Voyants LED RVB pour affichages et systèmes embarqués

Un circuit électronique doit souvent signaler l'état de ses opérations, et un voyant lumineux constitue un moyen aisé à cet effet. Les LED sont des solutions d'éclairage qui consomment moins d'énergie que les sources traditionnelles. Elles peuvent fonctionner avec une basse consommation, ce qui est un avantage dans l'instrumentation des systèmes embarqués où l'énergie des batteries peut être limitée.

Si les opérations nécessitent un système de signalisation de base avec uniquement les couleurs rouge, jaune et verte, un simple voyant RYG (ou RJV) peut faire l'affaire. Dans de tels cas, le rouge indique un danger ou un arrêt, tandis que le vert indique que tous les systèmes fonctionnent comme prévu. Les systèmes RYG offrent une solution traditionnelle utilisée dans les tableaux de bord de base et les tours de signalisation industrielles.

Les voyants LED rouge, vert et bleu (RVB ou RGB) remplissent des fonctions d'affichage visuel en s'allumant de différentes couleurs en fonction de l'état qu'ils souhaitent transmettre. Les voyants LED RVB offrent une riche palette de couleurs et des informations plus nuancées sur le plan visuel. Une plage de températures dans une barre de gradients, par exemple, nécessite différentes nuances de couleurs pour signifier l'intensité.

De plus, un voyant LED RVB peut remplir la fonction de deux ou trois voyants différents en étant modulé pour afficher une couleur souhaitée, permettant de réduire l'encombrement.

Les voyants LED RVB sont utilisés dans une variété d'applications, notamment les écrans d'affichage dans les machines robustes, les équipements de maison intelligente et les systèmes embarqués dans les applications industrielles. Par exemple, les voyants RVB séries Q10/14/16/19/22 (Figure 1) d'APEM offrent des options de couleurs pratiquement infinies avec une durée de vie de 100 000 heures. Les LED RVB sont généralement les composants de choix pour l'instrumentation moderne, car elles sont capables de produire plus de couleurs tout en consommant moins d'énergie.

Figure 1 : Les voyants LED RVB des séries Q10/14/16/19/22 d'APEM sont contrôlés par modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour fournir un aspect multicolore. (Source de l'image : DigiKey).

Fonctionnement des LED RVB

Un circuit d'attaque commande l'affichage des couleurs en contrôlant le courant envoyé aux LED. Il utilise 8 bits pour représenter la quantité de couleur souhaitée dans chaque canal (R, G ou B). Par exemple, la représentation 8 bits 00000000 dans le canal rouge signifie qu'il ne devrait pas y avoir de rouge dans la composition finale. Étant donné que chaque représentation 8 bits peut être une combinaison de 0 et de 1, chaque module de couleur peut avoir 2⁸ ou 256 valeurs différentes, de zéro à 255.

Chacune de ces 256 valeurs représente une très légère variation de l'intensité des couleurs rouge, verte et bleue. En ajustant chacune de ces 256 valeurs dans les éléments rouge, vert et bleu selon différentes combinaisons, les concepteurs de circuits peuvent obtenir des millions de teintes, plus précisément 256 x 256 x 256, soit 16,7 millions de couleurs (Figure 2).

Figure 2 : Modèle de couleurs RVB représenté sur un cube. L'axe x horizontal représente les valeurs de rouge augmentant vers la gauche, l'axe y représente les valeurs de bleu augmentant vers le bas à droite, et l'axe z vertical représente les valeurs de vert augmentant vers le haut. L'origine, le noir, est le sommet caché. (Source de l'image : SharkD, CC BY-SA 4.0 ; Wikimedia Commons)

Les valeurs RVB pour la couleur fuchsia, par exemple, auraient les paramètres suivants pour les trois composantes : R : 255, V : 0, B : 255, tandis que les valeurs RVB pour la couleur chartreuse seraient R : 223, V : 255, B : 0.

Pour que le voyant LED RVB affiche une couleur spécifique, l'intensité des composantes rouge, verte et bleue doit être réglée avec précision en manipulant la puissance délivrée à chaque module de couleur. Il existe deux méthodes de gradation dynamique d'une LED : la réduction du courant constant (CCR) et la modulation de largeur d'impulsion (PWM).

La méthode CCR réduit la quantité de courant envoyée à la LED, ce qui entraîne une modification de la sortie lumineuse. Cette méthode est simple et présente certains avantages. La méthode PWM, en revanche, maintient la quantité de courant constante, mais au lieu d'envoyer continuellement du courant à la LED, elle l'envoie par impulsions rapides, allumant et éteignant la LED plusieurs fois par seconde. L'intensité lumineuse résultante de la LED est proportionnelle à la fraction de temps pendant laquelle le courant est actif, appelée « rapport cyclique ».

La modulation PWM est une technique particulièrement utile pour contrôler les voyants LED RVB car elle permet un contrôle granulaire de la sortie de couleur finale. De plus, la modulation PWM se prête facilement à la commande numérique à l'aide de microcontrôleurs, qui basculent les sorties entre les états haut et bas.

