Indicadores LED RGB para sistemas integrados y pantallas

Un circuito electrónico necesita a menudo transmitir el estado de sus operaciones y un indicador luminoso es una forma sencilla de hacerlo. Entre las soluciones de iluminación, los LED consumen menos energía que las fuentes tradicionales. Pueden funcionar con baja potencia, lo que supone una ventaja en la instrumentación de sistemas integrados, donde la energía de la batería puede ser escasa.

Si las operaciones requieren un sistema de señalización básico con sólo los colores rojo, amarillo y verde, un simple indicador RYG podría funcionar. En estos casos, el rojo indicaría peligro o parada, mientras que una luz verde indicaría que todos los sistemas funcionan como deberían. Los sistemas RYG ofrecen una solución tradicional utilizada en cuadros de mando básicos y torres de señalización industrial.

Los indicadores LED rojo, verde y azul (RGB) realizan funciones de visualización iluminándose en distintos colores según el estado que quieran transmitir. Los indicadores LED RGB ofrecen una rica paleta de colores e información con más matices visuales. Una gama de temperaturas en una barra de gradiente, por ejemplo, necesitará distintos tonos de colores para significar la intensidad.

Además, un indicador LED RGB puede realizar la función de dos o tres indicadores diferentes modulándose para mostrar el color deseado, lo que reduce el espacio necesario.

Los indicadores LED RGB se utilizan en diversas aplicaciones, como pantallas de visualización en maquinaria robusta, equipos domésticos inteligentes y sistemas integrados en aplicaciones industriales. Por ejemplo, la serie Q10/14/16/19/22 RGB (Figura 1) de APEM ofrece opciones de color prácticamente infinitas con 100.000 horas de vida útil. Los LED RGB suelen ser los componentes elegidos para la instrumentación actual porque son capaces de producir más colores y consumir menos energía.

Figura 1: Los indicadores LED RGB de la serie Q10/14/16/19/22 de APEM se controlan mediante modulación por ancho de pulsos (PWM) para producir una apariencia multicolor. (Fuente de la imagen: DigiKey).

Cómo funcionan los LED RGB

Un driver controla la visualización en color controlando la corriente enviada a los LED. Utiliza 8 bits para representar la cantidad de color deseada en cada canal (R, G o B). Por ejemplo, la representación de 8 bits 00000000 en el canal rojo significa que no debe haber rojo en la composición final. Como cada representación de 8 bits puede ser una combinación de 0s y 1s, cada módulo de color puede tener 2⁸ o 256 valores diferentes, de cero a 255.

Cada uno de esos 256 valores representa una variación muy ligera en la intensidad de los colores rojo, verde y azul. Ajustando cada uno de estos 256 valores en los elementos rojo, verde y azul en distintas combinaciones, los diseñadores de circuitos pueden obtener millones de tonalidades, concretamente 256 x 256 x 256, o 16.7 millones de colores (Figura 2).

Figura 2: El modelo de color RGB representado en un cubo. El eje horizontal x representa valores rojos que aumentan hacia la izquierda, el eje y representa valores azules que aumentan hacia abajo a la derecha y el eje vertical z representa valores verdes que aumentan hacia arriba. El origen, negro, es el vértice oculto a la vista. (Fuente de la imagen: SharkD, CC BY-SA 4.0; Wikimedia Commons)

Los valores RGB para el color fucsia, por ejemplo, tendrían las siguientes configuraciones para los tres componentes: R (rojo): 255, G (verde): 0, B (azul): 255. Mientras tanto, los valores RGB para el chartreuse serían: R: 223, G: 255, B: 0.

Para conseguir que el indicador LED RGB muestre un color concreto, hay que ajustar con precisión la intensidad de los componentes rojo, verde y azul manipulando la potencia suministrada a cada módulo de color. Hay dos formas de regular dinámicamente un LED: la reducción de corriente constante (CCR) y la modulación por ancho de pulsos (PWM).

El método CCR reduce la cantidad de corriente enviada al LED, lo que hace que cambie la salida de luz. Este método es sencillo y tiene algunas ventajas. El método PWM, en cambio, mantiene constante la cantidad de corriente, pero en lugar de enviarla continuamente al LED, la envía en impulsos rápidos, encendiendo y apagando el LED muchas veces por segundo. La intensidad luminosa resultante del LED es proporcional a la fracción de tiempo que la corriente está encendida, denominada "ciclo de trabajo".

PWM es una técnica especialmente útil para controlar los indicadores LED RGB porque permite un control granular sobre la salida de color final. Además, el PWM se presta fácilmente al control digital mediante microcontroladores, que alternan las salidas entre los estados alto y bajo.

