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

EVENIMENTE

2019-08-05

Conectarea şi programarea benzilor LED RGB

Diodele electroluminiscente (LED) înlocuiesc tot mai des iluminatul standard reprezentat de becuri, lămpi cu halogen și lămpi fluorescente. Diodele LED sunt cu mult mai economice decât cele din urmă, dar avantajele lor nu se încheie aici.

Din acest articol veţi afla:

Diodele LED sunt utilizate în mod frecvent în sisteme de iluminat în care se foloseşte o gamă largă de diode albe. Însă tot mai adesea sunt căutate diodele colorate, în special pentru iluminarea suplimentară a încăperilor, oferind efecte estetice interesante. Cea mai avansată soluţie de acest tip o reprezintă diodele RGB, a căror culoare poate fi controlată în mod continuu, putând obţine aproape orice culoare a luminii vizibile. Ce mai este bine să ştim despre aceste produse?

Ce este o diodă LED?

Dioda electroluminiscentă (LED) este o sursă de lumină semiconductoare, care emite lumină atunci când este traversată de curent electric. Electronii din semiconductor se recombină cu golurile, degajând energie sub formă de fotoni. Acest efect este denumit electroluminiscenţă.

Culoarea luminii emise corespunde energiei fotonilor emişi. Aceasta la rândul ei depinde de energia necesară pentru trecerea electronilor de banda interzisă a semiconductorului. Această bandă este numită uneori şi întrerupere energetică şi este un parametru foarte important al fiecărui semiconductor. Astfel, culoarea diodei LED depinde de materialul din care este construită.

Diodele LED au apărut pe piaţă ca elemente electronice disponibile din punct de vedere comercial în 1962. Primele dintre acestea emiteau lumină infraroşie de joasă intensitate. Diodele LED în infraroşu sunt utilizate, în primul rând, în circuitele de control la distanţă, de exemplu în aparatele electrocasnice. Primele produse care funcţionau în lumina vizibilă aveau o intensitate redusă şi erau limitate la culoarea roşie. Erau produse din materiale precum fosfura de galiu (GaP) şi arsenura de aluminiu galiu (AlGaAs).

Diodele LED moderne sunt disponibile în domeniile de lungime de undă vizibil, ultraviolet şi infraroşu. Funcţionează cu un randament de emisie ridicat, astfel încât produc multă lumină cu economie de energie. Produsele actuale de acest tip sunt fabricate din diferite materiale semiconductoare, în funcţie de culoare. În prezent, diodele LED roşii sunt fabricate pe bază de fosfură de aluminiu indiu-galiu (AlInGaP), datorită căreia acestea sunt mai eficiente decât elementele din GaP sau AlGaAs. Diodele LED albastre şi verzi sunt fabricate, în principal, din nitrură de galiu şi nitrură de galiu indiu (GaN şi InGaN). Cantitatea de indiu determină culoarea - cu cât este mai mult indiu, cu atât este mai mare lungimea de undă (de exemplu verde).

De ce sunt folosite diodele RGB?

RGB este un model de culoare aditiv, în care lumina roşie (Red), cea verde (Green) şi cea albastră (Blue) sunt combinate în diferite moduri pentru a crea o gamă largă de culori. Denumirea modelului provine direct din numele în limba engleză ale culorilor de bază utilizate. Principala utilizare a modelului spaţiului de culori RGB constă în detectarea, reprezentarea și afișarea imaginilor în sistemele electronice precum televizoare şi calculatoare. Acest model este utilizat, de asemenea, în fotografia analogică şi, la ora actuală, tot mai frecvent în sistemele de iluminat. Înainte de epoca electronică, modelul de culoare RGB avea deja în spate o teorie solidă, bazată pe percepţia umană a culorilor.

Amestecarea luminii roşii, verzi şi albastre din surse LED pentru crearea luminii colorate necesită circuite electronice dedicate pentru controlarea procesului de amestecare. Deoarece diodele LED au modele de emisie uşor diferite, balansul culorilor se poate modifica în funcţie de unghiul de vizualizare, chiar dacă sursele RGB se află în aceeaşi carcasă. Drept urmare, diodele RGB sunt folosite rareori pentru producerea luminii albe, dar sunt utilizate adeseori pentru obţinerea altor culori. Această metodă are multe utilizări datorită flexibilităţii de amestecare a diferitelor culori şi oferă o eficienţă energetică ridicată.