Esthétique des voyants LED RVB

Si les voyants doivent être utilisés dans les affichages et les panneaux de commande des instruments électriques et des interfaces homme-machine (IHM), ils doivent s'intégrer plus complètement aux dispositifs. Les LED traditionnelles à deux broches requièrent généralement une base solide pour les maintenir en place, et les voyants dépassent souvent des orifices du panneau. Les voyants LED saillants peuvent ne pas correspondre à l'esthétique de l'unité que les concepteurs ont en tête. De plus, les parties qui dépassent risquent d'être facilement endommagées.

Les voyants à montage sur panneau se fixent au panneau, ce qui facilite grandement la conception et l'installation. Dans de tels cas, les collerettes servent de mécanisme de montage et sont esthétiques. L'option de collerette confère un aspect soigné, contrairement aux LED qui dépassent du panneau et risquent d'être endommagées.

Même avec les options de collerette, les voyants LED RVB peuvent présenter un montage affleurant ou en saillie. La collerette affleurante repose à plat contre le panneau, offrant un design élégant et moderne. La collerette en saillie ou surélevée, quant à elle, est dotée d'un capuchon LED qui dépasse légèrement de la surface. Ces légères saillies sont particulièrement utiles si l'affichage doit être visualisé sous différents angles. Les voyants à montage en saillie sont plus faciles à repérer dans les environnements extérieurs ensoleillés ou dans les environnements industriels avec un éclairage intense. Le choix de la collerette dépend de l'application finale. Les environnements d'éclairage difficiles requièrent des voyants plus facilement visibles, ce qui fait de la version surélevée une meilleure option. Si l'esthétique est la seule préoccupation pour les ingénieurs de conception, le montage affleurant est alors une meilleure option.

Outre les collerettes, les mécanismes d'installation des voyants à montage sur panneau nécessitent que les concepteurs de circuits déterminent les découpes de panneau qui les accueillent. Les découpes peuvent permettre l'encliquetage pour une installation plus rapide, mais les ouvertures nécessiteront des découpes plus précises. Des écrous peuvent également être utilisés pour visser les voyants dans le panneau pour une sécurité accrue, en particulier dans les environnements exposés à de fortes vibrations. La taille des découpes de panneaux peut varier. Les voyants LED RVB série Q d'APEM sont disponibles dans des découpes de 10 mm, 14 mm, 16 mm, 19 mm et 22 mm et présentent des collerettes affleurantes et en saillie.

Sélection du voyant LED RVB approprié

Compte tenu des différentes options, voici quelques-uns des critères utilisés pour choisir le voyant LED adapté à une application donnée :

• Anode ou cathode commune : avec l'anode commune, les trois composantes rouge, verte et bleue partagent une connexion positive (anode), alors qu'elles partagent une connexion négative dans une connexion de cathode commune. Différents composants électroniques sont requis pour que le circuit d'attaque LED utilise des boîtiers à anode commune ou à cathode commune.
• Montage traversant ou en surface : type d'installation du voyant LED RVB
• Taille du voyant et découpe de panneau : (si vous utilisez des options de montage en surface sur le panneau)
• Luminosité du voyant LED et son angle de vue
• Tensions et courants nominaux : ces valeurs doivent correspondre aux plages prévues dans le circuit pour garantir des performances fiables
• Méthodes de contrôle des voyants LED : il peut s'agir de l'utilisation de canaux PWM séparés via un microcontrôleur ou de circuits intégrés d'attaque, qui offrent des options de réglage encore plus granulaires.
• Considérations environnementales : vibrations, chocs, poussière et chaleur ou froid extrêmes détermineront le type de LED requis pour des applications spécifiques.

Voyants LED RVB série Q

La série Q d'APEM offre un éclairage combiné avec une sortie lumineuse RVB intense et un éclairage plus lumineux par rapport à l'option RYG. Des options encastrées sont disponibles pour s'adapter à l'esthétique des panneaux. La série Q est dotée d'une option d'étanchéité en résine époxy pour éviter les infiltrations d'eau, ce qui est nécessaire dans les applications extérieures ou dans les environnements intérieurs à forte humidité.

De plus, la série Q est disponible en options standard, hyper-lumineuses et super-lumineuses. Même si la norme convient à toutes les applications en intérieur, l'option hyper-lumineuse est destinée aux applications en extérieur où les angles de vue sont importants. L'option super-lumineuse est également une LED visible à la lumière du jour mais offre un angle de vue beaucoup plus étroit, ce qui convient bien aux longues distances.

Conclusion

Les voyants LED RVB conviennent parfaitement à l'électronique moderne car ils fournissent des signaux visuels tout en consommant un minimum d'énergie. Les voyants des séries Q10/14/16/19/22 d'APEM sont riches en fonctionnalités et offrent aux clients un vaste choix d'options pour s'adapter à la plupart des applications exigeant une indication de panneau.