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

ESEMÉNYEK

2019-08-05

RGB LED szalagok telepítése és programozása

A fénykibocsátó diódák (vagy LED-ek) egyre gyakrabban helyettesítik a hagyományos elektromos fényforrásokat, például az izzólámpákat, a halogénlámpákat vagy a fénycsöveket. Elsősorban sokkal energiatakarékosabbak, de sok más előnyük is van.

Alábbi cikkünkben a következőkről olvashatsz:

A LED-eket gyakran használják világítási rendszerekben, fehér diódák széles választékával felszerelve. Mindazonáltal egyre gyakrabban a színes LED-eket használják a belső terek megvilágítására is, a szemet gyönyörködtető vizuális hatás elérése érdekében. Az ilyen típusú kialakítások legfejlettebb megoldás az RGB diódák, melyeknek színe lágyan vezérelhető, és a látható spektrum szinte bármilyen színe beállítható. Mit kell még tudni ezekről a LED-ekről?

Mi is az a LED?

A fénykibocsátó diódák (LED-ek) olyan félvezető fényforrások, amelyek fényt bocsátanak ki, amikor áram folyik rajtuk. Az elektronok a félvezetőben rekombinálódnak az elektron lyukakkal, hogy energiát szabadítsanak fel fotonok formájában. Ezt a hatást elektrolumineszcenciának nevezik.

A kibocsátott fény színe a fotonok energiájától függ, melyet viszont a elektronok számára szükséges - a félvezető sávszélességének áthidalásához felhasznált - energia határoz meg. A sávrést néha energiarésnek nevezik, és minden félvezető fontos aspektusa - hiszen a dióda színe a felhasznált anyagtól függ.

A LED-ek kereskedelmi forgalomban kapható elektronikai komponensekként 1962-ben jelentek meg a piacon. Kezdetben alacsony intenzitású infravörös fényt bocsátottak ki. Az infravörös LED-ek elsősorban távvezérlő áramkörökben, pl. fogyasztói elektronikában használatosak. Az első látható fény LED-ek szintén alacsony intenzitásúak voltak és a vörös színre korlátozódtak. Ezek olyan anyagokból készültek, mint a gallium-foszfid (GaP) és az alumínium-gallium-arzenid (AlGaAs).

A modern LED-ek látható, ultraibolya és infravörös hullámhosszon állnak rendelkezésre, nagy kibocsátási értékkel, ami azt jelenti, hogy sok fényt hoznak létre alacsony energiaköltségen. Ezek a korszerű termékek különböző félvezető anyagokból készülnek, a kívánt színtartománytól függően. A vörös diódákat alumínium-gallium-indium-foszfid (AlInGaP) alkalmazásával állítják elő, ami hatékonyabbá teszi őket, mint amilyen a GaP vagy az AlGaA. A kék és zöld diódák komponensei főleg gallium-nitridből (GaN) és indium-gallium-nitridből (InGaN) készülnek. Az indium mennyisége határozza meg a színt - minél több az indium, annál hosszabb a hullámhossz (például zöld).

Hol alkalmazhatók az RGB diódák?

Az RGB egy additív színmodell, amelyben a vörös, a zöld és a kék (a rövidített név szerint) fények különböző módon kombinálhatók számos szín reprodukálásához. Az RGB színmodell fő alkalmazási területe az, hogy felismerje, reprezentálja és megjelenítse a képeket olyan elektronikus rendszerekben, mint a televíziók és a számítógépek, de az analóg fotózásban is használták. Napjainkban azonban egyre inkább teret nyer a világítási rendszerekben történő felhasználás Az elektronikus korszak előtt az RGB színmodellnek már volt egy szilárd elmélete, amely az emberi színek érzékelésén alapul.

A LED fényforrásokból származó vörös, zöld és kék fények összevegyítése a fehér fény előállításához megköveteli, hogy a színek keverését elektronikus áramkörök szabályozzák, és mivel a különböző diódák kissé eltérő emissziós mintázattal rendelkeznek, a színegyensúly a látószögtől függően változhat, még akkor is, ha az RGB források egyetlen csomagban vannak, így az RGB diódákat ritkán használják fehér világításhoz. Ennek ellenére ez a módszer számos alkalmazásban elérhető a különböző színek keverésének rugalmassága és a magas energiahatékonyság miatt.