Diodele LED multicolore oferă o nouă modalitate de creare a luminii cu diferite culori. Majoritatea culorilor perceptibile pot fi obţinute prin amestecarea, în diferite proporţii, a celor trei culori de bază: roşu, verde şi albastru. Acest lucru permite un control precis şi dinamic al culorii obţinute. Problema legată de utilizarea diodelor LED pentru redarea precisă a culorilor în sistemele de iluminat constă în faptul că, odată cu schimbarea temperaturii, se modifică şi banda interzisă a semiconductorului folosit în construcţia elementului. Modificarea benzii interzise este însoţită de modificarea culorii luminii emise de diode - roşu, verde şi albastru - din structura RGB. Această problemă nu apare la diodele de putere mai mică.

Cum este controlată luminozitatea diodei, adică modulaţia PWM

Luminozitatea unei diode electroluminiscente depinde de curentul care trece prin aceasta, care poate fi reglat în diferite moduri. Cele mai simple două metode de reglare sunt utilizarea unei surse de curent comandate sau a unui modulator PWM.

Sursa de curent este un circuit electronic care furnizează sau absoarbe curent electric indiferent de tensiunea acestuia. Există două tipuri de surse de curent. O sursă independentă asigură un curent continuu. O sursă dependentă furnizează un curent care este proporţional cu o altă tensiune sau curent din circuit. Pentru controlul diodelor LED este necesară, bineînţeles, o sursă dependentă. Majoritatea surselor de curent reale sunt realizate pe baza unui element cu rezistenţă controlată (de exemplu un tranzistor MOSFET). Acesta este controlat astfel încât căderea de tensiune pe acest element să forţeze trecerea unui curent corespunzător prin sarcină.

Inconvenientul soluţiei cu element disipativ, care forţează trecerea curentului, este eficienţa energetică redusă. Căderea de tensiune pe elementul care controlează poate fi destul de mare, în special pentru curenţii de valoare joasă. În plus, acest control, având nevoie de o intrare analogică - de exemplu o tensiune de control, este dificil de realizat în sistem digital şi necesită implementarea unor elemente suplimentare, precum un convertor digital-analogic.

PWM, adică modulaţia impulsurilor în lăţime, este o metodă de diminuare a puterii medii furnizate de semnalul electric prin tăierea efectivă a acestui semnal în părţi separate, când este cuplat şi decuplat (fără nicio stare tranzitorie - ca în cazul semnalului dreptunghiular). Valoarea medie a tensiunii (şi curentului) aplicate sarcinii este controlată prin cuplarea şi decuplarea rapidă a unui anumit tip de element de comutaţie între alimentare şi sarcină. Cu cât acest element de comutaţie este cuplat mai mult de timp faţă de perioadele de decuplare, cu atât este mai mare puterea totală furnizată sarcinii.

Modulaţia PWM este utilă în special în lucrul cu sarcini relativ inerte, precum motoarele, care nu sunt influenţate atât de uşor de o comutaţie discretă. Din cauza inerţiei, acestea reacţionează mai lent. Frecvenţa de comutaţie PWM trebuie să fie suficient de ridicată pentru a nu influenţa sarcina. În cazul diodelor LED RGB nu receptorul în sine - dioda electroluminiscentă - este inert, ci ochiul uman, care nu percepe clipirea, pentru că face media intensităţii luminii.

Viteza (sau frecvenţa) cu care elementul de comutaţie trebuie să comute sarcina poate diferi cu mult în funcţie de sarcină şi de utilizarea sistemului. În cazul diodelor LED, frecvenţa optimă depinde şi de aplicaţia respectivă. Limita superioară de frecvenţă reprezintă viteza de comutaţie a diodei LED. Timpul de comutaţie a unei diode LED standard este de câteva sute până la câteva mii de nanosecunde, ceea ce se traduce într-o frecvenţă de comutaţie cuprinsă între câteva sute de kHz şi câţiva MHz. Pe de altă parte, frecvenţa minimă de comutaţie este definită de inerţia ochiului uman. În cazul unui obiect în mişcare, valoarea de 200 Hz este considerată frecvenţa minimă a elementului de comutaţie care controlează dioda LED.

