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Hauptvorteile sind leitungsfreie, kostengünstige Netze mit großer Flexibilität

Drahtlose Beleuchtungssteuerung steht vor einer rosigen Zukunft

23. März 2012, 9:54 Uhr | Peder Rand, Texas Instruments Inc.

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Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Energieeffizienz, vor allem im Leerlauf, wird immer wichtiger

Die Standby-Stromaufnahme elektronischer Geräte wurde in den letzten Jahren intensiv diskutiert. Die immer restriktiver werdenden gesetzlichen Regelungen, die diesbezüglich in den einzelnen Regionen existieren, gelten selbstverständlich auch für drahtlos gesteuerte Leuchten. Wenn sich eine Leuchte bei ausgeschaltetem Licht im Standby-Status befindet, ist die Funkeinheit dauernd oder zumindest periodisch empfangsbereit. Stromsparende Funk-Lösungen nehmen zwar unabhängig von der Technologie im Empfangs-Modus typisch weniger als 10 mW auf, aber im Netzteil können trotzdem beträchtliche Verluste entstehen.

Beim Design des Netzteils für eine drahtlose Lösung sollte unbedingt darauf geachtet werden, die Vorgaben bezüglich der Standby-Leistungsaufnahme einzuhalten. Da die Leuchte auch eine bestimmte Mindest-Lichtausbeute (in lm/W) erzielen muss, ist die Effizienz des Beleuchtungs-Treibers von kritischer Bedeutung.

Eine Lösung mit geringen Abmessungen

Ebenso wie alles andere im Bereich der elektronischen Bauelemente werden auch die sparsamen Wireless-Chipsätze immer kleiner. SoC-Produkte wie der CC2530 von TI mit integrierten Funk-Schaltungen, Mikrocontroller, Flash- und RAM-Speicher und Peripherie für Beleuchtungssysteme passen heute in ein nur 6 x 6 mm großes Gehäuse, um diesem wachsenden Trend gerecht zu werden. Neben dem HF-Quarz und den Entkopplungs-Kondensatoren sind der Balun, der das symmetrische HF-Signal in ein asymmetrisches umwandelt, und die Antenne das Einzige, was für eine komplette Lösung zusätzlich benötigt wird. Der Balun kann aus einem Netzwerk passiver Bauelemente, Microstrip-Strukturen auf einer Leiterplatte oder einem kleinen Chip bestehen.

Die Antenne bietet hinsichtlich des Designs die vielfältigsten Alternativen, und allein die Abmessungen der Lösung können stark variieren. Antennen können als Leiterbahnen, Peitschenantennen, Drähte oder integrierte Chips ausgeführt sein - mit den entsprechenden Konsequenzen für die Größe, die Kosten und die Effizienz sowie die Richtwirkung. Hervorzuheben ist, dass die Antenne umso länger ist, je niedriger die Frequenz ist. In Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen kann dies die Entscheidung zwischen Frequenzen unter 1 GHz oder im 2,4-GHz-Band entscheidend beeinflussen.

Wegen der kleinen Abmessungen ist es ebenfalls wichtig dafür zu sorgen, dass sowohl das MCU-System als auch die Funk-Einheit sehr störunempfindlich sind, damit sie auch in nächster Nähe zu Schaltnetzteilen einwandfrei arbeiten. Die Schaltfrequenz des Netzteils hat Auswirkungen auf die Größe der Leistungsdrossel. Je höher die Frequenz, umso kompakter lässt sich das Vorschaltgerät für die Lampe realisieren. Andererseits führt eine höhere Schaltfrequenz zu einer Verringerung des Wirkungsgrads und zu einer potenziell stärkeren Abstrahlung unerwünschter elektromagnetischer Felder.

Integration von LPRF-Technik in Sensoren und Fernbedienungen

Um die Möglichkeit zur freizügigen Platzierung und die Mobilität zu wahren und das Verlegen neuer Leitungen zu vermeiden, werden Sensoren, Schalter und Fernbedienungen von Beleuchtungssystemen in der Regel aus Batterien gespeist oder per Energy Harvesting mit Strom versorgt. Um letzteres zu ermöglichen bzw. die Batterielebensdauer zu maximieren, sollte die Funk-Einheit möglichst wenig in Gebrauch sein und die meiste Zeit in einem stromsparenden Schlaf-Modus verbringen. Fernbedienungen und Schalter werden üblicherweise nur auf Tastendruck aktiviert, führen dann die gewünschte Funktion aus und fallen anschließend sofort wieder in den Schlaf-Modus zurück.

Sensoren wiederum werden meist von einem stromsparenden Timer periodisch aktiviert und nehmen daraufhin mit ihrem eigenen A/D-Wandler die erforderliche Messung vor. Die Aktivierung kann auch durch einen sparsamen Komparator erfolgen, sobald ein bestimmter Grenzwert erreicht wird. In jedem Fall sollte das System so angelegt werden, dass die drahtlose Übertragung der Messwerte so selten wie möglich erfolgt. Bei diesen Geräten ist es somit in der Regel die Stromaufnahme im Sleep-Modus, die den Energiebedarf dominiert und über die Batterielebensdauer entscheidet.