LED-Ansteuerungen für die unterschiedlichsten Anwendungen

Weil LEDs in die unterschiedlichsten Anwendungen wandern, entwickeln die Hersteller ständig neue Typen für ihre Ansteuerung. Deshalb bieten bereits viele Hersteller von LED-Treibern ICs an, die an die unterschiedlichen Einsatzbedingungen angepasst sind und sie entwickeln ständig neue Varianten.

Weil LEDs in die unterschiedlichsten Anwendungen wandern, entwickeln die Hersteller ständig neue Typen für ihre Ansteuerung. Deshalb bieten bereits viele Hersteller von LED-Treibern ICs an, die an die unterschiedlichen Einsatzbedingungen angepasst sind und sie entwickeln ständig neue Varianten.

LEDs benötigen für ihre Versorgung Konstantstromquellen. Das könnte im einfachsten Fall ein Widerstand sein oder auch ein FET. Aber so einfach liegen die Dinge nicht, meist sind doch Schaltwandler gefragt und je nach Anwendung kommt die ganze Bandbreite der Topologien dafür in Frage, von Ladungspumpen über Abwärts- und Aufwärts-, Fly-Back- bis zu SEPIC-Wandlern. Denn die LEDs finden heute bereits in sehr unterschiedlichen Bereichen Einsatz, die alle ihre speziellen Anforderungen stellen. Ganz vorne steht mit einem Anteil von rund 40 Prozent der Markt Hintergrundbeleuchtungen in tragbaren Geräten wie Handys und PDAs. Weil der Handy-Markt so langsam in seine Sättigung kommt, ist hier nicht mehr übermäßiges Wachstum zu erwarten und weil andere Bereiche jetzt schneller zulegen, wird der Markt in Prozent zurückgehen, wenn auch nicht absolut. Insbesondere das LED-Blitzlicht wird für weiteres Wachstum sorgen. Und nebenbei kann der Anwender künftig sein Multifunktions-Handy auch als Taschenlampe verwenden. Eine sehr starke Nachfrage kommt derzeit aus den Sektoren elektronische Schilder und Großdisplays. Auf einem großen Display können leicht 500.000 oder sogar 1 Mio. LEDs sitzen.

Ebenfalls schnelles Wachstum erwarten die Analysten im Bereich der Beleuchtungen. Das erhöht angebrachte Bremslicht (Stoplight) wird heut schon zu 90 Prozent über LEDs realisiert, in den herkömmlichen Bremslichtern hat es schon Einzug gehalten und das Tagesfahrlicht, das der Gesetzgeber auch für Autos in Deutschland verpflichtend vorschreiben wird, soll den LEDs neuen Schub im Frontlicht geben. Hier können die LEDs einen ihrer großen Vorteile ausspielen: Weil Glühlampen oder Halogenlampen eine kürzere Lebensdauer erreichen, lohnt sich der höhere Einkaufspreis – mit mindestens dem Faktor 3 schlagen sie höher zu Buche – für die LEDs über die Zeit, denn sie sollen über 5000 Stunden halten. Bei einem Austausch der Glühlampe macht sich der Aufpreis für die LED bereits bezahlt – vorausgesetzt die LEDs erreichen in der Praxis tatsächlich die auf dem Datenblatt spezifizierte Lebensdauer. Das hängt wiederum von der Kühlung ab, denn werden die LEDs zu heiß, dann erreichen sie die längere Lebensdauer nicht und der Vorteil gegenüber Glühlampen oder Halogenlampen fällt weg.

Dennoch glaubt Ulrich Kirchenberger, Technical Sales Manager Central Europe von ST, dass sich die LEDs im Frontlicht für Tageslicht sehr schnell durchsetzen werden. 2009 so schätzt er, werden 30 Prozent der Tagesfahrlichter auf Basis von LEDs arbeiten, was für Kfz-Verhältnisse tatsächlich ein rasantes Wachstum wäre. Bis sich LEDs in Hauptscheinwerfern durchsetzen, dürfte es aber nach seinen Worten länger dauern, weil der Wirkungsgrad der LEDs dafür noch nicht ausreichend ist: 8 bis 10 Stück sind deshalb erforderlich, deren Wärme erst einmal abgeführt werden muss. Was LEDs in Hauptscheinwerfern angeht, ist der Audi R5 derzeit der einsame Vorreiter. Ein weiterer interessanter Bereich aus der Beleuchtungswelt sind Stimmungsbeleuchtungen. Was nach untechnischer Romantik klingt, ist durchaus ernst gemeint. Mit anpassbarem Licht können den arbeitenden Menschen optimale Beleuchtungsverhältnisse geboten werden, was zwei positive Effekte hat: Der Mensch fühlt sich wohl und er arbeitet effektiver.

