Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer IOSB
Kurzbeschreibung des Projekts
Im Projekt wurde die Möglichkeit geschaffen, mehrkanalige (>4 Kanäle) UVC-LED-Module hochpräzise ohne Restwelligkeit anzusteuern und diese für den Einsatz in Messgeräten einsetzbar zu machen. Durch Kombination von Linearreglern am Kathodenanschluss und Schaltreglern am Anodenanschluss in einem gemeinsamen Treiberdesign wurde es möglich, die Vorteile aus beiden Treiber-Welten (hohe Effizienz, nahezu keine Restwelligkeit des LED-Stromes, geringe Wärmeentwicklung) miteinander zu vereinen und die Nachteile beider Treibertopologien weitestgehend zu eliminieren. Anhand des Einsatzes hochintegrierter Bauelemente wurde somit ein LED-Treiber entwickelt, bei dem lediglich auf 2 cm² Flächenbedarf pro Kanal bis zu 1000 mA bei einer Flussspannung bis 16 V treiben kann. Bei doppelseitiger Bestückung wäre eine weitere Reduzierung der benötigten Fläche möglich. Das System ist skalierbar und kann bis auf 16 Kanäle pro Einheit erweitert werden.
Durch Einbeziehung einer Photodiode auf dem Submount ist eine genaue Erfassung der Strahlungsintensität jeder einzelnen LED möglich. Es wird über die Kennlinie der Photodiode die Intensität jeder LED über deren Strom geregelt. Alterungsbedingte Abfälle in der Leistung können so erfasst und in gewissen Grenzen kompensiert werden.
Der im Projekt entwickelte Reflektor aus Aluminium, welcher maßgeblich vom Projektpartner OSA OptoLight GmbH entwickelt wurde, sammelt und formt das (UV-)LED-Licht. Das nachgeschaltete Mikrolinsenarray aus Quarzglas durchmischt die verschiedenen Wellenlängen bei nur geringer Erhöhung der Divergenz.
Im Projekt wurden drei Demonstratoren entwickelt und mehrfach hergestellt, welche den Partnern des AUVL-Konsortiums auf Abruf zur Verfügung stehen. Die Demonstratoren bieten gute optische Eigenschaften und ermöglichen den Konsortialpartnern den Einsatz von bis zu sechs verschiedenen LED-Wellenlängen. Die busfähigen Demonstratoren sind umfangreich über die entwickelte Software oder mit Hilfe des offengelegten und dokumentierten Kommunikationsprotokolls auch über eigene Softwarelösungen ansteuerbar. Am bis zu 1,2 km langen RS485-Bus lassen sich bis zu 242 Geräte zu jeweils 6-LED-Kanälen ansteuern. Durch im Protokoll implementierte Broadcast-Nachrichten können Befehle auch an alle angeschlossenen Geräte gleichzeitig gesendet werden.
Projektziele
Aufgabe des Fraunhofer IOSB-AST im Forschungsverbund war die Entwicklung eines restwelligkeitsfreien Mehrkanal-LED-Treibers sowie der Aufbau mehrerer Demonstratoren für verschiedene Anwendungszwecke. Die Eliminierung der Restwelligkeit konnte durch Kombination eines hocheffizienten Schaltreglers und eines nachgeschalteten Linearreglers realisiert werden. Die LEDs sind im Bereich von 0-100% stufenlos dimmbar, wodurch eine hohe Präzision der Bestrahlungsintensität für Messaufgaben erreicht werden konnte.