Master's Thesis

Design of LED Anti-Collision Lights for Aircraft with Switched-Mode Power Supply

Final Thesis 7.78 MB Appendix 9.14 MB

Author of thesis: Ing. Marek Dittrich

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ngoc Nam Pham

Abstract:

This master's thesis focuses on the design of an anti-collision lighting system for aircraft
utilising modern LED technology. The application of LED sources allows for higher
luminous intensity to be achieved whilst reducing overall electrical power consumption.
Additional benefits include an extended service life, higher operational reliability, and
a lower system failure rate, all of which contribute to enhanced aviation safety. The work
is founded upon an analysis of current aviation regulations and standards regarding anti
collision lighting systems, issued by the CAA (ÚCL), ICAO and EASA. The theoretical
study also includes an examination of LED technologies, alongside DC/DC converter
topologies suitable for driving high-power LED sources. Within the practical section, the
design of the anti-collision lighting control logic is detailed, followed by the selection of
a suitable electronic switching components, white and red LEDs, and the design of the
voltage converter (current source). The outcome of this work consists of a complex anti
collision lighting system design, including PCB layouts, switched-mode current supply,
geometric arrangement of LEDs, and experimental verification of luminous intensity
parameters. The switch-mode current supply circuit was built and its parameters were put
into comparison with commercially distributed DC/DC converter. The measured
luminous intensity results of anti-collision light confirm the validity of the design,
demonstrating compliance with applicable aviation standards and regulation for aircraft
anti-collision lighting systems with a minimum margin of 25.1%.

Keywords:

Anti-collision lights, LED technology, lights for aircraft, switched-mode direct current power supply, LED driver, MOSFET.

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své diplomové práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: Otázka: Popište, jak jste navrhnul schéma zapojení Student popsal části navržené podle pokynů výrobce komponent a které části vytvořil sám, zároveň popsal, proč vybral dané komponenty a poté vysvětlil kompromisy zvolené při návrhu

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics (MPC-MEL)

Composition of Committee

doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Aleš Chvála, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. et Ing. Fabian Khateb, Ph.D. et Ph.D. (člen)
Ing. Vojtěch Dvořák, Ph.D. (člen)
Ing. Alexandr Otáhal, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Brodský, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá návrhem a realizací antikolizní světelné soustavy letadla využívající LED technologii a spínaný proudový zdroj napájený z palubní stejnosměrné sítě. Zadání práce bylo splněno a student prokázal schopnost práce s odbornou literaturou, technickými normami i leteckými předpisy. V praktické části navrhl a realizoval funkční prototyp antikolizního světla včetně proudového zdroje a řídicí logiky. Práce je zpracována na průměrné odborné úrovni, vykazuje logickou strukturu a odpovídající rozsah. V textu se však vyskytují dílčí formální a jazykové nedostatky a některá technická tvrzení by si zasloužila přesnější formulaci.

Například s interpretací uvedenou na obr. 1.7 nelze bez dalšího vysvětlení zcela souhlasit. Podobně diskutabilní je tvrzení na straně 30: „Všechny typy DC/DC měničů mají stejný základ. Ukládání energie ve formě elektromagnetického pole do cívky, kdy v dalším taktu je tato energie převedena do druhé části obvodu se zátěží.“ Toto tvrzení nelze zobecnit na všechny topologie DC/DC měničů.

Závěrem lze konstatovat, že výsledky měření potvrzují funkčnost systému a splnění požadavků. Práce má praktický přínos a představuje základ pro další vývoj, zejména v oblasti optimalizace napájecího zdroje, EMC a integrace do letadlových systémů.  Student práci průběžně konzultoval a prokázal schopnost samostatné odborné činnosti i práci s literaturou. Dosažené výsledky jsou využitelné v praxi. Práci doporučuji k obhajobě a celkové hodnocení: 70 bodů ze 100. Points proposed by supervisor: 70

