什么是好的 RGB LED

电器工程 引领 RGB 观点
2022-01-30 17:58:13

我正在为即将到来的项目RGB POV LED Globe寻找 RGB LED 供应商。通常我会去看我当地的电子产品供应故事,但这个项目需要大量(约 1000 个)LED,而我当地的电子商店对 LED 收取溢价,(每个 @1.50)

我从一些零售商那里进行了一些在线搜索,例如http://www.alibaba.com (~$0.19) 或http://ledssuperbright.com ( $0.35 ) 或http://www.adafruit.com ( $1.0 ) 或http://www.sparkfun.com (~ $0.6 ) 或http://www.digikey.com ( ~$1.1 )

我信任 adafruit 和 sparkfun 并且过去从他们两个那里获得了很好的经验,但我担心每个站点之间的价格差异如此之大,以至于我可能会遗漏一些关键的东西。

我还查看了其他 POV 项目,有些使用漫反射,有些使用透明 LED。我不确定我应该为这个项目使用哪种类型的 LED。MiniPov3使用漫反射

我的问题是:

  • 什么是好的 RGB LED?
  • 对于此类项目,我应该在数据表中寻找哪些功能。
  • 我应该在我的RGB POV LED Globe项目中使用漫反射 LED 还是透明 LED?
1个回答

预警:您可以通过简单的方式或困难的方式来做到这一点。简单的方法是选择一个在所有主要分销商处都有充足库存的 RGB LED,尝试一下,然后开心。

困难的方法是学习一点光度学,这是测量光的研究,然后做出决定。但是,不能保证后者会产生更好的结果。但是,最好了解一些背景知识,所以我们开始吧。警告:长帖。

基本标准

选择 LED 的基本标准是,暂时忽略颜色:

  • 强度/亮度
  • 视角
  • 镜头样式(透明/漫射/外置)

从顶部:

强度/亮度

这是衡量您希望 LED 有多亮的指标,而且非常复杂。对于 RGB LED,您可能会发现最简单的方法是首先指定查看区域,然后选择您需要的流明数。这个选择可能是实验性的,特别是因为你想在拥有非常明亮的环境的 Burning Man 做这件事。

有两种测量强度的方法:辐射测量法和光度测量法。瓦特是功率的辐射测量值,由公制在电子方面定义为:

$W = A^2 * \Omega $

换句话说,一安培电流流过一欧姆电阻所消耗的功率。

光度测量定义了光源对眼睛的亮度。坎德拉(或者,对于 LED,毫坎德拉或 mcd)测量一个方向的强度。流明是功率的度量单位,定义为一个球面度面积上的一个坎德拉(一个球面度是一个约 64 美元的锥体)。两者都通过光度曲线相对于辐射单位进行加权,看起来像这样(黑色虚线):

光度曲线

请注意,它在 550nm 或绿色附近达到峰值。这意味着您的红色和蓝色需要具有高额定功率才能获得均匀的着色。如果您使用毫坎德拉等级(适用于各种视角)或流明等级(如果您已经选择了一组相似的视角),则不必担心这条曲线。

如果你还在关注,别担心,剩下的就更直接更短了。

视角

视角是您相对于 LED 可以拥有的最大倾斜度,并且仍然可以看到发出的颜色。这是镜头的功能,并不总是均匀分布。对于漫射(浑浊)镜片,如果你能看到镜片,你就能看到颜色,哪怕只有一点点。视角不一定是这个数字;它们通常更逼真,并且只定义了镜头设计照明的区域。对于透明镜片,镜片的光学特性将更严格地定义视角。提示:T 1 3/4 封装不是 180 度(您在大多数链接中展示的标准 5mm LED - 通常不超过 $30^0$)。

对于 POV 地球仪,您可能需要相当宽的视角。

镜头风格

镜片可以是有色的或无色的。对于 RGB LED,您可能需要无色。它们也可以是透明的或分散的(多云的)。您在此选择中的选择将取决于 LED 的视角。漫射镜头将有助于消除亮点,但也会降低镜头设计的任何聚焦效果。如果你得到一个带有球面透镜的 LED,它需要被漫射,否则你会在它旋转时使你的用户失明,并且很难在其他人身上看到它。