Principalul avantaj al utilizării modulaţiei PWM este faptul că pierderile de putere pe echipamentele de comutaţie sunt foarte reduse. Atunci când elementul de comutaţie este decuplat, curentul practic nu trece, iar când elementul de comutaţie este cuplat, căderea de tensiune pe acesta este insignifiantă. Astfel, pierderile de putere, care sunt produsul dintre căderea de tensiune şi curent, sunt reduse în ambele situaţii. În plus, PWM funcţionează foarte bine cu control digital, care, prin natura acestuia - control prin cod zero-unu - controlează cu uşurinţă elementul de comutaţie.

Ce sunt benzile LED şi benzile RGB cu drivere integrate

Banda LED este o placă de circuite imprimate flexibilă pe care sunt lipite diode electroluminiscente destinate montării pe suprafaţă (diode SMD) şi alte elemente necesare pentru funcţionarea diodelor. De obicei, sunt prevăzute cu un suport adeziv.

În trecut, benzile LED erau folosite doar pentru iluminatul de accentuare, iluminat de fundal, iluminat direcţional şi iluminat decorativ. Eficienţa crescută a diodelor LED şi disponibilitatea produselor cu putere mai mare au permis utilizarea benzilor LED ca iluminat de înaltă luminozitate, care înlocuieşte cu succes corpurile de iluminat cu becuri cu fluorescenţă sau halogen.

Benzile cu diode LED folosite adeseori pentru iluminat sunt oferite şi în versiuni cu diode multicolore: RGB, RGBW. A doua dintre aceste benzi este prevăzută cu o diodă suplimentară, albă (White), care asigură o lumină albă bună sub aspect calitativ - mai multe despre aceasta în continuarea articolului. Controlul acestora cu ajutorul driverelor externe era complicat din cauza numărului mare de terminale necesare pentru controlul unei benzi mai lungi. De aceea, în mod frecvent pe benzile de acest tip sunt utilizate drivere integrate.

Controlul benzilor

Majoritatea benzilor LED RGB sunt realizate pe baza diodelor LED RGB clasice cu patru terminale - anod sau catod comun şi câte un terminal pentru fiecare culoare. Cablurile nu pot fi conectate direct la alimentator, pentru că avem nevoie de un driver, cu ajutorul căruia vom putea schimba cu uşurinţă culoarea. Chiar dacă o asemenea soluţie ne permite să controlăm culoarea - trebuie să reţinem că întreaga bandă emite aceeaşi culoare - aceasta poate reprezenta o limitare a flexibilităţii de utilizare. În ultima vreme de o popularitate tot mai mare se bucură soluţia în care pe bandă, în afară de diodele LED RGB, se află drivere integrate pentru acestea, de exemplu circuite Worldsemi din gama WS28xx.

De asemenea, trebuie să adăugăm că benzile clasice LED RGB sunt controlate în mod diferit decât cele cu drivere. Acest lucru rezultă, în primul rând, din faptul că, în cazul unor drivere integrate se schimbă construcţia - pentru control este folosită o singură linie (DATA), şi nu trei separate pentru fiecare culoare. Pentru control, putem, de exemplu, să folosim soluţii bazate pe Arduino.

Benzile cu circuite din această grupă se numesc, de obicei, programabile sau inteligente, iar driverul în sine are forma unui circuit integrat, destinat controlării diodelor LED. Acesta conţine un latch de date de intrare digital inteligent intern, adresă individuală proprie, precum şi un circuit al controlerului de putere. De asemenea, este prevăzut cu un oscilator intern de precizie şi un stabilizator de tensiune de 12V pentru diodele LED. Pentru reducerea pulsaţiilor în circuit, diferitele canale PWM sunt controlate prin diferenţa de fază. Acest circuit utilizează modul de comunicare NZR.

