LED-Ansteuerung über Powerline-Kommunikation

Stromversorgung direkt aus dem Netz

LED begeistern insbesondere als Gestaltungselement mit grossem Farbspektrum nicht nur Designer, sondern auch Architekten und Entwickler. Doch um optimale Farbergebnisse zu erzielen, sind intelligente Ansteuerungen unerlässlich.

Um bei LED-Beleuchtungen eine gleichbleibende und garantierte Farbe zu erzielen, sind komplexe Berechnungen mit kundenspezifischer Firmware erforderlich. Insbesondere sind es zwei Probleme, mit denen es Ingenieure beim Umgang mit LED-Designs zu tun haben. Einerseits sind die von einem Fertigungslos zum anderen unterschiedlichen Performance-Spezifikationen der LED zu berücksichtigen, und andererseits verändern sich die Eigenschaften der LED (z.B. Lichtstrom, Wellenlänge) in Abhängigkeit von der Temperatur.
Hier bietet Cypress mit den optimierten Ansteuerbausteinen und einer Software, dem PSoC-Designer, die Lösung: der Designer wählt zunächst aus dem auf dem Bildschirm dargestellten Farbdreieck den gewünschten Farbton aus. Von Cypress verfügbare Temperatur- oder Opto-Feedback-Algorithmen lassen sich daraufhin automatisch auf das Design anwenden und in den Cypress-Controller einprogrammieren. Bei einem komplexen Designprojekt kann dies den Zeitaufwand um Wochen oder gar Monate verkürzen. Dadurch lassen sich letztendlich Entwicklungskosten deutlich einsparen.

Komplettes Design in Eigenregie

Zur LED-Ansteuerung bietet Cypress zwei Lösungsansätze: die EZ-Color-HB-LED-Bausteine mit der PSoC-Express-Software, mit der auch Nicht-Elektroniker, ohne eine Zeile C- oder Assembler-Code zu schreiben, ein komplettes Design in Eigenregie erstellen können. Man kann bis zu 16 konfigurierbare LED-Kanäle mit bis zu 32-Bit-Dimm-Auflösung integriern. Unterschiedliche Kommunikationsprotokolle wie DMX512, I2C, SPI, UART oder DALI kann man hier benutzen. Zur Kontrolle der Farbtemperatur dient die LED-Binning-Kompensation, eine Temperaturkompensation und eine optische Feedback-Möglichkeit. Durch eine spezielle Modulation der Ansteuersignale (PrISM, patentiert durch Cypress) lässt sich das Flackern bei niedrigen Frequenzen und das Erzeugen von Störfrequenzen (EMI) reduzieren.
Die zweite Variante besteht in der Nutzung des PowerPSoC. In ihm sind nicht nur der eigentliche Controller, sondern auch High-Power-Peripherie integriert. Dies sind zum Beispiel vier interne 32 V, 1 A Low-Side- N-Channel-MOSFET, vier analoge Verstärker zur Strommessung, vier Kontrollblöcke mit Hysterese, Komparatoren, 14 DA-Wandler mit je 8 Bit. Mit einem integrierten 32-VSpannungsregler wird die Stromversorgung erzeugt. Zusätzlich sind über weitere Analog- und Digitalblöcke Zusatzfunktionen (weitere PWM, Timer, Counter, Kommunikation) realisierbar. Durch diese hohe Integrationsdichte wird das Hardwaredesign vereinfacht; dieses schlägt sich in einer reduzierten Stückliste, niedrigeren Test- und Systemkosten nieder.

Cypress PowerPSoC block diagram
Durch den Baustein CY8CLEDAC01 lässt sich die Stromversorgung direkt aus dem Netz vereinfachen

Ansteuerung auf kleinstem Raum entwickeln

Mit PowerPSoC lassen sich ausserdem auch kapazitive, berührungslose Schalter mit dem erprobten CapSense-Verfahren realisieren. Damit kann man eine komplette Ansteuerung auf kleinstem Raum, also zum Beispiel als Ersatz von MR16-Halogenleuchten, entwickeln.
Entsprechende Referenzdesigns stellt Cypress zur Verfügung.Durch den Baustein CY8CLEDAC01 wird auch die Stromversorgung direkt aus dem Netz vereinfacht. Ein effizienter AC/DC-Wandler lässt sich mit wenigen Bauelementen in eine Leuchte integrieren, und dies mit hoher Effizienz (bis zu 85 Prozent) und Genauigkeit ([2,5 Prozent bei 0,9 Power Faktor). Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Leuchten zu dimmen. Für Applikationen mit dieser Zusatzanforderung bietet der Baustein CY- 8CLEDAC02 die optimale Lösung. Soll in dem Design wieder Farbmischen, Temperaturmessung und Kommunikation vorhanden sein, kann der Entwickler diesen Baustein einfach mit dem PowerPSoC wirkungsvoll ergänzen.

Aus dem Netz versorgt und gesteuert

Dank eines neuen Bausteins, des „CY8CLEDAC01“, gestaltet sich auch die Stromversorgung direkt aus dem Netz einfach, und mithilfe des „CY8CLEDAC02“ lassen sich die Leuchten dimmen. Ist für das Design wieder Farbmischen noch Temperaturmessung oder Kommunikation vorgesehen, so lässt sich dieser Baustein einfach mit dem PowerPSoC ergänzen. Soll auch die Ansteuerung von Leuchtmitteln über das Versorgungsnetz erfolgen, lässt sich die Powerline Communication (PLC) einsetzen (Bild 2).

Cypress PLC block diagram
Cypress bietet eine Familie von PLCBausteinen mit der zugehörigen Netzwerk-Protokoll- Software an

Dabei wird ein moduliertes Trägersignal über das Stromnetz übertragen. Es spart sowohl zusätzliche Installationskosten als auch zusätzliche Verkabelungen und kann Distanzen von bis zu 100 m überwinden. Cypress bietet eine Familie von PLC-Bausteinen mit der zugehörigen Netzwerk-Protokoll-Software an. Detaillierte Informationen dazu gibt ein ausführlicher Fachartikel im EL-info Extra „Optoelektronik & LED-Technik“ vom Juni 2010.

Intelligenz durch Kommunikation

Soll die Ansteuerung von Leuchtmitteln über das in der Regel vorhandene Stromnetz erfolgen, lässt sich die Power-Line- Communication-Technik (PLC) einsetzen. Zur Kommunikation wird ein Trägersignal über das Stromnetz übertragen. Es spart sowohl Installationskosten als auch Verkabelungen und kann über Distanzen bis zu 100m gehen. Die Anwendungen erstrecken sich über die gesamten weit gefächerten Bereiche der Beleuchtungssteuerung, Haustechnik, Energiemanagement sowie auch Smart-Metering, die automatische Stromablesung und Verbrauchsoptimierung.

Autor:

Roland Hutter; LineManager für Cypress-Produkte

veröffentlicht in:

Polyscope 12-13/2010 S.32-33