Im Mittelpunkt der ergonomischen Beleuchtung (Human-Centric Lighting, HCL) stehen die abstimmbaren weißen LEDs. Für die Implementierung von HCL ist es wesentlich Schaltungen zu entwickeln, die die weißen LEDs dimmen, die Farbtemperatur erkennen und regeln und dabei stets die erforderliche Helligkeit liefern. Dieser Beitrag beschreibt die Möglichkeiten des Beleuchtungsmoduls XMC1202-RGB von Infineon zum schnellen Prototyping mit abstimmbaren weißen LEDs.

Die Wirkung von Beleuchtung

Bild 1: Für die Regelung einer weißen LED sind zwei Kanäle notwendig: warmes und kaltes Weiß.

Bild 1: Für die Regelung einer weißen LED sind zwei Kanäle notwendig: warmes und kaltes Weiß. Infineon

HCL beruht darauf, dass die Veränderung des natürlichen Lichts im Lauf des Tages durch abstimmbare Hochleistungs-LEDs und Mikrocontroller imitiert wird. Morgens hat das Licht eine rötliche Farbtemperatur von etwa 3000 K; gegen Mittag liegt diese bei etwa 6500 K. Beim Menschen bewirkt diese Änderung der Farbtemperatur die Produktion verschiedener Hormone wie Melatonin, die eine wichtige Rolle für den menschlichen Schlafzyklus spielen.

Die Melatoninkonzentration ist nachts höher und am Tage geringer. Das menschliche Auge nimmt ebenfalls Lichtinformationen auf, vor allem den blauen Anteil des Umgebungslichts. Insbesondere die lichtempfindlichen Ganglienzellen der Netzhaut sind für einen schmalen Bereich des blauen Lichts der Wellenlänge um 480 nm empfindlich. Studien haben gezeigt, dass Licht mit einer hohen Blaukomponente im Spektrum die menschliche Leistung und Konzentration aktivieren und steigern kann. Wenn der Anteil dieser Blaukomponente sinkt, ruht sich der Körper aus und geht in einen ruhigeren und weniger produktiven Modus über.

In der Vergangenheit lag die Farbtemperatur nach Auswahl einer Glüh- oder Fluoreszenzlampe fest. Eine herkömmliche 3500-K-Lampe konnte eben auch nur eine Farbtemperatur von 3500 K liefern. LEDs sind dagegen in der Lage, ein breites Spektrum sichtbaren Lichts zu liefern, sodass sie auf künstliche Weise die Änderungen des natürlichen Lichts produzieren können. Dies gelingt mit regelbaren weißen LEDs, Treibern, Lichtsystemen und Steuerkanälen, mit denen sich die Farbtemperatur des ursprünglich weißen Lichts des Beleuchtungskörpers regeln lässt.

Eine abstimmbare weiße LED besteht in der Grundform aus zwei LED-Kanälen: einem kaltweißen und einem warmweißen Kanal (Bild 1). Die Steuerparameter sind dabei Helligkeit und Farbtemperatur. Diese sind typischerweise über einen Dimmschalter steuerbar, bei dem die Dimminformation im Spannungsverlauf und in der Ausgangsstromstärke besteht. Dieser einfache Ansatz verfügt noch nicht über die Auflösung und Stufenlosigkeit eines Regelungssystems auf Grundlage des Dali- oder DMX-Protokolls.

 

Wie sich die Steuerung von weißen LEDs von warm nach kalt nahezu stufenlos umsetzen lässt, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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