מחווני LED‏ RGB‏ עבור מערכות משובצות וצגים

מעגל אלקטרוני זקוק לעתים קרובות להעביר את סטטוס פעולותיו, ומחוון מבוסס אור הוא דרך קלה לעשות זאת. מבין פתרונות התאורה, נורות LED צורכות פחות אנרגיה בהשוואה למקורות תאורה מסורתיים. הם יכולים לפעול עם צריכת הספק נמוכה, וזהו יתרון במכשור של מערכות משובצות שבהן אנרגיית הסוללה עשויה להיות קריטית ביותר.

אם הפעולות דורשת מערכת איתות בסיסית עם צבעי אדום, צהוב וירוק בלבד, מחוון RYG‏ פשוט יכול לעבוד. במקרים כאלה, אדום יצביע על סכנה או עצירה, בעוד שאור ירוק יצביע על כך שכל המערכות פועלות כראוי. מערכות RYG מציעות פתרון מסורתי המשמש בלוחות מחוונים בסיסיים ובמגדלי איתות תעשייתיים.

מחווני LED אדום, ירוק וכחול (RGB) מבצעים פונקציות תצוגה חזותיות על ידי הארה בצבעים שונים בהתאם לסטטוס שהם רוצים להציג. מחווני LED‏ RGB‏ מציעים פלטה עשירה של צבעים ומידע מודגש ויזואלית. תחום טמפרטורות בפס גרדיאנט, לדוגמה, ידרוש גוונים שונים של צבעים כדי לסמן עוצמה.

יתר על כן, מחוון LED‏ RGB‏ יכול לבצע את הפונקציה של שניים או שלושה מחוונים שונים על ידי אפנון להצגת צבע רצוי, וכתוצאה מכך דרישת מקום קטנה יותר.

מחווני LED‏ RGB‏ משמשים במגוון של יישומים, כולל מסכי תצוגה במכונות עמידות, ציוד בית חכם ומערכות משובצות ביישומים תעשייתיים. לדוגמה, סדרות RGB‏ Q10/14/16/19/22‏ (איור 1) של APEM‏ מציעה אפשרויות צבע כמעט אינסופיות עם 100,000 שעות פעולה לכל החיים. נורות LED‏ RGB‏ הן בדרך כלל הרכיבים המועדפים עבור מכשור מודרני מכיוון שהן מסוגלות להציג יותר צבעים תוך צריכת פחות אנרגיה.

איור 1: מחווני LED‏ RGB‏ סדרות Q10/14/16/19/22 של APEM מבוקרים על ידי אפנון רוחב פולס (PWM) ליצירת מראה רב-צבעים. (מקור התמונה: DigiKey).

כיצד פועלות נורות LED‏ RGB‏

דוחף מבקר את תצוגת הצבעים על ידי בקרת הזרם הנשלח לנורות ה-LED. הוא משתמש ב-8‏ ביטים כדי לייצג את כמות הצבע הרצויה בכל ערוץ (R‏, G‏ או B‏). לדוגמה, ייצוג bit‏-8‏ 00000000‏ בערוץ האדום פירושו שלא אמור להיות אדום בקומפוזיציה הסופית. מכיוון שכל ייצוג bit‏-8‏יכול להיות צירוף של 0 ו-1, כל מודול צבע יכול להכיל ^8‏2‏ או 256 ערכים שונים, מאפס עד 255.

כל אחד מ-256 ערכים tלו מייצג שינוי קלמאוד בעוצמת הצבעים אדום, ירוק וכחול. על ידי שינוי כל אחד מ-256 ערכים אלו של האלמנטים אדום, ירוק וכחול בצירופים שונים, מתכנני מעגלים יכולים לקבל מיליוני גוונים, ספציפית ‎256 x 256 x 256‏, או 16.7 מיליון צבעים (איור 2).