A többszínű LED-ek új lehetőséget kínálnak a különböző színű fények megteremtésére. A leginkább észlelhető színek [az emberi szem számára] a három alapszín különböző arányú összekeverésével alakíthatók ki: vörös, zöld és kék. Ez lehetővé teszi a színek megjelenésének pontos és dinamikus vezérlését. A probléma az RGB LED-ek használatával a világítási rendszerekben történő pontos színkijelzésnél azzal a ténnyel függ össze, hogy a hőmérsékletváltozás megváltoztatja a komponensként használt félvezető energiarést. Következésképpen az RGB struktúrában az egyes diódák (vörös, zöld és kék) színkibocsátása megváltozik. Alacsony teljesítményű diódák esetében ez nem jelent problémát.

A dióda fényerejének beállítása – impulzusszélesség-moduláció

Az elektrolumineszcens dióda-kibocsátás fényereje függ az áramlástól, ami azonban számos módon szabályozható. A két legegyszerűbb módszer egy szabályozott áramforrás vagy PWM modulátor használata.

Az áramforrás olyan elektronikus áramkör, amely a feszültségtől független elektromos áramot biztosít vagy elnyel. Kétféle áramforrás létezik: a független áramforrás állandó áramot biztosít, míg a függő áramforrás olyan áramot szolgáltat, amely arányos más feszültséggel vagy áramkörrel. Éppen ezért a LED-ek vezérléséhez függő forrás szükséges. A tényleges áramforrások többsége szabályozott ellenállású elemekkel (például MOSFET-tranzisztorral) történik. Ez úgy vezérelhető, hogy az adott elem feszültségesése a kívánt áram áramlását is befolyásolja a terhelésen keresztül.

A veszteséges elemmel való megoldás hátránya, amely befolyásolja az áramlást, az alacsony energiahatékonyság. A feszültségesés a vezérlőelemnél meglehetősen jelentős lehet, különösen alacsony áramok esetén. Mindezen felül ez az ellenőrzési mód, mivel analóg bemenetre van hozzá szükség - pl. vezérlőfeszültség - nehezen megvalósítható digitális rendszerben, és további elemek, például digitális-analóg átalakító alkalmazását igényli.

A PWM vagy az impulzusszélesség-moduláció egy olyan módszer, amely csökkenti az elektromos jel által leadott átlagos teljesítményt, mivel a jelet külön részekre vágja ki- és bekapcsoláskor (átmeneti állapot nélkül - mint egy négyszögjel hullámformánál). A terhelésre alkalmazott feszültség (és áramerősség) átlagos értékét a tápegység és a terhelés között egy bizonyos típusú kulcs gyors be- és kikapcsolása szabályozza. Minél hosszabb ideig van bekapcsolva a kulcs a kikapcsolt időszakokhoz képest, annál nagyobb a terhelésre adott teljes teljesítmény.

A PWM moduláció különösen alkalmas viszonylag inert terhelésekhez, például olyan motoroknál, amelyekre egy mérsékelt váltás nincs nagy hatással, hiszen a tehetetlenség miatt lassabban reagálnak. A PWM kapcsolási frekvenciának elég magasnak kell lennie ahhoz, hogy ne befolyásolja a terhelést. Az RGB LED-ek esetében nem a vevő, vagyis a fénykibocsátó dióda inert, hanem az emberi szem, amely nem érzékeli a villogást, mert átlagolja a fényintenzitást.

Az a sebesség (vagy frekvencia), amelyen a kulcsnak be kell kapcsolnia a terhelést, a rendszer terhelésétől és alkalmazásától függően jelentősen változhat. LED-ek esetén az optimális frekvencia az adott alkalmazástól is függ. A felső frekvenciahatár a LED kapcsolási sebessége. Egy tipikus LED kapcsolási ideje több száz és több ezer nanoszekundum között van, ami több száz kilohertz-től több megahertz-ig terjedő kapcsolási frekvenciára vált át. Másrészt a minimális kapcsolási frekvenciát az emberi szem tehetetlensége határozza meg. Mozgó objektum esetén 200 Hz-et használunk a LED vezérlőgomb minimális kapcsolási frekvenciájára.

