Optoelektronik
Entwicklung von LED-Scheinwerfern
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Ansteuerelektronik spezifisch realisieren
Bei herkömmlichen Halogen- oder Xenonlampen werden Standardlasten angesteuert. Das ist bei Leuchtdioden nicht mehr der Fall. Mit jedem Fahrzeug-Facelift oder einer komplett neuen Fahrzeugentwicklung sind völlig neue LED-Funktionen zu entwickeln. Das richtige Wandler- und Ansteuerungskonzept war und ist daher nach wie vor schwer zu standardisieren. Durch die mannigfaltigen Design-Vorgaben, wie Anzahl, Typ oder Bestromung der LED, und die breite Lieferantenlandschaft wurden zunächst baureihen- oder lieferantenspezifische Lösungen umgesetzt. Um eine größere Unabhängigkeit von diversen Lieferanten zu erreichen und einen Stückzahleffekt für die Ansteuerelektronik zu erzielen, was letztendlich für einen akzeptablen Preis sorgt, wurde ein Standard hinsichtlich der Ansteuerung geschaffen. Mit dem LED-Leistungsmodul (Bild 5), das es in einer Minimal- und einer Maximalbestückungsvariante gibt, ist man in bestimmten Bereichen in Hinsicht auf LED-Anzahl, Vorwärtsspannungen oder Bestromung flexibel und erfüllt eine standardisierte Schnittstelle zum Scheinwerfer und zum zentralen Body-Computer.
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Die Umsetzung dieser Standardisierungen erfolgte für die Tagfahrlicht- und Blinklichtansteuerung (Bild 6) sowie für die Abblend- und Fernlichtansteuerung. Dadurch kommen in manchen Fahrzeugen bis zu drei Leistungsmodule am Scheinwerfer zum Einsatz. Um diese Package-Problematik zu lösen, sind weitere Zusammenführungen von Steuergeräten notwendig. Diese erfordern genaue Festlegungen, welche Ansteuervarianten zukünftig in den Fahrzeugen verbaut werden. Wie werden die zukünftigen LED-Scheinwerfer aussehen, welche LED-Typen werden verbaut werden, werden licht- und leistungsschwächere Scheinwerfer entwickelt, welche Funktionen werden umgesetzt, in welcher Einbaurate werden diese dann vom Kunden bestellt, welche zukünftigen Entwicklungen werden wann relevant? Aus dieser komplexen Entscheidungsmatrix müssen unter Berücksichtigung unternehmensspezifischer Produktentscheidungen weitere Standardisierungen ins Auge gefasst werden.
Die technischen Herausforderungen sind angesichts dessen, fast schon einfach zu nennen. Die Ansteuerung muss in der Lage sein, flexibel unterschiedliche LED-Anzahlen, Helligkeitsklassen und Vorwärtsspannungsklassen bei variierenden Fertigungstoleranzen anzusteuern. Dabei soll die Helligkeit in sämtlichen Betriebszuständen und auch bei variablen Versorgungsspannungen konstant bleiben.
Aus diesem Grund reicht es nicht, wenn es einen ASIC gibt, der diese Flexibilität besitzt – relevant ist die Gesamtschaltung. Hier beschränkt die notwendige analoge Beschaltung schnell den Punkt Flexibilität. Kodierbare Bestückungsvarianten sind an dieser Stelle meist nötig.
Für die konzeptionelle Auslegung des Schaltplans ergeben sich weitere Randparameter, die allesamt nicht trivial zu lösen sind und sich gegenseitig beeinflussen. Die Ausgangsspannung ist bereits die erste große Unbekannte. Die LED selbst benötigt eine Vorwärtsspannung zwischen 3 und 4 V in Reihe geschaltet. Bei diversen Betriebszuständen sind für das Tagfahrlicht in manchen Auslegungen bis zu 100 V notwendig. Diese Betriebszustände in Kombination mit Worst-Case-Toleranzbetrachtungen erklären die unbedingt zu berücksichtigenden Arbeitspunktverschiebungen. LED-Toleranzen, Helligkeitsklassen und Temperaturschwankungen nehmen hier einen starken Einfluss, der die Schaltungsauslegung prinzipiell in Frage stellen kann.
- Entwicklung von LED-Scheinwerfern
- Temperatur-Management im Fokus
- Ansteuerelektronik spezifisch realisieren
- Fehleranalyse und -behebung
- LED-Lichtquelle im Mittelpunkt
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