RGB светодиод — принцип работы и виды цветных LED. Многоцветные RGBW
В основе идеи создания трехцветного светодиода лежит оптический эффект получения разнообразных оттенков путем смешивания 3-х базовых цветов. В качестве базовых цветов обычно используются красный (R), зеленый (G) и синий (B). Поэтому был создан именно rgb светодиод.
Как устроены 3 цветные led диоды
Конструктивно трехцветный светодиод представляет собой 3 цветных светодиода, смонтированных в общем корпусе, а если быть более точным, 3 кристалла, интегрированных на одной матрице. На рис.1 представлена микрофотография интегрального rgb светодиода. Цветные квадраты на фото – это кристаллы основных цветов.
Рис. 1
Виды
Для адаптации к разным вариантам схемы управления, ргб диоды производятся в нескольких модификациях:
- Исполнение с общим катодом
- Исполнение с общим анодом
- Без общего анода или катода, с шестью выводами
В первом случае светодиод управляется сигналами положительной полярности, поступающими на аноды, во втором – отрицательными импульсами, подаваемыми на катоды. Третья модификация исполнения допускает любые варианты коммутации и выпускается обычно в виде SMD компонента.
Подключение
В качестве примера приведем схему подключения ргб диодов к универсальному блоку автоматики Arduino, созданному на базе микроконтроллера ATMEGA. На рис. 2 показана схема подключения rgb led с общим катодом.
Рис. 2
Ниже схема с общим анодом:
Рис. 3
Выводы RGB в обоих случаях подключаются к цифровым выходам (9, 10,12). Общий катод на Рис.2 соединен с минусом (GND), общий анод на Рис.3 – с плюсом питания (5V).
Arduino — простой контроллер для начинающих роботехников, позволяющий создавать на своей базы различные устройства, от обычной цветомузыки на светодиодах до интеллектуальных роботов.
Управление
Включение светодиода происходит при прохождении прямого тока, когда анод подключен к плюсу, катод к минусу. Многоцветный спектр излучения можно получить, изменяя интенсивность свечения каналов (RGB). Результирующий оттенок определяется соотношением яркостей отдельных цветов. Если все 3 цвета одинаковы по интенсивности свечения, результирующий цвет получается белым.
На цифровых выходах платы Arduino формируются периодические прямоугольные импульсы напряжения, как на рисунке 4., с изменяемой скважностью.
Рис. 4
Для тех, кто забыл. Скважностью называется отношение длительности периода следования импульсов к длительности импульса.
Чем ниже скважность импульсов канала, тем ярче свечение соответствующего led диода. Программа управления скважностью импульсов цветовых каналов зашита в микросхеме контроллера. Такое изменение скважности импульсов, осуществляемое в целях управления процессом, называется ШИМ (широтно – импульсной модуляцией).
На Рис.4 приведены примеры диаграмм прямоугольных импульсов различной скважности.
Управление цветом и интенсивностью свечения rgb диода может осуществляться и без ШИМ. На приведенной ниже схеме применено аналоговое управление трехцветными светодиодами. Суть его заключается в регулировании постоянного тока диодов определенного цвета.
Рис. 5
На схеме (Рис.5) rgb диоды (led1- led10) имеют общий анод. Катоды одного цвета всех диодов объединены, и через резисторы R4.1, R4.2, R4.3 соединяются с эмиттером соответствующего транзистора. Таким образом, все светодиоды красного цвета подключены к транзистору VT1.1, зеленые светодиоды – к VT1.2, синие – к VT1.3. При перемещении движков потенциометров R1.1, R1.2, R1.3 изменяется ток базы соответствующего транзистора. Величина тока базы определяет степень открытия перехода «эмиттер – коллектор», и, в конечном счете, яркость свечения соответствующего цвета. Перед подключением нужно правильно определить полярность светодиода, иначе он не будет светиться.
Применение цифровых программируемых контроллеров предоставляет практически безграничные возможности управления цветом. В тех же случаях, когда не требуется создание цветовых динамических образов, может быть применен аналоговый способ управления. Это могут быть наружные или интерьерные светильники для статической подсветки с выбором цвета.
Кстати. Применение такого регулирования в системах подсветки панелей приборов транспортных средств позволяет водителю выбирать любой оттенок и яркость.
RGBW светодиоды
Для того чтобы получить чисто белый цвет, используя разноцветный rgb светодиод, необходима точная балансировка яркости свечения по кристаллу каждого цвета. На практике это бывает затруднительно. Поэтому, для воспроизведения белого цвета и увеличения разнообразия цветовых эффектов, rgb диод стали дополнять четвертым кристаллом белого свечения. Чаще всего, RGBW светодиоды используются в светодиодных лентах RGBW SMD. Для питания таких светодиодных лент созданы специальные RGBW контроллеры, как правило, управляемые пультами дистанционного управления на инфракрасных лучах.
На фотографии представлен мощный четырехцветный светодиодный модуль SBM-160-RGBW-h51-RF100 производства Luminus Devices Ink.
