Elektronische Schaltkreise müssen normalerweise ihren Betriebsstatus übermitteln, und Anzeigeleuchten stellen eine einfache Möglichkeit dar, diese Anforderung zu erfüllen. Bei Beleuchtungslösungen verbrauchen LED-Leuchten weniger Energie als herkömmliche Lichtquellen. Der geringe Energieverbrauch von LED-Leuchten ist ein wesentlicher Vorteil bei eingebetteten Systeminstrumenten, bei denen Batteriestrom sehr wertvoll sein kann.
Wenn für die Arbeit ein einfaches Signalsystem mit nur drei Farben Rot, Gelb und Grün benötigt wird, kann eine einfache RYG-Anzeigeleuchte die Anforderungen erfüllen. In diesem Fall weist ein rotes Licht auf Gefahr oder einen Stopp hin, während ein grünes Licht darauf hinweist, dass alle Systeme normal funktionieren. Das RYG-System ist eine traditionelle Lösung für einfache Instrumententafeln und industrielle Signaltürme.
Die roten, grünen und blauen (RGB) LED-Anzeigen leuchten je nach gewünschtem Zustand in verschiedenen Farben und erfüllen so eine visuelle Anzeigefunktion. RGB-LED-Anzeigeleuchten sorgen für satte Farben und intuitivere, subtile Informationen. Beispielsweise erfordert der Temperaturbereich in der Verlaufsleiste unterschiedliche Farbschattierungen, um Temperaturniveaus darzustellen.
Darüber hinaus können RGB-LED-Anzeigeleuchten moduliert werden, um die gewünschte Farbe anzuzeigen, wodurch die Funktionalität von zwei oder drei verschiedenen Anzeigeleuchten ermöglicht wird und somit weniger Platz benötigt wird.
RGB-LED-Anzeigeleuchten werden häufig verwendet, unter anderem auf Bildschirmen in robusten Maschinen, Smart-Home-Geräten und eingebetteten Systemen in industriellen Anwendungen. Beispielsweise bietet die RGB-Serie Q10/14/16/19/22 von APEM (Abbildung 1) eine nahezu unbegrenzte Farbauswahl mit einer Lebensdauer von bis zu 100.000 Stunden. RGB-LED ist in der Regel die bevorzugte Wahl für moderne Instrumente und Messgeräte, da dieses Produkt mehr Farben erzeugen und dabei weniger Energie verbrauchen kann.
RGB-LED-Anzeigeleuchten der Serie APEM Q10/14/16/19/22
Die RGB-LED-Anzeigeleuchten von APEM können mithilfe der Pulsweitenmodulationstechnologie (PWM) gesteuert werden, um ein farbenfrohes Erscheinungsbild zu erzielen. (Bildquelle: DigiKey)
Das Funktionsprinzip von RGB-LED
Der Treiber steuert die Farbanzeige, indem er den an die LED gesendeten Strom steuert. Es verwendet 8 Bit, um die für jeden Kanal (R, G oder B) erforderliche Farbmenge darzustellen. Beispielsweise gibt der 8-Bit-Wert des roten Kanals, 00000000, an, dass die endgültige Synthese keine roten Komponenten enthält. Da jeder 8-Bit-Wert aus einer Kombination von 0 und 1 besteht, kann jedes Farbmodul 28 (oder 256) verschiedene Werte im Bereich von 0 bis 255 darstellen.
Jeder dieser 256 Werte stellt eine subtile Variation in der Intensität der Farben Rot, Grün und Blau dar. Durch Anpassen der 256 Werte der roten, grünen und blauen Elemente in unterschiedlichen Kombinationen können Schaltungsentwickler Millionen von Farbtönen erhalten, insbesondere 256 x 256 x 256 oder 16,7 Millionen Farben (Abbildung 2).
Cube-Mapping-Modell für RGB-Farben
Abbildung 2: Dem Würfel zugeordnetes RGB-Farbmodell. Die horizontale X-Achse stellt die nach links zunehmenden Rotwerte dar, die Y-Achse stellt die nach rechts unten zunehmenden Blauwerte dar und die vertikale Z-Achse stellt die nach rechts oben zunehmenden Grünwerte dar. Der am verborgenen Scheitelpunkt gelegene Ursprung entspricht Schwarz. (Bildquelle: SharkD, CC BY-SA 4.0); Wikimedia Commons）
Beispielsweise sind die drei Komponenten der RGB-Werte für Magenta wie folgt festgelegt: R: 255, G: 0, B: 255. Gleichzeitig sind die RGB-Werte von Hellviolett R: 223, G: 255 und B: 0.
Damit die RGB-LED-Anzeige eine bestimmte Farbe anzeigt, ist eine Feinabstimmung der Intensität der roten, grünen und blauen Komponenten erforderlich, indem die an jedes Farbmodul gelieferte Leistung angepasst wird. Es gibt zwei Methoden zum dynamischen Dimmen von LEDs: Konstantstromreduzierung (CCR) und Pulsweitenmodulation (PWM).
Die CCR-Methode ändert die Lichtleistung, indem sie den an die LED gesendeten Strom reduziert. Diese Methode ist sowohl einfach als auch hat einige Vorteile. Andererseits hält die PWM-Methode einen konstanten Strom aufrecht, aber anstatt kontinuierlich Strom an die LED zu liefern, liefert sie ihn in einem schnellen Impulsmodus, wodurch die LED mehrmals pro Sekunde ein- und ausgeschaltet wird. Die Intensität des von einer LED emittierten Lichts ist direkt proportional zur Zeit, in der der Strom eingeschaltet wird, was als „Arbeitszyklus“ bezeichnet wird.