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Ngoc Nam Pham

Posuzovaná diplomová práce se zabývá technicky i aplikačně velmi aktuální problematikou návrhu moderního světelného systému pro letecké použití s důrazem na LED technologii a napájení ze spínaných zdrojů. Z hlediska obsahového zaměření práce vhodně propojuje požadavky letecké legislativy a technické návrhové aspekty elektronických systémů. Student vychází z relevantních předpisů a norem, které tvoří pevný rámec pro návrh antikolizního systému. Tento legislativní základ je zpracován korektně a přehledně a poskytuje dostatečný podklad pro následnou návrhovou část. Velmi pozitivně lze hodnotit i zařazení teoretického rozboru LED technologií a problematiky DC/DC měničů, který je pro správné pochopení návrhu nezbytný.
Práce je logicky a systematicky členěna. Teoretická část postupně pokrývá normativní požadavky, fyzikální principy LED, jejich elektrické a optické parametry a následně přechází k problematice napájení a řízení výkonových LED soustav. V praktické části je zpracován návrh kompletní antikolizní světelné soustavy, včetně návrhu řídicí logiky, generátoru záblesků, volby výkonových LED a elektronických spínacích prvků. Součástí je také návrh spínaného proudového zdroje, návrh desek plošných spojů a mechanického uspořádání systému.
Z formálního hlediska je práce na průměrné úrovni. Text je srozumitelný a rozsah práce (126 stran, z toho přílohy od strany 86) odpovídá charakteru diplomové práce. Práce vykazuje dobré propojení technického návrhu s leteckou legislativou a normativními požadavky, což je v oblasti avionických a palubních systémů klíčové. Zároveň však nelze přehlédnout, že některé aspekty řešení nejsou dostatečně rozpracovány nebo explicitně doloženy. Zejména chybí popis implementace řídicí části. Dále není dostatečně detailně řešena problematika tepelného managementu LED soustavy, zejména způsoby chlazení výkonových LED a související vliv na dlouhodobou stabilitu optických parametrů. Tato oblast je přitom z hlediska spolehlivosti leteckých světelných systémů zásadní.
Rovněž část zabývající se stejnosměrnými spínanými měniči obsahuje několik věcných nepřesností a přílišných zobecnění, která poukazují na ne zcela dostatečné porozumění principům činnosti DC/DC měničů. Některá tvrzení nejsou technicky přesná a nereflektují rozdíly mezi jednotlivými topologiemi ani způsoby přenosu energie. Tato skutečnost snižuje odbornou úroveň teoretické části práce a je překvapivá vzhledem k tomu, že napájecí systém tvoří jednu z klíčových částí navrženého řešení.

Závěr:
Celkově práce splňuje základní požadavky kladené na diplomovou práci, nicméně uvedené nedostatky mírně snižují její odbornou hloubku. Celkové hodnocení: 70 bodů ze 100. Topics for thesis defence:
  1. 1) Na obrázku 2.29 (str. 64) jsou uvedeny naměřené průběhy související s činností navrženého systému. Podrobně vysvětlete význam jednotlivých grafů, interpretujte naměřené výsledky a uveďte, jaké závěry z těchto měření vyplývají pro funkci a parametry navrženého antikolizního světla.
  2. 2) Na straně 57 jsou představeny první a druhý prototyp navrženého systému. V textu je dále uvedeno, že řídicí signál pro generování záblesků je vytvářen pomocí FPGA. Na obrázku 2.24 (str. 58) však není zřejmé, kde je FPGA součástí navrženého systému ani jakým způsobem je zapojeno do generování řídicích signálů. Prosím o vysvětlení obrázku 2.24, jednoznačnou identifikaci použité FPGA platformy a upřesnění, zda byla implementace na FPGA skutečně realizována a experimentálně ověřena, nebo zda se jedná pouze o předpokládaný způsob generování řídicích signálů. Uveďte rovněž, které části řídicí logiky byly realizovány a které zůstaly pouze na úrovni návrhu či simulace.
  3. 3) Na obrázku 1.7 (str. 31) je uvedena topologie SEPIC měniče. Ověřte správnost zobrazeného zapojení a podrobně vysvětlete princip jeho činnosti a přenosu energie mezi vstupem a výstupem. Zdůvodněte funkci jednotlivých prvků L1, L2, C1 a C2.
Points proposed by reviewer: 70

Grade proposed by reviewer: C

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 200,86 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová