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OptoelektronikBilder: Texas Instruments/National SemiconductorBild 1 (links):Schaltplan eines typischen Offline-Tausch-Leuchtmittels(AC - ILED), wie es in den Optimierungs-Experimenten verwendetwurde.Bild 2 (oben):Vereinfachte Darstellung der LED-Konfiguration in denLED-Produkten MX-6 und MX-6S von Cree.verluste können bei vorgegebenem Platzbedarf niedriger sein (geringererR DCR-Wert). Die Leerlaufverluste entstehen rein aus derVersorgung der internen Schaltungen.Zusammengefasst: In ähnlichen LED-Treiber-Designs kannzwar die Ausgangsleistung (P OUT= I LEDX V LED-Stack) gleich sein,doch kann der System-Wirkungsgrad je nach den Spannungenund Strömen im System sowie abhängig von der Art der verwendetenBauteile stark variieren. Bild 1 zeigt den Schaltplan eines typischenOffline-Tausch-Leuchtmittels (AC - I LED), wie es in denOptimierungs-Experimenten verwendet wurde.Durch Anheben der Stromstärke und Verringern der LED-Anzahlkann man den gewünschten Lichtstrom herbeiführen, allerdingswahrscheinlich zulasten des Wirkungsgrads. Will man dienötigen Kompromisse und die Verluste des Designs vollständigverstehen, geht es nicht ohne eine detaillierte Analyse, doch schoneine schnelle Vorab-Untersuchung fördert die folgenden Indiziendafür zutage, weshalb der Wirkungsgrad geringer geworden ist:■■Die Leitungsverluste in der Induktivität L nehmen mit dem3LED-Vorwärtsstrom zu.■■ Die Schaltverluste in der Freilaufdiode steigen ebenfalls mitdem LED-Vorwärtsstrom an.■■ Durch Herabsetzen der Stack-Spannung erhöht man den Prozentsatzder Zeit, in dem die Freilaufdiode leitend ist, zulastender Zeit, in der der Schalt-MOSFET eingeschaltet ist. Da dieLeitungsverluste in dieser Hochvolt-Diode größer sind als imMOSFET, nehmen die Gesamtverluste im System deshalb unterdem Strich zu.■■ Die Leitungsverluste in Q4, dem Haupt-Schalt-MOSFET, steigenmit zunehmendem LED-Strom an.Die System-Level-ErfolgsgeschichteDie LED-Hersteller haben zwischenzeitlich mit der Entwicklungapplikationsspezifischer LED-Produkte begonnen. Ein Beispiel istdie neue MX-6S von Cree. Sie ist von der älteren LED des TypsMX-6 abgeleitet und bietet entscheidende Vorzüge, wenn sie inden richtigen Anwendungen eingesetzt wird. Im vorliegenden Fallkommen ihre Vorteile in Nachrüst-Leuchtmitteln zum Ausdruck.Die ursprüngliche LED MX-6 enthielt sechs parallelgeschalteteLEDs in einem Gehäuse. Jede LED in diesem Baustein konnte biszu 150 mA aufnehmen, was einen Gesamt-LED-Strom von bis zu1000 mA ergab. Die Vorwärtsspannung der LED betrug zwischen3,2 V und 3,6 V. Die neue LED vom Typ MX-6S enthält ebenfallssechs LEDs, die in diesem Fall jedoch in Reihe geschaltet sind. DerVorwärtsstrom beträgt hier bis zu 115 mA, die Vorwärtsspannungzwischen 19 V und 22 V. Die LED-Konfigurationen beider Typensind in vereinfachter Form in Bild 2 wiedergegeben.Die reinen LED-Chips in den Produkten MX-6 und MX-6S sindidentisch, sofern das Binning der Bausteine unverändert bleibt. Lediglichin der Konfiguration ihrer internen Bondung unterscheidensich beide Produkte. Die Beschränkung auf diese einzige Variableermöglichte eine hervorragende Laboranalyse der LED-Stack-Spannungen in einer A19-SSL-Lampe unter Beibehaltung desLED-Treibers.Laborvergleich zwischen MX-6 und MX-6SDie labormäßige Gegenüberstellung der LED-Stack-Spannungenwidmete sich folgenden Zielen und Kriterien:■■ Optimierung eines einheitlichen LED-Treibers für gängige SSL-Tauschleuchtmittel mit unterschiedlichen LED-Konfigurationen.■■ Aufzeichnung der Verlustleistungen und Temperaturen wichtigerBauteile.■■ Identifikation entscheidender Kostenvorteile eines Designs gegenüberdem anderen.■■ Formulierung von Empfehlungen für Treiber und LED-Konfigurationenmit Blick auf Performance, Kosten, Zuverlässigkeitund Fertigungssicherheit.Die LED-Ströme wurden unter Verwendung eines kostengünsti-Bild 3:SSL-Tauschleuchtmittelfür60-W-Glühlampe,implementiertmit sechsMX-6-LEDs inReihenschaltung.Bild 4:SSL-Tauschleuchtmittelfür60-W-Glühlampe,implementiertmit sechsMX-6S-LEDs ineinem3x2-Array.50 elektronik industrie 04/2012www.elektronik-industrie.de