LED-Treiber für die Ansteuerung von Hochleistungs-Leuchtdioden im Fahrzeug
Es werde Licht
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
LED-Treiber-Topologien
Widerstände und lineare Stromregler
Der traditionelle Weg, LEDs in Fahrzeugapplikationen anzusteuern, ist ein Widerstand in Serie zur LED. Obwohl diese Lösung sehr einfach und kostengünstig ist, hat sie jedoch verschiedene Nachteile: Der LED-Strom variiert sogar im Normalbetrieb des Fahrzeugs stark mit der Batteriespannung, was die Helligkeit reduziert oder die Lebensdauer der Lichtquelle verringert. Zusätzlich ist ein Schutz gegen Überspannung und Verpolung erforderlich. Diese Nachteile werden normalerweise durch lineare Stromquellen vermieden. Neben dem Ansteuern der LEDs mit Konstantstrom schützen diese vor Verpolung und können transiente Überspannungen bis zu einigen 10 V ausregeln. Lineare Stromquellen benötigen keinen EMV-Filter und stellen eine sehr günstige Lösung für LED-Treiber dar.
Der größte Nachteil der Widerstands- und Linearregler-Schaltung ist jedoch der niedrige Wirkungsgrad, wodurch sie zur Ansteuerung von Hochleistungs-Leuchtdioden aufgrund der großen Wärmeentwicklung ungeeignet sind. Zur Ansteuerung vieler LEDs für Signal- und Beleuchtungszwecke im Auto sind Schaltregler daher die erste Wahl.
Tiefsetzsteller
Die Tiefsetzer-Topologie (Buck Converter) wird in Fahrzeugbeleuchtungen meistens wegen ihrer Einfachheit, niedriger Kosten und leichten Einstellbarkeit des LED-Stromes eingesetzt. Bild 4 zeigt einen Wandler für ein Brems-/Rücklicht als Tiefsetzsteller. Der HV9910 ist ein PWM-Controller mit Spitzenstromregelung und einem internen Hochspannungsregler, der eine Versorgung von 8 bis 450 V erlaubt. Die Regelung des HV9910 ermöglicht eine hohe Störfestigkeit gegenüber Transienten und Schwankungen der Eingangsspannung. Das Regler-IC ermöglicht den Betrieb mit konstanter Schaltfrequenz oder konstanter Aus-Zeit tOFF. Der Regler in Bild 4 ist für eine konstante tOFF konfiguriert, was einen stabilen Betrieb mit Tastverhältnissen größer 50 % erlaubt, d.h., es sind LED-Spannungen fast so hoch wie die Eingangsspannung möglich [3]. Auch wird der Einfluss von Eingangsspannungs-Änderungen auf den LED-Strom reduziert.
Jobangebote+ passend zum Thema
Bei Rücklichtern für Autos ist es eventuell nötig, die Funktion auch während des Anlassens sicherzustellen. Die Versorgungsspannung könnte in diesem Fall zu niedrig werden, um einen Standard-MOSFET durchzuschalten, die eine Schwellenspannung von ca. 4 bis 5 V aufweisen. Dies würde einen „Logic-Level“-MOSFET erfordern, dessen maximale Drain-Spannung durch den Load Dump festgelegt wird. Um den Betrieb des HV9910 mit 5 bis 6 V zu ermöglichen, kann eine einfache Ladungspumpe am VIN-Pin des Bausteins hinzugefügt werden (Bild 4). Sobald der HV9910 nach dem Anlegen der normalen Batteriespannung gestartet ist, verdoppelt die Ladungspumpe die Versorgungsspannung an VIN. Dies ermöglicht ein Arbeiten des HV9910 auch während des Anlassvorganges.
Das Timer-IC LM555 ist als astabiler Multivibrator konfiguriert, um das Tastverhältnis beim Betrieb als Rücklicht zu verringern. Sein niederfrequentes PWM-Signal moduliert das Schalten des HV9910 über den PWMD-Eingang. Ein entsprechend gro-ßer Puffer-Kondensator ist in diesem Fall am VDD-Pin vorzusehen, um einen kontinuierlichen Betrieb des HV9910 auch bei Eingangsspannungen unter 8 V sicherzustellen.
Hochsetzsteller
Hochsetzsteller (Boost Converter) werden normalerweise im Fahrzeug verwendet, um längere LED-Ketten für die Armaturenbrett-Beleuchtung oder ähnliche Beleuchtungsquellen anzusteuern, die die Serienschaltung mehrerer LEDs erfordern. Einen typischen Hochsetzsteller zeigt Bild 5; er kann LED-Ketten mit Fluss-Spannungen über 100 V betreiben. Die Fortschritte in der Technologie von Hochleistungs-Leuchtdioden führten jedoch zu wesentlich höheren Leistungen der einzelnen LED. Ströme von 350 mA, 700 mA oder sogar 1 A sind hier üblich, wodurch die Anzahl der in Reihe geschalteten LEDs abnahm.
- Es werde Licht
- Literatur
- LED-Treiber-Topologien
- Anforderungen an die Spannungsregelung im Auto