Рис. 6
Применение
Основной сферой применения rgb светодиодов является создание световых эффектов для рекламы, сценическое оформление концертных площадок, развлекательных мероприятий, праздничное декорирование зданий, подсветка фонтанов, мостов, памятников. Интересные результаты получаются при использовании rgb led диодов для дизайнерского светового оформления интерьеров. Для этих целей налажен выпуск разнообразной светотехники на основе rgb и rgbw – диодной технологии, номенклатура которой продолжает расширяться и завоевывать новые области применения.
Видео
Для закрепления рассмотренного материала рекомендуем посмотреть видео, автор которого очень доходчиво и интересно рассказывает про многоцветные RGB светодиоды.
Вывод
Многоцветный RGB светодиод — это разновидность обычного LED. Его конструктивная особенность позволяет получить любой спектр излучаемого цвета радуги. Это одновременно увеличивает его стоимость и усложняет схему подключения. Поэтому перед выбором, задайтесь вопросом, действительно ли Вам нужен RGB светодиод или достаточно воспользоваться обычным LED нужного цвета?
принцип работы, подключение и распиновка многоцветных диодов, что такое Arduino, как настроить плавное изменение цвета
Обычные светодиоды уверенно заняли свою нишу и серьезно потеснили традиционные осветительные приборы. Параллельно с этим, расширяют сферу деятельности многоцветные, или RGB светодиоды. Они способны работать группами и создавать различные виды управляемой подсветки. Например, с микроконтроллером они могут образовать движущиеся изображения. Возможности РГБ диодов велики и еще не раскрыты полностью. Рассмотрим их внимательнее.
Как устроены 3 цветные LED диоды
С точки зрения конструкции, RGB LED — это три цветных светодиода, установленные в один корпус, или, как говорят специалисты, на одной матрице. Обычные виды мощных осветительных приборов содержат три чипа одного цвета. У многоцветных используются красный, зеленый и синий кристаллы (английское Red Green Blue образует аббревиатуру, обозначающую трехцветные светодиоды).
Каждый из них имеет самостоятельное подключение к источнику питания, поэтому вместо обычных двух выводов у них как минимум 4 контакта — по одному на каждый кристалл и один общий. Это позволяет задействовать один из трех чипов, создавать различные сочетания, менять и смешивать цвета в группе. Если режим подключения отдельных кристаллов упорядочить с помощью микроконтроллера, можно получить массу интересных световых эффектов. Подобные технологии известны давно и используются в цветной печати, в устройстве цветных телевизоров и т.п.
Виды
Существует несколько разновидностей RGB светодиодов:
- элементы с общим катодом, которые управляются положительными сигналами, подаваемыми на аноды чипов. Такие элементы маркируются буквами CA;
- с общим анодом
УПРАВЛЕНИЕ МОЩНЫМИ RGB СВЕТОДИОДАМИ
Всё больше людей внедряют у себя светодиодное освещение или подсветку с возможностью переключать разные цвета, поэтому тема LED драйверов очень актуальна. Предлагаемая схема такого устройства управляет RGB-светодиодами через Н-канальные МОП-транзисторы, которые позволяют контролировать светодиодные матрицы или лампы до 5 ампер на канал без применения теплоотводов.
Схема электрическая и описание
Входная мощность от блока питания должна соответствовать электрической мощности выходной нагрузки. Схема будет работать от напряжением питания в диапазоне от 10 до 24 вольт. Он продиктован требованиями входного напряжения микросхемы 78L05 и электролитических конденсаторов. Переключатель S2 не используется с данной прошивкой, он тут только потому, что в будущем возможно вы захотите поставить другую версию кода, который потребует двух переключателей. Здесь можете скачать варианты прошивок.
Во время тестирования контроллер подключался к 50 Вт на 12 В галогенным лампочкам, по одной на каждый канал. Температура МОСФЕТ транзисторов после 5 мин прогона составила чуть больше 50C. Теоретически общая нагрузка для всех трех каналов RGB не должна превышать 15 ампер.
Указанный транзистор STP36NF06L работает при низком напряжении на затворе. Вы можете использовать такие другие стандартные N-канальные полевые транзисторы, которые будут нормально работать при токах нагрузки до 5 ампер и не требовать слишком большого сигнала на входе для полного отпирания.
Схема подключения светодиодов к модулю
Подключение к печатной плате кабелей также должно соответствовать тому току, который они будут пропускать. Светодиоды, LED ленты и модули, подключенные к драйверу, должны иметь общий анод, как показано на схеме выше.
Вот один из вариантов реализации, который использует 20 светодиодов RGB типа Пиранья. Собрана лампа в коробе 25 х 50 х 1000 мм из алюминия. Позже она была приспособлена под настенную полку, чтобы осветить стол. Свет очень яркий и дает хорошее ровное освещение без какого-либо дополнительного рассеивателя.
СветодиодыСветодиодная RGB Матрица 64×32 [Амперка / Вики]
Видеообзор
Общие сведения
Светодиодная панель выполнена в пластмассовой рамки. С лицевой стороны расположены 2048 RGB-светодиодов в виде сетки, а с обратной — печатная плата с электронными компонентами.
