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

ACTUALITEITEN

2019-08-05

Aansluiting en programmering van RGB led-strips

Lichtemitterende diodes (led) vervangen steeds vaker standaardverlichting in de vorm van gloeilampen, halogeenlampen en tl-buizen. Ze zijn veel energiezuiniger, maar dat is niet het enige voordeel van deze lampen.

Dit artikel geeft informatie over:

Led-diodes worden vaak toegepast in verlichtingssystemen, waarin wordt geput uit een breed gamma aan witte diodes. Steeds vaker zien we echter gekleurde diodes, meestal voor bijverlichting van interieurs om interessante esthetische resultaten te bereiken. De meest geavanceerde oplossing van dit type zijn RGB-diodes waarvan u de kleur traploos kunt sturen, zodat u iedere lichtkleur in het zichtbare gebied kunt creëren. Wat moet u nog meer weten over deze producten?

Wat is een led-diode?

Een lichtemitterende diode (led) is een halfgeleidende lichtbron die licht uitzendt als er elektrische stroom doorheen gaat. De elektronen in een halfgeleider recombineren met elektronengaten, waardoor energie in de vorm van fotonen vrijkomt. Dit effect noemen we elektroluminescentie.

De kleur van het uitgezonden licht komt overeen met de energie van de vrijkomende fotonen. Deze is op zijn beurt afhankelijk van de energie die noodzakelijk is voor de doorgang van elektronen door de verboden zone van de halfgeleider. Deze zone wordt soms ook wel bandkloof genoemd en is een bijzonder belangrijke parameter van iedere halfgeleider. De kleur van de led-diode is daarmee afhankelijk van het materiaal dat is gebruikt voor zijn constructie.

Led-diodes zijn als commercieel beschikbare elektronische elementen in 1962 op de markt verschenen. De eersten straalden infraroodlicht van een lage intensiteit uit. Infrarood-led-diodes worden hoofdzakelijk toegepast in circuits voor afstandsbediening, bv. in gebruikselektronica. De eerste producten die werkten in het zichtbare lichtspectrum waren weinig intensief en beperkten zich tot de kleur rood. Ze werden gemaakt van materialen als galliumfosfide (GaP) en aluminium-galliumarsenide (AlGaAs).

Moderne led-diodes zijn beschikbaar in het bereik van zichtbare, ultraviolette en infrarode golflengten. Ze werken met een hoge emissie-efficiëntie en produceren dus veel licht op een energiezuinige manier. Huidige producten van dit type zijn gemaakt van een aantal verschillende halfgeleidermaterialen, afhankelijk van de kleur. Momenteel worden rode leds geproduceerd met behulp van indium-gallium aluminiumfosfide (AlInGaP), waardoor ze efficiënter zijn dan elementen van GaP of AlGaAs. Blauw en groene led-diodes worden hoofdzakelijk gemaakt van galliumnitride en indium galliumnitride (GaN en InGaN). De hoeveelheid indium bepaalt de kleur – hoe meer indium, hoe langer de golflengte (bv. groen).

Waarom worden RGB-diodes toegepast?

RGB is een additief kleurenmodel, waarin rood (Red), groen (Green) en blauw (Blue) licht op verschillende manieren gemengd worden om een breed kleurengamma te creëren. De naam van het model is direct afkomstig van de Engelse namen voor de gebruikte basiskleuren. De belangrijkste toepassing van het kleurenmodel RGB is het ontdekken, presenteren en tonen van beelden in elektronische systemen, zoals televisies en computers. Het wordt ook toegepast in de analoge fotografie en tegenwoordig steeds vaker in verlichtingssystemen. Voor het elektronische tijdperk beschikte het kleurenmodel RGB al over een solide theorie die was gebaseerd op de menselijke kleurperceptie.

Het mengen van rood, groen en blauw licht uit led-bronnen om gekleurd licht te maken, vereist speciale elektronische componenten om het mengproces te controleren. Omdat de verschillende led-diodes enigszins verschillende emissiemodellen hebben, kan de kleurbalans veranderen, afhankelijk van de gezichtshoek, zelfs wanneer de RGB-bronnen zich in één behuizing bevinden. In verband hiermee worden RGB-diodes zelden gebruikt voor het maken van wit licht, maar vaker voor het verkrijgen van andere kleuren. Deze methode heeft vele toepassingen, dankzij de flexibiliteit van het mengen van verschillende kleuren en de hoge energie-efficiëntie.

