Farborte gezielt ansteuern und stabil halten RGB-LEDs ohne Farbsensor regeln

Ansteuerung und Regelung über ein RGB-LED-Modul

Um zu gewährleisten, dass auch ohne Farb- und Helligkeitssensor alle Leuchten im Fahrzeug bezüglich Farbe und Helligkeit gleich sind, bedarf es einiger Kniffe. Mentor hat dafür ein RGB-LED-Modul entwickelt, dessen Herzstück neben der verwendeten RGB-LED ein Mikrocontroller ist, in den der LIN-Transceiver, der LED-Treiber, der AD-Wandler und die Temperaturüberwachung integriert sind. Die nötige Mikrocontroller-Peripherie und die Platine sind so ausgelegt, dass das Leuchten-Modul ein minimales Volumen einnimmt und trotzdem die volle Funktionalität sichergestellt ist.

Um den prozessbedingten Schwankungen zu begegnen, wird das absolute Leistungsspektrum jedes LED-Moduls bei einer definierten Temperatur End-of-Line gemessen. Aus den gemessenen Daten werden im Anschluss Kalibrierparameter berechnet und in das EEPROM des Mikrocontrollers geschrieben. Das geschieht in einem vollständig automatisierten Prozess innerhalb weniger Sekunden. Zur dynamischen Kompensation der genannten Temperatureffekte wurden zunächst umfangreiche Messserien durchgeführt, bei denen man das Temperaturverhalten des verwendeten LED-Typs detailliert untersuchte. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen konnte ein mathematisches Modell erstellt werden, welches die Abhängigkeit von Farbe, Helligkeit und Vorwärtsspannung des LED-Typs von der Temperatur beschreibt.

Zur Ansteuerung der LED wurde nun ein komplexer Algorithmus entwickelt, der unter Verwendung der Kalibrierparameter, des mathematischen Modells und der fortlaufend gemessenen Temperatur die nötige Pulsweitenmodulation (PWM) berechnet, um die LED mit einer definierten Helligkeit in dem gewünschten Farbort leuchten zu lassen. Die Information über die Temperatur wird indirekt über die turnusmäßige Messung der Vorwärtsspannung der LED erhalten. Um eine Schädigung der LED und des Mikrocontrollers durch Übertemperatur zu vermeiden, wird beim Erreichen von vorher definierten Temperaturniveaus die Helligkeit der LED schrittweise heruntergedimmt. Mit der sogenannten Leuchtdichtekompensation ist es möglich, Helligkeitsunterschiede einfach auf Software-Ebene auszugleichen, die durch Unterschiede in der Effizienz der Optik sowie in der Größe der Lichtaustrittsfläche der späteren Beleuchtungsanwendungen hervorgerufen werden.

Die Kommunikation mit dem Leuchten-Modul erfolgt über das LIN-Bussystem des Fahrzeugs, über das neben der gewünschten Lichtfarbe und Helligkeit auch eine Dimmrampe für Farb- und Helligkeitswechsel übermittelt wird. Diese Parameter können vom Nutzer über eine beliebige Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) ausgewählt werden. Ein Prinzipschaltbild des RGB-LED-Moduls ist in Bild 1 zu sehen.