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6 - Elektor Magazine

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Vorwort
cu @electronica
Bestimmt ist Ihnen schon mal der Begriff Maker zu Ohren gekommen
und auch die damit verbundene Bewegung sagt Ihnen etwas. Davon
zu lesen ist eine Sache, doch so etwas selbst zu probieren – ist das
Angebot von Elektor auf der weltgrößten Elektronikmesse. Man kann im
eigens eingerichteten Maker Space relaxen, das Smartphone aufladen,
fachsimpeln, Kaffee trinken und richtig mit Elektronik in Kontakt treten.
Man kann alles mitbringen, was man auspacken, (ent)löten, zeigen,
messen, austesten oder verarduinoen und raspberrieren möchte (siehe
Elektor Business Special Mikrocontroller und Tools, Seiten 16 und 23).
Fühlen Sie sich eingeladen, Dinge ganz praktisch anzupacken.
Entwickler und Ingenieure von Elektor stehen bereit, um Sie bei elektronischen Problemen zu unterstützen und sperrige Elektronik vor Ort zum
Laufen zu bringen. Das Ganze in Deutsch, Englisch, Niederländisch,
Spanisch und C++ ;-).
Für diesen speziellen Event stellt das Elektor-Labor den Arbeitsplatz,
Werkzeuge, Messgeräte, 3D-Drucker und WLAN zur Verfügung. Nicht
zu vergessen: Mini-Workshops, Techtalk, Kaffee und jede Menge Steckdosen zum Aufladen von Handys, Tablets und Laptops.
Lassen Sie sich von Elektor auf den neuesten Stand bringen.
Viel Spaß beim Lesen
wünscht
Rolf Hähle
Chefredakteur
Elektor Maker Space:
Electronica, München,
Halle A6 / Stand 380
Elektor Business Special
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Inhalt
6 LED-Treiber-ICs mit intelligentem
Übertemperatur-Schutz
Erhöhte Lebensdauer für LED-Beleuchtungssysteme
10 Das Design von Leuchten verbessern
LED-spezifische Tests und thermische Simulationen
14 LEDs mit Strom versorgen und Schutz versehen
20 Das unsichtbare Licht hinter dem Display
Touchscreens jenseits von Widerstand
und Kapazität
24 Manchmal flimmert es – muss das sein?
Flimmern bei SSL-Leuchten ermitteln
und minimieren
29 LED-Treiber für Frontscheinwerfer
Dimmbarer einkanaliger LED-Treiber für
Tagfahrlichter und Frontleuchten
32News
34Impressum
4 l LEDs und Power
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
News
LED-Treiber-ICs mit intelligentem
Übertemperatur-Schutz
Erhöhte Lebensdauer für LED-Beleuchtungssysteme
Autoren: Bernd Pflaum und Hakan Yilmazer, Infineon Technologies
Um von der langen Lebensdauer einer
LED-­Beleuchtung zu profitieren, muss
­beachtet werden, dass die Lebens­dauer
einer LED eine Funktion ihrer Sperrschichttemperatur ist. Die Tatsache,
dass LEDs sehr kompakte Beleuchtungs-­
Designs ermöglichen, macht es nur
noch notwendiger, das thermische
­Management der LED-­Beleuchtung
­genau zu beachten.
Systemhersteller adressieren die thermischen Herausforderungen, indem sie Systeme mit entsprechenden
Kühlkörpern und Gehäusen mit hoher thermischer Leitfähigkeit sowie anderen ausgeklügelten thermischen Design-Techniken entwickeln. Oftmals lassen die Hersteller
den LED-Treiber als Regelkomponente für das ther­
mische System außer Betracht. Der Einsatz eines LED-­
Treibers mit intelligentem Übertemperaturschutz bietet
aber einen zusätzlichen Regelmechanismus, der die Lebenszeit einer LED-Lichtquelle deutlich erhöhen kann
und somit auch sicherstellt, dass die
angegebene Lebenszeit auch wirklich erreicht wird und weniger häufig
defekte Produkte auftreten. In Abhängigkeit vom Hersteller des Beleuchtungssystems und der Applikation reicht die Lebenszeit einer LED-­
Beleuchtung von rund 20.000 Stunden bis zu über 50.000 Stunden – im
Vergleich dazu kommen Glühbirnen
auf weniger als 2.000 Stunden. Ein
intelligentes thermisches Management mit L
­ED-Treibern kann dabei
helfen, das System vor thermisch bedingten Ausfällen zu schützen und
somit zu einem verbesserten LEDSystem­design führen.
Die Lebenszeit von LEDs steht in direktem Zusammenhang zur Sperrschichttemperatur: Steigende Temperaturen können die Betriebsdauer deutlich verkürzen.
Bild 1 illustriert die Lichtleistung über die Zeit (bis
10.000 Stunden experimentelle Daten, darüber hinaus
stammen die Werte aus der Forschung) für zwei identische LEDs, die mit dem gleichen Strom beaufschlagt
werden, aber bei der Sperrschichttemperatur eine Differenz von 11 K aufweisen. Die geschätzte Nutzungsdauer (definiert den Zeitpunkt, an dem noch 70 Prozent
Bild 1: Die Lebensdauer von LEDs ist eine Funktion
der Sperrschichttemperatur (Quelle: EOS)
6 l LEDs und Power
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
News
der Lichtleistung verfügbar ist) sinkt von rund 37.000 auf
16.000 Stunden ab. Das entspricht einer Reduktion um
57 Prozent bei einer Temperaturerhöhung von nur 11 K.
•• Treiber, die nach einem Fehler abschalten, brauchen
eine Power-on-­Reset-Funktionalität, die in vielen Fällen
nicht einfach – manchmal sogar überhaupt nicht – implementiert werden kann.
Unterschiedliche Ansätze zum
­thermischen Schutz
In sicherheitsrelevanten Anwendungen (zum Beispiel
zur Beleuchtung von Notausgängen, Fluchtwegen,
Notabschaltungen etc.) soll der LED-Treiber nicht abgeschaltet werden, weil in solchen Anwendungen das
Aufrechterhalten der Beleuchtung von essentieller Bedeutung ist. Das Abschalten ist aber auch in nicht-­
sicherheitsrelevanten Anwendungen nicht erwünscht
und zwar genau dann, wenn es um eine Beleuchtung
unter extremen Bedingungen geht, wie beispielsweise
in sehr heißen Umgebungen.
Mit LED-Treibern kann ein Temperaturschutz auf unterschiedliche Art und Weise implementiert werden. Einige
LED-Treiber sind mit einem Messanschluss versehen,
an dem ein externer Temperatursensor angeschlossen
werden kann. In der LED-Beleuchtung können verschiedene Komponenten zur Temperaturmessung zum Einsatz kommen, um die LEDs vor Überhitzung zu schützen. Dazu gehören Dioden, PTC- (Postive Temperature
Coefficient: Kaltleiter) und NTC-Thermistoren (Negative
Temperature Coefficient: Heißleiter). NTC-Thermistoren
werden dank ihrer kleinen Größe und dem attraktiven
Preis/Leistungsverhältnis oft für die Temperaturmessung und -regelung bevorzugt. Aber Genauigkeit, Ansprechzeit und thermischer Gradient hängen davon ab,
wie der NTC-Thermistor montiert ist. Ist das Problem einer genauen Temperaturmessung gelöst, muss wiederum die Reaktion auf eine Überhitzung betrachtet
werden. Wird eine kritische Temperatur gemessen, besteht die typische Reaktion darin, den LED-Strom sofort
abzuschalten. Die Komponenten können „neu gestartet“ werden, sobald die Temperatur gesunken ist oder
sobald ein neuer Arbeitstakt beginnt. Diese Methoden
haben aber einige Nachteile.
•• Das abrupte Abschalten führt dazu,
dass der Temperaturwert, ab dem
abgeschaltet wird, sehr hoch eingestellt wird, um ein zu frühes Abschalten zu verhindern. Dieser hohe
Temperaturwert verhindert zwar die
Zerstörung der LED, aber er kann
zu einer deutlich reduzierten Lebensdauer der LED führen.
•• Wird der LED-Strom abgeschaltet
bedeutet dies, dass auch das Licht
ausgeht. Dies kann in öffent­lichen
Räumen zu schwierigen Situationen wie beispielsweise einer Panik
führen.
•• Die meisten Treiber starten erneut,
sobald das System abgekühlt ist.
Wird das System neu gestartet,
steigt die Temperatur wieder an,
was zum wiederholten Abschalten
führen kann. Daraus resultiert ein
störendes Flackern.
Intelligenter Übertemperaturschutz
Die Lösung von Infineon Technologies beschreibt die
Schaltung einer Stromversorgungseinheit für die Regelung des LED-Stroms, einschließlich Temperatursensor
und Trigger-Schaltung, um einen temperaturabhängigen
LED-Ausgangsstrom zu erzeugen, sodass die LED vor
Überhitzung geschützt ist.
Basierend auf der Grundidee des oben erwähnten Patents – nämlich den LED-Treiber als Temperatursensor
zu nutzen – hat Infineon Technologies eine (zum Patent
angemeldete) Technologie entwickelt, mit der LEDs mithilfe einer Slope-Dimm-Charakteristik geschützt und der
Bild 2: Applikationsschaltung mit dem ILD6070-­LED-Treiber.
Die Stromabsenkung wird beim Schwellwert der Lötpunkttemperatur des LED-Treibers ­ausgelöst, der mithilfe eines
externen Widerstands am Pin „Tadj“ eingestellt werden kann.
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
News
Startpunkt für den thermischen Schutz dank einstell­
barer Trigger-Temperatur variabel gehalten werden kann,
sodass die Grenzen von konventionellen LED-SystemDesigns überwunden werden. Die Technologie wurde in
den ILD6150- und ILD6070-Komponenten implementiert. Bei den Bausteinen handelt es sich um LED-Treiber
mit DC/DC-Abwärtswandler und einer High-Side-Strommessung (Bild 2).
Die Implementierung eines intelligenten Übertemperaturschutzes hilft aber nicht nur die Systemkosten zu senken (der NTC-Thermistor ist überflüssig), sondern bringt
noch weitere Vorteile für den Systemintegrator.
Erhöhung der LED-Lebensdauer mit
Slope-Dimm-Mechanismen
Wenn der durchschnittliche LED-Strom mithilfe eines integrierten Slope-Dimm-Mechanismus gesenkt wird, wird
auch die Lebensdauer der LEDs dank niedrigerer Sperrschichttemperatur erhöht. Die Schutzschaltung sollte
idealerweise zu einer Reduzierung des LED-Stroms im
Schutzmodus führen, weil ein hartes Ein- und Ausschalten zu Flackern führt.
Wenn die Lichtquelle, die von den LED-Treibern geregelt
wird, höheren Temperaturen ausgesetzt ist, als im thermischen Design vorgesehen, reduziert der Treiberbaustein den durchschnittlichen Strom kontinuierlich in
Form einer Slope-Dimm-Charakteristik, anstatt ihn
abrupt abzuschalten.
Die kontinuierliche Anpassung erlaubt es dem System
an einen Gleichgewichtspunkt zu gelangen, bei dem
ein weiterer Betrieb der Lichtquelle selbst unter den außergewöhnlichen Bedingungen mit reduzierter Licht-
leistung möglich ist. Wenn der thermische Gleichgewichtspunkt durch zusätzliche thermische Lasten überschritten wird, wird der Strom abermals graduell bis zu
minimal 25 Prozent des anvisierten LED-Stroms reduziert und die Lichtquelle strahlt dann weiterhin Licht mit
einem Helligkeitsgrad von 25 Prozent der ursprüng­
lichen Lichtstärke aus.
Das Schaltungs-Design basiert auf Standardkomponenten wie Widerständen, Dioden, Kondensatoren, Tran­
sistoren, Komparatoren oder Operationsverstärkern
(Bild 3). Die Temperaturmessung wird mithilfe der seriellen Si-Dioden nahe der Leistungsstufe durchgeführt,
weil das der heißeste und empfindlichste Teil des Treiberbausteins ist. Wenn LEDs heiß werden, würde die
Leistungsstufe den Temperaturunterschied bemerken.
Die Dioden sind so nah an der Leistungsstufe platziert,
dass sie den Treiber selbst ebenfalls vor Überhitzung
schützen.
Die Lichtfarbe bleibt unverändert
Wenn das Licht mithilfe eines intern erzeugten PWM-­
Signals während des thermischen Schutzes gedimmt
Bild 3: Vereinfachtes Blockdiagramm der intelligenten Übertemperaturschutzschaltung
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
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Treiber f. Automotive
News
Bild 4: Ein PWMmoduliertes Licht
hält die Farbe
während des
thermischen Schutzes gleich
wird, dann verändert sich die Lichtfarbe nicht. Nachdem
die Lichtfarbe nahezu unverändert bleibt, ist es für den
Endanwender praktisch nicht ersichtlich, wenn das LEDSystem in den thermischen Schutzmodus wechselt.
Die integrierte Temperaturschutzschaltung beginnt den
LED-Strom mithilfe einer internen PWM-Modulation zu
reduzieren, sobald ein bestimmter Temperatur-Triggerpunkt der Slope-Charakteristik des ICs überschritten
wird.
Neue Generation von LED-Treibern
Die Treibergeneration, in der der beschriebene intelligente Übertemperaturschutz implementiert ist, umfasst
LED-Treiber mit Abwärtswandler-Topologie zur Regelung von High-Power-LEDs in typischen Beleuchtungsanwendungen. Die wichtigsten Eigenschaften der
ILD6070-/ILD6150-Treiber sind:
•• Eingangsspannungsbereich von 4,5 bis 60 V
•• Ausgangsstrom von bis zu 0,7 A/1,5 A
Der LED-Strom wird moduliert, indem das Tastverhältnis •• Schaltfrequenz von bis zu 1 MHz
des intern erzeugten 1,6-kHz-PWM-Signals während •• Soft-Start-Funktion
des thermischen Schutzmodus verändert wird. Als ein •• Analoges und digitales Dimmen (PWM) möglich.
Ergebnis davon wird auch der Ausgangsstrom der LED •• Integrierter PWM-Generator für analogen Eingang
mit PWM-Pulsen moduliert. Der Vorteil eines PWM-­ •• Ausgangsstrom-Genauigkeit von 3 Prozent (typ.)
modulierten Lichtausgangs besteht darin, dass dabei •• Sehr niedrige LED-Stromdrift über die Temperatur
das Wellenlängenspektrum und damit die Farbe des •• Keine Farbverschiebung während des thermischen
Lichts unverändert bleiben.
Schutzes
•• Einstellbarer Wert für den Übertemperaturschutz,
Wie in Bild 4 gezeigt, wird das Wellenlängenspektrum
wobei die thermische Last durch eine Verringerung
bei verschiedenen Einstellungen des anpassbaren exterdes Stroms reduziert wird.
nen Widerstands konstant gehalten. Für diesen experimentellen Aufbau wurde das Modul von den LEDs und Mit dem hier beschriebenen thermischen Management,
von der Umgebungstemperatur auf 120 °C für einen de- das in der jüngsten Generation von LED-Treibern zum
dizierten externen Widerstand aufgeheizt, ein Bereich in Einsatz kommt, können die Lebensdauer und die Kosten
dem das IC in diesem Experiment im thermischen von LED-Designs deutlich verbessert werden.
Schutzmodus arbeitet.
www.infineon.com/lowcostleddriver
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
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Treiber f. Automotive
News
Das Design von Leuchten verbessern
LED-spezifische Tests und thermische Simulationen
Dr. András Poppe, Mentor Graphics Corporation
Solid-State-Beleuchtung, insbesondere High-Power- und High-Brightness-LEDs, konkurrieren zunehmend mit herkömmlichen Lichtquellen. Ihre Energieeffizienz und die einfache Handhabung machen sie zur idealen Lösung für Automobilanwendungen und Straßenbeleuchtungen. Mit modernen Mess- und Simulationslösungen können Designer die Lichtausbeute bei
der Betriebstemperatur einer LED, das sogenannte „Hot Lumen“, bestimmen und dadurch
die Lebensdauer der Beleuchtungsprodukte verbessern.
LEDs erzeugen zwar nur eine geringe Wärmemenge,
doch selbst die kann in Beleuchtungsprodukten zu Problemen führen, wenn sie nicht richtig abgeführt und an
die Umgebung abgegeben wird. Eine signifikante Temperaturerhöhung am LED-Chip würde die Lichtausbeute
verringern und die Lebensdauer verkürzen. Daher ist die
richtige Kühlung von LEDs der Schlüssel, um eine hohe
Lichtausbeute und lange Lebensdauer dieser Lichtquellen aufrecht zu erhalten.
Da in Anwendungen wie Automobilscheinwerfern oder
Straßenbeleuchtungen die Sicherheit eine große Bedeutung hat, sind die Beleuchtungsstandards sehr streng.
Neben den vorgeschriebenen räumlichen Verteilungsmustern muss auch die Beleuchtungsstärke stets kons­
tant sein. Selbst in heißen Sommernächten muss der
Lichtstrom von LED-basierten Leuchten immer die strengen Beleuchtungsstandards erfüllen. Dies erfordert geeignete Kenntnisse über die thermischen Eigenschaften
und die Lichtausbeute von LEDs.
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Mit diesem Know-how sind Entwickler von Solid-State-­
Lighting- (SSL) Produkten, die die thermischen Eigenschaften ihren LED-basierten Designs berücksichtigen, in
der Lage, Leuchten mit langfristiger konstanter Lichtausbeute und längerer Lebensdauer herzustellen (Bild 1).
Aus Sicht eines Halbleiters sind LEDs einfache PN-Übergänge, die leicht zu messen sein sollten. Das ist aber in
Wirklichkeit nicht der Fall. Beim Messen des Wärme­
widerstands von LEDs muss der Entwickler die Licht­
emission berücksichtigen, denn ein erheblicher Anteil
(etwa 30–50 %) der zugeführten Energie wird in Licht
umgewandelt.
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
News
Deshalb erfordert der JEDEC-Standard JESD51-51 [1],
dass beim Messen des Wärmewiderstands von LEDs die
emittierte optische Leistung berücksichtigt wird. Die emittierte optische Leistung kann zusammen mit anderen
Charakteristiken der LED-Lichtausbeute wie Lichtstrom,
Farbe, Farbtemperatur etc. in einer CIE-127-2007-konformen Gesamtfluss-Messumgebung präzise gemessen
werden.
Mit den auf diese Weise erhaltenen Kennwerten der optischen Leistung lässt sich der tatsächliche Wärme­
widerstand berechnen, wenn die Wärmetests der betreffenden LED in einem kombinierten thermischen und radiometrischen/fotometrischen Testaufbau durchgeführt
werden, zum Beispiel mit Mentor Graphics thermischem
Transienten-Tester T3Ster und der Gesamtfluss-Messlösung TeraLED.
Mit Hilfe der Gesamtfluss-Messung kann die Temperatur
der zu testenden LED mit einer temperaturgesteuerten
Kühlplatte präzise auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Eine solche Messanordnung wird auch von
einem der neuesten JEDEC-Standards für Wärmetests
von LEDs, JESD51-52, empfohlen. Dieser Standard definiert Richtlinien für die Messung der Lichtausbeute von
LEDs in Verbindung mit Wärmemessungen von LEDs.
Bild 1: Die
F&E-Ingenieure
von Buck ver­
wendeten für das
Design einer
verbesserten
Straßenleuchte
neueste Messund 3D-CFDSimulations­
techniken
Die Bedeutung von
standardisierten Tests
Wird zur Berechnung des Wärmewiderstands des Gehäuses die zugeführte elektrische Leistung anstatt der
korrekten (Wärme-) Leistung verwendet, dann wäre basierend auf diesen Effizienzwerten der Wärmewiderstand erheblich geringer. Das würde darauf hindeuten,
dass das Gehäuse (einer weniger effizienten LED) die in
der LED erzeugte Wärme wesentlich besser abführt, als
dies tatsächlich der Fall ist.
Was die thermischen Eigenschaften von LED-Komponenten anbelangt, ist der Junction-to-Case-Widerstand
das am besten geeignete Maß für Packaged-LEDs. Das
liegt daran, dass dieser Wert den Wärmeflusspfad vom
Punkt der Wärmeerzeugung am PN-Übergang bis zum
Boden des Gehäuses charakterisiert – genau so, wie
LED-­Packages zum Kühlen konzipiert sind. Ein relativ
neuer Standard für die Messung des Junction-to-­CaseWärmewiderstands ist JEDEC JESD51-14 [2]. Er basiert auf den neuesten thermischen Transienten-­
Messtechniken.
Dieses Verfahren nutzt einen Dual-Interface-Ansatz, bei
dem der Wärmewiderstand des Bauteils an einer Kühlplatte mit und ohne Wärmeleitpaste gemessen wird.
Der Junction-to-Case-Widerstand wird bestimmt, indem man herausfindet, wo die beiden Messungen voneinander abweichen. Dabei ist eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit der Messungen erforderlich. Denn die
Wärmeimpedanzkurven für die beiden Messungen
müssen bis zu dem Punkt identisch sein, an dem die
Wärme das Gehäuse verlässt und in die thermische
Schnittstelle zwischen Gehäuse und Kühlplatte übergeht. Das gewährleistet, dass der Punkt, an dem die
Kurven voneinander abweichen, eindeutig ist. Diese
Methode liefert zusammen mit den LED-Wärmeteststandards den echten Junction-to-Case-Wärmewiderstand für LED-Packages.
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Wie lässt sich gewährleisten, dass
eine LED die Standards erfüllt
Der thermische Transienten-Tester implementiert die
statischen Testversionen der elektrischen Testmethoden
gemäß JEDEC JESD51-51, die eine kontinuierliche Messung der Sperrschichttemperatur-Transienten erlauben.
Das bildet auch die Basis für die JESD51-14-Test­
methode zur Messung des Junction-to-Case-Wärmewiderstands. Diese ist auch die bevorzugte Testmethode in
den Richtlinien für LED-spezifische Wärmemessungen,
die im JESD51-51-Standard angeboten wird. Die Kombination dieser beiden Methoden liefert eine umfassende
Lösung für LED-Tests, die alle Anforderungen der genannten Standards abdeckt (Bild 2).
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
News
Da die JESD51-14-Methode den Junction-to-Case-Wärmewiderstand als „Nebenprodukt“ abwirft, ergibt die
schrittweise Annäherung der Strukturfunktion an den
Wert des Wärmewiderstands automatisch das dynamische thermische Kompaktmodell des LED-Packages.
Der ermittelte Junction-to-Case-Wärmewiderstand kann
im Produktdatenblatt veröffentlicht und das automatisch
generierte dynamische thermische Kompaktmodell des
LED-Packages direkt in der CFD-Simulationssoftware
verwendet werden.
Die Kombination aus Lichtausbeutemessung und thermischen Transienten-Tests erlaubt es, die Charakteristik der
Lichtausbeute als Funktion der Temperatur zu messen.
Die Bereitstellung dieser Daten als Funktion der Referenztemperatur der Kühlplatte ist eine nützliche Information
für SSL-Designer, um die Lichtausbeute mit den TempeDer thermische Transienten-Tester verwendet Post-­ raturen der Testpunkte von den Leuchten, die sie entProcessing-Software, die den JESD51-14-Standard für wickeln zu korrelieren. Die gleichen Daten sind auch als
Messungen des Junction-to-Case-Wärmewiderstands Funktion der LED-Sperrschichttemperatur verfügbar, die
vollständig unterstützt. Dadurch kann die Temperatur- für die korrekte physikalische Modellierung der LichtausZeit-Kurve unmittelbar von den Messungen abgeleitet, beute der LEDs erforderlich sind. Mit anderen Worten, die
als „Strukturfunktionen“ umgewandelt (beschrieben erhaltene Lichtstrom-Sperrschichttemperatur-Beziehung
in JESD51-14 Anhang A) und dann automatisch der bildet die Basis für die Berechnung der Hot Lumen.
Wert des Junction-to-Case-Wärmewiderstands bestimmt werden.
Bild 2: Beispiel eines Workflows, der mit Hilfe von Messungen auf Komponentenebene, Modellierung und CFD-­
Simulation auf Leuchtenebene die heutigen Standards erfüllt
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
News
Bild 3: Beispiel für
CFD-Simulationsergebnisse eines Scheinwerfers mit LEDs für
Tagfahrlicht. Die
CFD-Software FloEFD
verwendete das
CAD-Modell der
Leuchte als Basis für
die CFD-­Simulation.
Die Ergebnisdarstellung
zeigt die berechnete
Temperaturverteilung
und Hot Lumen aller
LEDs der Leuchte.
