Die externe Beschaltung des Bausteins S6AL211A gestaltet sich einfacher als mit herkömmlichen Lösungen.

Die externe Beschaltung des Bausteins S6AL211A gestaltet sich einfacher als mit herkömmlichen Lösungen.Spansion

LEDs sind aus der Beleuchtungstechnik nicht mehr wegzudenken. Der Markt verändert sich fortlaufend und dabei geht es nicht nur um das Ersetzen fluoreszierender Röhren. Vielmehr lautet das Ziel, durch den Einsatz von LED-Technologie den Energieverbrauch zu senken und die Nutzerfreundlichkeit zu verbessern – sei es im vernetzten Zuhause (Smart Home) oder im Bereich der Konferenz- und Tagungstechnik. Interessant ist hier insbesondere die durch Sensoren gesteuerte Licht- und Farbregulierung, die sich an das Umfeld anpasst. Darüber hinaus erlaubt die geringe Größe der LED-Leuchtkörper völlig neue Bauformen für Lichtquellen.

Vernetzte Kommunikation

Die Vernetzung von Umwelt, Sensoren und LED-Lichtquelle benötigt ein Protokoll, das die Kommunikation zwischen der Lichtquelle, einem Beleuchterpult oder dem elektronischen Lichtschalter sowie den Sensoren ermöglicht. Es bieten sich das Digital Addressable Lighting Interface (DALI) und der in der Bühnen- und Veranstaltungstechnik weit verbreitete DMX512-Standard an. Zukünftige Entwicklungen werden es Hausbesitzern erlauben, über ihr Smartphone die Beleuchtung in den heimischen vier Wänden einzustellen und zu regulieren. Auch in der Beleuchtungstechnik für Tagungs- und Konferenzräume kommt diese Technologie immer mehr zum Einsatz.

Eckdaten

  • Single-Chip-Lösung
  • Mitglieder der S6AL211-Produktfamilie unterstützen DALI, DMX und Bluetooth Smart
  • Treiber-Vorstufen
  • Verstärker für Sensoren
  • LDOs
  • 72 W (18 W × 4 Kanäle), 5 LEDs in Reihe, 1 A
  • Helligkeitsregelung in 254 Schritten

Um Kommunikationsfunktion wie DALI in den Beleuchtungskreislauf einzubinden, muss der Entwickler jedoch mit komplexen elektronischen Komponenten arbeiten: Mikrocontroller wären sonst in der klassischen Beleuchtungstechnik nicht notwendig. Damit entstehen neue Herausforderungen für Entwickler von Beleuchtungsgeräten. Nun müssen sie zusätzlich zu ihren eigentlichen Fertigkeiten ebenfalls Wissen und Erfahrung in den Bereichen Software und Kommunikation mitbringen. Dies erschwert die Einführung einer Steuerung durch Kommunikationsfunktionen in die Entwicklung von Beleuchtungstechnologien deutlich.

Komponenten reduzieren

Soll beispielsweise eine LED-Leuchte mit DALI-Interface zum Anschluss an ein 24-V-Niederspannungsnetz entwickelt werden, musste der Entwickler bisher folgende Komponenten berücksichtigen:

  • LEDs mit Beschaltung
  • LED-Treiber-IC und Leistungstransistoren
  • Gleichspannungsregler (eventuell in den Treiber-IC integriert)
  • Mikrocontroller
  • Steuerprogramm für Mikrocontroller inklusive DALI-Protokoll-Programm
Spansion bietet Entwicklern ein Evaluationboard an, mit dem sich die ICs vermessen und verschiedenen Schaltungen testen lassen.

Spansion bietet Entwicklern ein Evaluationboard an, mit dem sich die ICs vermessen und verschiedenen Schaltungen testen lassen.Spansion

Dies lässt sich auch einfacher umsetzen: Beispielsweise mit LED-Treiber-ICs mit integriertem Kommunikationsprotokoll. Spansion hat kürzlich die S6AL211-Familie auf den Markt gebracht.

Es geht auch ohne MCU

Da hier das Protokoll schon im Baustein implementiert ist, muss man sich nicht mit zusätzlichen Programmierungsfragen abmühen. Die Entwickler können sich vollständig auf das Design und die Leistungsfähigkeit ihrer Beleuchtungskörper und -systeme konzentrieren. Somit reduzieren sich die benötigten Komponenten in obigem Beispiel auf:

  • LEDs mit Beschaltung
  • S6AL211-Baustein und Leistungstransistoren

Die Produkte der S6AL211-Familie bieten vier LED-Treiber-Kanäle mit den dazugehörigen Vorstufen und Gleichspannungs-Wandlern. Um den Schaltungsaufwand und Platzbedarf für die Entwickler von Leuchten möglichst gering zu halten, hat Spansion viele der nötigen externen Komponenten ebenfalls integriert. Neben analogen Schaltungen wie LDOs und der Verstärker für die Stromregelung ist auch die vollständige Protokolllogik integriert. Ein zusätzlicher Mikrocontroller, für den der Entwickler ein eigenes Programm entwerfen muss, entfällt also. Die Steuerung erlaubt die Helligkeit in 256 Stufen einzustellen, um einen Helligkeitsbereich von 0,1 % bis 100 % abzudecken. Bei einer Versorgungsspannung von 24 V lassen sich bis zu fünf Leuchtdioden pro Kanal mit 1 A betreiben.

Neben der DALI-Variante gibt es auch einen Chip, der per DMX und Bluetooth LE kommuniziert.

Neben der DALI-Variante gibt es auch einen Chip, der per DMX und Bluetooth LE kommuniziert.Spansion

Das erste Mitglied der Familie ist der S6AL211A31. Dieser Baustein hat das DALI-Protokoll nach IEC62386-101, -102 und -207 integriert. Für die Elektronik einer kompletten DALI-Systemleuchte werden außer dem S6AL211A31 und den LEDs nur noch ein Optokoppler als DALI-Phy, einige Wiederstände und Kondensatoren und pro Kanal zwei Transistoren, eine Spule und eine Diode benötigt. Protokollbedingt können bei diesem Baustein die vier Kanäle nicht voneinander unabhängig gesteuert werden.

Steuerung per Smartphone

Möchte man beispielsweise eine Steuerung von Stimmungsbeleuchtung über das Smartphone realisieren, so bietet der zweite Baustein der Familie, der S6AL211A94, die Möglichkeit dazu. Seine UART-Schnittstelle erlaubt die Verwendung von selbst entwickelten Bediengeräten und Übertragungswegen. Das Telefon müsste dann mit einer Bluetooth-LE-Schnittstelle und einer entsprechenden Applikation ausgestattet sein. Hierbei kann jeder der vier Kanäle mit LEDs einer anderen Farbe bestückt werden. Mit den Farben Rot – Grün – Blau – Weiß kann man das ganze Spektrum der Stimmungsfarben abdecken und so im heimischen Wohnzimmer oder auch in Tagungsräumen die richtige Atmosphäre schaffen um Energie für kommende Aufgaben zu tanken.

Sparmaßnahme

Einer Untersuchung der Universität Erlangen zu Folge, werden weltweit zirka 14 Milliarden Lichtquellen gekauft. Ungefähr 19 % des weltweiten Energieverbrauchs entfallen auf die Beleuchtung. Mit dem Einsatz von LED-Leuchtquellen können sowohl der Energieverbrauch als auch die Kosten für Instandhaltung und Betrieb deutlich gesenkt werden.