High power LEDs

Aansturing van high power LEDs voor een innovatief cockpit-display

Probleemstelling:

Vliegtuigen worden steeds complexere systemen en het besturen ervan vergt een vlotte communicatie tussen de piloot en het instrumentarium. Sommige vliegtuigbouwers overwegen momenteel het invoeren van een revolutionair nieuw cockpit-concept. In plaats van een reeks vaste, grote en kleine beeldschermen en ontelbare knopjes wil men overgaan naar een systeem dat bestaat uit één groot 'touch screen' waarop op ieder ogenblik enkel de relevante instrumenten geprojecteerd worden..

CMST is momenteel betrokken bij een Europees project waarin de haalbaarheid van een dergelijk systeem wordt onderzocht. Eén van de grootste uitdagingen en tevens de voornaamste reden van de deelname van CMST aan dit project, is de realisatie van het grote, herconfigureerbare, beeldscherm. De meest realistische aanpak is een multi-core retroprojectiescherm (meerdere projectoren die naast elkaar werken en samen een naadloos beeld projecteren).
Omwille van betrouwbaarheid en vibratie-bestendigheid werd gekozen voor solid-state lichtbronnen (LEDs). De precieze eisen (specificaties) waaraan het beelscherm moet voldoen, zijn stilaan gekend. De voornaamste eisen zijn een geringe inbouwdiep
te (15 cm), een hoge lichtoutput (340 Cd/m2), een grote dimbaarheid (1000:1) en een grote betrouwbaarheid (MTBF > 180'000 uren), bij werkingstemperaturen tot 55 graden Celcius.
Voor wat de LEDs betreft, vertaalt zich dit in volgende uitdagingen:
  • LEDs met een hoge lichtflux (honderden lumens) en vooral een zeer hoge luminantie (ordegrootte 40 MCd/m2 voor de groene LED). In aanmerking komende LEDs zijn de Luminus Phlatlight (rechts) of de Osram OSTAR.
  • grote dimbaarheid; om kleurverschuivingen te voorkomen, moet een combinatie van niveau- en PWM dimming gebruikt worden [1][2]
  • naadloze overgang tussen de naburige projectoren. Behalve een inventief optisch systeem vereist dit ook een elektronisch feedbackmechanisme voor de LED aansturing.
  • grote efficiëntie, enerzijds om het verbruik te beperken, anderzijds om minder problemen met de koeling te hebben
  • efficiënte warmte-afvoer, zelfs bij 55 graden omgevingstemperatuur
In deze masterproef zal een deelprobleem onderzocht worden: het efficiënt en dimbaar aansturen van hoogvermogen-LEDs met kleurtemperatuur-feedback.

Doelstelling:

Het doel van dit eindwerk is het ontwerp en de realisatie van een drivermodule voor de aansturing hoogvermogen LEDs. Aangezien een grote energetische efficiëntie (doelstelling 90%) wordt nagestreefd, zal het principe van de geschakelde stroombron gebruikt worden.
Er bestaan daarvoor vele commerciële IC's (buck en boost convertors), maar de meeste daarvan zijn beperkt tot vermogens van honderden milliwatts tot enkele watts. Slechts zeer recent komen er nieuwe LED driver-IC's op de markt die wel grotere stromen kunnen aansturen. De voornaamste toepassing van deze IC's is in de automobielbouw (LED koplampen). Dezelfde IC's zijn gelukkig ook geschikt voor gebruik in projectoren. In deze masterproef zal een geschikte driverschakeling ontworpen worden die stromen van de orde van 15 ampère bij voorwaarste LED spanningen in de buurt van 4 volt kan aansturen. Het aspect dimbaarheid zorgt voor een extra uitdaging, aangezien een simpele niveaudimming hoogstwaarschijnlijk niet zal voldoen en er een combinatie van niveau- en pulsbreedte-modulatie (PWM) dimming zal moeten uitgewerkt worden.
Bovendien moeten de PWM-klokken van de verschillende modules synchroon lopen. Een module moet dus in master- of slave-mode kunnen geconfigureerd worden, waarbij de slave-mode een extern sync signaal aanvaardt en de master mode zelf het sync signaal opwekt.
Tot slot moet iedere LED module feedback aanvaarden van een kleursensor in de rand van het projectiescherm wat betreft de kleurtemperatuur en de intensiteit van het witpunt, teneinde een naadloze overgang tussen de verschillende projectoren te realiseren.

Locatie:

Ardoyen (CMST)

Trefwoorden:

analoog ontwerp, digitaal ontwerp, LEDs, efficiëntie, vermogen, dimbaarheid, dimmen, display, beeldscherm, projector

Comments