Leistungs<strong>elektronik</strong>■■ Umfangreiche Schutzfunktionen, wie bei offenen LED-Ketten,Kurzschluss des LED-Pins mit der Ausgangsspannung und exakteSchwellwerte der Unterstromsperre.■■ Geringe, kompakte Ausmaße der Lösung mit minimalen externenKomponenten.Applikationen von HB-LEDsEs ist keine Frage, dass die Mehrheit der heutigen Autoscheinwerferimmer noch mit Glühlampen arbeitet. Ihre Dominanz wird abervon den Gasentladungslampen hoher Intensität (HID) einerseitsund den HB-LEDs andererseits angegriffen. Unter dem Begriff HID-Lampen werden alle Gasentladungslampen zusammengefasst, dieallgemein zur Beleuchtung verwendet werden, wie Hochdruck-Quecksilberdampf-, Hochdruck-Natrium-, Niederdruck-NatriumundHalogen-Metalldampflampen. Allgemein eingesetzte Lichtquellensind ausreichend hell, um die Arbeits- oder Wohnumgebungin einem Raum, Gebäude oder sogar im Außenbereich auszuleuchten.Dies beinhaltet Wohnungs-, kommerzielle und <strong>industrie</strong>lle Beleuchtungen,Straßenbeleuchtungen und Autoscheinwerfer. HID-Xenon-Lampen wurden erstmals in den späten 1990er Jahren inAutoscheinwerfern eingesetzt. Sie sind jedoch sehr teuer in der Herstellung,so dass sie nur begrenzt in Oberklasse-Automobilen Einzughielten. Wegen der Markteinführung von HB-LEDs wird der Einsatzvon solchen HID-Xenon-Lampen rasch zurück gehen. Deshalb werdenHB-LED-Scheinwerfer in den nächsten zehn Jahren das größteWachstum erfahren (Bild 1).Eine weiße 25-W-Scheinwerferlampe kann mit einem Array von 18in Reihe geschalteten LEDs aufgebaut werden, durch die ein Stromvon 350 mA fließt, um den nötigen Lichtstrom zu erzeugen. Der bisherigeHaupthinderungsgrund für den Einsatz ist jedoch, ob man einesolche Konfiguration einfach und effizient versorgen kann.Aktuelle LED-TreiberEine mögliche Lösung ist die Verwendung des kürzlich auf denMarkt gebrachten monolithischen LED-Treibers LT3956 vonLinear Technology. Der LT3956 ist ein DC/DC-Wandler, der spezielldazu entwickelt wurde, als Konstantstrom- und Konstantspannungsreglerzu arbeiten. Er eignet sich ideal zum Betreibensehr heller LEDs mit hohem Strombedarf (Bild 2).Der LT3956 enthält einen internen Low-Side-N-Kanal-Leistungs-MOSFET, der für 84 V bei 3,3 V ausgelegt ist und von einer internengeregelten Spannung mit 7,15 V versorgt wird. Seine Architektur mitfester Frequenz und im Strommodus arbeitend, resultiert in einemstabilen Betrieb über einen großen Bereich an Versorgungs- undAusgangsspannungen. Ein auf Masse basierender Rückkoppel-Pinder Referenzspannung (FB) dient als Eingang für mehrere LED-Schutzfunktionen und ermöglicht es dem Wandler ebenfalls alsKonstantspannungsquelle zu arbeiten. Ein Frequenz-Einstellpin ermöglichtes dem Anwender, die Frequenz zwischen 100 kHz und 1MHz zu programmieren, um den Wirkungsgrad, die Leistungsfähigkeitoder die Ausmaße externer Komponenten zu optimieren.Der LT3956 misst den Ausgangsstrom auf der Strom-führendenSeite (high side) der LED-Kette. Das Messen auf der Strom-führendenSeite ist die flexibelste Art, LEDs zu versorgen, da dies Aufwärts-,Abwärts- oder Aufwärts/Abwärts-Konfigurationen ermöglicht. DerPWM-Eingang bietet LED-Dimmverhältnisse von bis zu 3000:1 undder CTRL-Eingang liefert zusätzliche analoge Dimmmöglichkeiten.Nichtsdestotrotz gibt es Anwendungen in anderen High-End-Märkten, die ihre eigenen, ganz speziellen Anforderungen an leistungsstarkeLED-Treiber haben und bei denen LED-Ströme vonüber 10 A nötig sind. Dazu gehören DLP-Projektoren, Laser-Treiberbausteineund Architekturbeleuchtungen. Das Bereitstellen vonStrömen über 10 A kann jedoch eine Fülle von Problemen mit sichbringen, wobei das thermische Management im Endprodukt nichtdas kleinste davon ist. Speziell dafür hat Linear Technology eineneinzigartigen LED-Treiberbaustein entwickelt, der ganz spezielldie