Meerkleurige led-diodes bieden een nieuwe methode om licht van verschillende kleuren te creëren. De meeste zichtbare kleuren kunnen worden gemaakt door het mengen van verschillende hoeveelheden van de drie basiskleuren: rood, groen en blauw. Hierdoor heeft u exacte en dynamische controle over de verkregen kleur. Het probleem in verband met het gebruik van RGB-diodes voor nauwkeurige kleurweergave in verlichtingssystemen is dat naarmate de temperatuur verandert, de bandkloof van de halfgeleider die wordt gebruikt om het element te bouwen, verandert. De verandering van de bandkloof gaat gepaard met een verandering in de verlichtingskleur van de individuele leds - rood, groen en blauw - in de RGB-structuur. Dit probleem treedt niet op bij diodes met een lager vermogen.

Hoe stuur ik de helderheid van de diode, ofwel PWM-modulering?

De helderheid van de lichtemitterende diode is afhankelijk van de stroom die er doorheen loopt. Deze kunt u op verschillende manieren reguleren. De twee eenvoudigste methoden hiervoor zijn het gebruik van een gecontroleerde stroombron of een PWM-modulator.

Een stroombron is een elektronische schakeling die een elektrische stroom levert of absorbeert, onafhankelijk van de spanning. Er zijn twee typen stroombronnen. Een onafhankelijke bron levert constante stroom. Een afhankelijke bron levert op zijn beurt een stroom die evenredig is met een andere spanning of stroom in het circuit. Voor het besturen van led-diodes is uiteraard een afhankelijke stroombron nodig. Het merendeel van de huidige stroombronnen wordt gemaakt met behulp van een gecontroleerd weerstandselement (bv. een MOSFET-transistor). Deze wordt zodanig bestuurd dat een spanningsval op dit element de stroom dwingt om door de belasting te stromen.

Het nadeel van de oplossing met een verlieselement dat de doorstroming afdwingt, is de lage energie-efficiëntie. De spanningsval op het bedieningselement kan vrij hoog zijn, vooral bij ingestelde lage stromen. Bovendien is deze besturing vanwege de noodzakelijke analoge ingang - bv. stuurspanning, moeilijk in een digitaal systeem te implementeren en zijn extra elementen zoals een digitaal-naar-analoog-omvormer vereist.

PWM, ofwel pulsbreedtemodulatie, is een methode om het gemiddelde vermogen van een elektrisch signaal te verminderen door het signaal effectief in afzonderlijke delen te snijden wanneer het wordt in- en uitgeschakeld (zonder overgangstoestanden - zoals bij een rechthoekige golfvorm). De gemiddelde waarde van de spanning (en stroom) die op de belasting wordt uitgeoefend, wordt geregeld door snel een bepaald type sleutel tussen voeding en belasting in en uit te schakelen. Hoe langer deze sleutel wordt aangezet in vergelijking met de uitgeschakelde perioden, hoe groter de totale stroomtoevoer naar de belasting.

PWM-modulatie is vooral effectief wanneer wordt gewerkt met relatief inerte belastingen, zoals motoren, die niet gemakkelijk worden beïnvloed door discrete schakelingen. Vanwege de inertie reageren ze trager. De PWM-schakelfrequentie moet hoog genoeg zijn om de belasting niet te beïnvloeden. Bij RGB-leds is het niet de ontvanger zelf - de lichtemitterende diode - die inert is, maar het menselijk oog. Dat registreet het knipperen niet, omdat het de lichtintensiteit middelt.

De snelheid (of frequentie) waarmee de sleutel de belasting moet omschakelen, kan sterk variëren, afhankelijk van de belasting en de systeemtoepassing. In het geval van leds hangt de optimale frequentie ook af van de specifieke toepassing. De bovengrens van de frequentie is de schakelsnelheid van de led. De schakeltijd van een typische led ligt tussen enkele honderden en enkele duizenden nanoseconden, hetgeen zich vertaalt in schakelfrequenties van enkele honderden kilohertz tot meerdere megahertz. Aan de andere kant wordt de minimale schakelfrequentie bepaald door de traagheid van het menselijk gezichtsvermogen. Bij een bewegend voorwerp wordt 200 hertz verondersteld als de minimale schakelfrequentie van de led-bedieningssleutel.

