作者：Poornima Apte

投稿人：DigiKey 北美編輯

電子電路通常需要傳遞其工作狀態(tài)，而指示燈就成為滿足該要求的一種簡(jiǎn)單方法。在照明解決方案中，LED 燈的能耗低于傳統(tǒng)光源。LED 燈的工作能耗低，因此這在電池電量可能非常寶貴的嵌入式系統(tǒng)儀器中是一種明顯的優(yōu)勢(shì)。

如果工作時(shí)需要一個(gè)只有紅、黃、綠三種顏色的基本信號(hào)系統(tǒng)，那么一個(gè)簡(jiǎn)單的 RYG 指示燈即可滿足要求。在這種情況下，紅燈表示危險(xiǎn)或停止，而綠燈則表示所有系統(tǒng)都在正常運(yùn)行。RYG 系統(tǒng)是用于基本儀表板和工業(yè)信號(hào)塔的傳統(tǒng)解決方案。

紅、綠、藍(lán) (RGB) LED 指示燈根據(jù)所要表示的狀態(tài)亮起不同的顏色，從而實(shí)現(xiàn)視覺(jué)顯示功能。RGB LED 指示燈提供豐富的色彩和更直觀的細(xì)微信息。例如，漸變條中的溫度范圍需要不同深淺的顏色來(lái)表示溫度高低。

此外，RGB LED 指示燈可以通過(guò)調(diào)制來(lái)顯示所需的顏色，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或三個(gè)不同指示燈的功能，因此所需的空間更小。

RGB LED 指示燈應(yīng)用廣泛，包括堅(jiān)固機(jī)械中的顯示屏、智能家居設(shè)備以及工業(yè)應(yīng)用中的嵌入式系統(tǒng)。例如，[ APEM] [ 的 Q10/14/16/19/22 系列 RGB] （圖 1）可以提供幾乎無(wú)限的色彩選擇，使用壽命長(zhǎng)達(dá) 10 萬(wàn)小時(shí)。RGB LED 通常是現(xiàn)代儀器儀表的首選，因?yàn)檫@種產(chǎn)品能產(chǎn)生更多的色彩，同時(shí)能耗更低。

APEM 的 RGB LED 指示燈可采用脈寬調(diào)制 (PWM) 技術(shù)控制，以實(shí)現(xiàn)色彩斑斕的外觀。（圖片來(lái)源：DigiKey）

RGB LED 的工作原理

驅(qū)動(dòng)器通過(guò)控制發(fā)送到 LED 的電流來(lái)控制色彩顯示。它使用 8 位來(lái)表示每個(gè)通道（R、G 或 B）所需的色彩量。例如，紅色通道的 8 位數(shù)值 00000000 表示最終合成中不含紅色成分。由于每個(gè) 8 位數(shù)值均由 0 和 1 組合構(gòu)成，每個(gè)色彩模塊可呈現(xiàn) 2 ^8^ （即 256）個(gè)不同數(shù)值，范圍為 0 至 255。

這 256 個(gè)值中的每一個(gè)值都代表著紅、綠、藍(lán)三色強(qiáng)度的細(xì)微變化。通過(guò)對(duì)紅色、綠色和藍(lán)色元素中的 256 個(gè)值進(jìn)行不同組合的調(diào)整，電路設(shè)計(jì)師可以獲得數(shù)百萬(wàn)種色調(diào)，具體為 256 x 256 x 256，即 1,670 萬(wàn)種顏色（圖 2）。

圖 2：映射到立方體的 RGB 顏色模型。水平 x 軸表示紅色數(shù)值向左遞增，y 軸表示藍(lán)色數(shù)值向右下方遞增，垂直 z 軸表示綠色數(shù)值向上方遞增。位于隱藏頂點(diǎn)的原點(diǎn)對(duì)應(yīng)黑色。(圖片來(lái)源：SharkD，CC BY-SA 4.0；Wikimedia Commons）

例如，紫紅色的 RGB 值的三個(gè)分量設(shè)置如下：R：255，G：0，B：255。與此同時(shí)，淡紫色的 RGB 值為R：223，G：255，B：0。

要讓 RGB LED 指示燈顯示特定的顏色，必須通過(guò)調(diào)節(jié)輸送到每個(gè)顏色模塊的功率來(lái)微調(diào)紅、綠、藍(lán)成分的強(qiáng)度。LED 的動(dòng)態(tài)調(diào)光有兩種方法：恒流降低 (CCR) 和脈寬調(diào)制 (PWM)。

CCR 方法通過(guò)減少發(fā)送到 LED 的電流，從而改變光輸出。這種方法既簡(jiǎn)單，又有一些優(yōu)點(diǎn)。另一方面，PWM 方法保持電流恒定，但不是持續(xù)向 LED 輸送電流，而是以快速脈沖方式輸送，每秒多次打開(kāi)和關(guān)閉 LED。LED 發(fā)出的光強(qiáng)與電流接通的時(shí)間成正比，稱(chēng)為“占空比”。

