»Intelligente« Beleuchtung Mikrocontroller steuert Licht

LED-Leuchten zeichnen sich durch eine hohe Komplexität und Flexibilität sowie fortschrittliche Funktionen aus. Die Kompensation deren Alterung, die Zeilensteuerung Zeilen oder die dynamische Farbmischung sowie drahtlose Fernbedienung lassen sich mittels optimierter Mikrocontroller anpassen.

von Reiner Ziegelmeier, Senior Field Application Engineer bei Atmel und betreut dort globale Key Accounts.

Eine typische Architektur eines Halbleiter-Beleuchtungssystems (Solid-State Lighting, SSL) hat je nach Anwendung mehrere Funktionsblöcke unterschiedlicher Komplexität, die sich beliebig kombinieren lassen. Dabei bleibt das Grundkonzept immer gleich (Bild 1): Eine Gleichspannung am Eingang (eine Wechselspannung muss erst gleichgerichtet werden) treibt einen Gleichstrom, der die LEDs zum Leuchten bringt. Interne Regelkreise gewährleisten, dass das System unter allen Bedingungen stabil arbeitet und es bei Ausfall einer Komponente in einen sicheren Zustand bringt. Neben dem Ein-/Ausschalten und der Dimmfunktion, was beides bereits von der Glühlampe bekannt ist, gibt es neue Merkmale wie Farbwechsel und unterschiedliche Farbkonfigurationen. Diese erfordern allerdings neue, fortschrittliche Bedienoberflächen.

Normalerweise besteht eine Beleuchtungseinheit aus einem oder mehreren LED-Streifen mit rein weißen oder farbigen Leuchtdioden. Durch die Kombination von RGB-LEDs (Rot, Grün, Blau) lassen sich alle möglichen Farben erzeugen. Da diese Bauteile eine pn-Diode enthalten, haben sie in Durchlassrichtung einen charakteristischen Spannungsverlauf mit negativem Temperaturkoeffizienten. Zudem weisen sie eine gewisse Streuung im Hinblick auf die Fertigungstoleranz und die verschiedenen Lichtfarben auf. Deshalb empfehlen die Hersteller, LEDs mit Konstantstrom anzusteuern, um einen stabilen Betrieb sicherzustellen. Bei Anwendungen mit mehreren LED-Streifen sollte jeder Streifen unabhängig angesteuert werden und außerdem sollte ein Feinabgleich möglich sein, falls eine gemeinsame Steuerung vorgesehen ist. Als Schaltung zur Strombegrenzung können ein einfacher Widerstand, eine stromgesteuerte DC-Spannungsversorgung (auf der Basis eines Schaltreglers) und/oder eine Pulsweitenmodulation (PWM) dienen.

Außer der bekannten analogen Dimmersteuerung von klassischen Leuchten für den Wohnbereich (Phasenanschnitt der Netzspannung und analoges Dimmen der Stromversorgung) sowie der bereits verwendeten Helligkeitssteuerung bei professionellen Beleuchtungen, wie analoges Dimmen mit 0-10 V (definiert in IEC 60929 Annex E), Logiksteuerung, DMX512 (ANSI E1.11-2004) und DALI (Digital Addressable Lighting Interface, IEC 60929), werden derzeit neue Dimm-Möglichkeiten entwickelt oder wurden bereits standardisiert. ZigBee for Light Link (ZLL) ist die derzeit populärste. Weitere Verfahren, die hauptsächlich auf anderen ZigBee-Profilen, Wi-Fi oder Bluetooth basieren, werden gerade untersucht.