На рамке корпуса с обратной стороны расположены отверстия под винт М3 для крепления матриц между собой или установкой в корпус.
Матрица фактически разделена на два блока: верхние 16 строк и нижние 16 строк. В верхний блок данные поступают через сигналы R1, G1 и B1, а в нижние — через R2, G2 и B2.
Одновременно светится только одна строка каждого блока. Для полноценного свечения организована развёртка и данные передаются динамически. Фактически в каждом блоке расположен сдвиговый регистр с выбором адреса на строку.
Сигналом LAT сигнализируем, чтобы сдвиговый регистр принял строку данных. Дальше в цикле 16 раз выставляем данные (R1,G1,B1,R2,G2,B2) и запихиваем их низким импульсом CLK. Сразу в оба сдвиговых регистра.
Входами A, B, C, D выбираем строку отображения. А точнее две строки верхнего и нижнего блока.
Сигнал поступает на вход панели, через буферные микросхемы транслируется дальше, к следующим панелям. Попутно сигнал ответвляется и попадает на контроллеры ICN2012, которые уже управляют драйверами DP5020B. Светодиоды соединены в матрицу и соответственно есть горизонтальные и вертикальные линии.
Каждый из драйверов получает как сигнал включения светодиода, так и команду управления его яркостью свечения, так управляются светодиоды.
Примеры работы с Arduino
Примеры с Raspberry Pi
Элементы платы
RGB-светодиоды
Сигнальные разъёмы на матрице
На матрице расположены два сигнальных разъёма с интерфейсом «HUB-75».
Входной разъём «DATA IN» принимает сигнальные данные с управляющей платформы.
Выходной разъём «DATA OUT» проталкивает сигнальные данные. Это позволяет соединять несколько матриц в цепочку (гирлянду).
| Вывод | Обозначение | Описание |
|---|---|---|
| 1 | R1 | Сигнал данных красного цвета для верхней половины матрицы |
| 2 | G1 | Сигнал данных зелёного цвета для верхней половины матрицы |
| 3 | B1 | Сигнал данных синего цвета для верхней половины матрицы |
| 4 | GND | Земля |
| 5 | R2 | Сигнал данных красного цвета для нижней половины матрицы |
| 6 | G2 | Сигнал данных зелёного цвета для нижней половины матрицы |
| 7 | B2 | Сигнал данных синего цвета для нижней половины матрицы |
| 8 | GND | Земля |
| 9 | A | Выбор адреса строки |
| 10 | B | Выбор адреса строки |
| 11 | C | Выбор адреса строки |
| 12 | D | Выбор адреса строки |
| 13 | CLK | Тактовый сигнал для согласования скорости передачи |
| 14 | LAT | Управляющий сигнал защёлки |
| 15 | OE | Пин контроля отображения свечения всего дисплея |
| 16 | GND | Земля |
Матрица подключается к управляющей платформе через сигнальный 16-пиновый шлейф.
Ключ на разъёме поможет в распиновке и не даст подключить провод другим путём.
Когда шлейф не закручен и расположен прямо — его пины на разъёмах дублируются. А когда шлейф одним концом перегибается его контакты зеркально отражаются.
Разъём питания матрицы
Напряжение подаётся через четыре провода — питание и земля продублированы для увеличения проходящего тока через провода и разъём.
VCC — питание матрицы. Подключите к положительному контакту источника питания
GND — земля матрицы. Подключите к отрицательному контакту источника питания.
Каждая LED панель питается строго от 5 вольт. При всех включенных RGB-светодиодах — матрица потребляет ток до 4 ампер. Идеально подойдёт блок питания с выходным напряжением 5 вольт и током 5 ампер.
При подключении нескольких матриц соответственно увеличивайте запас по току в N-раз, где N — количество матриц в цепочке.
На модуле матрицы нет встроенного регулятора напряжения. При подаче напряжения более 5 вольт вы убьёте матрицу!
Драйверы светодиодов
Светодиоды подключены через драйверы светодиодов TC5020AP — выходной 16-битный сдвиговый регистр с выходным током 25 мА на канал.
Логические буферы
На плате распаяно два логических преобразователя уровней 74HC245. Буферы обеспечивают согласования логики между управляющей платформой и матрицей.
Дешифраторы
Для выбора строки используется четыре контроллера ICN2012. В микросхему интегрирован дешифратор 74HC138 и четыре сдвоенных P-канальных транзистора 4953.
Характеристики
Разрешение: 64×32
Цвет: RGB
Количество светодиодов «пикселей»: 2048
Тип светодиодов: SMD2121
Шаг пикселя: 4 мм
Номинальное напряжение: 5 В
Максимальный ток: до 4 А
Интерфейс матрицы: HUB75
Структура пикселя: 1R1G1B
Режим сканирования: 1/16
Яркость: ~1200 кд/м²
Углы обзора: 160°
Степень защиты: Indoor
Габариты: 256×128×15 мм