Предмети:
- въведение
- Работа на светодиод
- Напрежение на проводимост спрямо цвета на светодиода
- Методи за контрол
- Многоцветни светодиоди
Предговор:
Светодиодът е често използван полупроводников компонент за излъчване на светлина. LED означава: Light Emitting Diode и означава: диод, излъчващ светлина. След изобретяването си през 1962 г., светодиодът се използва главно като светлинен индикатор и за предаване на сигнал. От края на 90-те години на миналия век технологичното развитие направи възможно производството на светодиоди, които служат като източник на светлина за ежедневна употреба. В автомобилната технология светодиодите често се използват като осветление на инструменти (табло), външно осветление (задни светлини) или основно осветление (във фаровете) поради следните предимства в сравнение с лампите с нажежаема жичка и халогенните лампи:
- ниска консумация на енергия: със същия интензитет на светлината в сравнение с други видове лампи, LED използва значително по-малко енергия. Светодиодът има много висока ефективност до 80%;
- безопасност: лампите с нажежаема жичка се нуждаят от приблизително 200 ms, за да загреят спиралата и да излъчат светлина. Светодиодът не изисква фаза на загряване, което означава, че светодиодът достига своя интензитет на светлина по-бързо (за по-малко от 1 милисекунда). Когато светодиод се използва като стоп светлина, спирането се забелязва по-рано и има положително влияние върху времето за спиране;
- слабо отделяне на топлина: тъй като светодиодите почти не се нагряват, корпусите на лампите могат да бъдат направени по-малки и могат да се използват по-евтини материали, които са по-малко устойчиви на топлинен стрес;
- дълъг живот: LED издържа приблизително цял живот на автомобила. Ако се окаже, че светодиодите са дефектни, причината често може да се търси другаде, като прекъсване на пътя на печат или неправилно управление. Яркостта на светодиода може да намалее с определен брой часове на горене.
Изображението по-долу показва символа на диода с допълнителен текст над страните „анод“ и „катод“. Символът на светодиод е почти идентичен с този на диод, но са добавени две стрелки, сочещи нагоре, които показват светлинното излъчване. Посоката на тока, както при диода, е по посока на стрелката. Вертикалният ход е обратната посока. Ако токът тече през светодиода по посока на стрелката, той ще светне. Обратно, той ще бъде блокиран и следователно няма да свети.
Работа на светодиод:
Точно като "нормален" диод, светодиодът се състои от два полупроводникови слоя:
- отрицателният слой (n-слой) съдържа излишък от електрони;
- положителният слой (p слой) има недостиг на електрони.
Недостигът на електрони в p-слоя може да се разглежда като брой излишни положителни дупки. В p-n прехода (изтощен слой), излишъкът от електрони в n-слоя ще запълни празнините в p-слоя. Все още не тече ток, така че зарядът в np прехода е неутрален.
За да може токът да тече през диода, първо трябва да се преодолее вътрешното напрежение на зоната на изчерпване. Това е така нареченото дифузионно напрежение или прагово напрежение на диода. Когато напрежението се увеличи, електронният ток ще може да тече от n-слоя към p-слоя. Въпреки това, в слоя на изчерпване някои от тези електрони се улавят от дупките. Тези електрони освобождават част от енергията си под формата на светлинни проблясъци. Генерираната светлина може да излезе през тънкия p-слой. Интензитетът на светлината се определя от тока: колкото по-силен е токът, толкова по-интензивна е светлината.
Прескачането на валентните електрони от отрицателния към положителния слой осигурява светлината, която диодът излъчва.
Напрежение на проводника спрямо цвета на светодиода:
Светодиодът се предлага в три цвята: червен, зелен и син. С тези три основни цвята могат да се получат други цветове чрез смесването им. Съставът на материалите в n и p слоевете определя количеството енергия в електроните и дупките.
- Електроните с ниска енергия преобразуват по-малко енергия в светлинна радиация, отколкото електрон с висока енергия;
- Червената светлина има по-малко енергия от синята светлина;
- Червеното се създава от нискоенергийни електрони, а синьото от високоенергийни електрони.
Не могат да се произвеждат бели светодиоди. Чрез добавяне на допълнителен флуоресцентен слой към син светодиод, част от синята светлина се преобразува в жълта светлина. Сместа от синя и жълта светлина се възприема от човешкото око като бяла светлина. Като регулирате съотношението на смесване между тази жълта и синя светлина, можете да излъчвате топла или студена бяла светлина.
