Pyroelektrischer Effekt

Bewegungsmelder stellen heute eine erprobte und baumarktkompatible Technologie dar. Sie dienen nicht nur der Gebäudesicherung, sondern beispielsweise auch zur Senkung des Energieverbrauchs durch intelligente Lichtsteuerung im Sinne eines „Smart Homes" und dürften sich daher auch in Zukunft großer Beliebtheit erfreuen.

Wenn auch der technologische „Clou" in der Herstellung der pyroelektrischen Sensorelemente liegt, so sind doch zur Implementierung in Anwendungen möglichst flexible Controller notwendig. LSI/CSI hat bereits seit Mitte der 90'er Jahre kundenspezifische Bausteine für dieses PIR-Melder entwickelt und bietet inzwischen ausgereifte Standard-ICs.

Webseite von LSI Computer Systems

PIR-Technologie

Die Passive-Infrared- oder PIR-Technologie ermöglicht auf kostengünstige Weise die sichere Erkennung infraroter Strahlungsquellen wie Mensch und Tier und hat daher millionenfach Einzug in Bewegungs- und Präsenzmeldern gehalten. Sie basiert auf dem sog. pyroelektrischen Effekt oder pyroelektrischen Polarisation, eine Eigenschaft einiger piezoelektrischer Kristalle wie Turmalin, auf eine zeitliche Temperaturänderung mit Ladungstrennung zu reagieren. Sie detektieren also IR-Strahler nur dann, wenn sich diese bewegen und haben damit deutliche Vorteile gegenüber konkurrierenden Technologien wie Ultraschall oder Mikrowellen.

Üblicherweise werden kommerzielle PIR-Sensoren als 2-fach oder sog. 4-fach-Elemente aufgebaut, um Fehlauslösungen durch Lichtänderungen auszuschließen. Durch Vorsetzen von Fresnel-Linsen im mechanischen Aufbau kann zudem der einfallende Strahlungspegel erhöht und das Nutzsignal damit gesteigert werden.

PIR-Sensoren brauchen Controller

Der Chip-Hersteller LSI Computer Systems (LSI/CSI) beschäftigt sich mit seiner Expertise für HV-CMOS-Prozesse schon seit mehr als einer Dekade mit Interface-Controllern für PIR-Sensoren.

Nach anfänglichen kundenspezifischen ASIC-Implementierungen war der LS6511N ein erster Standard-Controller mit Ansteuerung eines Triacs zur Lichtsteuerung. Aktuell im Lieferprogramm ist der Controller LS6506R, der speziell zur Ansteuerung von Stromstoßrelais konzipiert wurde. Gegenüber Triacs können Relais natürlich auch andere als ohm'sche Lasten schalten, vor allem Heizung und Klimatisierung seien hier genannt. Dank dem Einsatz von Stromstoß- bzw. bistabiler Relaistechnik ist dabei der Eigenverbrauch der Bewegungsmelder ebenso gering wie bei Triac-Lösungen. (Als LS6507R ist das IC auch für Triac-Ansteuerung erhältlich).

Übersicht PIR-Sensor Interface-ICs von LSI/CSI

Vorteil Relais

Mit dem Schalten der Last über bistabile Relais gewinnt man erhebliche Flexibilität beim Einsatz des Melders. Nicht nur Klimaanlagen mit starken induktiven Komponenten lassen sich damit problemlos ein- und ausschalten, auch Neonröhren mit Kompensationsdrosseln oder Energiesparlampen reagieren mitunter empfindlich auf die zyklischen Unterbrechungen der Netzspannung bei Triac-Steuerung und brauchen daher eine zeitkontinuierliche Versorgung. Auf der anderen Seite muss nun allerdings eine separate Gleichspannung für den Baustein bereit gestellt werden, was i.d.R. über eine Graetzbrücke mit Spannungsteiler und Siebung erfolgt. Der Versorgungsstrom fließt dann über Schutzerde ab und darf 500uArms nicht übersteigen. Zudem bedarf es natürlich bistabiler Relais, um den Eigenstromverbrauch niedrig zu halten, und die sind gegenwärtig noch etwas teurer als klassische, monostabile Ausführungen.

st