PWM 是控制 RGB LED 指示燈的一種特別有用的技術(shù)，因?yàn)樗梢詫?duì)最終顏色輸出進(jìn)行精細(xì)控制。此外，這種技術(shù)還易于使用微控制器進(jìn)行數(shù)字控制，在高電平和低電平狀態(tài)之間切換輸出。

RGB LED 指示燈的美學(xué)設(shè)計(jì)

如果要在電氣儀表和人機(jī)界面 (HMI) 的顯示屏和控制面板中使用指示燈，就需要將其與設(shè)備更充分地整合在一起。傳統(tǒng)的雙引腳 LED 通常需要固定在一個(gè)堅(jiān)固的底座上，并且通常會(huì)從面板上的孔中伸出。突出的 LED 指示燈可能與設(shè)計(jì)者心目中的設(shè)備美感不符。此外，指示燈的突出部分還存在容易損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，面板安裝式指示燈可固定在面板上，從而可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、安裝。在這種情況下，邊框作為安裝支架，同時(shí)確保視覺(jué)美感。邊框方案具有拋光質(zhì)感，避免 LED 從面板外露而易受損壞。

即使在邊框方案中，RGB LED 指示燈也可以采用嵌入式或突出式邊框安裝。齊平式邊框與面板平齊，外觀時(shí)尚現(xiàn)代。相比之下，凸起式邊框的 LED 燈罩會(huì)略微高出面板表面，形成輕微隆起結(jié)構(gòu)。如果需要從不同角度觀察所顯示的色彩，這種輕微的隆起尤其有用。這種凸起的邊框安裝在陽(yáng)光充足的室外環(huán)境或光線刺眼的工業(yè)環(huán)境中更容易識(shí)別。如何選擇邊框最終取決于具體應(yīng)用。在照明不良的環(huán)境下，要求指示燈更加清晰可見(jiàn)，因此凸起式指示燈成為更好的選擇。如果設(shè)計(jì)工程師只考慮美觀，那么嵌入式安裝是更好的選擇。

除了邊框外，面板安裝式指示燈在機(jī)械方面要求電路設(shè)計(jì)師確定可容納指示燈的面板開(kāi)孔。為了加快安裝速度，可以采用卡扣式安裝，但這種安裝方式要求更精確的切割。此外，還可以通過(guò)螺紋將指示燈擰入面板，以提高安全性，尤其在容易發(fā)生劇烈振動(dòng)的環(huán)境中。面板開(kāi)孔的大小可能會(huì)有所不同。APEM 的 Q 系列 RGB LED 指示燈提供 10 mm、14 mm、16 mm、19 mm 或 22 mm 開(kāi)孔以及齊平或突出式邊框選擇。

選擇合適的 RGB LED 指示燈

鑒于選擇多樣，以下是用于為特定應(yīng)用匹配合適 LED 指示燈的一些標(biāo)準(zhǔn)：

• 共陽(yáng)極或共陰極：在共陽(yáng)極中，紅、綠、藍(lán)三個(gè)發(fā)光器件共用一個(gè)正極（陽(yáng)極）連接，而在共陰極中，則共用一個(gè)負(fù)極連接。使用共陽(yáng)極和共陰極封裝的 LED 驅(qū)動(dòng)器需要不同的電子器件。
• 通孔安裝或表面貼裝：RGB LED 指示燈的安裝類(lèi)型
• 指示燈的尺寸和面板開(kāi)孔：（如果使用面板表面安裝方案）
• LED 指示燈的亮度和視角
• 額定電壓和電流：需要與電路中的預(yù)期范圍相匹配，以確保性能可靠
• LED 指示燈的控制方法：這些方法多種多樣，包括通過(guò)微控制器使用單獨(dú)的 PWM 通道，或使用驅(qū)動(dòng)器集成電路，后者可實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的調(diào)節(jié)。
• 環(huán)境因素：振動(dòng)、沖擊、灰塵和極熱或極冷將決定具體應(yīng)用所需的 LED 類(lèi)型。

Q 系列 RGB LED 指示燈

與 RYG 產(chǎn)品相比，APEM 的 Q 系列提供了強(qiáng) RGB 光輸出和更明亮的組合式照明。該系列可提供嵌入式選擇，以符合面板美學(xué)要求。Q 系列提供環(huán)氧樹(shù)脂密封版本，可防止進(jìn)水，這種性能在室外應(yīng)用或濕度較高的室內(nèi)環(huán)境中是必要的。

此外，Q 系列還提供標(biāo)準(zhǔn)、高亮和超亮版本選擇。標(biāo)準(zhǔn)型適用于任何室內(nèi)應(yīng)用，而高亮型則適用于視角要求較高的室外應(yīng)用。超亮型也是日光下可見(jiàn)的 LED，但視角較窄，非常適合遠(yuǎn)距離使用。

結(jié)語(yǔ)

RGB LED 指示燈非常適合現(xiàn)代電子產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈儾粌H能夠提供清晰的視覺(jué)信號(hào)，而且能耗極低。此外，APEM_Q10/14/16/19/22 系列指示燈功能豐富，為客戶提供了多種選擇，幾乎適用于任何需要面板指示的應(yīng)用。