В характеристиката виждаме напрежението, което се натрупва в зоната на изчерпване и следователно е напрежението на проводимостта на съответния цветен светодиод. Когато токът преминава през светодиод, има почти постоянен спад на напрежението.
Методи за контрол:
В автомобилната технология можем да използваме светодиоди с a сериен резистор или в последователни вериги, така че да постигнем желаното управляващо напрежение.
LED със сериен резистор:
Ако трябва да свържем светодиод директно към плюса и минуса на батерията, светодиодът веднага ще се повреди. Винаги трябва да има такъв сериен резистор да бъдат поставени последователно със светодиода.
Стойността на серийния резистор се определя от два фактора: ток и захранващо напрежение. Червен светодиод светва веднага щом се достигне работно напрежение от 1,5 волта и през него протича приблизително 20 mA.
Доставеното захранващо напрежение зависи от приложението. В автомобилната индустрия това може да бъде 5, но също и 12 или 24 волта. Необходимото съпротивление може да се определи с помощта на закона на Ом. Извадете работното напрежение от захранващото напрежение и го разделете на тока.
- При захранващо напрежение от 5 волта ще е необходим сериен резистор от (5 - 1,5) / 0,02 = 175 ома за червения светодиод.
- със захранващо напрежение 12 волта и червен светодиод: (12 – 1,5) / 0,02 = 525 ома (съпротивление с фактор по-високо).
Срещаме главно светодиоди със серийни резистори в преоборудвано LED осветление (модернизиране). Бързото време за включване и изключване и яркостта на светодиода могат да бъдат причина за замяна на лампите с нажежаема жичка със светодиоди. Не е нужно да го правите за енергийна ефективност, тъй като серийният резистор също причинява загуба на мощност, която в някои случаи е толкова голяма, колкото разсейването на мощността на оригиналната лампа.
Серийно свързване на светодиоди:
При последователно свързване на светодиодите не е необходим сериен резистор или сериен резистор с ниска стойност на съпротивление. Вътрешното съпротивление на самите светодиоди гарантира, че захранващото напрежение се разпределя между светодиодите в серийната верига. Колкото повече светодиоди са поставени последователно, толкова по-малък може да бъде направен серийният резистор. На фигурата шест светодиода са свързани последователно и два реда са свързани паралелно.
Светодиодите, свързани последователно, се намират в блокове за задни светлини или трети блокове за спирачни светлини. Това е често използван метод за управление в автомобилната технология.
Регулирайте интензитета на светлината:
С микроконтролер можем да управляваме управлението на светодиод с импулс. Ние наричаме това: Модулация на широчината на импулса (PWM).
Работният цикъл определя времето, в което светодиодът се активира. Чрез редуване на импулсите за включване и изключване между 3,3 и 0 волта при висока скорост, светодиодът свети с по-ниска яркост.
Този метод на управление е същият за електрическа крушка с множество функции, като например:
- 50% яркост с включени светлини;
- 100% ярка светлина с включена стоп светлина.
При практическа настройка с Arduino можете да експериментирате с PWM управление на светодиодите на Arduino или външно свързани светодиоди (оборудвани със серийни резистори).
Многоцветни светодиоди:
Всички цветове могат да бъдат съставени от трите основни цвята червено, зелено и синьо. Това може да се използва добре чрез комбиниране на два или три светодиода. По-долу са показани три принципа, използвани за получаване на множество цветове чрез електрическа верига.
Двуцветен светодиод:
Диаграмата показва два светодиода, свързани паралелно, с обратна и права посока. Посоката на тока определя кой светодиод да свети: зелен (отгоре) или червен (отдолу).Поляритетът се обръща от външна верига или ECU.
Трицветен светодиод:
Тази диаграма също показва два светодиода, свързани паралелно. Във веригата захранващо напрежение може да бъде приложено към един от двата светодиода (зелен или червен) или и двата едновременно. В този случай се получава смесване на цветовете и червеният и зеленият светодиод стават жълти.
RGB LED:
При RGB светодиодите три светодиода, всеки със собствен цвят, са поставени в един корпус. Цветовете могат да се контролират отделно. За управление на RGB светодиода са необходими три PWM контрола, които генерират регулируемо съотношение вкл./изкл. на всеки захранващ щифт. Освен различните цветове може да се регулира и интензитета на светлината.
В следващото изображение виждаме три светодиода, всеки със собствена анодна връзка (A1 до A3) и общ катод.