Het grote voordeel van het gebruik van PWM-modulatie is dat het vermogensverlies in schakelapparatuur zeer gering is. Als de schakelaar is uitgeschakeld, is er vrijwel geen stroomtoevoer en als de sleutel is ingeschakeld, is de spanningsval verwaarloosbaar. De vermogensverliezen die het product zijn van de spanningsval en de stroom, zijn in beide gevallen dus gering. Bovendien werkt PWM uitstekend samen met digitale bedieningselementen die door hun aard - zero-onebediening - de sleutel eenvoudig kunnen bedienen.

Wat zijn led-strips en RGB-strips met geïntegreerde drivers

Een led-strip is een flexibele printplaat waarop de lichtemitterende dioden voor opbouwmontage (SMD-diodes) zijn gesoldeerd, naast andere elementen die nodig zijn voor de werking van de diodes. Ze zijn meestal uitgerust met een plaklaag.

Led-strips werden in het verleden alleen gebruikt voor accentverlichting, achtergrondverlichting, werkverlichting en decoratieve verlichting. De verhoogde efficiëntie van leds en de beschikbaarheid van krachtigere producten hebben het gebruik van led-strips als hoge helderheidsverlichting mogelijk gemaakt die armaturen met fluorescentie- of halogeenlampen effectief vervangt.

De vaak voor verlichting gebruikte led-strips zijn ook verkrijgbaar in versies met veelkleurige leds: RGB, RGBW. De tweede van deze tapes heeft een extra, witte (White) diode, die zorgt voor wit licht van goede kwaliteit - meer hierover later in het artikel. Het is ingewikkeld om ze met behulp van externe drivers te bedienen, vanwege het grote aantal uitgangen dat nodig is om de langere strip te bedienen. Daarom worden op dit soort strips vaak geïntegreerde drivers gebruikt.

Hoe bedien ik de strips?

De meeste RGB led-strips zijn gebouwd met klassieke RGB-leds met vier uitgangen - een gemeenschappelijke anode of kathode en een aparte uitgang voor elk van de kleuren. De kabels kunnen niet rechtstreeks op de voeding worden aangesloten, omdat een driver nodig is om de kleur gemakkelijk te kunnen veranderen. Hoewel deze oplossing u in staat stelt om de kleur te regelen - vergeet daarbij niet dat de hele strip dezelfde kleur uitstraalt - kan dit een beperking zijn van de flexibiliteit van de toepassing. De laatste tijd is de oplossing waarbij de strip naast de RGB-leds ook geïntegreerde drivers bevat, steeds populairder. Een voorbeeld hiervan zijn de componenten Worldsemi uit de familie WS28xx.

Het is ook vermeldenswaard dat klassieke RGB led-strips anders worden aangestuurd dan die met drivers. Dit is voornamelijk te wijten aan het feit dat met ingebouwde geïntegreerde drivers het ontwerp verandert - er wordt slechts één lijn (DATA) gebruikt voor de besturing, niet een aparte lijn voor elk van de drie kleuren. Voor de besturing kunt u bv. gebruikmaken van oplossingen op basis van Arduino.

Strips met chips uit deze groep worden meestal programmeerbaar of slim genoemd, terwijl de driver zelf de vorm heeft van een chip, ontworpen om leds aan te sturen. Hij bevat een slim intern digitaal slot voor data uit de ingangspoort, een eigen individueel adres en een circuit voor de vermogensregelaar. Hij beschikt ook over een nauwkeurige interne oscillator en een 12V spanningsregelaar voor led-diodes. Om rimpelingen in het systeem te verminderen, worden de afzonderlijke PWM-kanalen met faseverschuiving aangestuurd. Dit systeem maakt gebruik van de NZR-communicatiemodus.