Designanforderungen in diesen Anwendungen erfüllt.Der LT3743 ist ein synchroner DC/DC-Abwärtswandler unddafür entwickelt, einen Konstantstrom zu liefern, um LEDs mithohem Strom zu versorgen. Er kann bis zu 20 A kontinuierlichenoder bis zu 40 A gepulsten LED-Strom liefern. Das spezielle Designdes LT3743 ermöglicht die tri-state-Stromsteuerung, was ihnideal für die Farbmischaufgaben eignet, die in einem DLP-Projektorerforderlich sind. Er hat auch eine sehr schnelle (< 2 µs) Übergangszeitauf unterschiedliche Stromstärken, was die Auflösungder Farbmischung optimiert und sehr schnelles Strompulsen inLaser-Applikationen ermöglicht.Der Eingangsspannungsbereich des LT3743 von 5,5 V bis 6 Vmacht ihn gut geeignet für eine Vielzahl von Anwendungen wie<strong>industrie</strong>lle und architektonische Beleuchtungen sowie DLP-Projektion.Der LT3743 generiert bis zu 20 A kontinuierlichen LED-Strom aus einer Eingangsspannung von nominal 12 V, was in einerLeistung von über 80 W resultiert. In gepulsten LED-Applikationenkann er aus einer 12-V-Eingangsspannung bis zu 40 A Stromoder 160 W Spitzenleistung an die LED liefern. Wirkungsgrade biszu 95% eliminieren jeglichen Einsatz von Kühlkörpern und vereinfachendas thermische Design wesentlich. Ein Frequenzeinstell-Pin ermöglicht es dem Anwender, die Frequenz zwischen 100 kHzBild: LinearBild 1a: Der LT3743 ermöglicht sowohl PWM- als auchCTRL_SELECT-Dimmen, was ein Dimmverhältnis von 3000 : 1auf drei unterschiedlichen LED-Strompegeln ermöglicht.Bild: Osram SemiconductorBild 1: HB-LED-Scheinwerfer werden in den nächsten zehn Jahrendas größte Wachstum erfahren.30 <strong>elektronik</strong> <strong>industrie</strong> 10/2011www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.de
Leistungs<strong>elektronik</strong>BauteileHalbleiterKomponenten & GerätePowerSolutionsby INTERNATIONALRECTIFIERBild: LinearBild 2: 25-W-Treiberbaustein mit 95% Wirkungsgrad für weiße Scheinwerferlampen.Bild: LinearBild 3: Typische Applikationsschaltung des LT3743, die 20 A Strom an die LED liefert.und 1 MHz zu programmieren, so dass die Entwickler den Wirkungsgradoptimieren können und dabei gleichzeitig die Ausmaßeder externen Komponenten minimieren. Kombiniert mit einemQFN-Gehäuse mit 4 mm x 5 mm Kantenlänge oder thermisch verbessertenTSSOP-28-Gehäuse ergibt der LT3743 eine sehr kompakteLösung zur Versorgung von LEDs mit hoher Ausgangsleistung.Bild 3 zeigt eine typische Applikationsschaltung.Der LT3743 ermöglicht sowohl PWM- als auch CTRL_SELECT-Dimmen, was ein Dimmverhältnis von 3000 : 1 auf drei unterschiedlichenLED-Strompegeln erlaubt, was ihn ideal für Farbmischaufgabenmacht, wie sie in DLP-Projektoren nötig sind. Gleichzeitigermöglicht ihm die einzigartige Topologie zwischen zweigeregelten LED-Strompegeln in unter 2 µs umzuschalten, wodurcheine exaktere Farbmischung in RGB-Applikationen möglich ist.Ein maximaler Fehler von +/- 6 % des LED-Versorgungsstromssichert die genaueste Helligkeit der Lichtausbeute aus der LED. ZusätzlicheEigenschaften sind: Regelung der Ausgangsspannung,Schutzschaltung bei offener LED, Überspannungsschutz und eineSchaltung zum Ausgleich der thermischen Drift. (sb)nPower Solutions byINTERNATIONAL RECTIFIER• IGBTs und MOSFETs• High Voltage Gate Driver• Intelligente Leistungsschalter• Motor-Treiber-ModuleDistribution by Schukat electronic• 20.000 Produkte• 3 übersichtliche Themen-Kataloge• detaillierte Technikinfos• günstige Preise• 24 h-LieferserviceOnlineshop mit stündlich aktualisiertenPreisen und Lagerbeständenwww.schukat.comJetzt Kataloge bestellen:0 21 73 - 950 963Der Autor: Tony Armstrong, Director of Product Marketing,Power Products, Linear Technology Corporation.www.<strong>elektronik</strong>-<strong>industrie</strong>.deSCHUKAT
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