Wirkungsgrad von Automobil-Beleuchtungen Alles im Blick

Wirkungsgrad eines linearen Konstant-Stromreglers

Damit die Effizienz des Konstantstromreglers berechnet werden kann, muss der Spannungsabfall am Konstantstromregler mit und ohne Pre-Boost-Regelung bekannt sein. Ohne Pre-Boost-Regelung beträgt der Spannungsabfall am linearen Konstantstromregler im ungünstigsten Fall 9 V, wie sich mit Gleichung 6 errechnen lässt.

Demgegenüber beträgt der Spannungsabfall mit Pre-Boost-Regelung 1 V. Mit Gleichung 7 wird der Wirkungsgrad des linearen Konstantstromreglers ohne Pre-Boost-Regelung berechnet, während Gleichung 8 die gleiche Rechnung mit Pre-Boost-Regelung wiedergibt.

Wirkungsgrad der gesamten Schaltung

Laut den Gleichungen 4 und 7 beträgt der Gesamtwirkungsgrad ohne Pre-Boost-Regelung 64,2 Prozent – was sich auch durch Gleichung 9 nachvollziehen lässt. Analog dazu lässt sich mit den Gleichungen 5 und 8 der Gesamtwirkungsgrad mit Pre-Boost-Regelung berechnen. Er beträgt laut Gleichung 10 exakt 88,2 Prozent.

Wie diese Berechnungen zeigen, sorgt die adaptive Pre-Boost-Regelungsschaltung in einer linearen LED-Treiberschaltung für eine Verbesserung des Wirkungsgrads um 26 Prozent. Allerdings legt dieses Beispiel den ungünstigsten Fall zugrunde, sodass die Verbesserung in einer realen Anwendung geringer ausfallen kann.

Abgesehen vom Wirkungsgrad bringt die adaptive Pre-Boost-Regelung noch einen weiteren Vorteil. Bild 4 zeigt die Verlustleistung in einem linearen Konstantstromregler für verschiedene LED-Stringströme mit und ohne adaptiver Pre-Boost-Regelung. Die rote Linie in dem Diagramm gibt die maximal zulässige Verlustleistung der integrierten Schaltung von 1,2 W an.

Grundlage für diese Obergrenze ist der typische Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebung, der bei Bausteinen wie dem TPS92610-Q1 von TI 52 °C/W beträgt.

Bei einer Umgebungstemperatur von 85 °C ist 1,2 W die maximale Verlustleistung, bei der die Sperrschichttemperatur des IC unter 150 °C bleibt.

Ohne adaptive Pre-Boost-Regelung ist der maximale Strom in dieser Konfiguration auf etwa 140 mA begrenzt. Der Einsatz einer adaptiven Pre-Boost-Regelung ermöglicht dagegen mit einem linearen Konstantstromregler Ströme bis zu 1.000 mA.

Wirkungsgrad des geschalteten Konstantstrom-Abwärtsreglers

Mit den LED-Kenndaten aus Tabelle 1 und den Spannungsregler-Parametern aus Tabelle 2 lässt sich der Wirkungsgrad des Spannungsreglers und eines geschalteten Konstantstrom-Abwärtsreglers berechnen. Weil ein geschalteter Stromregler für mehr Leistung geeignet ist, lässt sich der LED-Strom auf 1.000 mA einstellen.

Zum Berechnen der Effizienz des Konstantstrom-Abwärtsreglers werden die elektrischen Kenndaten aus Tabelle 4 zugrunde gelegt.

Die Verluste gehen aus Tabelle 5 hervor. Basierend auf diesen Werten, errechnet sich für den Konstantstrom-Abwärtsregler mit Pre-Boost-Regelung ein Wirkungsgrad von genau 96,2 Prozent (Gleichung 11), während es mit Pre-Boost-Regelung laut Gleichung 12 rund 97,0 Prozent sind.

Wirkungsgrad des Pre-Boost-Spannungsreglers

Tabelle 6 gibt einen Überblick über die Verluste des Pre-Boost-Spannungsreglers. Gemäß den Werten aus Tabelle 6 lässt sich für den Aufwärtsregler ohne Pre-Boost-Regelung ein Wirkungsgrad von 93,7 Prozent ermitteln (Gleichung 4), während es laut Gleichung 5 mit Pre-Boost-Regelung 93,9 Prozent sind.

Mit den Gleichungen 4 und 11 errechnet sich ohne Pre-Boost-Regelung ein Gesamtwirkungsgrad von 90,1 Prozent (Gleichung 13).
Auf die gleiche Weise ergibt sich mit den Gleichungen 5 und 12 für die Schaltung mit Pre-Boost-Regelung ein Gesamtwirkungsgrad von 91,1 Prozent (Gleichung 14).