In het NZR-systeem zijn de componenten uit de familie WS28xx in serie geschakeld. De pin DIN is de gegevensinvoer en DO is de uitvoer. De gegevens worden ingevoerd op de pin DIN van de eerste driver in de keten. Zijn DO is verbonden met 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 aan gegevens (driemaal 8 bits voor drie kleuren) en verzendt ze vervolgens naar het interne dataslot. De overige gegevens worden doorgestuurd met behulp van de uitgang DO.

De gegevens op de uitvoer DO worden gebufferd door ingebouwde digitale circuits, zodat de volgende driver een golfvorm van hoge kwaliteit ontvangt. Dit vergroot het bereik van de chip, omdat de enige beperkingen voor de striplengte de maximale afstand tussen de drivers en het aantal beschikbare adressen zijn.

Zodra de driver de gegevens vergrendelt, genereert het systeem de juiste PWM-besturingssignalen op de uitgangen OUTR, OUTG en OUTB, die zijn bestemd om de rode, groene en blauwe diodes in de stripstructuur te besturen. Dankzij de mogelijkheid om de componenten uit de familie WS28xx te adresseren, is het mogelijk om de kleur en helderheid van iedere RGB-diode afzonderlijk in te stellen, hetgeen de mogelijkheden enorm vergroot. Bijvoorbeeld: in strips die dit systeem gebruiken, kan elk van de leds in een andere kleur en met een andere intensiteit schijnen, onafhankelijk van de andere leds op de strip.

Vermeldenswaard is dat er ook complete oplossingen beschikbaar zijn die zowel RGB led-structuren als een geïntegreerde adresseerbare driver in één behuizing bevatten, waardoor toepassing eenvoudiger is en de uiteindelijke kosten van de oplossing lager uitvallen. Dergelijke diodes worden aangeboden in economische versies door Worldsemi maar ook door Liteon als ingebedde diodes van hoge kwaliteit en herhaalbaarheid.

Welke strip met controller kies ik?

Op de markt zijn vele soorten RGB led-strips met geïntegreerde drivers verkrijgbaar. Dit zijn strips met verschillende vermogens en aantallen diodes, wat zich vertaalt in verschillende helderheidsniveaus. Dergelijke producten bestaan uit 30 tot 144 leds per meter en hebben een maximaal vermogen van 36W tot 86,4W (op basis van 1 m strip).

RGB led-strips kunnen worden gevoed met 5V, 12V of 24V DC. De keuze voor een bepaalde strip wordt gedicteerd door de voedingsspanning die beschikbaar is in het betreffende systeem. Voor een microcontrollersysteem is een strip die wordt gevoed met een spanning van 5 V perfect en in industriële systemen een strip met een voedingsspanning van 24 V. Bovendien is het bij het kiezen van een led-strip voor industriële toepassingen de moeite waard om te letten op de beschermingsklasse van het product. Als u kiest voor een model van de klasse IP65, kunt u rekenen op de betrouwbaarheid van uw systeem, omdat deze klasse borg staat voor stofdichtheid en bescherming tegen vocht.

RGB of RGBW – Welke led-diodes kies ik?

De standaard RGB LED-strip maakt gebruik van een systeem dat bestaat uit drie leds (rood, groen en blauw). Deze kan een breed scala aan kleuren produceren door deze drie kleuren te mengen en licht te geven dat bijna wit is. Maar zelfs wanneer alle drie de leds tot de maximale helderheid zijn verlicht, is de verkregen kleur verre van perfect. Daarom worden ook RGB + W led-strips toegepast die gebruik maken van vier diodes: RGB-leds en een extra witte lichtemitterende diode.

Hoewel de RGB-leds zelf een kleur kunnen produceren die vergelijkbaar is met wit, zorgt een speciale witte led in de structuur voor een veel zuiverder witte tint en maakt hij verder het gebruik van een extra warme of koude witte chip mogelijk. Bovendien biedt de witte chip extra kleurmengmogelijkheden met RGB-chips, waardoor een enorm aantal unieke tinten kan worden gecreëerd.

linecard

Selecteer een fabrikant of categorie om producten te bekijken.

Quick Buy

?
produkt symbool aantal
Voorbeeld

Overige opties van Quick Buy

paypal_help

Deze website maakt gebruik van cookies. Klik hier, voor meer informatie over cookies en over hoe u onze cookies kunt beheren.

Niet meer weergeven