Hot-Lumen-Berechnung und
­Modellierung für genaueste Ergebnisse
Der letzte Quantensprung bei der Test-basierten Modellierung von LED-Charakteristiken erfolgte durch die Einführung der Hot-Lumen-Modellierungsfunktion im LEDModul der thermischen 3D-Strömungssimulationssoftware (Computational Fluid Dynamics – CFD) FloEFD. Bei
den üblichen Vorwärtsströmen und Sperrschichttemperaturbereichen heutiger High-Power-LEDs kann – wenn
die LEDs mit einem konstanten Vorwärtsstrom angesteuert werden – die Temperaturabhängigkeit des Licht­
stroms durch eine lineare Beziehung im maßgeblichen
Temperaturbereich gut modelliert werden. Die Parameter
der erforderlichen Formel werden automatisch durch
das Gesamtfluss-Messprogramm berechnet und anschließend die Ergebnisse dargestellt.
Das thermische Modell und das Modell der Lichtausbeute bilden zusammen ein Multi-Domain-LED-Modell.
Solche Modelle werden in Bibliotheken gesammelt und
von der 3D-CFD-Software verwendet (Bild 3). Wenn eine
LED-Leuchte entwickelt wird, kann auf die LEDs aus dieser Bibliothek zurückgegriffen werden. Durch „Platzierung“ solch virtueller LED-Komponenten aus der Modellbibliothek in das MCAD-Design einer Leuchte kann das
CFD-Programm eine erste Abschätzung der Hot Lumen
zusammen mit den wichtigsten thermischen Daten über
die Wirksamkeit der Kühlung durchführen. Das heißt, die
Hot Lumen der gekühlten LEDs stehen früh in der Designphase zur Verfügung.
T3Ster und TeraLED verifizierten die Designer die Informationen aus den Datenblättern der LEDs. Die Mess­
ergebnisse wurden auch in den FloEFD-LED-Modellen
verwendet, sodass sich mit 3D-CFD-Simulationen die
Designqualität des größten Mitglieds einer Familie von
LED-basierten Straßenbeleuchtungen überprüfen ließ.
Keine der eingesetzten LEDs überschritt die kritischen
Werte der Sperrschichttemperatur, und die gesamte
Lichtausbeute der LEDs erreichte selbst unter den heißesten vorgesehenen Umgebungsbedingungen das geforderte Niveau.
In einem anderen Beispiel nutzten die F&E-Ingenieure
des Belgrader Unternehmens Buck die Simulationssoftware FloEFD, die auch in CATIA integriert zur Verfügung steht, zur Entwicklung eines neuen Kühlkörpermodells für ein besseres Design einer Straßenbeleuchtung. Mit Hilfe der thermischen Simulationssoftware
konnten sie die Entwicklungszeit erheblich verkürzen
und erhielten wichtige Details für die Analyse ihrer Prototypen. Gleichzeitig sammelten sie Erfahrungen, die
bei zukünftigen Problemen zu schnelleren und besseren Lösungen führen. Das neue Kühlkörperdesign ermöglichte es dem Unternehmen, die Fertigungs- und
Instandhaltungskosten zu reduzieren und die Produktlebensdauer zu verlängern.
Referenzen:
1. JEDEC Standard JESD51-51, “Implementation of the
Electrical Test Method for the Measurement of the
Real Thermal Resistance and Impedance of Light-­
emitting Diodes with Exposed Cooling Surface,” April
2012.
Die physikalische Charakterisierung auf Komponenten­ 2. JEDEC Standard JESD51-14, “Transient Dual Interface Test Method for the Measurement of the Therebene und der Simulations-Workflow auf Systemebene
mal Resistance Junction-To-Case of Semiconductor
kamen erfolgreich im Közled-Projekt in Ungarn zum EinDevices with Heat Flow Through a Single Path,”
satz. Das Projekt diente der Entwicklung von LED-­
­November 2010.
basierten Straßenbeleuchtungen. Mittels Messungen mit
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
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Treiber f. Automotive
News
LEDs mit Strom versorgen
und Schutz versehen
Tony Armstrong, Linear Technology
In diesem Artikel m
­ öchte ich über LEDs berichten – über die Tatsache, warum sie in
Zukunft zur bevorzugten allgemeinen Beleuchtungsquelle werden, wie man sie mit Strom
versorgt und vor Gefahren schützt, der sie in ihrer jeweiligen Anwendung ausgesetzt sind.
Zu diesen Anwendungen gehören Hallenbeleuchtungen, ­Architekturbeleuchtungen, Straßenbeleuchtungen und der 75-W-Glühlampen-­Ersatz.
Zu Beginn ist es sinnvoll, einige fundamentale Fragen zur
Beachtung an den Anfang zu stellen:
1. Warum LEDS als erste Wahl einsetzen? Sie kosten
doch um den Faktor 10 mehr als Glühlampen. Welche Vorzüge machen sie also so attraktiv?
2. Was benötigen LEDs zur Stromversorgung? Es ist
nicht möglich, eine LED einfach in eine vorhandene
Glühbirnenfassung einzuschrauben. Was muss also
getan werden, um sie korrekt in eine Fassung einzubauen und mit Strom zu versorgen?
3. Was beeinflusst eine LED und ihre Treiberschaltung?
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Was LEDs benötigen
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
News
gleich mit enthalten. Später in diesem Artikel werde ich
einige Beispiele von LED-Treiber-ICs mit eingebauten
Schutzfunktionen anführen, mit denen eine lange Lebensdauer der LEDs erreicht werden kann.
LEDs sind nicht „heißer“ als eine Glühlampe, die grundsätzlich einem Widerstand gleicht, stellen jedoch elektrisch eine Diode dar. Als solche benötigen sie einen
ziemlich genau geregelten Strom und eine ebensolche
Spannung, was beides generell von einer LED-Treiberschaltung geliefert wird. Diese Schaltung ist jedoch
empfindlich für Unterbrechungen oder Kurzschlussbedingungen – deshalb muss bei der Entwicklung Sorgfalt
aufgewandt werden, um sie vor einem potenziellen Auftreten dieser Bedingungen zu schützen. Hohe Temperaturen beeinflussen die Lichtausbeute einer LED ebenfalls negativ, deshalb muss man darauf achten, wenn
man Treiberschaltung und Gehäuse entwickelt.
Tabelle 1 zeigt den Vergleich von LEDs, Kompaktleuchtstofflampen (CFLs) und Glühlampen. Die „grün“ hervor­
gehobenen Bereiche in dieser Tabelle helfen einem dabei, die Eigenschaften zu identifizieren, die für jede der
jeweiligen Lichtquelle gut und wünschenswert sind.
Anders als eine Glühlampe, die direkt an das Wechselspannungsnetz angeschlossen werden kann, benötigt
eine LED geregelten Gleichstrom und Gleichspannung.
Deshalb kann, abhängig von der Stromquelle, eine Umsetzung von Wechsel- auf Gleichstrom nötig sein. Wann
immer eine Wandlung durchgeführt werden muss, besteht immer die potenzielle Möglichkeit, dass einige
Dinge schief laufen. In vielen Fällen können diese Ereignisse die LED-Treiberschaltung beschädigen oder gar
zerstören – und ohne diese Schaltung können LEDs
nicht leuchten. Deshalb ist es nötig, die LED-Treiberschaltung vor solchen Vorkommnissen zu schützen. So
ist es sinnvoll, dass die Treiber-ICs den LED-Schutz
Wie man erkennt, ist eine der Schlüsseleigenschaften
einer LED ihre Leuchtstärke. Mit 80 Lumen pro Watt an
Lichtausbeute ist ihr Wirkungsgrad mindestens achtmal
höher, als der einer Glühlampe. Oder, anders ausgedrückt, sie benötigt nur 1/8 der elektrischen Leistung einer Glühlampe, um die gleiche Leuchtstärke zu erzielen.
Dies führt zu Einsparungen bei den Energiekosten über
die Lebenszeit der Installation. Betrachtet man die Lebensdauer in dieser Tabelle, kann man erkennen, dass
eine LED mindestens fünfzigmal länger „lebt“ als ihr
Glühlampengegenstück. Es gibt deshalb einen Schnittpunkt, an dem die höheren Anschaffungskosten einer
LED-Beleuchtung durch ihre geringeren Energiekosten
LEDs im Vergleich mit alternativen
Lichtquellen
Lichtquelle
LEDs
Leuchtstoffröhren
Glühlampen
Leuchtstärke (lumen/Watt)
80 bis 180
künftig > 200
40 bis 70
10 bis 15
Benötigte elektrische Leistung in Watt
(60-W-Glühlampe)
8 bis 10
13 bis 15
60
Lebensdauer (Stunden)
> 50 K
2 K to 10 K
1 K to 2 K
Treiberleistung
DC
AC
Offline AC
TRIAC Dimmbar
Ja
Nein
Ja
Sofort eingeschaltet
Ja
Nein
Ja
Leistungsfaktor
0,5 ohne PFC
> 0,90 mit PFC
0,5
1
Empfindlich auf häufiges Ein-/Ausschalten
Nein
Ja
Ja
Enthält giftiges Quecksilber
Nein
Ja
Nein
Ausfallarten
Keine
Ja, können in Brand geraten,
rauchen, oder Gerüche abgeben
Verschiedene
Kosten einer 60-W-Glühlampe
(oder vergleichbarer Alternative)
$ 13
$3
$1
Tabelle 1: Vergleich von LEDS, Leuchtstofflampen und Glühlampen
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l 15
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
amortisiert werden. Zur Verdeutlichung: durch Ersetzen
der fünf am häufigsten benutzten Glühlampen in einem
durchschnittlichen Haushalt, können diese Einsparungen bei den Energiekosten in nur einem Jahr erreicht
werden. Natürlich gibt es weitere Vorteile, eine LED einzusetzen, z. B. enthält sie keinerlei toxisches Material
und hat keine Ausfälle – vorausgesetzt, dass die Stromversorgung sie korrekt versorgt und schützt.
Behandlung und Versorgung von LEDs
Wie bereits erwähnt, ist eine LED das elektrische Äqui­
valent einer Diode. Als solche ist sie ein Strom getriebenes
Bauteil; deshalb erlaubt es das simple Anlegen des korrekten Stromwerts an die LED, dass sie ihre spezifizierte Licht­
ausbeute in Lumen pro Watt erreicht. Entsprechend wird
das Anlegen eines geringeren Stroms die Lichtmenge begrenzen, die sie liefern kann. Für eine einzige LED mag das
kein großes Problem sein, aber wenn viele LEDs in Reihe zu
einer LED-Kette zusammen geschaltet sind – und sie nicht
mit dem gleichen Strom versorgt werden – wird die Licht­
ausbeute stark variieren und deutlich sichtbar sein.
Natürlich muss man auch den Durchlassspannungs­
abfall, der einer LED eigen ist, ausgleichen, der sehr
stark mit der Art der LED und der Lampenkonfiguration,
die man einsetzt, variieren kann. Für eine typische weiße
LED beträgt dieser Durchlassspannungsabfall rund
3,5 V, kann aber bei höheren Temperaturen auch etwas
größer sein. So wird abhängig von der Eingangsstromquelle wahrscheinlich eine große Vielfalt an Wandlertopologien benötigt. Das kann weiter verkompliziert
werden durch unterschiedliche LED-Ketten-Konfigurationen, die Reihenschaltungen (Überlagerung des LEDDurchlassspannungsabfalls), Parallelschaltungen (Aufsummieren des LED-Stroms) und eine Kombination von
in Reihe und parallel geschalteten LED-Ketten (Aufsummieren sowohl der LED-Durchlassspannung als auch
des LED-Stroms) enthalten können.
Wir haben gelernt, was eine LED für ihren korrekten Betrieb benötigt, aber was kann passieren, dass den Betrieb der LED und ihrer Treiberschaltung negativ beeinflusst? Die Antwort ist – es gibt eine Menge Dinge, die die
Lichtausbeute einer LED nachteilig beeinflussen oder gar
zu ihrem völligen Ausfall führen können. Diese Ereignisse
sind Überspannungen, die üblicherweise bei einer LED-­
Unterbrechung auftreten oder ein zu hoher Strom, der typischerweise bei einem Kurzschluss oder dem erneuten
Einstecken einer LED-Kette auftritt. Natürlich können
auch schlechte thermische Umgebungen die nutzbare
Lebensdauer einer LED nachteilig beeinflussen. Deshalb
sind thermisch gute Designs sehr wichtig. Auch die LED-­
Treiberschaltung hat großen Einfluss. Eine sorgfältige
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
News
Entwicklung stellt sicher, dass sie sich selbst und damit
auch die LED vor Unterbrechungen, Kurzschlüssen und
in schlechten thermischen Umgebungen schützen kann.
All diese Probleme bestehen üblicherweise in den meisten Automobil-, Luftfahrt- und Industrie­umgebungen.