A PWM moduláció használatának fő előnye, hogy a kapcsolóberendezések teljesítményvesztesége nagyon alacsony. A kapcsoló kikapcsolásakor az áram gyakorlatilag nem áramlik, és amikor a kulcs be van kapcsolva, annak feszültségesése elhanyagolható. A feszültségcsökkenés és az áramáramlás eredményeként keletkező teljesítményveszteség tehát mindkét esetben kicsi. Ezen túlmenően a PWM nagyon jól működik a digitális vezérlőkkel, amelyek jellegük miatt - nulla-egy vezérlés - könnyen vezérelhetik a kulcsot.

Mi az a LED- és RGB LED szalag integrált meghajtóval

A LED szalag egy rugalmas nyomtatott áramköri lap, amelyre a felületekre szerelt fénykibocsátó diódák (SMD) és a diódák működtetéséhez szükséges egyéb alkatrészek vannak forrasztva. A hátlap általában öntapadó felületű borítást kap.

Korábban LED szalagokat csak kiemelő megvilágításnál, háttérvilágításoknál, a munka megvilágításnál és dekoratív világításoknál használták. A LED-ek megnövekedett hatékonyságának és az egyre hatékonyabb termékek elérhetőségének köszönhetően a LED szalagok ma már nagy fényerejű világításként használatosak, amelyek hatékonyan helyettesítik a fluoreszcens vagy halogén izzókkal felszerelt lámpatesteket.

A népszerű LED szalagok többszínű LED-ekkel is kaphatók: RGB, RGBW. Ez utóbbi egy további, fehér diódával is rendelkezik, amely jó minőségű fehér fényt bocsát ki - a cikk későbbi részében többet is megtudhat róla. Külső vezérlők segítségével a vezérlésük bonyolult lenne, mivel a hosszabb szalagok szabályzásához nagyszámú vezető szükséges. Éppen ezért az ilyen típusú szalagoknál gyakran használnak beépített illesztőprogramokat.

LED szalagok vezérlése

A legtöbb RGB LED szalag klasszikus RGB LED-ekből áll, négy kivezetéssel - egy közös anóddal vagy katóddal, és minden egyes színhez egy külön vezetékkel. A kábeleket nem lehet közvetlenül a tápegységhez csatlakoztatni, mivel az egyenletes színváltáshoz meghajtó szükséges. Bár egy ilyen megoldás lehetővé teszi a szín szabályozását, jobb, ha a felhasználó észben tartja, hogy az egész szalag ugyanazt a színt bocsátja ki, ami a felhasználást akár korlátozhatja is. A közelmúltban népszerűvé vált az a megoldás, amelyben integrált illesztőprogramokat használnak a szalagokhoz, mint például a Worldsemi WS28xx chipek családját, az RBG LED-ek mellett.

Érdemes még megemlíteni, hogy a klasszikus RGB LED szalagokat különböző módon vezérlik, mint az illesztőprogrammal rendelkezőket. Ez főként annak köszönhető, hogy az integrált illesztőprogramok esetében a szerkezet megváltozik - csak egy sort (DATA) használnak a vezérléshez, és nem három külön sort a különböző színekhez. Jó megoldás pl. Az Arduino alapú vezérlő egységek itt.

Az ebből a csoportból származó áramkörökkel ellátott szalagokat általában programozható- vagy okos áramkörnek nevezik, míg a vezérlőnek integrált áramköre van, amely a LED-ek szabályozására szolgál. Ez tartalmaz egy belső intelligens digitális adatrögzítőt a bemeneti porthoz, a saját egyedi címét, valamint a teljesítményvezérlő áramkört. Ezen kívül egy pontos belső oszcillátorral és 12V-os feszültségszabályzóval is rendelkezik. A rendszer hullámzásának csökkentése érdekében az egyes PWM csatornák fáziseltolással vezérelhetők. Ez a rendszer az NZR kommunikációs módot használja.

Az NZR rendszerben a WS28xx rendszercsalád sorban van csatlakoztatva. A DIN kivezetés az adatbevitel, a DO pedig a kimenet. Az adatokat a sor elején lévő vezérlő DIN-jére irányítják. Ennek a DO kimenete a következő DIN-jéhez van csatlakoztatva és így tovább. A chip újraindítása után a DIN-vonal megkapja az adatokat a vezérlőtől. Az első chip összegyűjti az első 24 bitet (háromszor 8 bitet három színre), majd elküldi a belső adatrögzítőnek. A fennmaradó adatokat a DO kimenet továbbítja.