איור 2: מודל הצבעים RGB ממופה לקובייה. ציר x האופקי מייצג ערכים עולים של אדום בצד שמאל, ציר y מייצג ערכים עולים של כחול בצד ימין, וציר z האנכי מייצג ערכים עולים של ירוק לכיוון מעלה. נקודת המקור, שחור, היא נקודת החיתוך. (מקור התמונה: SharkD, CC BY-SA 4.0; Wikimedia Commons)

ערכי ה-RGB עבור הצבע פוקסיה, לדוגמה, יהיו בעלי ההגדרות הבאות עבור שלושת הרכיבים: R‏: 255‏, G‏: 0‏, B‏: 255‏. ערכי ה-RGB עבור צבע ירקרק יהיו: R‏: 223‏, G‏: 255‏, B‏: 0‏.

כדי לגרום למחוון ה-RGB LED להציג צבע מסוים, יש לכוונן את עוצמת הרכיבים אדום, ירוק וכחול על ידי שינוי ההספק של כל מודול צבע. ישנן שתי דרכים לעמעום באופן דינמי נורת LED: הפחתת זרם קבועה (CCR‏) ואפנון רוחב פולס (PWM).

שיטת CCR מפחיתה את כמות הזרם הנשלחת לנורת ה-LED וגורמת לשינוי תפוקת האור. שיטה זו היא פשוטה ויש לה כמה יתרונות. שיטת ה-PWM, לעומת זאת, שומרת על כמות זרם קבועה, אך במקום לשלוח זרם באופן רציף לנורת ה-LED, הוא נשלח בפולסים מהירים, המפעילים ומכבים את ה-LED פעמים רבות בשנייה. עוצמת האור המתקבלת של נורת ה-LED היא פרופורציונלית לפרק הזמן שהזרם מופעל, הנקרא "יחס המחזור".

PWM היא טכניקה שימושית במיוחד בבקרה על מחווני LED‏ RGB‏ מכיוון שהיא מאפשרת בקרה מדויקת על יציאת הצבע הסופית. בנוסף, PWM מתאימה בקלות עבור בקרה דיגיטלית באמצעות מיקרו-בקרים, אשר ממתגים את היציאות בין מצבים גבוהים ונמוכים.

המראה האסתטי של מחווני LED‏ RGB‏

אם יש להשתמש במחוונים בתצוגות ובלוחות הבקרה של מכשירים חשמליים וממשקי אדם-מכונה (HMI), עליהם להשתלב באופן מלא יותר עם ההתקנים. נורות LED מסורתיות בעלות שני פינים דורשות בדרך כלל בסיס מוצק כדי להחזיק אותן במקומן, והמחוונים לרוב בולטים דרך חורים בפאנל. ייתכן שמחווני LED בולטים לא יתאימו למראה אסתטי של היחידה שהמעצבים התכוונו אליו. בנוסף, בליטות נמצאות בסיכון להיפגע בקלות.

מצד שני, מחוונים להרכבה על פאנל מתחברים לפאנל, כך שהתכנון וההתקנה הם הרבה יותר קלים. במקרים כאלה, טבעות Bezel‏ משמשות כמנגנון הרכבה, והן נעימות מבחינה אסתטית. אפשרות טבעות Bezel‏ מציעה מראה נקי במקום שה-LED יבלוט מהפאנל ויהיה רגיש לנזק.

גם באפשרויות טבעות Bezel‏, מחווני RGB LED יכולים להיות מותקנים בטבעת במישור פני השטח (Flush‏) או בולטת. טבעות Bezel‏ במישור פני השטח מונחות כנגד הפאנל ומציעות מראה חלק ומודרני. לעומת זאת, לטבעות Bezel‏ בולטות או מוגבהות יש כיפת LED הבולטת מעט מעל פני השטח. בליטות קלות כאלה הן שימושיות במיוחד אם יש צורך לצפות בתצוגה מזוויות שונות. קל יותר לזהות את תושבת טבעת Bezel‏ המוגבהת בסביבות חוץ שטופות שמש או בסביבות תעשייתיות עם תאורה חזקה. הבחירה בטבעת בזל תלויה בסופו של דבר ביישום הסופי. סביבות תאורה קשות דורשות מחוונים הנראים בקלות רבה יותר, כך שהגרסה המוגבהת היא אפשרות טובה יותר. אם המראה האסתטי הוא השיקול היחידי עבור מהנדסי התכנון, הרכבה במישור פני השטח (Flush‏) היא אפשרות טובה יותר.