您还需要决定是需要集成镜头还是外部镜头。一些超亮 LED 将具有外部透镜,可实现更高质量的光学器件,但成本更高且需要更多组件。对于这个项目,您几乎可以肯定需要一个集成镜头。

电气性能

接下来,您需要考虑电气特性:

  • 电流,标称/测试和最大值(RGB LED 的每种颜色都会有所不同)
  • 正向电压 $V_F$(RGB LED 的每种颜色会有所不同)

当前的

LED 通过在半导体结上耗散功率来产生光。低于某个电流,电子不会被提升到下一个壳层,因此你不会得到光。超过一定的电流,你会毁坏你的设备。通过调制这两个值之间的(平均)电流,您可以获得不同程度的强度。这是一个关于光强度的非线性函数,但您可以通过使用恒定电流并快速打开和关闭 LED 来获得更线性的函数。这种技术被称为脉宽调制或 PWM。如果您的 PWM 从未超过给定的占空比,并且足够快,您可以设置恒定电流,在该恒定电流下,在稳态下,将超过 LED 的最大额定功率。不过,这通常不会让你获得更明亮的平均值。

您需要选择电流要求在驱动电路限制范围内且功率要求在使用所选电源时可持续的 LED。

正向电压

LED 中每种颜色的正向电压都不同。这只会使电流的计算稍微复杂一些。如果您使用电阻器来设置电流,并且 LED 是共阳极的,您可能应该选择具有相似正向电压的 LED,以最大限度地减少电阻器中的功率损耗。请注意,正向电压是正向电流的函数!

标准的东西

然后,您需要为任何电子设备选择通用属性:

  • 包裹
  • 焊接温度
  • 制造商/供应商

包裹

您可能会想使用标准的 T 1 3/4 5mm 圆顶封装。不要接受这个,除非你确定这是你想要的。要在此封装下获得 4 条引线,您需要小而紧的孔(焊接和 PCB 制造会很困难),并且光学特性不是最佳的。

有大量的表面贴装封装,它们的外形更小、重量更轻(如果你想旋转你的项目,这是可取的),并且在不使用漫射透镜的情况下具有高视角。

焊接温度

由于其透镜的光学要求以及用于产生光的独特半导体,LED 是焊接时对热最敏感的组件之一。如果您为此使用除温度调节的烙铁或烤箱之外的任何东西,请小心。

制造商和分销商

对于一次性项目或原型,Adafruit 或 Sparkfun 产品很好,但 (1) 你会为他们的选择和认可支付额外费用,(2) 如果他们放弃产品,你会很不走运。如果您要制作一次性产品,爱好者网站很好,但如果您想分发计划,请确保兼容的 LED 广泛可用。否则,请直接联系 Cree、Avago 或 Lite-On(或您最喜欢的制造商),或使用 Digikey 或 Mouser 等主要经销商。通过批量购买并跳过中间商,您将获得更好的运气并获得更好的价格。

颜色

要考虑的最重要因素之一是颜色,但 RGB LED 基本上为您定义了这一点。您确实需要考虑选择中每种颜色之间的关系,但这通常可以在软件中考虑。例如,人眼对绿色的检测比对蓝色的检测要好得多,而红色 LED 通常比蓝色更有效。

除了颜色之间的相对强度之外,您还需要考虑光谱信息。许多制造商对每种颜色都有不同的定义——红色可能是波长在 629nm(橙红色)和 660nm 之间的任何光,绿色可能是 515nm 到 565nm,蓝色可能是 430nm 到 470nm(绿蓝色)之间的任何光。这只是名义上的峰值!这不是激光,因此并非来自它的每条光线都具有相同的波长——每种颜色的波长分布不规则。红色 LED 会发出少量蓝光,反之亦然。