Ein wichtiger Aspekt der Stromversorgung einer LED ist
die korrekte Bereitstellung eines exakt geregelten
Stroms. Dafür ist die LED-Treiberschaltung der Schlüssel, weil sie quasi nehmen muss, was auch immer die
Eingangsleistungsquelle ist (was stark variiert, wegen
der Vielfalt an Anwendungen), und diese in die erforderlichen Spannungs- und Strompegel wandeln, die die
Leistung der LED am besten ausnutzen. Überspannungen oder Überströme beeinflussen mit der Zeit sowohl
die LED-Lebensdauer als auch ihre Lichtausbeute negativ. Je genauer sie geregelt werden können, desto robuster wird das System also sein. Deshalb ist eine
Strom- und Spannungsregelung mit +/- 5 % Toleranz
vorteilhaft für eine lange und problemlose Lebensdauer.
Ein weiteres Schlüsselkriterium ist eine Überspannungsschutzfunktion. Deshalb ist eine LED-Treiberschaltung
Voraussetzung, die höhere Spitzenspannungen als die
für den normalen Betrieb erforderlichen handhaben
kann. Ein Beispiel dafür ist eine Automobilumgebung, in
der bei einer Unterbrechung der Batterie vom Bordnetz
(load dump) Spannungsspitzen von 42 V oder noch höher auftreten können.
Eine noch größere Herausforderung ist es, die LEDs vor
thermischer Überlastung zu schützen. Ziemlich oft ist die
LED-Lampenfassung klein und kompakt bezüglich der
Möglichkeit Verlustwärme abzuführen – und hat wahrscheinlich auch keinen Lüfter, um mit dessen Luftstrom zu
kühlen. Deshalb muss die meiste Verlustwärme mit Konvektion abgeführt werden D. h. es muss eine gute Wärmeabführung während der Entwicklung in Betracht gezogen werden. Hat man dann eine LED-Treiberschaltung,
die mit einem sehr hohen Wirkungsgrad der Wandlung arbeitet, ist das eine große Hilfe. Je besser der Wirkungsgrad der Wandlung ist, desto weniger Verlustwärme wird
als Teil der Leistungsverluste der Wandlung erzeugt. Deshalb unterstützen LED-Treiber mit über 90 Prozent Wirkungsgrad ein gutes thermisches Design signifikant.
Ein weiterer interessanter Weg, der bei thermischen Problemen hilft, ist die Integration eines Temperatursensors
als Teil der LED-Treiberschaltung auf dem Chip. Wenn
signal
ein Systemmikrocontroller dieses Temperatur­
überwacht, kann er den Strom für das gesamte System
etwas herunterfahren, sodass weniger Wärme entsteht.
Natürlich geht das zu Lasten der Lichtausbeute, was
aber besser ist als ein Ausfall des gesamten Systems. Ist
der Fehler beseitigt, kann wieder in den Normalbetrieb
16 l LEDs und Power
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
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Bild 1:
Oszilloskop-­
Darstellung des
Kurzschlussstroms
für den LT3795
übergegangen werden. Diese für die LEDs angesprochenen Methoden können –
etwas erweitert – auch auf die LED-Treiberschaltung angewendet werden. Das
Entscheidende dabei ist, sie in das Gesamtsystem zu integrieren.
LED-Treiberlösungen
Nachdem klar ist, was LEDs benötigen, um richtig mit Strom versorgt und geschützt zu werden, sollen jetzt einige LED-Treiber-ICs vorgestellt werden. Das
erste Beispiel ist der LT3795, ein auf der aufwärtswandelnden Topologie basierender LED-Treiber, der einige Eigenschaften für eine verbesserte Leistungs­fähigkeit
bietet. Die erste davon ist die so genannte Spreizspektrum-Frequenzmodulation.
Dabei handelt es sich um eine Technik, die den Systemtakt so glättet (dither), dass
der Rauschteppich verringert wird. Die zweite Eigenschaft ist der Kurzschlussschutz. Einen Kurzschlussschutz in einen Aufwärtswandler zu implementieren ist
nicht so einfach, denn im Gegensatz zu einem Abwärtswandler (in dem er wegen
seiner abwärtswandelnden Topologie und dem hin und her Schalten zwischen Vin
und Vout inhärent vorhanden ist) muss er integriert werden. Damit ein Aufwärtswandler einen Kurzschlussschutz hat, muss ein Trenn-FET über der LED-Kette
hinzugefügt werden – wie bei M2 in Bild 2 dargestellt. Dieser P-Kanal-MOSFET ist
Bild 2: Schaltung des aufwärtswandelnden LED-Treibers LT3795 mit Eingangsstrombegrenzung und Spreizspektrums-Modulation
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
eine Methode, um den Strom, der durch ihn fließt zu
überwachen. Falls ein Kurzschluss auftritt, würde der
Stromfluss durch M2 sehr stark ansteigen. Das könnte
die LEDs in der nachgelagerten Kette potenziell zerstören. Um das zu verhindern, muss man ihren Strom überwachen, was mit dem Messwiderstand RLED möglich ist.
Wenn dann ein Kurzschluss eintritt, muss, M2 in weniger
als 1 µs abgeschaltet werden. LT3795 erledigt das wie in
Bild 1 gezeigt.
In Bild 1 ist die obere Kurve der Strom, der durch die
LED-­
Kette fließt und die mittlere Kurve ist der Strom
durch den P-MOS. Die untere Kurve repräsentiert einen
transienten Kurzschluss zwischen zwei Pegeln. Wie man
sieht, schaltet der LT3795 den P-FET ab, der in 500 ns
auf einen Spitzenwert von 12 A ansteigt, und schützt so
die LED-Kette vor einem Überstrom. Ohne diese schnelle
Reaktion würde dieser Strom auf bis zu 50 A ansteigen.
Ein weiteres LED-Treiber-IC ist der LT3797. Das ist ein
LED-Treiber mit Mehrfach-Wandlungstopologie und drei
Ausgängen sowie einem integrierten Rail-to-Rail-Mess­
verstärker mit einem Spannungsbereich von 0 V bis
100 V. Jeder seiner drei Kanäle kann für den Betrieb im
Abwärts-, Aufwärts- oder SEPIC-Modus konfiguriert
werden. Jeder Ausgang kann autonom mit einem anderen betrieben werden.
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
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Dieses IC fügt mehrere neue Funktionen hinzu, die einen
zusätzlichen Systemschutz ergeben. Der Kurzschlussschutz für den Betrieb eines Kanals im Aufwärtswandelmodus ist eine davon. Der Baustein besitzt auch eine
Open-LED-Schutzfunktion, die über den Spannungsrückkoppel-Pin FBH aktiviert werden kann. Der LT3797
hat einen Eingangsspannungsbereich von 2,5 V bis 40 V,
wodurch er sich für Beleuchtungsapplikationen in der Industrie, Luftfahrt, Medizintechnik und im Automobil eignet. Da er ein Controller ist, sind Stromwerte im Bereich
mehrerer Ampere realisierbar.
Bild 3 zeigt den LT377 konfiguriert als aufwärtswandelnder Dreifach-LED-Treiber, womit alle drei seiner Kanäle
als Aufwärtswandel-Controller arbeiten. Wie man erkennen kann, sind ein P-MOS-MOSFET und ein Messwiderstand über jeder LED-Kette angeordnet. Deshalb kann er
(wie der LT3795) schnell von der LED-Kette getrennt
werden, wenn eine Kurzschlussbedingung eintritt.
Wie der LT3795 erlaubt es der LT3797, den Hicup-­Modus
für einen erneuten Start jedes einzelnen Kanals frei zu
schalten (latch-off). Der Modus des erneuten Starts nach
einem Kurzschluss kann durch Hinzufügen oder Weg­
lassen von R13 zwischen den VREF- und SS-Pins programmiert werden.
Bild 3: Der LT3797 als aufwärtswandelnder Dreifach-LED-Treiber konfiguriert
18 l LEDs und Power
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LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
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Das unsichtbare Licht hinter dem Display
Touchscreens jenseits von Widerstand und Kapazität
Autoren: Bianka Schnabel,
Dr. Hubert Halbritter,
Dr. Walter Rothmund;
Osram Opto Semiconductors
Touchscreens haben sich innerhalb weniger
Jahre zu einem neuen Standard für Befehls­
eingaben etabliert. Vom Smartphone- oder
Tablet-Display über die Bedienoberfläche
an Industriegeräten bis hin zur Arbeitswand
für mehrere Personen – dahinter steckt eine
Vielfalt an Technologien. Optische Lösungen
boten sich in der Vergangenheit vor allem
für große Displays an. Hocheffiziente Infra­
rot-LEDs machen die Technik nun auch für
kleinere Touchpanels, etwa für Notebooks,
attraktiv.
20 l LEDs und Power
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Wer hat sich nicht schon einmal dabei ertappt, am
Computermonitor mit einem Wisch die Seite wechseln
zu wollen – und nichts passierte. Die Bedienung moderner Programme über Touchscreens ist so intuitiv, dass
man sich kaum bewusst macht, wie schnell Nutzer sie
verinnerlicht haben. Während auf der Bedienoberfläche
kontinuierlich neue Features auftauchen, stecken hinter
den Displays etablierte Techniken zur Erkennung der
Fingerbewegungen.
Weit verbreitet sind resistive Displays, die mit zwei durch
einen Luftspalt getrennten leitfähigen Folien beschichtet
sind. Der Fingerdruck bringt die Folien zusammen, es
fließt Strom und aus dem elektrischen Widerstand berechnet sich der Kontaktpunkt. Üblich sind auch kapazitive Lösungen, die in einer speziellen Oberflächenschicht
ein elektrisches Feld aufbauen, das sich bei Kontakt mit
einem Objekt – zum Beispiel einem Finger – verändert.
Optische Touchscreens fluten das Display mit unsichtbarem infrarotem Licht und registrieren die Reflexionen
oder den Schattenwurf der berührenden Objekte.
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
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ner Wellenlänge von 850 nm entsprechen die IREDs genau den Anforderungen für Touchscreens. Ihr Licht ist
für Menschen kaum mehr sichtbar, wird aber von Detektoren oder Kameras sehr gut registriert. Für Ausnahmefälle, in denen das erkennbare Restlicht der 850-nmSender dennoch stört, gibt es auch IREDs mit 940 nm
Wellenlänge.
Das unsichtbare Lichtgitter
Die einfachste Lösung für optische Touchscreens ist ein
Lichtgitter, das gegenüberliegende Reihen infraroter
Emitter und Detektoren aufspannen. Die Bauelemente
sitzen in einem flachen wenige Millimeter hohen Rahmen – dem so genannten Bezel – um den Bildschirm.
Tippt der Nutzer mit dem Finger oder einem Stift auf das
Display, werden die Lichtstrahlen blockiert und das Detektorsignal an der entsprechenden Stelle sinkt ab (siehe
Bild 1). Schaltet man Empfänger und Sender reihum und
wertet die Signale entsprechend aus, wird dieses Design
uneingeschränkt multitouch-fähig.
Infrarottechnik zur Fingererkennung
Bisher bieten sich besonders für große Displays optische Lösungen an. Ihr Vorteil liegt darin, dass sie die
Bildqualität nicht beeinträchtigen, denn sie benötigen
keine speziellen Beschichtungen, die auch einige Prozent der Hinterleuchtung schlucken. Sie erkennen jede
Art von Stiften und auch Finger in Handschuhen, weil sie
nicht auf deren Leitfähigkeit angewiesen sind. Außerdem
sind optische Designs unempfindlich gegen Kratzer und
können – abhängig von der Senderleistung – beliebig
große Bildschirmdiagonalen abdecken. Weil die optischen Komponenten meist in einem Rahmen um das
Dis­play montiert sind, kann man mit dieser Technik bestehende Anzeigen sehr einfach nachrüsten. Optische
Touchscreens galten lange als zu teuer, zu groß und zu
empfindlich gegenüber Umgebungslicht. Neue kompakte und leistungsstarke Infrarot-LEDs (IREDs) ermöglichen jedoch auch kosteneffiziente und flache Touchscreens und räumen so mit den ersten beiden dieser
Vorbehalte auf. Den dritten Punkt, die Empfindlichkeit
gegenüber Umgebungslicht, kann ein entsprechendes
Design abfangen.
Bild 1: In einem Infrarotmatrix-Touchscreen spannen
Sender-Detektor-Paare ein Lichtgitter auf. Finger oder
Stifte werfen einen Schatten auf den Detektor.
