. Неговият извод DO е свързан с DIN на поредния драйвъри и т.н. След ресетване на чипа пин DIN получава данни от контролера. Първият чип събира първите 24 бита данни (три пъти по 8 бита за три цвята) и след това ги изпраща към вътрешния регистър на данни от тип Latch. Останалите данни се изпращат нататък с помощта на изхода DO.

Данните за изхода DO се буферират от вградени цифрови схеми, така че към следващия драйвър пристига сигнал с високо качество. Това увеличава обсега на системата, тъй като единствените ограничения на дължината на лентата са максималното разстояние между драйверите и броят на достъпните адреси.

В момента на запаметяване на данни от драйвъра, системата генерира съответните управляващи сигнали PWM на изходите OUTR, OUTG и OUTB, предназначени за управление на червения, зеления и синия диод в структурата на лента. Благодарение на възможността за адресиране на чиповете от семейство WS28xx, е възможно индивидуално да се настрои цвета и яркостта на RGB диода, което значително разширява възможностите. Например - в ленти, използващи тази система, всеки от диодите може да свети с различен цвят и с различна интензивност, независимо от другите върху лентата.

Заслужава си да се отбележи, че са достъпни и цялостни решения, включващи в един корпус както RGB LED структури, така и структурата на интегрирания адресируем драйвер, което опростява приложението и намалява крайната цена на решението. Такива диоди се предлагат както в икономичната версия на фирма Worldsemi, така и от фирма Liteon като вградени диоди embedded с високо качество и повторяемост.

Коя лента с контролер да изберем?

На пазара са достъпни много различни RGB LED ленти с интегрирани драйвери. Това са ленти с различна мощност и брой диоди, което се превръща в различни нива на яркост. Тези продукти се състоят от 30 до 144 диода на метър и имат максимална мощност от 36 W до 86,4 W (за 1 m лента).

LED лентите RGB могат да се захранват от постоянно напрежение 5V, 12V или 24V. Изборът на конкретна лента трябва да се определя от наличното захранващо напрежение в конкретната система. Например в миксопроцесорна система отлично ще работи лентата за напрежение 5V, a в промишлена система лента, захранвана от напрежение 24V. Допълнително, при избора на LED лента за промишлени приложения си струва да се обърне внимание на класа на защита на продукта. Избирайки модел с клас на защита IP65, можете да разчитате на надеждността на системата, тъй като този клас гарантира прахоустойчивост и защита срещу влага.

RGB и RGBW – какви LED диоди да изберем?

Стандартната RGB LED лента използва система, състояща се от три светодиода (червен, зелен и син). Тя може да произвежда широка гама от цветове, смесвайки споменатите три цвята и осигурявайки светлина с почти бял цвят, но дори когато и трите светодиода светят до максимална яркост, полученият цвят далеч не е идеален. Поради това се използват ленти LED RGB + W, които имат четири диода: LED RGB и допълнителен, бял електролуминесцентен диод.

Въпреки че самите RGB диоди могат да получат цвят близо до белия, специалният бял диод в структурата осигурява много по-чист бял тон и позволява използването на допълнителен топъл или студен бял чип. В допълнение, белият чип осигурява допълнителни възможности за смесване на цветовете с RGB чипове, което позволява създаването на огромна гама от уникални нюанси.

linecard

За да видите продуктите, изберете производителя или категорията

Quick Buy

?
символ на продукта кол-во
Прегледай

Други опции на Quick Buy

paypal_help

Тази витрина използва файлове cookies. Кликнете тук, за да научите повече за cookies и управлението на техните настройки.

Не показвай повече