elektronikJOURNAL

Treiber + Controller
Treiberschaltungen
Bild 1: Hybride
Schaltung für einen
einfachen, günstigen
und robusten
LED-Treiber.
Bilder: On Semiconductor
Leuchtdioden bieten Designern von architektonischen und
Innenraum-Beleuchtungen neue Möglichkeiten. Die kompakten
Maße der LEDs erlaubt den Einbau in flexible Streifen,
die sich leicht unter Schränken oder in einem Treppenhaus
versteckt anordnen lassen. Leuchtdioden halten mehr als
100-mal länger als Glühlampen, wenn sie im Rahmen ihrer Auslegungsparameter
betrieben und nicht überlastet werden – andernfalls
sinkt die Lebensdauer jedoch rapide.
Der wichtigste Betriebsparameter ist relativ einfach: Der Stromfluss
durch die LEDs muss konstant sein und unter dem erlaubten
Maximum bleiben. Hält die Treiberschaltung den LED-Betrieb innerhalb
der Spezifikation, bleibt die Lichtleistung konstant und die
Lebensdauer übertrifft 50.000 Stunden.
Für die Welt gemacht
Architektonische und Innenraum-Beleuchtungskörper werden für
den weltweiten Einsatz gefertigt und müssen daher auch den weltweiten
Spezifikationen entsprechen. Die Leuchten müssen über
den gesamten universellen Spannungsbereich von 85 bis 265 V AC
bei 50 oder 60 Hz arbeiten. Herkömmliche Stromversorgungsschaltkreise,
die diese universellen Anforderungen abdecken,
kommen in den Märkten Computer und tragbare Geräte zum Einsatz.
Diese Stromversorgungen sind für Endprodukte optimiert
aber nicht gerade die beste Lösung zur Ansteuerung von LEDs.
Herkömmliche Stromversorgungen bieten einen genauen Spannungsausgang
mit veränderlicher Stromhöhe. Um dennoch einen
konstanten Strom im LED-Strang zu erhalten, braucht man einen
in Serie geschalteten Widerstand. Dies setzt voraus, dass die Spannung
über den LEDs bekannt ist und auch bei Änderungen der
LED-Temperatur konstant bleibt. Leider ändert sich die LED-
Durchlassspannung aber mit der Temperatur. LED-Hersteller fassen
daher ihre Bausteine gemäß der Durchlassspannung zusammen
(Binning). Lampenhersteller können dann Leuchtmittel herstellen,
die dieser Durchlassspannung bei einer bestimmten Temperatur
entsprechen.
Ein Schaltkreis, der kein LED-Binning erfordert, wäre daher
wünschenswert, da er den LED-Herstellern diesen Zeitaufwand
einspart und die Leuchtdioden preisgünstiger macht. LEDs weisen
auch einen negativen Durchlassspannungs-zu-Temperatur-Koeffizienten
auf, der den Schaltkreis in eine thermische Instabilität
(Thermal Runaway) versetzen kann. Entwickler müssen daher eine
Sicherheitsüberwachung in das Design mit integrieren.
Konstantstrom
Bei einer idealen Lösung zur Ansteuerung von Leuchtdioden
überwacht der Schaltkreis den Strom und hält ihn konstant. Diese
Schaltung wird nicht durch die LED-Durchlassspannung beeinflusst,
daher erübrigt sich das Binning und die Auswirkungen eines
negativen Durchlassspannungs-zu-Temperatur-Koeffizienten werden
beseitigt. Für solche Schaltkreise eignen sich komplexe Schaltregler
oder ein einfacher Linearregler mit einer Rückkopplungsschleife.
Komplexe Schaltregler sind ideal für eine hohe Lichtausbeute,
zum Beispiel bei Straßenbeleuchtungen, wenn der Wirkungsgrad
besonders wichtig ist.
Auf einen Blick
Kost fast nix
Zur Ansteuerung von architektonischen und Innenraum-Leuchten genügen
einfache, kostengünstige und robuste Hybrid-Schaltkreise. Das
Design des hier beschriebenen Schaltkreises basiert auf einem einfachen
Chopper und Konstantstromregler, die über den gesamten universellen
Spannungsbereich von 85 bis 265 V AC
bei 50 oder 60 Hz arbeiten.
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www.elektronikjournal.com elektronikJOURNAL 04 / 2013 63