Erst die hocheffiziente Dünnfilm-Chiptechnologie ermöglichte kompakte IREDs mit hoher optischer Leistung bei vergleichsweise geringem Stromverbrauch
und ebnete so den Weg für optische Technologien in
kleineren Touchscreens. Eine breite Palette an Gehäusen bedient sämtliche Designvarianten – vom engwinkligen Emitter für ein Lichtgitter bis hin zu leistungsstarken Sendern zum Ausleuchten großer Anzeigen. Mit ei-
Wichtig für die Senderwahl ist neben der Bauteilgröße
und der optischen Leistung auch die Strahlstärke, also
die Lichtverteilung im Raum. Eine hohe Strahlstärke entspricht einem intensiven engwinkligen Lichtstrahl, der
große Bilddiagonalen erlaubt. Enge Abstrahlwinkel – gepaart mit engen Empfangswinkeln der Detektoren – garantieren, dass auch bei großen Displays die Strahlen
der einzelnen Sender nicht mehrere Sensoren ausleuch-
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
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ten. Gut geeignet sind beispielsweise IREDs und Photo­
transistoren in Midled-Gehäusen mit einem Winkel von
+/- 15°, die Bezel-Höhen von ca. 2,3 mm ermöglichen.
Mit Chipled-Varianten gelingen auch Bezel-Höhen unter
2 mm. In manchen Anwendungen – beispielsweise bei
starker Halogenbeleuchtung – ist es ratsam, den Umgebungslichteinfluss auf die Empfänger durch Tageslicht­
filter zu unterdrücken.
drat der Entfernung vom Sender abnimmt. Dadurch
verschlechtert sich das Signal/Rausch-Verhältnis des
Touch-Signals und es kann nötig sein, den Senderstrom anzupassen. Eine umfassende Auswahl geeigneter Sender und Empfänger hat Osram Opto Semi­
conductors in einer Applikationsschrift zum Thema
Touchscreens zusammengestellt.
Ein Lichtgitter-Design ist leicht auf größere Bildschirmdiagonalen übertragbar. Im Vergleich zu nicht-optischen Technologien ist die Erweiterung auch weniger
aufwändig, denn die funktionalen Komponenten
stecken im Rahmen und nicht in der Fläche des Displays. Ihre Zahl hängt nur vom Umfang des Touchscreens ab und erhöht sich bei einer Vergrößerung weniger stark als für eine flächige Lösung. Man muss allerdings beachten, dass die Lichtleistung mit dem Qua-
IRED und Sensor in der Ecke
des Displays
Bild 2: Kleine, engwinklige Chipled (oben mit – in der
Mitte ohne Tageslichtfilter) und Midled (unten) sind
leistungsfähige und kosteneffiziente Lösungen für
lichtgitterbasierte Touchscreens.
Eine andere Variante flutet das Display von zwei Ecken
aus mit infrarotem Licht. Neben den IREDs sitzen – optisch getrennt, um Übersprechen zu verhindern – Detektoren, die nur dann ein Signal empfangen, wenn Objekte
auf dem Display die infraroten Strahlen reflektieren
(Bild 3). Als Sensoren dienen meist Linienscanner, wie
sie für Barcodeleser oder Flachbettscanner verwendet
werden. Die genaue Position und die Größe des Fingers
oder Stifts ergibt sich – ähnlich einer Triangulationsberechnung – aus der Auswertung beider Signale. Abhängig vom Sensor lassen sich mit diesem Design deutlich
höher aufgelöste Touchscreens realisieren als mit anderen Technologien. Solange die Emitter genug Licht liefern, lässt sich dieses Design ohne zusätzliche Komponenten auf größere Bildschirme ausweiten. Es wird heute
vor allem für Displays ab einer Diagonale von 12 Zoll
­verwendet.
Bild 3: Bei Sensor-Array- (Linienscanner-) Touchpads
wird das Display aus der Ecke mit infrarotem Licht
geflutet.
22 l LEDs und Power
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
In einer leicht abgewandelten Variante sind Lichtleiter
um das Display montiert und werden an den Ecken von
IREDs gespeist. In bestimmten Abständen koppelt Licht
aus und baut einen Lichtvorhang über dem Display auf.
Die Liniensensoren registrieren die Schatten, die von berührenden Objekten verursacht werden.
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
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rere Kameras (Bild 4). Eine solche Tafel strahlt nach
vorne infrarotes Licht ab. In manchen Fällen – beispielsweise wenn im Fernsehstudio Kameras die Anzeige aufzeichnen – stört das 850-nm-Licht das Kamerasignal.
Dann ist es angebracht, auf Sender mit 940 nm zu wechseln. Alternativ bietet sich ein Design an, bei dem das infrarote Licht in eine Acrylglasabdeckung über dem Display eingekoppelt wird (Bild 5). IREDs strahlen so in das
Acrylglas ein, dass die Strahlen an der Ober- und Unterseite total reflektieren. Nur wenn ein Objekt die Oberfläche berührt, koppelt Licht aus und wird so gestreut, dass
die Kamera ein Signal empfängt (Frustrierte interne
Totalreflexion, FTIR). Diese beiden Varianten optischer
Touchscreens kommen ohne Bezel aus und bieten so
mehr Flexibilität beim Design.
Bild 4: Touchpanels auf Projektionsbasis werden
von hinten infrarot ausgeleuchtet
Beide Lösungen benötigen IREDs mit genügend optischer Leistung, um den ganzen Bildschirm auszuleuchten. Sie müssen aber auch klein genug für flache
Displays sein. Die neueste Entwicklung für diesen
­
­Anwendungsbereich ist die Chipled SFH 4053 – mit
0,5 mm × 1 mm x 0,45 mm eines der flachsten Bauteile seiner Leistungsklasse. Mit einem Chip in
Dünnfilm-­Technologie mit nur 200 µm (8mil) Kantenlänge liefert diese IRED 40 mW optische Leistung bei
70 mA Strom – im Pulsbetrieb bis zu 260 mW bei
700 mA – und kann so einen Notebook-Bildschirm problemlos ausleuchten.
Während sich für die Ausleuchtung aus der Ecke IREDs
mit breitem Abstrahlwinkel anbieten, hängt bei der Lichtleitervariante die Senderwahl vom Design des Lichtleiters ab. Sehr gut eignen sich Midled-Bauformen, die einen engen Abstrahlwinkel haben und mit ihrer flachen
Oberseite gut an Lichtleiter ankoppeln. Mehr Information
zum Aufbau dieser Lösung liefert ein Osram-Applikationsartikel. Um das Touchsignal von Umgebungseinflüssen zu befreien, misst man am besten zunächst ohne,
dann mit infraroter Beleuchtung und bildet die Differenz
beider Signale.
Projektion für große Anzeigen
Bild 5: Projektions-Touchpanel mit FTIR (Frustrierte
Interne Totalereflexion). Berührt ein Objekt die Tafel,
wird Licht ausgekoppelt und gelangt zur Kamera.
Projektionslösungen benötigen generell IREDs mit
höchster Leistung, wie Dragon- oder Oslon-Komponenten. Für die Acrylglas-Variante muss das Design eine
hohe Zahl interner Reflexionen erzeugen. Die Applikationsschrift beschreibt die entsprechenden Anforderungen und listet passende Sender auf. Je nach Setup eignen sich beispielsweise engwinklige Midled, die mit Hilfe
der Nanostack-Technologie sehr hohe optische Leistungen erreichen, oder eine infrarote Oslon, die derzeit
kleinste IRED in der 1-Watt-Klasse.
Umgebungslichteffekte lassen sich bei Projektions­
lösungen am einfachsten durch Bandpass-Filter vor dem
Kamerasensor ausschalten.
Literatur
Emitters and Detectors for Infrared Touchscreens;
Application Note; Osram Opto Semiconductors
­
(http://bit.ly/1DqtwTj)
Große Projektionswände und Konsolen werden meist
von hinten infrarot ausgeleuchtet. Ein Finger oder Stift
auf dem Display reflektiert das Licht auf eine oder meh-
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
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Manchmal flimmert es – muss das sein?
Flimmern bei SSL-Leuchten ermitteln und minimieren
Fast alle mit Wechselstrom betriebenen her‑
kömmlichen Lichtquellen weisen ein gewis‑
ses Maß an periodischer Modulation oder
Flimmern auf. Die Auswirkungen des un‑
erwünschten Flimmerns künstlicher Licht‑
quellen sind schon ein Problem, seit sich im
19. Jahrhundert die Gaslampe verbreitete.
Ein Artikel in der Cyclopedia of ­Mechanical
Engineering von 1908 beschreibt den Ein‑
satz von Kohlegas zur Werkstattbeleuch‑
tung: „Dieses Licht ist unerquicklich, weil es
die Luft verdirbt … das Licht flackert selbst
bei ruhiger Luft, wodurch es sehr beschwer‑
lich für das Auge ist, wenn man mit filigraner
Arbeit befasst ist.“
Wenn auch in manchen Situationen erwünscht und nicht von allen Menschen gleich wahr‑
genommen, ist das Flimmern dennoch ein Phänomen, das in den meisten Beleuchtungs‑
anwendungen vermieden oder zumindest minimiert werden sollte. Dieser Artikel stellt die
Testergebnisse zahlreicher Leuchten mit Festkörperlichtquelle (SSL) vor und zeigt, wie
stark verschiedene Typen dieser Leuchten flimmern. Außerdem werden einige Maßnahmen
vorgeschlagen, mit denen Leuchtendesigner das Flimmern bei SSL‑basierten Leucht­
mitteln minimieren können.
Physiologie
In der zweiten Ausgabe der Zeitschrift The Illuminating
Engineer von 1908 befasst sich ein Artikel mit den Ergebnissen von Experimenten, in denen die „Flimmerschwundfrequenz“ bestimmt werden sollte – jene
Grenze, ab der sich der Effekt nicht mehr beobachten
ließ. Diese ist heute bekannt als Flimmerfusionsfrequenz
oder Flimmerverschmelzungsfrequenz und wird von
sechs Faktoren beeinflusst:
1.
2.
3.
4.
der Frequenz der Lichtmodulation
der Amplitude der Lichtmodulation
der mittleren Lichtintensität
der Wellenlänge
5. der Position auf der Netzhaut, an der die Stimulation
stattfindet
6. dem Grad der Hell-Dunkel-Adaptation
Studien haben gezeigt, dass sichtbares Flimmern in der
Regel bei Frequenzen unter 100 Hz bemerkt und oberhalb
von 500 Hz unsichtbar wird. Dabei sind sowohl das sichtbare als auch das unsichtbare Flimmern von Interesse.
Die negativen physiologischen Auswirkungen des Flimmerns sind hinreichend studiert und dokumentiert worden. Dazu gehören Kopfschmerzen, Migräne, überanstrengte Augen, Abgelenktheit und im schlimmsten Fall
epileptische Anfälle. Die Problematik des Stroboskop-­
Effekts, der dafür sorgt, dass sich Objekte auf beleuchteten Fabrikfußböden, Straßen und Sportplätzen in einem
24 l LEDs und Power
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
anderen Tempo zu bewegen scheinen als in Wirklichkeit,
war bereits Gegenstand zahlreicher Studien.
Metriken und Branchenstandards
Obwohl das Flimmern sehr detailliert studiert worden
ist, gibt es keinen offiziellen Branchenstandard, der die
Auswirkungen flimmernder Lichtquellen vollständig
quantifizieren würde. Eine sehr bekannte Methode ist
jedoch von der Illuminating Engineering Society (IES)
im Standard RP‑16‑10 beschrieben, wonach der Flimmeranteil ein relatives Maß für die zyklische Amplitudenveränderung der Lichtquelle ist, während der Flimmerindex die zyklische Veränderung unter Berücksichtigung der Form des Wellenverlaufs misst. Bild 1 zeigt
einen beispielhaften Wellenverlauf und die Berechnungsweise für Flimmeranteil und Flimmerindex [1]. Der
Nachteil dieser Methode besteht darin, dass sie nur
zwei der oben genannten Faktoren berücksichtigt. Außerdem geht sie davon aus, dass eine Lichtquelle immer bei einer unveränderlichen Frequenz und Amplitude flimmern wird und lässt zufällige, unregelmäßige
Ereignisse, wie zum Beispiel einen plötzlichen Stromoder Spannungsabfall außer Acht, die ebenfalls Flimmern verursachen können.
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
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Bild 2 zeigt die Korrelation zwischen Flimmeranteil und
Flimmerindex für eine Sinuskurve.
Die ENERGY STAR-Vorgabe für Lampen, die am 30. September 2014 in Kraft treten soll, legt fest, dass der
höchste Flimmeranteil und der höchste Flimmerindex
angegeben werden müssen, gibt aber für keinen der beiden Werte einen maximal zulässigen Grenzwert an [2].
