Nieke Roos
6 november

TUE-onderzoeker Juan Castellanos is erin geslaagd om de componenten van een leddriver te miniaturiseren op een chip van slechts veertien vierkante millimeter, zonder de prestaties nadelig te beïnvloeden. Zijn besturing is niet alleen veel kleiner dan bestaande oplossingen, maar maakt ook simpelere en goedkopere verlichting mogelijk. Bovendien is het eenvoudig om sensoren en andere elektronica toe te voegen voor meer functionaliteit. Op 28 november promoveert Castellanos op zijn werk.

Om de helderheid van een led te regelen, is aparte elektronica nodig. Zo’n driver moet het voedingsvoltage ook nog eens zonder al te veel energieverlies omzetten in een spanning die bruikbaar is voor het lampje. Integratie op een chip met een minimum aan externe componenten lijkt de aangewezen oplossing, maar een dergelijke miniaturisatie gaat al snel ten koste van de vermogensefficiëntie.

In zijn promotieonderzoek heeft Castellanos gekeken naar speciale leddrivertopologieën, hybrid switched power converters geheten. Op basis hiervan heeft hij een system-in-package ontwikkeld met een compacte vormfactor, een minimaal aantal onderdelen, een optimale vermogensefficiëntie en dimfunctionaliteit. Twee topologieën heeft hij in 180-nm-cmos-technologie op chip gezet met geïntegreerde capaciteiten, powerschakelaars en alle benodigde analoge en digitale circuits. De resulterende besturingen dimmen met 93 procent vermogensefficiëntie.

Een van de kritieke componenten is de inductor. In Castellanos’ driver is die een stuk kleiner dan in commerciële oplossingen, zelfs zo klein dat hij te printen is op een pcb of te implementeren is met off-the-shelf componenten van 0,7 mm2. Daarbij is de inductiewaarde van minder dan een microhenry volgens de onderzoeker nog niet eerder vertoond voor leddrivers op chip.

Castellanos heeft ook een zelfresonant concept gemaakt. Hierin past de leddriver zich automatisch aan aan variaties als gevolg van parasitaire componenten, componenttoleranties, inductorwaardes en voorwaartse belastinggerelateerde spanningsschommelingen. Dit is hem gelukt zonder externe interventie of synchronisatiesignaal. Het concept maakt de driver bestand tegen productie- en componentvariaties zonder afbreuk te doen aan de andere voordelen.

Marktrijp is de chip nog niet. Voor gebruik in commerciële ledverlichting zijn additionele tests nodig en toestemming in de regelgeving. Daarnaast zal er waarschijnlijk een extra module voor ac-dc-conversie moeten komen en moeten led- en silicium-die worden geïntegreerd.