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LED-Treiber-IC und PoE-IC kombiniert

Intelligente vernetzte Beleuchtung einfach realisiert

12. April 2023, 9:05 Uhr | Nicole Wörner

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Vernetzte Beleuchtungssysteme umsetzen

Eine Möglichkeit, eine Leuchte mit digitaler Datenanbindung auszustatten, wäre der Einbau eines Wi-Fi-/WLAN-Funkmoduls. Weil Funksignale jedoch je nach Standort und Art der Baumaterialien zwischen dem Standort und dem nächstgelegenen Zugangspunkt unterschiedlich stark gedämpft werden, kann dies die Geschwindigkeit als auch die Zuverlässigkeit der Datenkommunikation beeinträchtigen. Ein besserer Ansatz ist es, jede Leuchte mit einer Ethernet-Schnittstelle auszustatten. Dies würde allerdings das Verlegen von Cat5/6-Twisted-Pair-Kabeln zum Standort jeder Leuchte erfordern, was zu einem doppelten Verkabelungsaufwand führt (vorausgesetzt, die Netzverkabelung ist bereits geplant). Damit einher gehen steigende Kosten und ein höherer Installationsaufwand.

Idealerweise sollte eine vernetzte Beleuchtungslösung nur ein einziges Kabel benötigen, das sowohl die Stromversorgung (für die LEDs, Kameras und intelligenten Sensoren) als auch bidirektionale Daten von denselben Geräten zu einer Fernsteuerung überträgt. Dies hätte den erheblichen Vorteil, dass keine separate Netzverkabelung zu jeder Leuchte verlegt werden muss. PoE ist für diesen Zweck ideal geeignet, da die Technik Gleichspannung zur Stromversorgung von Geräten und Netzwerkdaten mit der Geschwindigkeit des implementierten Ethernet-Standards bereitstellt.

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Vollständig integrierte Lösung

PoE-vernetzte Leuchten verwenden derzeit einen separaten Treiber-IC für die LED-Lichtquelle und einen PoE-Schnittstellen-IC für die Stromversorgung über Ethernet. Der NCL31010 von onsemi integriert jetzt beide Komponenten in einem einzigen Gehäuse, das als Basis für ein vollständig vernetztes und verwaltetes Beleuchtungssystem verwendet werden kann.

Der Baustein ist PoE-konform (stellt über 90 W Systemleistung bereit) und ist nach IEEE802.3bt/at/af zertifiziert. Der Abwärts-/Buck-LED-Treiber hat einen Wirkungsgrad von 97 % und unterstützt Analog- und PWM-Dimmen mit hoher Bandbreite und hoher Linearität (bis auf Nullstrom), wobei Spread-Spectrum-Techniken zum Einsatz kommen, die leitungsgebundene und abgestrahlte EMI reduzieren. Zwei DC/DC-Hilfswandler sind ebenfalls verfügbar, um einen Mikrocontroller und zusätzliche Peripherie, wie z. B. Sensoren, zu versorgen. Der Baustein verfügt auch über präzise Mess- und Diagnosefunktionen, um Eingangs-/Ausgangsstrom, -spannung, LED- oder Systemtemperatur, DC/DC-Spannungen und -Ströme zu messen.

Eine Anwendung für diesen Baustein ist VLC (Visible Light Communication) mit niedriger Datenrate. Dabei werden digitale Daten auf das von einer Leuchte ausgestrahlte LED-Licht aufmoduliert, so dass es als Ortungssignal in Innenraum-Ortungssystemen (z. B. YellowDot) verwendet werden kann. Die modulierten Daten in VLC sind dabei für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar.

Zukunftssichere Beleuchtung

PoE-basierte vernetzte Beleuchtung bietet die flexibelste und effizienteste Beleuchtungslösung für alle Arten zukünftiger intelligenter Gebäude. Dabei werden LED-Leuchten über das Datennetz gesteuert und über die Datenverkabelung mit Strom versorgt. Durch die Kombination von Sensoren, intelligenten Leuchten und Steuerungssystemen werden Smart Buildings ein Maß an Komfort und Effizienz bieten, das mit herkömmlichen Beleuchtungslösungen nicht zu erreichen ist. Gebäudeentwickler und -betreiber, die sich mit der Verwaltung intelligenter Gebäudesysteme befassen, werden auch von deutlich geringeren Kosten während der Bauphase und nach dem Einzug in das Gebäude sowie bei dessen Betrieb profitieren.