Der Verband für Festkörper-Beleuchtungssysteme und
-technologien (Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies, ASSIST) [3] definiert die Akzeptanzkriterien für Flimmern auf der Grundlage eigener
Tests. Nach den ASSIST-Kriterien ist bei 100 Hz ein
Flimmeranteil von mehr als 20 Prozent nicht hinnehmbar, während bei 120 Hz ein Flimmeranteil von mehr als
30 Prozent inakzeptabel ist.
Obwohl hier nicht erörtert, ist die Dimmfähigkeit ein wesentliches Kriterium für die Marktakzeptanz vieler Leuchten mit SSL-Technik. Die Veränderung des Eingangsstroms für die LED(s) einer Leuchte zum Zweck des Dimmens kann potenziell ein Flimmern des Beleuchtungskörpers verursachen.
Flimmern bei herkömmlichen Leuchten
Alle mit Wechselstrom betriebenen Lichtquellen flimmern – Leuchtstofflampen, Hochdruckentladungslampen (HID) und sogar Glühlampen. Außerdem erzeugen
viele traditionelle Lichtquellen ein merkliches Flimmern,
wenn sie sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähern. Tabelle 1 zeigt den Flimmerindex und den Flimmeranteil für
gängige Beleuchtungstechnologien.
Bild 1: Berechnung von Flimmeranteil und Flimmerindex
Bild 2: Korrelation zwischen Flimmeranteil und Flimmerindex
Technologie
Flimmer- Flimmerindex
anteil
Spiral-Kompaktleuchtstofflampe
0,02
7,7
Vier-Röhren-Kompaktleuchtstofflampe
mit magnetischem Vorschaltgerät [4]
0,11
37,0
T12-Leuchtstoffröhre mit magnetischem Vorschaltgerät[4]
0,07
28,4
Vier-Röhren-Kompaktleuchtstofflampe
mit elektronischem Vorschaltgerät [4]
0,00
1,8
25-W-Halogenlampe mit eingebautem Vorschaltgerät CMH PAR38 [4]
0,02
6,5
40-W-Halogenlampe R20 [4]
0,02
6,7
Halogenmetalldampflampe [5]
0,16
52
Natriumdampflampe [5]
0,30
95
Tabelle 1: Flimmerindex und Flimmeranteil für gängige
Beleuchtungstechnologien
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l 25
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LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
Opt. Touchscreens
Flimmern minimieren
Treiber f. Automotive
News
Der Flimmerbereich von Glühlampen ist von der thermischen Kapazität des Glühdrahts abhängig. Tabelle 2 gibt
die Abhängigkeit von Flimmerindex und Flimmeranteil
von der vom Netz gelieferten Wechselstromfrequenz
wieder. Wie die Tabelle zeigt, steigen bei niedrigeren Frequenzen die Modulationstiefe und das Flimmern an.
Frequenz
Merkmal
20 Hz
30 Hz
60 Hz
Flimmerindex
0,078
0,053
0,023
Flimmeranteil
25
17
8
Tabelle 2: Flimmeranteil und Flimmerindex für
­Glühlampen
Bild 4: CFL nach dem Warmlaufen
Bild 3 zeigt die Amplitude des Lichtstroms einer älteren
Kompaktleuchtstofflampe (CFL), die kurz vor dem Ende
ihrer Lebensdauer steht, direkt nach Einschalten des
Stroms. Die Amplitudenschwankungen sind groß genug,
um als Flimmern bemerkt zu werden.
Bild 5: Welligkeitsstrom am Treiberausgang
Bild 3: CFL-Flimmern nach Einschalten des Stroms
Bild 4 zeigt die Amplitude des Lichtstroms derselben
CFL, nachdem sie einige Minuten lang warmgelaufen ist
und einen stabilen Zustand erreicht hat. Die Amplitudenschwankungen sind zwar noch vorhanden, aber kleiner,
weshalb sie mit geringerer Wahrscheinlichkeit als Flimmern wahrgenommen werden.
LED-Tests
Bild 6: Gemessener Lichtstrom
Auch bei Festkörperlichtquellen (SSL) ist Flimmern nichts
Neues. Als neue Technologie wird SSL genauer unter die
Lupe genommen als die herkömmlichen Lichtquellen, die
es ersetzen soll. Dieses Vorgehen ist verständlich angesichts der vielen Probleme, die es mit Kompaktleucht­
stofflampen (CFL) gab, als sie auf den Markt kamen.
Mit dem Servicepaket für thermische, elektrische, mechanische, photometrische und optische Tests (TEMPO)
von Cree Services hat Cree Hunderte von SSL-Leuchten
von der Straßenlaterne bis hin zur MR16-Reflektorlampe
getestet. Im Vordergrund stand dabei die Welligkeits­
frequenz, die am Ausgang der LED-Treiber auftritt und
26 l LEDs und Power
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LEDs mit Strom versorgen
gewöhnlich beim Doppelten der Eingangsfrequenz liegt.
Wenn zum Beispiel die Frequenz der Eingangsspannung
60 Hz beträgt, liegt die Welligkeitsfrequenz bei 120 Hz.
Der Lichtstrom einer LED ist eng mit der Ausgangs-Wellenform ihres Treibers korreliert. Bild 5 zeigt die Wellenform eines von einem Treiber produzierten Welligkeitsstroms (gemessen mit Oszilloskop und Stromzange). Bild 6 zeigt die
resultierende Wellenform des Lichtstroms, der von einer an
den Treiber angeschlossenen LED erzeugt wird (gemessen
mit einem Fotosensor und einem an ein Oszilloskop angeschlossenen Verstärker). In diesem Beispiel schwankt der
Welligkeitsstrom des Treibers um 46 Prozent, und der resultierende Flimmeranteil der LED beträgt 36 Prozent.
Flimmern tritt auch bei der Pulsbreitenmodulation (PWM)
auf, einer häufig zum Dimmen von LEDs eingesetzten
Technologie. Bild 7 zeigt den Flimmerindex verglichen mit
dem Tastverhältnis einer Rechteckwelle bei drei verschiedenen Modulations-Prozentsätzen. Der schlechteste Flimmerindex mit einem Wert nahe 1,0 wäre bei einem Licht gegeben, das mit kurzen, niedrigfrequenten Impulsen blinkt.
Bild 7: Flimmerindex für Rechteckwelle
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse für 103 getestete SSL-Produkte, geordnet nach der Ausgangsfrequenz des Treibers. Annähernd zwei Drittel der Produkte erzeugten
Ausgangsstrom-Wellenformen mit 100 oder 120 Hz in
Abhängigkeit der vom Netz gelieferten Wechselstromfrequenz. Rund ein Viertel der Produkte hatte Treiber, die
Treiber-Ausgangs­
frequenz (Hz)
Getestete Anzahl
Prozentualer
Anteil
100
26
25 %
120
41
40 %
> 120 & < 10.000
8
8 %
Gleichstrom
28
27 %
Gesamt
103
Tabelle 3: Treiber-Ausgangsfrequenz für getestete
LED-Beleuchtungskörper und -Lampen
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unabhängig von der Frequenz der Eingangsspannung
einen weichen, gefilterten Gleichstrom produzierten.
Weniger als 8 Prozent hatten Ausgangsströme mit Frequenzen zwischen 120 Hz und 10 kHz.
Tabelle 4 zeigt, dass 69 Prozent der mit 100 Hz betriebenen Produkte und 71 Prozent der mit 120 Hz betriebenen
Produkte einen akzeptablen Flimmeranteil hatten. Daraus
ergibt sich ein gemeinsamer Durchschnitt von 70 Prozent.
Treiber-Ausgangsfrequenz (Hz)
100
120
Variabilität des
Flimmeranteils
Getestete
Anzahl
Prozentualer
Anteil
0–20 %
18
69 %
20–100 %
8
31 %
0–30 %
29
71 %
30–100 %
12
29 %
Tabelle 4: Flimmeranteil für LED-Leuchten und -Lampen
Kategorie­ Kategorie­
nummer
bezeichnung
Getestete
Anzahl
Minimaler
Flimmer­
anteil
Maximaler
Flimmer­
anteil
1
Lampe mit
Schraubsockel
12
13,1 %
58 %
2
Leuchtstoff­
röhren-Retrofit
6
18,5 %
41 %
3
MR16/GU10
4
1,7 %
76 %
4
Sonstige
Lampe
3
2,8 %
6 %
5
Straßen­
beleuchtung
10
1,1 %
97 %
6
Gewerbe­
beleuchtung
(High/low bay)
16
0,8 %
57 %
7
Lineare/
Muldenleuchten
16
0,7 %
47 %
8
Deckenstrahler
13
1,2 %
77 %
9
Sonstige Außen­
beleuchtung
18
1,6 %
37 %
10
Sonstige Innen­
beleuchtung
4
0,8 %
37 %
Tabelle 5: Schwankungsbereich des Flimmeranteils für
LED-Leuchten und -Lampen
Im Vergleich hierzu wiesen alle 28 Produkte mit Gleichstrom am Treiberausgang einen Flimmeranteil von maximal 10 Prozent auf, wobei 25 davon einen Flimmeranteil
von 5 Prozent hatten.
Tabelle 5 zeigt, dass der Flimmeranteil der getesteten
Produktkategorien von einem Höchstwert von 97 Prozent bis zu einem Tiefstwert von 0,7 Prozent reicht.
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Bild 8 zeigt die Variabilität des Flimmeranteils für die getesteten Produkte. Für die meisten Kategorien liegen die
Flimmeranteil-Werte in einem akzeptablen Bereich, es
gibt jedoch eine geringe Anzahl von Ausreißern am oberen Ende der Spanne. Im Falle der MR-16-Lampen (Kategorie 3) stammen zwei Ergebnisse vom selben Produkt. Bei einer Versorgung mit 12 V Gleichstrom betrug
der Flimmeranteil nur 5 Prozent, bei 12 V Wechselstrom
jedoch 76 Prozent.
Lösungen gegen das Flimmern
Folgende Maßnahmen können getroffen werden, um das
Flimmern in Leuchten mit SSL-Technik abhängig vom
Entwicklungsansatz zu minimieren. Bei der Entwicklung
Bild 8: Variabilität des Flimmeranteils
eines maßgeschneiderten Treibers für eine Leuchte sollte
die elektrische Kapazität am Treiberausgang aufgestockt
werden, um die Welligkeitsstromkomponente herauszufiltern. Dies geht zu Lasten der Systemzuverlässigkeit, besonders wenn Kondensatoren mit niedriger Qualität verwendet werden. Bei vielen Anwendungen, wie z. B. Retrofit-Lampen, ist es unter Umständen wegen Platzmangels
nicht möglich, ausreichend Kapazität aufzustocken.
Wenn sich ein Leuchtendesigner für den Einsatz eines
kommerziell erhältlichen (d. h. serienmäßigen) Treibers
entscheidet, sollte ein Treiber gewählt werden, der den
Welligkeitsstrom am Treiberausgang minimiert. Wenn keine Daten zum Welligkeitsgrad angegeben sind, ist es
wichtig, dass der technische Designer diese Daten vom
Treiberhersteller einholt, bevor er seine Entscheidung trifft.
Ein bisher nur am Rande erwähnter Grund für Flimmern
sind Kompatibilitätsprobleme mit Dimm- und Steuerschaltkreisen. Es ist wichtig festzustellen und zu verifizieren, ob die Produkte wirklich mit den im Beleuchtungssystem verwendeten Dimmern und sonstigen
Steuerschaltkreisen kompatibel sind. Probleme können
durch einen fehlerhaften Fotosensor oder Timer verursacht werden.
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Außerdem kann plötzliches, unregelmäßiges Flimmern
ein Hinweis auf ein anderes Problem im Beleuchtungssystem sein, wie z. B. lose Kabel- und Steckverbindungen. Mögliche Probleme mit der Stromversorgungsqualität können ebenfalls zu Stromschwankungen führen.
Wenn der Verdacht auf eine dieser Ursachen besteht, ist
es wichtig, weitere Nachforschungen anzustellen, um
potenzielle Sicherheitsrisiken zu vermeiden.
Die Testergebnisse einer Auswahl verschiedener SSL-Produkte zeigen eine breite Spanne beim Flimmerverhalten.