PWM ist eine besonders nützliche Technik zur Steuerung von RGB-LED-Anzeigeleuchten, da sie eine präzise Steuerung der endgültigen Farbausgabe ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht diese Technologie auch die einfache Verwendung von Mikrocontrollern zur digitalen Steuerung, indem die Ausgänge zwischen hohen und niedrigen Pegeln umgeschaltet werden.
Ästhetisches Design der RGB-LED-Anzeigeleuchte
Wenn Anzeigeleuchten in den Anzeigebildschirmen und Bedienfeldern elektrischer Instrumente und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) verwendet werden sollen, müssen sie vollständiger in die Ausrüstung integriert werden. Herkömmliche Dual-Pin-LEDs müssen normalerweise auf einer stabilen Basis befestigt werden und ragen normalerweise aus Löchern im Panel heraus. Die markanten LED-Anzeigeleuchten entsprechen aus Sicht des Designers möglicherweise nicht der Ästhetik des Geräts. Darüber hinaus besteht die Gefahr einer Beschädigung des hervorstehenden Teils der Kontrollleuchte.
Andererseits können an der Schalttafel montierte Anzeigeleuchten an der Schalttafel befestigt werden, was Design und Installation vereinfacht. In diesem Fall dient die Umrandung als Montagehalterung und sorgt gleichzeitig für eine optische Ästhetik. Das Randschema verfügt über eine polierte Textur, um zu verhindern, dass die LED vom Panel freiliegt und leicht beschädigt wird.
Auch im Randschema können RGB-LED-Anzeigeleuchten mit eingelassenen oder hervorstehenden Rändern eingebaut werden. Der bündige Rahmen schließt bündig mit dem Paneel ab und verleiht ihm ein stilvolles und modernes Aussehen. Im Gegensatz dazu ragen LED-Lampenschirme mit erhabenen Rändern leicht aus der Paneloberfläche hervor und bilden eine leicht erhabene Struktur. Wenn Sie die angezeigten Farben aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten müssen, ist diese leichte Ausbuchtung besonders nützlich. Dieser erhöhte Rand ist leichter zu erkennen, wenn er in sonnigen Außenumgebungen oder Industrieumgebungen mit grellem Licht installiert wird. Wie man eine Umrandung auswählt, hängt letztendlich von der konkreten Anwendung ab. In schlecht beleuchteten Umgebungen ist es erforderlich, dass die Anzeigeleuchten klarer und besser sichtbar sind. Daher sind erhöhte Anzeigeleuchten die bessere Wahl. Wenn Konstrukteure nur auf die Ästhetik achten, ist die eingebettete Installation die bessere Wahl.
Zusätzlich zum Rahmen muss der Schaltungsdesigner bei der Anzeigeleuchte für die Schalttafelmontage die Schalttafelöffnung bestimmen, die die Anzeigeleuchte aus mechanischer Sicht aufnehmen kann. Um den Installationsprozess zu beschleunigen, kann eine Schnappmontage verwendet werden, diese Installationsmethode erfordert jedoch ein präziseres Schneiden. Darüber hinaus kann die Anzeigeleuchte über Gewinde in die Schalttafel eingeschraubt werden, um die Sicherheit zu erhöhen, insbesondere in Umgebungen, die starken Vibrationen ausgesetzt sind. Die Größe der Plattenöffnungen kann variieren. Die RGB-LED-Anzeigeleuchten der Q-Serie von APEM bieten Öffnungen von 10 mm, 14 mm, 16 mm, 19 mm oder 22 mm und Optionen für bündige oder hervorstehende Ränder.
Wählen Sie die passende RGB-LED-Anzeigeleuchte
Aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten finden Sie im Folgenden einige Standards für die Abstimmung geeigneter LED-Anzeigeleuchten für bestimmte Anwendungen:
Gemeinsame Anode oder gemeinsame Kathode: Bei einer gemeinsamen Anode teilen sich die rotes, grünes und blaues Licht emittierenden Geräte einen positiven Elektrodenanschluss (Anode), während sie bei einer gemeinsamen Kathode einen negativen Elektrodenanschluss teilen. LED-Treiber mit gemeinsamer Anoden- und Kathodengehäuse erfordern unterschiedliche elektronische Komponenten.
Durchsteckmontage oder Oberflächenmontage: Installationsarten von RGB-LED-Anzeigeleuchten
Abmessungen der Anzeigeleuchten und Schalttafelöffnungen: (bei Verwendung des Schalttafeloberflächen-Installationsschemas)
Helligkeit und Betrachtungswinkel der LED-Anzeigeleuchten
Nennspannung und Nennstrom: müssen mit dem erwarteten Bereich im Stromkreis übereinstimmen, um eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten
Steuerungsmethoden für LED-Anzeigeleuchten: Diese Methoden sind vielfältig, einschließlich der Verwendung separater PWM-Kanäle über Mikrocontroller oder der Verwendung integrierter Treiberschaltkreise, wobei letztere feinere Anpassungen ermöglichen können.
Umweltfaktoren wie Vibrationen, Stöße, Staub und extreme Hitze oder Kälte bestimmen, welcher LED-Typ für bestimmte Anwendungen erforderlich ist.