»Cool-Drivers«-Projekt als Bestandteil des Spitzenclusters »Cool Silicon« Forschungsvorhaben erhöht die Effizienz von LEDs und Elektromotoren

Auch bei LEDs gibt es noch Potential, Energie einzusparen und zugleich die Lichtausbeute zu steigern. Durch spezielle Ansteuer-Schaltungen für Elektromotoren lässt sich der Stromverbrauch ebenfalls reduzieren. Diese Einsparmöglichkeiten will das Projekt »Cool Drivers« des Spitzenclusters »Cool Silicon« in Sachsen erschließen.

Unter Federführung von X-Fab Dresden, der Dresdner Tochter des Erfurter Halbleiterunternehmens X-Fab Semiconductor Foundries, entwickeln die Forscher in drei Teilprojekten integrierte Motorsteuerungen und LED-Ansteuerungen sowie die dafür erforderlichen Halbleiter-Bauelemente und Fertigungsprozesse. »Cool Drivers« wird im Rahmen des Förderprogramms IKT 2020 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt. Für das Vorhaben sind über einen Zeitraum von drei Jahren Fördermittel in Höhe von etwa 1 Mio. Euro bewilligt.

Um die Energieeffizienz von Leuchtmitteln und Elektroantrieben zu verbessern, gibt es verschiedene Ansätze, die im »Cool-Drivers«-Projekt untersucht werden sollen. »Eine Erhöhung des Wirkungsgrades ist bereits durch einen optimierten elektronisch geregelten Leistungsfluss vom Netz zum Verbraucher zu erreichen«, erläutert Projektkoordinator Roberto Gärtner, Director Process Characterization bei der X-Fab Group, den Ansatz. Die Forscher beschäftigen sich zudem mit der Verringerung von Koppelverlusten in Mehrantriebssystemen durch eine schnelle und echtzeitfähige Kommunikationstechnik und suchen nach Wegen zur Minimierung des Eigenverbrauchs der Leistungselektronik durch eine optimierte Integration und Partitionierung der einzelnen Komponenten. Die komplexen Regelalgorithmen, die die Forscher entwickeln, werden mittels einer Ultra-Low-Power-Technik integriert und mit der Ansteuerelektronik und den Kommunikationskomponenten als Multi-Chip-Modul demonstriert. Dabei übernehmen die beteiligten Projektpartner klar umrissene Aufgabenpakete.

Zusätzlich zur Koordination des »Cool-Drivers«-Projekts entwickelt X-Fab Dresden Verfahren für Entwurf und Fertigung der ICs, die in dem Projekt entstehen werden. X-Fab wird die von den übrigen Partnern entwickelten Bausteine produzieren und ihre Zuverlässigkeit untersuchen.

Die PE GmbH aus Kesselsdorf bei Dresden wird einen ASIC entwerfen, der die bisher üblichen Vorschaltgeräte für LEDs ersetzen und damit ihre Nachteile beseitigen soll. »Die bislang gebräuchlichen Schaltnetzteile verursachen auf der Energieversorgerseite Störstrahlung im jeweiligen Hausstromnetz«, verlautete dazu aus dem Unternehmen. »Bei Leuchtmitteln über 25 W ist eine Leistungsfaktorkorrektur gesetzlich vorgeschrieben, die diese unerwünschten Nebenerscheinungen verhindert. Die Leistungen von LED-Leuchten bleiben aber in der Regel unterhalb dieser gesetzlichen Grenze.«

Die Idee der Dresdner Forscher: Die Konstantstromerzeugung für LED-Beleuchtungen gleich mit der Leistungsfaktorkorrektur verbinden - und zwar in einem Schaltkreis, der obendrein mit einer Kommunikationsfunktion ausgestattet ist. Dies ermöglicht eine Steuerung der LED-Lampe über das konventionelle Leitungsnetz. Die Lampe lässt sich über den »digitalen Schalter« ein- und ausschalten sowie dimmen, was den Einsatz von LED-Beleuchtungen in normalen Lampensockeln denkbar macht. PE wird mit der Technik von X-Fab einen solchen Chip entwickeln und im Anschluss an das Projekt zur Marktreife führen.