Die große Mehrzahl dieser Produkte schneidet jedoch genauso gut oder sogar besser als andere traditionelle Lichtquellen ab. Mit einem gut ausgelegten Treiber (d. h. einem
mit hochfrequentem Ausgangsstrom mit niedriger Welligkeit) kann das von einer SSL-Leuchte produzierte wahrnehmbare Flimmern reduziert werden. Einige Hersteller von
LED-Treibern geben die Welligkeit des Ausgangsstroms in
ihren Datenblättern an, andere nicht. Bei der Auswahl oder
Entwicklung eines Treibers für eine SSL-Leuchte sollte das
zu erwartende Flimmern besonders beachtet werden. Es
kann sonst passieren, dass man eine Leuchte mit hervor­
ragenden Eigenschaften entwickelt, die wegen eines so
leicht zu minimierenden Faktors wie dem Flimmern nicht
zur Installation ausgewählt wird.
Der Flimmerindex und der Flimmeranteil werden normalerweise nicht in Produktdatenblättern oder auf Etiketten
angegeben. Solange das so ist, muss der Leuchten­
designer diese Informationen unbedingt vom Leuchtmittelhersteller einholen oder die Leuchtmittel testen, um
das Flimmern direkt zu messen.
Weitere Informationen
[1] U.S. Department of Energy Building Technologies Office
Solid State Lighting Technology Fact Sheet (März 2013)
[2] Anforderungen des ENERGY STAR-Programms, Produktspezifikationen für Lampen (Glühlampen), Anspruchskriterien Version 1.0 www.energystar.gov/products/specs/sites/products/files/ENERGY%20STAR%20
Lamps%20V1%200%20Final%20Specification.pdf
[3]Flicker Parameters for Reducing Stroboscopic Effects
from Solid-state Lighting Systems, Band 11, Ausgabe 1
www.lrc.rpi.edu/programs/solidstate/assist/pdf/ARFlicker.pdf
[4] http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/
pdfs/ssl/poplawski_caliper_lightfair2011.pdf
[5]
http://www.cormusa.org/uploads/2012_2.10_
Bullough_CORM_2012_Stroboscopic_Effects.pdf;
Flimmerindex geschätzt
[6] Servicepaket für Thermische, Elektrische, Mechanische,
Photometrische und Optische Tests (TEMPO) von Cree.
http://www.cree.com/LED-Components-and-Modules/
Cree-Services
28 l LEDs und Power
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LED-Treiber für Frontscheinwerfer
Dimmbarer einkanaliger LED-Treiber für Tagfahrlichter und Frontleuchten
Autoren: Walter Trovò, Fabrizio Di Franco, Gianfranco Di Marco, STMicroelectronics
Prognosen besagen, dass Body Control Module (BCM), bisher die wichtigste
Anwendung im Bereich der Kfz-Karosserie, ihren Spitzenplatz künftig an die
Beleuchtungen abgeben werden. LEDs
etablieren sich rasch als wichtigstes
Leuchtmittel für Automotive-Anwendungen – speziell für Außenbeleuchtungen.
STMicroelectronics hat sein Portfolio
an LED-Treiber-ICs um den dimmbaren
einkanaligen LED-Treiber LED6001 erweitert. Dieser Baustein unterstützt mehrere Schaltungs-Topologien und ist speziell für Tagfahrlichter und Frontleuchten konzipiert.
High-Brightness LEDs wurden in den vergangenen Jahren
stetig weiterentwickelt, so dass sie inzwischen den Erwartungen des Markts gerecht werden. Kfz-Frontlichter gehören zu jener Gruppe von Anwendungen, die von den LEDs
der neuen Generation profitieren können. Kfz-Beleuchtungssysteme mit komplex gestalteten, attraktiven Mustern für die Tagfahrlichter können ebenso als markenspezifisches Erkennungsmerkmal dienen wie Multi-­
Spot-­
Fern- und Abblendlicht mit anspruchsvollen Funktionen
(z. B. intelligentes Leuchtweiten-Management, um den Gegenverkehr nicht zu blenden). Hierfür werden LED-Typen in
verschiedenen Formaten und Leistungen benötigt.
Getaktete LED-Treiber, die sich dank ihrer Flexibilität an
Mikrocontroller anschließen lassen, sind die Wahl für die
effiziente und zuverlässige Ansteuerung solcher LEDs.
Das gilt speziell für den Automotive-Bereich, der durch
extreme thermische Belastungen sowie hohe Anforderungen in Sachen Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit
gekennzeichnet ist.
•• Dem LED-Front-Modul, bestehend aus der PowerManagement-Einheit, LED-Treiber für Tagfahrlicht,
Fern- und Abblendlicht sowie einem programmierbaren 8-Bit-Mikrocontroller (MCU). Letzterer ist für die
Aufbereitung der Informationen für das CAN/LINNetzwerk zuständig und fungiert als Schnittstelle zu
den LED-Treibern.
Der vorliegende Artikel stellt die wichtigsten Eigenschaften
des LED-Treibers LED6001 dar. Zusätzlich wird auf die für
Automotive-­
Anwendungen konzipierten 8-Bit-Mikrocontroller der Reihe STM8A eingegangen, stets mit der Fokussierung auf wichtige Bauelemente für LED-bestückte Kfz-­
Frontlichter.
Bild 1 zeigt das Blockschaltbild eines typischen LED-­
bestückten Kfz-Frontlichts mit folgenden Baugruppen:
•• Dem Body Controller, der verschiedene Funktionen
integriert und als Gateway für die Kommunikation per
CAN (Controller Area Network) oder LIN (Local Interconnect Network) dient.
Bild 1: Typisches Blockschaltbild mit LED-bestückten
Tagfahrlichtern und Frontscheinwerfern
Elektor Business Special supplement-LED-03-14_s29-31_stm_04.indd 29
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LEDs mit Strom versorgen
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PWM-dimmbarer einkanaliger LED-Treiber
Der LED6001 besitzt einen Ausgang zur Ansteuerung
von High-Brightness-LEDs und kann Serienschaltungen
aus mehreren LEDs mit mittleren bis hohen Stromstärken ansteuern. Der nativ auf einer Boost-Topologie
(Bild 2) basierende Baustein lässt sich ohne weiteres
auch für Floating Buck-Boost- und SEPIC-Schaltungen
nutzen. Die Schaltfrequenz des Aufwärtswandlers kann
im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz eingestellt werden,
und der Gate-Treiber gestattet – abgestimmt auf die Anforderungen der jeweiligen Applikation – den Einsatz unterschiedlicher externer Leistungs-MOSFETs.
Bild 3: Aufwärtswandler als LED-Treiber mit highseitigem Schalter für die Dimmung
Bild 2: Typische LED-Treiber-Lösung mit Aufwärtswandler
Der für Kfz- und Straßenbeleuchtungen konzipierte
LED6001 weist eine geringe Stromaufnahme im Shutdown-Status auf (weniger als 10 µA bei 12 V). Damit der
Aufwärtswandler den LED-Strom regeln kann, wird dieser
über einen high-seitigen Messwiderstand erfasst. Die Helligkeit der LEDs kann sowohl durch ein PWM-Signal als
auch durch direktes Verstellen des LED-Stroms (analoge
Dimmung) variiert werden. Gesteuert wird der LED6001
über einen Pin (PWMI), der einerseits für die PWM-Dimmung genutzt wird und andererseits der Enable/Dis­ableFunktion dient (ein Timer schaltet den Baustein ab, wenn
länger als 10 ms kein PWM-Signal anliegt). Ein kleiner Gate-Treiber, der ein Abbild des PWM-Steuersignals ausgibt,
wird zur Ansteuerung eines zur Dimmung dienenden externen N-Kanal-Leistungs-MOSFET verwendet, der mit
dem LED-String in Reihe geschaltet ist und mit dem sich
der LED-Strom modulieren lässt.
Die Vorteile der high-seitigen Erfassung des Ist-Stroms zeigen sich in Anwendungen mit massebezogenen LED-­
Strings sowie überall dort, wo ein effektiver Schutz bei Kurzschlüssen der Ausgangsanschlüsse gegen Masse benötigt
wird. Im letzteren Fall muss zur Dimmung ein high-seitiger
P-Kanal-Leistungs-MOSFET verwendet werden (Bild 3).
Der nominelle Spannungsabfall am Messwiderstand für
den LED-Strom (und damit die Gegenkopplungsspannung) ist durch die Regelschleife auf 300 mV festgelegt.
Über die Spannung am Pin ADIM ist es möglich, die Gegenkopplungs-Referenz auf 30 mV abzusenken, was den
LED-Strom entsprechend reduziert (analoge Dimmung).
Dieses direkte Verstellen des LED-Stroms sorgt für eine
flimmerfreie und rauscharme Dimmung. Allerdings kann
die LED-Helligkeit nicht auf weniger als ein Zehntel reduziert werden und bei einigen LEDs können bei niedrigen
Stromstärken erhebliche Farbverschiebungen auftreten.
Überaus nützlich ist die analoge Dimmerfunktion, wenn
sie nicht als Haupt-Dimmungstechnik verwendet, sondern mit der PWM-Funktion kombiniert wird.
In Automotive-Anwendungen ist die Temperatur des verwendeten LED-Clusters von größter Wichtigkeit für die
Zuverlässigkeit und Lebensdauer der LEDs. Ein in der
Nähe der LEDs platzierter Thermistor (Bild 4) kann als
Bestandteil eines Spannungsteilers genutzt werden,
dessen Ausgang mit dem ADIM-Pin verbunden wird. Solange die erfasste Temperatur unterhalb des kritischen
Grenzwerts liegt, ist die Spannung am ADIM-Pin größer
als die Ansprechschwelle (1,2 V), so dass der volle Strom
verfügbar ist. In diesem Fall wird für den LED-Strom eine
Regelgenauigkeit von 4 % über den gesamten Temperaturbereich von -40 °C bis +125 °C garantiert. Sobald die
Spannung am ADIM-Pin infolge eines Temperaturan-
Bild 4: Rück­
meldung der
LED-­Temperatur
über die analoge
Dimmungs­
steuerung
30 l LEDs und Power
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
stiegs sinkt, wird ein neuer Arbeitspunkt eingestellt, um
die Temperatur der LEDs konstant zu halten.
Ein Kühlen der LEDs ist bei Straßenbeleuchtungen, die mit
überdimensionierten Kühlkörpern ausgestattet werden
können, normalerweise ein nachrangiger Aspekt. Hier bietet es sich an, eine von der Umgebungshelligkeit geführte
analoge Dimmung zu nutzen, um beispielsweise die Batterielebensdauer nicht netzgespeister Leuchten zu erhöhen
oder ergänzend zur zentralen Steuerung eine hilfsweise
Tag/Nacht-Umschaltung zu implementieren (Bild 5).
Opt. Touchscreens
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Wenn die Bordnetzspannung ganz langsam absinkt (ein
entsprechender Test simuliert ein mit eingeschalteten
Scheinwerfern abgestelltes Auto), arbeitet der Aufwärtswandler mit hohem Eingangsstrom und einem hohen
Drain-Strom am Leistungsschalter. Wäre die vom Gate-­
Treiber erzeugte Gate-Source-Spannung nicht hoch genug, könnten die Leitungsverluste für derart lange Zeit­
räume inakzeptabel hoch werden.
Bild 5: Der Umgebungslicht-Sensor wirkt auf
die analoge Dimmungssteuerung
In den LED6001 integriert sind elementare Schutzfunktionen für den Aufwärtswandler-Teil (Überspannung am Ausgang, Überstrom am Haupt-Schaltelement, nicht selbsthaltende Übertemperatur-Abschaltung). Hinzu kommen
weitere Schutzvorkehrungen, um die externen Bauelemente und den LED-String im Störungsfall vor Schäden
zu bewahren. LED-Überströme sowie unterbrochene Verbindungen zum Gegenkopplungssignal oder zum LED-­
String werden durch Überwachung der jeweiligen Pins erkannt und entsprechend gehandhabt. Über einen speziellen Anschluss, nämlich den Open-Drain-Pin XFAULT, werden Statusinformationen an das System ausgegeben.
Häufig, so zum Beispiel in Automotive-Anwendungen,
schwankt die Eingangsspannung des LED-Treibers über
einen weiten Bereich. In bestimmten Anwendungen sind
sowohl die Eingangsspannung als auch die Ausgangsspannung (bedingt durch die Anzahl der LEDs) Änderungen unterworfen. In diesen Fällen ist die Floating BuckBoost- oder die SEPIC-Topologie zu bevorzugen (Bild 6).
In den LED6001 sind einige Low-Dropout-Linearregler für
die Versorgung des Bausteins selbst (3,3 V) und des
Gate-­Treibers (5 V) integriert. Beide Spannungen werden
überwacht und der Baustein arbeitet nicht, wenn eine der
Spannungen unter einem bestimmten Grenzwert liegt.
