Texas Instruments präsentiert DC/ DC-LED-Entwicklungskit mit digitalem Piccolo-Mikrocontroller
LED-Ketten frei programmierbar steuern
Weil die Beleuchtungstechnik sich immer komplexerer LED-Schaltungen für immer mehr Licht mit nachregelbarer Helligkeit und Farbe bedient, werden intelligente und präzise digitale Echtzeitsteuerungen immer wichtiger. Texas Instruments (TI) trägt diesem Trend mit einem neuen Entwicklungskit Rechnung.
Jahrzehnte lang war die Steuerung einer Leuchtdiode denkbar einfach: Sie benötigte bei einer Flussspannung von wenigen Volt einen Gleichstrom von 20 mA, der sich mit Hilfe eines Vorwiderstandes, je nach Versorgungsspannung, zwischen etwa 100 Ohm und 1 kOhm fest einstellen ließ. Der Leistungsverlust blieb normalerweise im zwei- bis dreistelligen mW-Bereich und war meistens unkritisch.
Das änderte sich mit dem Vormarsch der Power-LED (auch High-Brightness-LED, HB-LED). Diese nimmt typisch 350 mA auf (inzwischen nicht selten auch 700 mA oder gar 1 A und mehr). Weil diese Stromstärke die Diode thermisch stark belastet und auch mit Blick auf Farbschwankungen weder höher noch niedriger als der Nennwert sein sollte, führt zumindest an einem Längsregler kaum ein Weg vorbei. Meistens aber sind Schaltregler das Mittel der Wahl. Diese lassen sich verhältnismäßig leicht auf einen festen oder variablen Wert für den Gleichstrom einstellen. Als einzige Nachteile gelten der höhere Platzbedarf und der erhöhte Störpegel.
Für eine gegebene LED-Konfiguration reicht also in der Regel ein Hoch- oder Tiefsetzsteller, der als Stromquelle eingestellt ist. Falls erforderlich, sieht man zum Dimmen eine Pulsbreitenmodulation (PWM) des Betriebsstroms vor. Dafür reichen rein analog arbeitende Schaltregler, die es in großer Auswahl gibt und die regelmäßig auch eine Reihe notwendiger/ nützlicher Zusatzfunktionen (Schutzschaltkreise gegen Kurzschluss, Verpolung, Überspannung, Überhitzung etc.) bereitstellen.
Anders sieht es aber aus, wenn Leuchtenentwickler ein Standard-IC oder -Modul wünschen, der mehrzweigige LED-Anordnungen in wechselnder Größe und evtl. mit unterschiedlicher Stromstärke je Zweig dynamisch und flexibel steuern kann. In Zusammenhang mit solchen Anwendungen wird erfahrungsgemäß auch schnell der Ruf nach außergewöhnlichen Funktionen wie Helligkeitsregelung, Farbtonanpassung, Powerline-Schnittstellen und Fehlererkennung, ggf. auch in Verbindung mit Fernüberwachung und Fernsteuerung laut. Nicht selten will man zudem der Auswirkung von Alterungseffekten Rechnung tragen. Dabei handelt es sich um Farbortverschiebungen und Helligkeitsveränderungen. Diese manifestieren sich bei Leuchtdioden eher schleichend nach tausenden oder gar zehntausenden Betriebsstunden und sind nicht für alle eingebauten Exemplare gleich.
Freie Programmierbarkeit setzt digitale Steuerung voraus
In vielen derartigen Fällen führt nach näherer Analyse kaum noch ein Weg an frei programmierbaren Lösungen vorbei. Diese wiederum erfordern digitale Steuerungskonzepte. Solche Konzepte greifen in der Praxis auf Mikrocontroller zurück, die über Analog-Digital- bzw. Digital-Analog- Wandler mit ihrer analogen Umgebung kommunizieren. Bei diesen handelt es sich also um intelligente und präzise digitale Echtzeitsteuerungen, die auf die Steuerung solcher Matrizes zugeschnitten sind.
Bislang waren der hohe technische Aufwand und die damit verbundenen Kosten (auch für die Entwicklung der Software) häufig prohibitiv. Mit seiner neuen Piccolo-F28035-controlCARD realisiert TI eine digital gesteuerte Buck/Boost-DC/DC-Stromwandlung mit 12-24 V, die auf einem Standard-Mikrocontroller (Piccolo) basiert. Die digital gesteuerte Buck/Boost-DC/DC-Stromwandlung mit 12-24 V Eingangsspannung und 12-36 V Ausgangsspannung ermöglicht Entwicklern die Anpassung der Spannung, um den Anforderungen wechselnder LED-Konfigurationen gerecht zu werden. Und die integrierte isolierte JTAG-Emulation mit XDS-100-USB vereinfacht die Fehlerbeseitigung und Programmierung bei gleichzeitiger Senkung der Systemkosten. Das Entwicklungskit ist aber weitaus mehr als ein Stück komplexe Hardware: Die einfach zu bedienende Open-Source-Software »controlSUITE« enthält Beispiele für die geschlossene Steuerung von DC/DC-Leistungs- und LED-Treiberstufen sowie detaillierte Entwicklungsdokumentationen zur Softwarestruktur und -funktionalität. Dank mehrerer Leistungskonfigurationsoptionen, modularer PiccolocontrolCARDs und eines abtrennbaren LED-Panels wird das Kit den verschiedensten Entwicklungsanforderungen gerecht.
Die Piccolo-F28035-control-CARD bietet zur Unterstützung der verbesserten Beleuchtungsfunktionen Taktung bis 60 MHz bei 32-Bit-Leistung, 14 PWM-Ausgänge, einen 12-Bit-A/D-Wandler mit 4,6 Megasamples pro Sekunde und 128 KB Flash-Speicher. Für 8 unabhängige 5-Watt-LED-Strings ist eine einzigartige Strommessung für Funktionen wie die individuelle Anpassung der Helligkeit und die Erkennung von defekten Strings möglich. Das mitgelieferte LED-Panel ist abnehmbar. Und das Konzept der modularen controlCARD ermöglicht Entwicklern die Auswahl des passenden C2000-Mikrocontrollers, um wechselnde Preis-, Leistungsund Peripherieanforderungen zu erfüllen. Die CPU ist übrigens laut TI bei weitem nicht ausgelastet, so dass es genügend Spielraum für die Erweiterung um zusätzliche Systemroutinen gibt.
Das Entwicklungskit ist bereits lieferbar und kostet laut TI 379 US-Dollar (Bestellbezeichnung: TMDSDCDCLEDKIT).
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