Les circuits électroniques doivent généralement transmettre leur état de fonctionnement et les voyants lumineux deviennent un moyen simple de répondre à cette exigence. Dans les solutions d'éclairage, les lampes LED consomment moins d'énergie que les sources lumineuses traditionnelles. La faible consommation d'énergie des lumières LED constitue un avantage significatif dans les instruments de systèmes embarqués où l'énergie de la batterie peut s'avérer très précieuse.
Si un système de signalisation de base avec seulement trois couleurs rouge, jaune et vert est nécessaire pour le travail, un simple voyant RYG peut répondre aux exigences. Dans ce cas, un voyant rouge indique un danger ou un arrêt, tandis qu'un voyant vert indique que tous les systèmes fonctionnent normalement. Le système RYG est une solution traditionnelle utilisée pour les tableaux de bord de base et les tours de signalisation industrielles.
Les indicateurs LED rouge, vert et bleu (RVB) s'allument de différentes couleurs selon l'état souhaité, réalisant ainsi la fonction d'affichage visuel. Les voyants LED RVB offrent des couleurs riches et des informations subtiles plus intuitives. Par exemple, la plage de températures dans la barre de dégradé nécessite différentes nuances de couleur pour représenter les niveaux de température.
De plus, les voyants LED RVB peuvent être modulés pour afficher la couleur souhaitée, permettant la fonctionnalité de deux ou trois voyants différents, nécessitant ainsi moins d'espace.
Les voyants LED RVB sont largement utilisés, notamment les écrans d'affichage dans les machines robustes, les appareils domestiques intelligents et les systèmes intégrés dans les applications industrielles. Par exemple, la série RVB Q10/14/16/19/22 d'APEM (Figure 1) peut offrir un choix de couleurs presque illimité avec une durée de vie allant jusqu'à 100 000 heures. La LED RVB est généralement le choix préféré pour les instruments et compteurs modernes, car ce produit peut produire plus de couleurs tout en consommant moins d'énergie.
Voyants LED RVB série APEM Q10/14/16/19/22
Les voyants LED RVB d'APEM peuvent être contrôlés à l'aide de la technologie de modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour obtenir une apparence colorée. (Source de l'image : DigiKey)
Le principe de fonctionnement de la LED RVB
Le pilote contrôle l'affichage des couleurs en contrôlant le courant envoyé à la LED. Il utilise 8 bits pour représenter la quantité de couleur requise pour chaque canal (R, V ou B). Par exemple, la valeur 8 bits du canal rouge, 00000000, indique que la synthèse finale ne contient aucun composant rouge. Chaque valeur de 8 bits étant composée d'une combinaison de 0 et 1, chaque module de couleur peut présenter 28 (ou 256) valeurs différentes allant de 0 à 255.
Chacune de ces 256 valeurs représente une variation subtile de l'intensité des couleurs rouge, verte et bleue. En ajustant les 256 valeurs des éléments rouge, vert et bleu dans différentes combinaisons, les concepteurs de circuits peuvent obtenir des millions de nuances de couleurs, plus précisément 256 x 256 x 256, soit 16,7 millions de couleurs (Figure 2).
Modèle de mappage de cube pour les couleurs RVB
Figure 2 : modèle de couleur RVB mappé sur un cube. L'axe horizontal des X représente les valeurs rouges augmentant vers la gauche, l'axe Y représente les valeurs bleues augmentant vers le coin inférieur droit et l'axe vertical z représente les valeurs vertes augmentant vers le coin supérieur droit. L'origine située au sommet caché correspond au noir. (Source de l'image : SharkD, CC BY-SA 4.0) ; Wikimédia Commons）
Par exemple, les trois composantes des valeurs RVB pour le magenta sont définies comme suit : R : 255, V : 0, B : 255. Dans le même temps, les valeurs RVB du violet clair sont R : 223, V : 255 et B : 0.
Pour que le voyant LED RVB affiche une couleur spécifique, il est nécessaire d'affiner l'intensité des composantes rouge, verte et bleue en ajustant la puissance délivrée à chaque module de couleur. Il existe deux méthodes de gradation dynamique des LED : la réduction de courant constant (CCR) et la modulation de largeur d'impulsion (PWM).
La méthode CCR modifie le rendement lumineux en réduisant le courant envoyé à la LED. Cette méthode est à la fois simple et présente certains avantages. D'un autre côté, la méthode PWM maintient un courant constant, mais au lieu de fournir du courant en continu à la LED, elle le délivre sous forme d'impulsions rapides, allumant et éteignant la LED plusieurs fois par seconde. L'intensité de la lumière émise par une LED est directement proportionnelle au temps pendant lequel le courant est allumé, ce que l'on appelle le « rapport cyclique ».
Le PWM est une technique particulièrement utile pour contrôler les voyants LED RVB, car elle permet un contrôle précis de la sortie couleur finale. De plus, cette technologie permet également d'utiliser des microcontrôleurs faciles à utiliser pour le contrôle numérique, en commutant les sorties entre les niveaux haut et bas.
Conception esthétique du voyant LED RVB
Si des voyants lumineux doivent être utilisés dans les écrans d’affichage et les panneaux de commande des instruments électriques et des interfaces homme-machine (IHM), ils doivent être plus pleinement intégrés à l’équipement. Les LED traditionnelles à double broche doivent généralement être fixées sur une base solide et dépassent généralement des trous du panneau. Les voyants LED proéminents peuvent ne pas correspondre à l'attrait esthétique de l'appareil dans l'esprit du concepteur. De plus, il existe un risque d'endommagement de la partie saillante du voyant.
D'autre part, les voyants montés sur panneau peuvent être fixés sur le panneau, simplifiant ainsi la conception et l'installation. Dans ce cas, la bordure sert de support d'installation tout en assurant l'esthétique visuelle. Le schéma de bordure a une texture polie pour empêcher la LED d'être exposée du panneau et facilement endommagée.
Même dans le schéma de bordure, les voyants LED RVB peuvent être installés avec des bordures intégrées ou saillantes. Le cadre affleurant affleure le panneau, lui donnant un aspect élégant et moderne. En revanche, les abat-jour LED aux bords surélevés dépasseront légèrement de la surface du panneau, formant une structure légèrement surélevée. Si vous devez observer les couleurs affichées sous différents angles, ce léger renflement est particulièrement utile. Cette bordure surélevée est plus facile à identifier lorsqu’elle est installée dans des environnements extérieurs ensoleillés ou dans des environnements industriels à lumière éblouissante. Le choix d’une bordure dépend en fin de compte de l’application spécifique. Dans les environnements mal éclairés, il est nécessaire que les voyants soient plus clairs et plus visibles, c'est pourquoi les voyants surélevés constituent un meilleur choix. Si les ingénieurs concepteurs ne considèrent que l’esthétique, l’installation intégrée constitue un meilleur choix.
En plus du cadre, le voyant monté sur panneau nécessite que le concepteur du circuit détermine l'ouverture du panneau pouvant accueillir le voyant en termes de mécanique. Pour accélérer le processus d'installation, une installation par encliquetage peut être utilisée, mais cette méthode d'installation nécessite une découpe plus précise. De plus, le voyant peut être vissé dans le panneau grâce à des filetages pour améliorer la sécurité, notamment dans les environnements sujets à de fortes vibrations. La taille des ouvertures des panneaux peut varier. Les voyants LED RVB de la série Q d'APEM offrent des ouvertures de 10 mm, 14 mm, 16 mm, 19 mm ou 22 mm et des options pour des bordures affleurantes ou saillantes.