Für die Versorgung des Gate-Treibers ist beispielsweise
eine Mindestspannung von 4 V festgelegt. Dies mag wie
eine Restriktion erscheinen, hilft aber zu verhindern,
dass der als Haupt-Schaltelement dienende externe
Leistungs-MOSFET unter bestimmten Umständen aus
seinem sicheren Arbeitsbereich S(OA) herausgerät.
Bild 6: Typische LED-Treiberlösung mit SEPIC-­
Wandler
Für Automotive-Anwendungen: Die
8-Bit-Mikrocontroller der Reihe STM8A
Ausgelegt für die Einhaltung hoher Zuverlässigkeitsstandards, orientiert sich die STM8A-Reihe von 8-Bit-FlashMikrocontrollern von STMicroelectronics an den spezifischen Anforderungen von Automotive-Applikationen.
Das integrierte Daten-EEPROM bietet über den vollen
Temperaturbereich hinweg Spitzenwerte in Sachen Endurance und Datenerhalt. Die Mikrocontroller arbeiten in
einem Umgebungstemperaturbereich von bis zu 150 °C.
Alle STM8A-Bausteine enthalten ein nicht-invasives Debug-Modul, auf das über ein Single-Wire-Modul (SWIM)
zugegriffen wird. Hard- und Softwareingenieure können
dank dieses Features ihre Applikationen mit einer
I/O-Leitung und ohne Inanspruchnahme von MCU-Ressourcen erstellen und debuggen. RAM mit Echtzeit-­
Schreib-Lesezugriffen, Sofortzugriff auf Register, kein
Wait, kein Stall und die Verfügbarkeit unbegrenzt vieler
Breakpoints an sämtlichen Speicher-Instruktionen stehen den Anwendern zur Verfügung.
Systemdesigner und Ingenieure, die an LED-Frontlichtmodulen für Automobile arbeiten, können den STM8AF, jetzt
mit dem getakteten LED-Treiber LED6001 kombinieren.
www.st.com/led bzw.
www.st.com/stm8a
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LightSpion – Portables
Goniophotometer
Das
portable
Lichtmess-System
LightSpion
ermöglicht
einfache,
schnelle und akkurate Messungen
von Abstrahlwinkel (Lichtverteilungskurve LVK), Lichtstrom, Farbwiedergabeindex (CRI), Farbtemperatur und
die Effizienz in Lumen pro Watt.
Dieses Goniometer beinhaltet u. a.
ein vorkalibriertes Spektrometer für
den Bereich 360–830 nm und einen
Leistungsanalysator. Eine komplette
spektrale Analyse mit Leistungsmessung dauert nur 30 Sekunden.
•• Maximale
Lichtquellengröße:
220 mm (mit Extender)
•• 2 unterschiedliche Messabstände
wählbar
•• Großer Messbereich: 10 
lm –
10.000 lm
•• Vorkalibrierte Plug & Play-Lösung
•• Komplette Charakterisierung einer
Lichtquelle in 30 Sekunden.
•• Messungen gemäß neuer EU Verordnung: EU No 1194/2012
Für weitere Fragen steht Ihnen Herr
Robert Kardinal unter 08142/6520
119 oder per E-Mail robert.kardinal@
acalbfi.de zur Verfügung. Unser Gesamtes Produktportfolio finden Sie
unter www.acalbfi.de
Code Mercenaries präsentiert auf der electronica 2014 einen 4-kanaligen,
intelligenten und programmierbaren LED-Treiber
Der LED-Warrior04 verfügt über I2C,
DMX512 und DALI-Schnittstellen.
Bluetooth LE kann über ein optionales
Modul ergänzt werden.
Im Einsatz ist der LED-Warrior04 sehr
flexibel. Die vier Kanäle arbeiten unabhängig voneinander. Der Strom ist
für jeden Kanal einzeln von 200 bis
1000 mA in Schritten von 5 mA einstellbar. Zusätzlich wird für jeden Kanal die Helligkeit mit jeweils einer internen PWM mit 12 
Bit, also
4096 Schritten, gesteuert.
Durch die Programmierbarkeit des LED-­
Stromes ist die Ansteuerung vieler unterschiedlicher LED-Typen mit nur einem Vorschaltgerätetyp möglich. Die
hohe Auflösung bei der Helligkeitssteuerung erlaubt präzise Farb­mischungen
oder den Abgleich der Helligkeit von
mehreren LED-Gruppen.
I2C, DMX512, DALI und Bluetooth erlauben eine direkte Steuerung der vier
Kanäle. Über die I2C-Schnittstelle
kann der LED-Warrior04 vorprogrammiert werden, um dann mit externer
Steuerung oder eigenständig zu arbeiten. Für den unabhängigen Betrieb können zeitliche Helligkeitsverläufe eingestellt werden, die autarke Lichtszenarien, wie Auf- und Abblenden
oder Farbverläufe ergeben.
Die I2C-Schnittstelle kann auch als
Serviceschnittstelle verwendet werden, um z. B. installierte Leuchten im
Betrieb zu kalibrieren.
Der LED-Warrior04 läuft mit Eingangsspannungen von 7 bis 32 V und
liefert maximal 4 × 25 W an die angeschlossenen LEDs bei bis zu 94 % Effizienz.
Ab sofort können Sie diesen Controller
direkt bei Code Mercenaries und unse-
ren Handelspartnern bestellen. Per eMail an sales@codemercs.com oder
per Fax: 03379-20509-30. Auf unserer
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Besuchen Sie uns vom 11.11. –
14.11.2014 an unserem Messestand
auf der electronica-Messe in Halle A4,
Stand 131/2
Eva-Plattform STLUX für Lichtsysteme
Die aus Demo-Boards, einem grafischen Konfigurator, Softwarebibliotheken und einem Compiler bestehende
Entwicklungsumgebung
­STLUX von STMicroelectronics ist für
den Start von Designs mit dem
STLUX385A vorgesehen. Der Bau­
stein gehört zu einer Beleuchtungs­
controller-Familie mit digitaler Steuerungstechnik. ST stellt die STLUX-­
Entwicklungsumgebung mit einem
Plug-and-Play-fähigen Demo-Board
vor, das alle Funktionen des STLUX385A implementiert. Außerdem
32 l LEDs und Power
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Übertemperatur-Schutz
LED-spezifische Tests
LEDs mit Strom versorgen
verfügt es über ein Ökosystem zum
Programmieren von PWM-Wellenformen mithilfe der sechs in den Chip integrierten digitalen SMED-Controller
(State Machines Event Driven). STLUX385A unterstützt außerdem die
Smart Grid-Anbindung und die DALIKommunikation. Mithilfe der Entwicklungsumgebung können Designer den
Opt. Touchscreens
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Controller über eine serielle Schnittstelle und eine Konsole steuern. STLUX385A enthält sechs SMEDs mit einer Reaktionszeit von 10 ns, vier Analog-Komparatoren mit intern erzeugten und externen Referenzen, einen
A/D-Wandler mit einem 8-kanaligen
Sequencer, nativer ­DALI-­Funktionalität,
eingebautem
Speicher
(darunter
Treiber f. Automotive
News
32 
KByte Programm-Flash), serielle
und I²C-Kommunikationskanäle sowie
einen STM8-Mikrocontroller. Zum
Umfang der Entwicklungsumgebung
gehört ein Compiler für den Mikrocontroller samt dem zugehörigen InCircuit-­Debugger/Programmer.
http://www.st.com
Infrarot-Sender mit integrierter Linse
Einen 850-nm-Infrarot-Sender im
3,85 mm × 3,85 mm × 2,24 mm TopView-SMD-Gehäuse stellt Vishay her.
Der auf der SurfLight Oberflächenstrahlerchip-Technologie basierende VSMY98545 besitzt eine integrierte Linse. Der Chip hat einen
Sperrschicht-zu-Anschluss-Wärmewiderstand von 10 K/W und erlaubt
Treiberströme bis 1 A (Dauer) bzw.
5 A (gepulst). Die integrierte Linse hat
einen Halbwertwinkel von ±45°. Daraus resultiert eine Strahlungs­
intensität von 350 mW/sr bei 1 A bzw.
1600 mW/sr bei 5 A (gepulst). Durch
die Treiberstrombelastbarkeit und
optische Leistung von bis zu 660 mW
bei 1 A kann der Sender mehrere herkömmliche SMD-­
Infrarotsender ersetzen. Er ist eine Lösung als Lichtquelle
für
Videoüberwachungs­
kameras, Spiele, Mautsysteme und
Weitbereich-­Näherungssensoren wie
z. 
B. Anwesenheitsdetektoren zum
Aufwecken von Bürogeräten. Der Infrarotsender bietet Schaltgeschwindigkeiten bis hinab zu 15 ns und
Durchlass­
spannungen bis hinab zu
1,8 V bei 1 A. Das Bauteil ist für den
Betriebstemperaturbereich
von
-40 °C bis +95 °C ausgelegt.
http://www.vishay.com
200 Lumen pro Watt
Die XLamp XP-L LED von Cree ist
eine Single-Die-LED, die eine Effizienz von bis zu 200 Lumen pro Watt
bei 350 × < mA erreicht. In einem
­Gehäuse von 3,45 mm × 3,45 mm
stellt sie bis zu 1226 Lumen bereit.
Charakterisiert und gebinnt bei
1050 mA und 85 Grad Celsius stehen
die LEDs mit CRI-Werten (Color Rendering Index) von bis zu 90 sowie
Farbtemperaturen im Bereich 2700 K
bis 8300 K zur Verfügung. Bei der
XP-L LED handelt es sich um eine
Weiterentwicklung der Cree XLamp
XM-L2.
http://www.cree.com
Download: LED-Kennlinien von Osram
Ein Online-Tool von Osram Opto Semiconductors bietet LED-Kennlinien
zum Herunterladen an. Das Online-­
Portal LED Information Base (LIB) umfasst das komplette Portfolio an LEDs
im sichtbaren Wellenlängenbereich.
Die LEDs sind für Anwendungen in
den Bereichen Automobil, Industrie,
Konsumer und Allgemeinbeleuchtung
geeignet. Nutzer können dort Bauteile
finden und erhalten die Kennlinien in
digitaler Form. Die Datenbank umfasst derzeit hunderte Produktvarian-
ten und wird ständig aktualisiert. In
LIB wählt man die passende LED aus,
klickt die benötigten Daten an und erhält die Rohdaten als Excel-Datei zum
Download. Verfügbar sind unter anderem strom- und temperaturabhängige Kennlinien, Abstrahlcharakteristika sowie typische Emissionsspektren. Für einen passwortgeschützten
Zugang ist eine Online-Registrierung
unter Angabe von Name, Firma und
E-Mail-Adresse nötig.
https://apps.osram-os.com
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Impressum
Redaktion
Rolf Hähle (Chefredakteur, v.i.S.d.P.)
E-Mail: r.haehle@elektor.de
Jens Nickel, Hartmut Rogge
Elektor Business Special
LEDs und Power
3. Ausgabe – November 2014
Das Elektor Business Special erscheint mit
unterschiedlichen Schwerpunkten 3x im Jahr
in Print-Form mit einer Auflage von 20.000
Stück. Es bietet Elektronik-Ingenieuren Informationen und Einblicke in die neuesten Produkte und Techniken aus der Industrie.
Verlag
Elektor-Verlag GmbH
Süsterfeldstraße 25, 52072 Aachen
Tel. 02 41/88 909-0
Fax 02 41/88 909-77
www.elektor.de
Hauptsitz des Verlages
Elektor International Media
Allee 1
NL-6141 AV Limbricht
www.eimworld.com
Gestaltung und Layout
InterMedia – Lemke e. K., Ratingen
etcetera.de, Aachen (Covergestaltung)
Druck
Senefelder Misset, Doetinchem (NL)
Bildnachweise
S. 3, 6: © marigold_88 – Fotolia.com
S. 1: © vege – Fotolia.com
S. 1, 3, 29: © Sergey Nivens – Fotolia.com
S. 3, 14: © Pupkis – Fotolia.com
Herausgeber
Ferdinand te Walvaart
Geschäftsführer
Donatus Akkermans
Anzeigen
Margriet Debeij (Leitung)
Tel. 02 41/88 909-13
m.debeij@elektor.de
Julia Grotenrath
Tel. 02 41/88 909-16
j.grotenrath@elektor.de
Inserentenverzeichnis
Digi-Key
Osram
Texas Instruments
Schukat
KCS
TBP
Infineon
RS Components
Seite 1, Seite 2
Seite 3
Seite 5
Seite 17
Seite 19
Seite 34
Seite 35
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© 2014 elektor international media b.v.
34 l LEDs und Power
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Technik
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