A DO kimeneti adatokat a beépített digitális áramkörök pufferelik, így a következő illesztőprogram kiváló minőségű hullámformát kap. Ez növeli a chip tartományát, mivel a szalag hosszának egyetlen korlátja a meghajtók közötti maximális távolság és a rendelkezésre álló címek száma.

Amikor a vezérlő rögzíti az adatokat, a rendszer megfelelő PWM vezérlőjeleket állít elő az OUTR, OUTG és OUTB kimeneteken, amelyek a szalagon lévő vörös, zöld és kék diódák szabályzására szolgálnak. A WS28xx áramkörcsalád kezelésének köszönhetően lehetőség nyílik az RGB dióda színének és fényerejének egyedi beállítására is, ami nagymértékben bővíti a lehetséges alkalmazási területeket. Például, az így működő LED szalagoknál minden dióda különböző színt és eltérő intenzitást képes kibocsátani, függetlenül a szalag többi diódájától.

Érdemes megemlíteni, hogy léteznek olyan átfogó megoldások is, amelyek mind az RGB LED struktúrákat, mind az integrált címezhető illesztőprogramot egy házban tartalmazzák, ami egyszerűsíti az alkalmazást és csökkenti a végső költséget is. Ilyen diódákat találhatunk például a Worldsemi alacsony árfekvésű változatai között és a Liteon által kínált változatokban is, kiváló minőségű beágyazott diódákkal, amelyeket nagy ismételhetőség jellemez.

A megfelelő szalag és vezérlő kiválasztása

A piacon számos különböző beépített meghajtóval rendelkező RGB LED-szalag található. Ezek különböző teljesítmény- és LED-szám opciókkal rendelkező szalagok, amelyek különböző fényerő-szinteket biztosítanak. Az ilyen termékek méterenként 30-144 LED-et tartalmaznak, és a maximális teljesítményük 36W és 86,4 W között mozoghat (méterenként).

Az RGB LED szalagok 5V, 12V vagy 24V DC tápellátással rendelhetők. Egy bizonyos szalag kiválasztását az adott rendszerben rendelkezésre álló tápfeszültség határozza meg. Például egy mikrokontroller-rendszer esetében az 5V-tal ellátott szalag tökéletesen működik, ipari rendszereknél pedig a 24V tápellátású szalag lesz a megfelelő választás. Ezenkívül az ipari alkalmazásokhoz használt LED szalag kiválasztásánál érdemes ellenőrizni a termék behatolásvédelmi osztályát is. Amennyiben IP65 besorolású modelltválaszt, számíthat a rendszer megbízhatóságára, mivel ez az osztály porállóságot és a nedvesség elleni védelmet is garantál.

RGB vagy RGBW – megfelelő LED kiválasztása

A szabványos RGB LED szalag három LED-et (vörös, zöld és kék) használ. A színek széles skáláját képes előállítani, ennek a három színnek különböző vegyítésével, akár egy szinte fehér fény leadására is képes. De még akkor is, ha mindhárom LED világítása a maximális fényerőre van kapcsolva, a végső szín messze nem tökéletes. Éppen ezért, RGB + W LED szalagokat használnak, amely négy LED-et tartalmaz: RGB LED és egy további fehér fénykibocsátó dióda.

Bár az RGB LED-ek önmagukban is képesek egy fehérhez hasonló szín előállítására, az eszközben lévő fehér LED-nek sokkal tisztább fehér tónusa van, valamint egy további meleg vagy hideg fehér chip használatát is lehetővé teszi. Mindezen felül a fehér chip további lehetőségeket kínál az RGB LED-ekkel a színek összevegyítésére, és ily módon egyedülálló színárnyalatok hozhatók létre.

linecard

Termékek megtekintéséhez válassz gyártót vagy kategóriát

Quick Buy

?
termékkód rendelt mennyiség
Nézz szét

További Quick Buy opciók

epayment_home

Ez az oldal cookie fájlokat használ. Klikkelj ide, ha többet akarsz tudni a cookie fájlokról és a beállításaik kezeléséről.

Ne jelenjen meg többet