Estética para indicadores LED RGB

Si se van a utilizar indicadores en las pantallas y paneles de control de instrumentos eléctricos e interfaces hombre-máquina (HMI), es necesario que se integren más plenamente con los dispositivos. Los LED tradicionales de dos clavijas suelen requerir una base sólida para mantenerlos en su sitio, y los indicadores suelen sobresalir por los orificios del panel. Los indicadores LED salientes podrían no encajar con la estética de la unidad que los diseñadores tienen en mente. Además, los salientes corren el riesgo de dañarse con facilidad.

Por otro lado, los indicadores de montaje en panel se fijan al panel, lo que facilita mucho el diseño y la instalación. En estos casos, los biseles sirven de mecanismo de montaje y son estéticamente agradables. La opción del bisel ofrece un aspecto pulido en lugar de que el LED sobresalga del panel y sea susceptible de sufrir daños.

Incluso dentro de las opciones de bisel, los indicadores LED RGB pueden tener un montaje de bisel empotrado o uno prominente. El bisel enrasado queda plano contra el panel, ofreciendo un aspecto elegante y moderno. El bisel prominente o elevado, por su parte, tiene una tapa de LED que sobresale ligeramente de la superficie. Estas ligeras protuberancias son especialmente útiles si la pantalla debe verse desde varios ángulos. El montaje en bisel elevado es más fácil de identificar en entornos exteriores soleados o en entornos industriales con iluminación intensa. La elección del bisel depende en última instancia de la aplicación final. Los entornos con iluminación intensa requieren indicadores que sean más fácilmente visibles, por lo que la versión elevada es una mejor opción. Si la estética es la única preocupación de los ingenieros de diseño, el montaje empotrado es una mejor opción.

Además de los biseles, la mecánica de instalación de los indicadores de montaje en panel requiere que los diseñadores de circuitos determinen recortes de panel que los acomoden. Los recortes pueden encajarse a presión para una instalación más rápida, pero los encajes a presión necesitarán cortes más precisos. También, se pueden utilizar tuercas para enroscar los indicadores en el panel para mayor seguridad, especialmente en entornos propensos a fuertes vibraciones. Los tamaños de los recortes de los paneles pueden variar. Los indicadores LED RGB de la serie Q de APEM están disponibles en recortes de 10, 14, 16, 19 y 22 mm, y presentan biseles empotrados y prominentes.

Seleccionar el indicador LED RGB adecuado

Dadas las distintas opciones, a continuación se indican algunos de los criterios utilizados para elegir el indicador LED adecuado para una aplicación determinada:

• Ánodo o cátodo común: En el ánodo común, los tres componentes rojo, verde y azul comparten una conexión positiva (ánodo), mientras que comparten una conexión negativa en la conexión catódica común. Se necesitan diferentes componentes electrónicos para que el controlador LED utilice paquetes de ánodo común frente a paquetes de cátodo común.
• Montaje pasante o de superficie: El tipo de instalación del indicador LED RGB.
• El tamaño del indicador y el recorte del panel: (si se utilizan opciones de montaje en superficie del panel).
• El brillo del indicador LED y su ángulo de visión
• Valores nominales de tensión y corriente: Tienen que coincidir con los rangos esperados en el circuito para garantizar un rendimiento fiable
• Métodos de control de los indicadores LED: Pueden variar desde el uso de canales PWM independientes a través de un microcontrolador, hasta circuitos integrados de controladores, que ofrecen opciones de ajuste aún más granulares.
• Consideraciones medioambientales: Las vibraciones, los golpes, el polvo y el calor o el frío extremos determinarán el tipo de LED necesario para aplicaciones específicas.

La serie Q de indicadores LED RGB

La serie Q de APEM ofrece una iluminación combinada con una intensa salida de luz RGB y una iluminación más brillante a diferencia de la opción RYG. Existen opciones de empotrado para adaptarse a la estética del panel. La serie Q tiene una opción de sellado con resina epoxi para evitar la entrada de agua, necesaria en aplicaciones de exterior o en interiores con mucha humedad.

Además, la serie Q ofrece opciones estándar, hiperbrillante y superbrillante. Mientras que el estándar es adecuado para cualquier aplicación de interior, la opción hiperbrillante está pensada para aplicaciones de exterior en las que los ángulos de visión son importantes. La opción superbrillante también es un LED visible a la luz del día, pero tiene un ángulo de visión mucho más estrecho, lo que resulta muy adecuado para largas distancias.

Conclusión

Los indicadores LED RGB encajan bien en la electrónica moderna, ya que emiten señales visuales con un gasto mínimo de energía. Además, los indicadores de la serie APEM_Q10/14/16/19/22 son ricos en funciones y ofrecen a los clientes una amplia variedad de opciones para adaptarse a casi cualquier aplicación que requiera indicación en panel.