Moduliertes LED-Licht

Wie sich mit der LED auch Fahrzeugdaten übertragen lassen

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Dimmen und Effizienz einer LED im Auto

Ein Dimmen der LED-Leuchten auf unter 20 Prozent des Nennstromes führte zudem zu einer unterschiedlichen Effizienz und einige LEDs leuchteten unter einer Marke von 5 Prozent gar nicht mehr [1]. Ein solches Auseinanderlaufen der Dominantwellenlänge oder der Leistung würde das menschliche Auge im direkten Vergleich der nebeneinander angeordneten Quellen direkt wahrnehmen. Das wäre für das Fahrzeugdesign nicht förderlich. Grundsätzlich bietet eine LED gegenüber einer Glühlampe jedoch eine höhere Farbstabilität. Wird eine Halogenlampe gedimmt, so verschiebt sich die Lichtfarbe in den Rot-Bereich.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS 20/2015 erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

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Bei konventionellen Glühlampen muss etwa 200 ms eine Spannung anliegen, bis sie hell leuchten [6]. Eine LED hingegen leuchtet unmittelbar bei Anlegen eines Stroms auf. Dadurch erreicht das Lichtsignal schneller den Sollwert. Allein dadurch gewinnt der aufmerksame nachfolgende Autofahrer grob 200 ms für den Notanhaltevorgang. Ein Fahrzeug legt innerhalb der 200 ms bis das Bremslicht leuchtet, bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h, einen Weg von 5,5 m zurück.

Das Dimmen der LEDs ist im Kfz getrennt zu betrachten. In der AutomobilIndustrie wird mit Gleichspannungen gearbeitet. Aus diesem Grund kommt die effiziente Phasenanschnittsteuerung nicht in Betracht. Aufgrund der guten Verfügbarkeit von günstigen Pulsweitenmodulatoren ist der Ansatz der PWM näher zu betrachten.

Das Steuersignal für PWM und der Duty-Cycle

Eine Frequenz oberhalb 100 Hz ist wichtig, um ein Flackern im Auge des Betrachters zu vermeiden. Frequenzen oberhalb von 500 Hz können zu Schwierigkeiten in Hinsicht auf elektromagnetische Abstrahlung führen. Grund sind die Rechtecksignale, welche deutlich höhere Frequenzanteile als die der Grundfrequenz haben. Neben der Frequenz finden sich die automatisch gemessenen Pulsbreiten. Die dargestellten Werte können an dem verwendeten Oszilloskop DLM4000 von Yokogawa aus einer Liste von 30 Parametern ausgewählt und in zwei unterschiedlichen Größen auf dem Display angezeigt werden.

Das Bild 4 zeigt zwei Zustände einer Rückfahrleuchte eines Kfz, die über ein PWM-Ansteuersignal betrieben wird. Im ersten Teil wird ein PWM-Signal mit 24 Prozent Duty Cycle (aufgezogen im unteren linken Displayviertel) und im zweiten Teil ein Signal mit fast 94 Prozent Duty Cycle. Durch die unterschiedlichen Duty Cycles lassen sich Rücklicht (Zustand 1) und Bremslicht (Zustand 2) mit ein und demselben Leutdiodenarry realisieren.

Die Ermittlung des Integrals über einen bestimmten Zeitschlitz, das ebenfalls über die Nutzermathematik des verwendeten Oszilloskops einblendbar ist, gibt dabei die Auskunft über den erreichten Helligkeitseindruck. Dieser lässt sich beispielsweise in Prozent angeben. Die LEDs werden typischerweise über einen PWM-Schaltkreise mit einem MOSFET angesteuert.

Das gleiche Verfahren wird verwendet, um das LED-Tagfahrlicht in den Scheinwerfern abzusenken und so die Sichtbarkeit des Blinkers auch bei eingeschaltetem Tagfahrlicht zu verbessern. Aktuelle Kraftfahrzeuge sind bereits mit modulierten LEDs und der entsprechenden Ansteuerung ausgestattet, welche in diesem Ausbau grundsätzlich auch zur Aufmodulation von nachrichtentechnischen Signalen einsetzbar ist [4].

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