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Treiberbausteine llll
Dimmen von LEDs:
PWM oder analog
Die Pulsweitenmodulation (PWM) bietet beim Dimmen von LEDs
gegenüber dem Analogverfahren zwei wesentliche Vorteile: Der Farbort
bleibt erhalten und für die Realisierung genügt ein mit dem PWM-Ausgang
des Mikrocontrollers verbundener Schalttransistor. Nachteilig ist die
deutlich schlechtere Lichtausbeute des Systems.
Die beiden wichtigsten Methoden
für das Dimmen einer
LED sind die Modulation des
Vorwärtsstroms IF mittels Pulsweitenmodulation
(PWM) und die Einstellung
der Höhe des kontinuierlichen
Gleichstroms IF durch eine geeignete
Analogschaltung.
PWM-Dimmen
Beim PWM-Dimmen wird die Helligkeit
über das Tastverhältnis eingestellt.
Ist der Stromkreis eingeschaltet, dann
fließt durch die LED bzw. LED-Kette
der durch die Stromquelle vorgegebenene
maximale Strom IF. Die Schaltfrequenz
muss so hoch gewählt werden,
dass das menschliche Auge kein
Flackern wahrnimmt. Da die Lichtabstrahlung
der LED, anders als bei der
Glühlampe, keiner thermischen Trägheit
unterliegt, müssen die Frequenzen
daher höher sein als 100 Hz. Die
Schaltung selbst ist vergleichsweise
einfach: Die PWM-Impulse lassen sich
mit einem Mikrocontroller erzeugen.
Die Impulse können im einfachsten
Fall für die Ansteuerung eines Transistors
genutzt werden, an dessen Kol-
28 Elektronik lighting 2011 – Sonderausgabe MSC
lektor die LED bzw. die LED-Kette
unmittelbar angeschlossen ist. Der
mittlere Strom durch die LED ist das
Produkt aus dem maximalen Strom I LED
und dem Tastverhältnis der PWM-
Frequenz. Wird mit dem Signal eine
Spannungswandlerschaltung angesteuert,
dann müssen die Verzögerungszeiten
beim Ein- und Ausschalten beachtet
werden; diese begrenzen die maximale
Schaltfrequenz und auch die minimale
Dauer des Einschaltimpulses und damit
den Bereich, in dem das Tastverhältnis
eingestellt werden kann.
Analoges Dimmen
PWM-Dimmen analoges Dimmen
Helligkeit wird eingestellt durch die Modulation des Spitzenstroms
I F (max) des LED-Treibers
Beim analogen Dimmen der LED wird
die Höhe des Vorwärtsstroms I F eingestellt.
Dies kann im einfachsten Fall
durch ein Potentiometer oder durch die
Verwendung einer Gleichspannungsquelle
mit einstellbarer Ausgangsspannung
geschehen. Da beim analogen
Dimmen der Vorwärtsstrom I F verändert
wird, ändert sich grundsätzlich
auch der Farbort des von der LED abgestrahlten
Lichts. In Anwendungen,
in denen eine konstante Farbtemperatur
gefordert ist, kann daher das ana-
Helligkeit wird eingestellt durch die Änderung des
durch die LEDs fließenden Gleichstroms I F
keine Farbverschiebung beim Dimmen mit der Änderung des Stroms I kann sich der Farbort
F
verschieben
Probleme durch einen überhöhten Einschaltstrom sind
möglich
keine Einschaltströme im laufenden Betrieb
Einschränkungen bei der Wahl der Schaltfrequenz, zudem
sind Störungen bei bestimmten Schaltfrequenzen möglich
keine Probleme mit Abstrahlungen und Störungen
durch Schaltimpulse
Helligkeit ist linear zum eingestellten Tastverhältnis Helligkeitseinstellung nicht linear
niedrigere Lichtausbeute (lm/W) höhere Lichtausbeute als beim PWM-Dimmen
l Vergleich der beiden Varianten für das Dimmen von LEDs.
loge Dimmen nicht verwendet werden.
Allerdings bemerkt das menschliche
Auge eine Abnahme der Helligkeit
oder auch Abweichungen des Farborts
nur im unmittelbaren Vergleich mit
anderen Leuchtmitteln, etwa in einer
LED-Kette. Auch beim analogen Dimmen
ist der Regelbereich eingeschränkt.
Die Spannung am Strommesswiderstand
in der LED-Kette ist
bei sehr geringen Helligkeiten entsprechend
niedrig und kommt in die Größenordnung
der Offset-Spannung der
Verstärkerschaltung; die Regelschleife
ist dann nicht mehr stabil.
Bei einer Variante des analogen
Dimmens kann auch das PWM-Signal
aus einem Mikrocontroller genutzt
werden. Wird für die Erzeugung des
LED-Stroms ein Aufwärtsregler verwendet,
dann kann das PMW-Signal
als Versorgungsspannung auf die interne
Referenzspannungsquelle geschaltet
werden. Diese integriert das
PWM-Signal und bildet so einen Mittelwert,
der die Ausgangsspannung
des Spannungsreglers entsprechend
dem Tastverhältnis einstellt.
Module für beide
Betriebsarten
Das Unternehmen aimtec (www.
aimtec.com) bietet unter der Bezeichnung
„AMLB-Z“ eine neue Serie gekapselter
Module für die Ansteuerung
von LEDs und LED-Ketten auf Basis
von Gleichspannungsaufwärtsreglern.
Die Module können bei entsprechender
äußerer Beschaltung sowohl für
das analoge als auch für das PWM-
Dimmen verwendet werden. Die Module
arbeiten an Eingangsgleichspannungen
von 9 bis 36 V und bieten je
nach Modell Ausgangsströme zwischen
150 und 700 mA. Sie unterstützen
den erweiterten Industrie-Temperaturbereich
und entsprechen den
RoHS-Vorgaben. Die interne Schaltung
bietet einen permanenten Schutz
vor Kurzschlüssen am Ausgang.
nach Unterlagen der Firma aimtec
Lighting-power@msc-ge.com
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