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Bildergalerie Light+Building
Von der Lampe bis zur kompletten Haustechnik
Die Light+Building war auch in diesem Jahr ein Besuchermagnet: Die Bandbreite der Exponate reichte von Retrofit-LED-Leuchtmittel über OLED- und Designer-Leuchten bishin zu kompletten Haustechnik-Installationen - optisches Highlight war die begleitende Luminale.
Whitepaper
Aktuelle Whitepaper aus dem Bereich Optoelektronik
Fachartikel LED
Datenblätter von LEDs versprechen enorme Lebensdauer. In der Praxis sieht es oft anders aus. Woher kommt diese Diskrepanz? Fehleranalysen zeigen: die Ursachen sind vielfältig und können im Herstellungsprozess, in der Verarbeitung oder in der Anwendung liegen.
Produkte des Jahres
Web TV im elektroniknet
Eine aktuelle Übersicht zum Thema LED-Beleuchtungstechnik: LED-Charakterisierung, Lebensdauer, Treiberbausteine, Dimmen von LEDs, Lichtfarben-Modulation, Sekundäroptiken, Konzepte für Straßenleuchten, wirtschaftlicher Ausblick etc.
OLEDs in der Beleuchtung
Außen-, insbesondere Straßenleuchten sind ein dankbares Objekt für die LED-Technik. Mit der Bildergalerie zeigen wir Beispiele gelungener Außen- und Straßenbeleuchtung, anhand derer auch deutlich wird, wie vielfältig die Realisierungsmöglichkeiten mit LEDs sind.
Wie entsthet die OLED? Dazu waren wir bei Novaled in Dresden und haben uns die Entstehung vom pulverförmigen Ausgangsmaterial bis zur OLED-Lampe angesehen.
»Das Fenster zu einem Milliardenmarkt beginnt sich zu öffnen« - dieser Meinung ist Andreas Weisl von Seoul Semiconductor. Die Elektronik sprach mit ihm über die künftige Entwicklung von Technologie und Markt sowie die Unternehmensstrategie.
LEDs werden nach der Fertigstellung nach ihrem Farbort klassifziert. Da die entsprechenden Messungen bei Zimmertemperatur durchführt wurden, waren diese „Bins“ unter Betriebsbedingungen nicht aussagekräftig. Für weiße LEDs wurde Abhilfe geschaffen: durch eine Farbort-Bestimmung bei 85 °C und eine gezielte Abstimmung der Eigenschaften des blauen LED-Chips und der Konversionsschicht.
OLEDs für die Beleuchtung werden immer leistungsstärker und billiger. Ein paar Beispiele und technische Daten zu OLED-Leuchten für das Büro oder zu Hause.
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Call for Papers & Workshops!
Wie komme ich schnell von der Produktidee zum System?
Um diese Frage dreht sich das 1. Markt&Technik Symposium »Schneller Entwickeln« am 18. Oktober 2012 in München.
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LED-Treiber für Lighting
Parallele LED-Ketten effektiv und intelligent ansteuern
LEDs haben sich in vielen Anwendungen durchgesetzt. Ihre Vorteile sind Kompaktheit, Effizienz, hohe Beständigkeit und lange Lebensdauer. In den meisten Applikationen wird jedoch mehr als eine LED verwendet, um die gewünschte Helligkeit zu erreichen. Mehrere LEDs werden miteinander in Serie verbunden, alle LEDs weisen dann eine identische Stromstärke und damit die gleiche Helligkeit auf.
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Werden viele LEDs zu einer Kette (String) verknüpft, erreicht die Gesamtspannung einen sehr hohen Wert. Um dieses Problem zu umgehen, werden mehrere LED-Ketten parallel miteinander verbunden (Bild 1).
Dies führt jedoch dazu, dass eine Kette einen etwas höheren Strom als die anderen aufnimmt. Aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten kommt es zum „thermal runaway“, bei dem Strom und Temperatur stetig ansteigen, bis die Kette schließlich komplett ausfällt.