În sistemul NZR, circuitele din gama WS28xx sunt legate între ele în serie. Pinul DIN este intrare de date, iar DO este ieşirea. Datele sunt aplicate pe pinul DIN al primului driver din lanţ. Pinul DO al acestuia este conectat la pinul DIN al următorului driver etc. După restartarea chipului, linia DIN primeşte date de la controler. Primul circuit integrat colectează primii 24 de biţi de date (de trei ori câte 8 biţi pentru cele trei culori), iar apoi îi transmite latch-ului de date intern. Celelalte date sunt transmise mai departe cu ajutorul ieşirii DO.

La ieşirea DO, datele sunt stocate într-un buffer de circuitele digitale integrate, aşadar la driverul următor ajunge un semnal de înaltă calitate. Creşte astfel raza de acţiune a circuitului, pentru că singurele limitări ale lungimii benzii sunt distanţa maximă dintre drivere şi numărul de adrese disponibile.

În momentul memorării datelor de către driver, acest sistem produce semnale corespunzătoare de control PWM la ieşirile OUTR, OUTG şi OUTB, semnale destinate controlării diodelor roşie, verde şi albastră din structura benzii. Datorită posibilităţii de adresare a circuitelor din gama WS28xx, poate fi efectuată reglarea individuală a culorii şi luminozităţii diodei RGB, ceea ce îi creşte cu mult potenţialul de utilizare. De exemplu, în benzile bazate pe acest circuit, fiecare diodă poate lumina într-o altă culoare şi cu o altă intensitate, indiferent de celelalte diode din bandă.

De reţinut că sunt disponibile şi soluţii complete care includ într-o singură carcasă atât structuri LED RGB, cât şi o structură de driver integrat adresabil, ceea ce simplifică aplicaţia şi reduce costul final al echipamentului. Aceste diode sunt oferite atât în versiunea economică, de către firma Worldsemi, cât şi de către firma Liteon - diode embedded de înaltă calitate şi repetabilitate.

Ce bandă cu controler să alegem?

Pe piaţă sunt disponibile multe benzi LED RGB de diferite tipuri, cu drivere integrate. Sunt benzi cu diferite puteri şi număr de diode variabil, ceea ce se traduce prin diferite niveluri de luminozitate. Produsele de acest tip sunt compuse din 30 până la 144 de diode pe metru şi sunt caracterizate de o putere maximă cuprinsă între 36W şi 86,4W (la 1 m de bandă).

Benzile LED RGB pot fi alimentate la o tensiune continuă de 5V, 12V sau 24V. Alegerea unei anumite benzi va fi dictată de tensiunea de alimentare disponibilă în sistemul respectiv. De exemplu, pentru un sistem cu microcontroler, este excelentă o bandă alimentată la tensiunea de 5V, iar într-un sistem industrial, o bandă alimentată la tensiunea de 24V. În plus, atunci când alegem o bandă LED pentru aplicaţii industriale, vom avea în vedere gradul de protecţie al produsului. Dacă alegem un model cu gradul de protecţie IP65, putem conta pe fiabilitatea sistemului, deoarece această clasă garantează protecţia împotriva prafului şi umidităţii.

RGB sau RGBW – ce diode LED să alegem?

O bandă LED RGB standard utilizează un circuit alcătuit din trei diode (roşie, verde şi albastră). Acest circuit poate produce o gamă largă de culori, amestecând cele trei culori menţionate şi emiţând o lumină de culoare aproape albă, dar chiar şi în cazul aprinderii tuturor celor trei diode la luminozitatea maximă, culoarea obţinută este departe de a fi ideală. Şi din acest motiv, se folosesc benzi LED RGB + W, bazate pe patru diode: LED RGB şi o diodă electroluminiscentă suplimentară albă.

Deşi diodele RGB obişnuite pot produce o culoare apropiată de alb, prezenţa în structură a unei diode albe dedicate asigură o nuanţă de alb mult mai pur şi permite utilizarea unui chip suplimentar alb cald sau alb rece. În plus, chipul alb asigură posibilităţi suplimentare de amestecare a culorilor cu circuitele RGB, permiţând crearea unei game imense de nuanţe unice.

linecard

Alegeţi producătorul sau categoria

Quick Buy

?
simbolul produsului cant. comandata
Vizualizare

Alte opţiuni Quick Buy

Acest site foloseşte fişiere cookie. Apăsaţi aici, pentru a afla mai multe despre fişierele cookie şi utilizarea setărilor acestora.

Nu arăta mai mult