Weiter zum LED-Wachstum tragen die so genannten Akzentbeleuchtungen bei, beispielsweise, um Gebäudekanten mit LEDs auszustatten, um dadurch die architektonische Linienführungen bei Nacht zu betonen. Wenn das Ziel darin besteht, Gebäude mit einer einzigen Farbe zu akzentuieren, können die LEDs einen weiteren Vorteil ausspielen: während Glühbirnen oder Leuchtstoffröhren Filter benötigen, um bestimmte Farben abzustrahlen, brauchen LEDs keine Filter und sind deshalb sehr viel effektiver.

Apropos Wirkungsgrad: mit bis zu 70 lm/W erreichen LEDs zwar einen besseren Wirkungsgrad als Glühbirnen, doch er liegt noch deutlich unter den Leuchtstoffröhren, die auf bis zu 110 lm/W kommen. Die gute Nachricht: Das wird nicht mehr lange so bleiben, die LED-Hersteller sind optimistisch, den Wirkungsgrad innerhalb der kommenden zwei Jahre sogar in den Bereich von 115 lm/w steigern zu können.

Für die Ansteuerung von High-Brightness-LEDs hat Zetex drei Abwärtswandler im Programm, die für 350-mA- und 1-A-Typen ausgelegt sind. Der ZXLD1350 ist ein Continous-Mode-Abwärtswandler, der mit Eingangsspannungen zwischen 7 V und 30 V arbeitet und einen einstellbaren Ausgangsstrom bis 350 mA liefert. Abhängig von der Eingangsspannung und externen Komponenten kann die Ausgangsleistung bis zu 8 W betragen. Der ZXDL1350 enthält einen Ausgangsschalter und einen High-Side-Strommonitor, der einen externen Widerstand verwendet, um den nominalen Durchschnitts-Ausgangsstrom einzustellen. Über ein externes Steuersignal am Adjust-Pin kann die Ausgangsspannung über oder unter den gesetzten Wert eingestellt werden. Der Adjust-Pin akzeptiert sowohl DC-Spannungen als auch PWM-Signale. Die PWM-Filter befinden sich auf dem Chip. Die Soft-Start-Zeit lässt sich über einen externen Kondensator verlängern. Liegt die Spannung am Adjust-Pin unter 0,2 V, schaltet sich der Ausgang aus und der IC arbeitet im Standby-Modus. Der IC sitzt in einem TSOT23-Gehäuse mit 5 Anschlüssen. Er eignet sich, um Niederspannungshalogenlampen zu ersetzen, für LED-Ansteuerungen in Autos und für beleuchtete Schilder.

Erst kürzlich hat Zetex mit dem ZXLD1362, den großen Bruder des ZXLD1360 (30 V, 1 A), vorgestellt, der bei einer Betriebsspannung von 6 V bis 60 V einen einstellbaren Eingangsstrom bis 1 A liefert und 16 weiße Leistungs-LEDs ansteuern kann. Auch er sitzt im winzigen TSOT23-Gehäuse mit fünf Anschlüssen, das nur 2,8 x 2,9 mm einnimmt und 1 mm hoch ist.

Mit PWM- oder DC-Spannungen am Adjust-Anschluss lässt sich der Ausgangsstrom einstellen. Auch hier sperrt eine niedrige Spannung den Ausgang und versetzt den Regler in den Stand-by-Modus. Der ZXLD1362 arbeitet bis zu einer Betriebsfrequenz von bis zu 1 MHz und bietet eine genaue LED-Helligkeitssteuerung mit einem typischen Dimming-Verhältnis von 1000:1 bei 300 Hz.

Aufgrund der Integration des 60-V-High-Side-Strommonitors, der einen externen Widerstand für die Einstellung des Nennstromes verwendet, können leistungsstarke LEDs ohne negative Auswirkungen auf das Massepotential betrieben werden, was besonders bei Anwendungen in der Architektur wichtig ist. Zur Vereinfachung des thermischen Managements hat Zetex den Eingangswiderstand des Adjust-Pins auf 50 kOhm festgesetzt, um mit gängigen Thermistorwerten kompatibel zu sein. Aufgrund seiner kompakten Bauform und seiner Unempfindlichkeit gegenüber Hochvolt-Transienten eignet sich der LED-Treiber für den Einsatz in Autos und der Industrie, insbesondere, wenn der Platzbedarf das entscheidende Kriterium darstellt. Bei einer Abnahmemenge von 10.000 Stück kostet der LED-Treiber 1,78 Dollar. »Die kleine Bauform, Gehäuse ohne Kühlkörper und ein hoher Wirkungsgrad, das sind die Kriterien, mit denen wir uns unterscheiden wollen«, sagt Dr. Franz Riedelberger, CTO von Zetex. Außerdem käme es darauf an, einen einfachen Platinenaufbau mit möglichst wenigen externen Komponenten zu ermöglichen. In Zukunft will Zetex den Integrationsgrad der LED-Treiber weiter erhöhen und zusätzliche Intelligenz auf die Chips bringen, beispielsweise ein SMBus-Interface für die Anbindung an den Controller oder die Multikanalfähigkeit, um in RGB-Anwendungen die Farbe zu ändern.