בנוסף לטבעות Bezel‏, המכניקה של התקנת מחוונים בהרכבה בפאנל דורשת ממתכנני מעגלים לקבוע מיפתחים בפאנל המתאימים להם. ניתן להתקין במיפתחים באמצעות לחיצה (Snap-Fit‏) לטובת התקנה מהירה יותר, אך התקני לחיצה ידרשו חיתוכים מדויקים יותר. ניתן להשתמש גם באומים כדי לחבר את המחוונים לתוך הפאנל לטובת אבטחה טובה יותר, במיוחד בסביבות החשופות לרעידות חזקות. גודלי המיפתחים בפאנל הם רבים ושונים. מחווני LED‏ RGB‏ סדרה Q‏ של APEM‏ זמינים במיפתחים של 10‏, 14‏, 16‏, 19‏ ו-22‏, ויש להם הן טבעות Bezel‏ במישור פני השטח (Flush‏) והן בולטות.

בחירת מחוון LED‏ RGB‏ המתאים

בהינתן האפשרויות השונות, הנה כמה מהקריטריונים המשמשים להתאמת מחוון ה-LED המתאים עבור יישום נתון:

• אנודה או קתודה משותפת: באנודה המשותפת, שלושת הרכיבים אדום, ירוק וכחול חולקים חיבור חיובי (אנודה), בעוד שהם חולקים חיבור שלילי בחיבור קתודה משותפת. רכיבים אלקטרוניים שונים נדרשים כדי שדוחף ה-LED‏ ישתמש במארזי אנודה משותפת לעומת קתודה משותפת.
• חור-עובר או הרכבה-משטחית: סוג ההתקנה של מחוון LED‏ RGB‏
• גודל המחוון והמיפתח בפאנל: (אם משתמשים באפשרויות הרכבה-משטחית בפאנל)
• בהירות מחוון ה-LED וזווית הצפייה בו
• דירוגי מתח וזרם: אלה צריכים להתאים לתחומים הצפויים במעגל כדי להבטיח ביצועים אמינים
• שיטות בקרה עבור מחווני LED: אלה יכולות לנוע בין שימוש בערוצי PWM נפרדים דרך מיקרו-בקר, או מעגלים משולבים של דוחף, המעניקים אפשרויות כוונון גרנולריות אף יותר.
• שיקולי סביבה: רעידות, זעזועים, אבק וחום או קור קיצוניים - אלה יכתיבו את סוג ה-LED הנדרש עבור יישומים ספציפיים.

סדרה Q‏ של מחווני LED‏ RGB‏

סדרה Q של APEM מציעה תאורה משולבת עם תפוקת אור RGB עוצמתית ותאורה בהירה יותר בניגוד לאפשרות RYG‏. קיימות אפשרויות שקועות כדי להתאים למראה אסחטי של הפאנל. לסדרה Q יש אפשרות איטום בשרף אפוקסי למניעת חדירת מים, שהיא הכרחית ביישומי חוץ או במערכי פנים עם לחות גבוהה.

בנוסף, סדרה Q‏ מציעה אפשרויות סטנדרטית, היפר-בהירה וסופר-בהירה. בעוד שהסטנדרטית מתאימה עבור כל יישום פנים, הבחירה בהיפר-בהירה נעשית עבור יישומי חוץ שבהם זוויות הראייה הן חשובות. אפשרות סופר-בהירה היא גם LED‏ הנראה באור יום אך עם זווית ראייה צרה יותר, המתאימה היטב עבור מרחקים גדולים.

סיכום

מחווני LED‏ RGB‏ מתאימים היטב עבור אלקטרוניקה מודרנית מאחר והם מציגים אותות ויזואליים עם צריכת אנרגיה מינימלית. בנוסף, המחוונים בסדרות Q10/14/16/19/22 של APEM‏ הם עתירי-מאפיינים ומציעים ללקוחות מגוון רחב של אפשרויות שיתאימו עבור כמעט כל יישום הדורש מחוון בפאנל.