Die Folge ist, dass die anderen LED-Ketten nacheinander die gleichen Reaktionen aufweisen. Deshalb ist es notwendig, einen Treiber für parallele LED-Ketten mit folgenden Eigenschaften zu entwickeln:
| Alle Ketten weisen eine identische Stromstärke auf. | |
| Die Stromstärke ist temperatur-unempfindlich, so dass kein thermisches „Durchgehen“ (Runaway) auftreten kann. | |
| Hoher Wirkungsgrad des Systems. | |
| Das Dimmen und Einstellen der Helligkeit und der Farbe der LED ist möglich. | |
| Die Lösung ist ökonomisch und lässt sich in verschiedenen Power-Bereichen von einigen 10 W bis zu einigen 100 W skalieren. |
Die IC-Treiber von Atmel für parallele LED-Strings erfüllen diese Anforderungen bei hoher Leistungsfähigkeit und großer Vielseitigkeit. Der Hersteller liefert eine Vielzahl von IC-Varianten mit externen und integrierten MOSFET-Stromsenken mit vier bis 16 unabhängigen LED-Treiber-Kanälen.
Bei der Entwicklung eines LED-Treibersystems muss die Versorgungsspannung immer mit hoher Effizienz in die zum korrekten Betreiben der LED notwendige Spannung umgewandelt werden, wobei entweder DC/DC- oder AC/DC-Wandler verwendet werden. Darüber hinaus müssen die LEDs von einer Stromquelle getrieben werden. Bei mehreren, parallel geschalteten LED-Ketten muss jede dieser Ketten von einer separaten Stromquelle getrieben werden.
Ein Weg, um diese Vorgaben wirtschaftlich und mit wenig Aufwand zu erfüllen, besteht darin, die erforderliche Gleichspannung mit einem DC/DC-Wandler zu erzeugen. Mit dieser Spannung werden dann lineare Kon-stantstromregler getrieben. Für jede LED-Kette muss ein separater Regler verwendet werden (Bild 2).
Da die Spannungen der LED-Ketten voneinander leicht variieren, muss eine Schaltung implementiert werden, die die Spannungswerte der einzelnen LED-Ketten bestimmt und bei Bedarf eine Korrektur der Ausgangsspannung der DC/DC-Wandler durchführt. Dabei muss gleichzeitig sichergestellt werden, dass die Spannung ausreichend hoch ist, um ein fehlerfreies Arbeiten der LED-Ketten mit der höchstmöglichen Ausgangsspannung zu garantieren. Diese Arbeitsweise ist im Baustein MSL2160 implementiert.
Bild 3 zeigt ein vereinfachtes Schema der Implementierung eines Treibers für parallele LED-Ketten unter Verwendung des Bausteins MSL2160. In der Praxis ist natürlich nicht, wie dargestellt, nur eine einzige LED-Kette vorhanden, sondern es sind mehrere LED-Ketten parallel angeordnet. In diesem besonderen Beispiel entspricht die LED-Spannung dem Ausgang eines generischen Aufwärtsreglers (Boost Converter), wobei jedoch jede beliebige Wandlertopologie verwendet werden kann.
Um die Wirkungsweise der Stromquellen zu optimieren, muss der MSL2160 Zugriff zum Gegenkopplungsknoten des DC/DC-Wandlerausgangs haben. Dort injiziert der MSL2160 einen Regelstrom und stellt so die Ausgangsspannung des Wandlers richtig ein.
Die Verlustleistung jedes einzelnen Stromquellen-MOSFETs entspricht der Differenz der Ausgangsspannung Uout und der Spannung ULED, die an den LEDs abfällt:
Um die Verlustleistung zu minimieren, wird die Drain-Source-Spannung UDS des MOSFETs der Kette mit dem höchsten Wert für ULED auf den kleinstmöglichen Wert optimiert. Jedoch ist dabei darauf zu achten, dass bei PWM-Dimmung die Spannung UDS nicht zu klein gewählt wird, da in diesem Fall der LED-Strom in jedem Dimmzyklus sehr schnelle Stromtransienten zwischen 0 und ILED erfährt. Abhängig von der Stabilität des als Spannungsfolger geschalteten Operationsverstärkers können diese Transienten zum Über- bzw. Unterschwingen mit anschließendem „Ringing“ des LED-Stroms und der Drain-Spannung des FETs führen. Die Transienten dürfen die Stromquelle nicht überlasten.
Dies kann prinzipiell durch einen entsprechend hohen stationären UDS erreicht werden. Allerdings erhöht sich mit einem hohen Spannungswert UDS die Verlustleistung, die Effizienz sinkt. Die beste Lösung ist es, sicherzustellen, dass im Follower-Schaltkreis kein Ringing auftritt. Erreicht wird dies durch ein sorgfältiges Design der internen Beschaltung des MSL2160 und der anderen LED-Treiber.
1. Teil: Parallele LED-Ketten effektiv und intelligent ansteuern
2. Teil: PWM-Dimmen kann Probleme bereiten
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Jens Würtenberg, Elektronik |
