LED-Beleuchtungen an Triac-Dimmer anschließen

Mit dem Baustein LM3445 lassen sich LED-basierte Beleuchtungs- Lösungen mit hohem Wirkungsgrad realisieren, die sich mit herkömmlichen Dimmern auf Triac-Basis dimmen lassen, ohne dass es zu einem sichtbaren Flimmern kommt.

Mit dem Baustein LM3445 lassen sich LED-basierte Beleuchtungs- Lösungen mit hohem Wirkungsgrad realisieren, die sich mit herkömmlichen Dimmern auf Triac-Basis dimmen lassen, ohne dass es zu einem sichtbaren Flimmern kommt.

Von Ernest Bron

Dimmer für konventionelle Glühlampen gibt es schon seit Jahrzehnten. Die gängigsten Implementierungen basieren auf so genannten Triacs (TRIode for Alternating Current). Diese Schaltungen sind einfach aufgebaut, sind kostengünstig und haben unter den Dimmer-Lösungen die größte Popularität erlangt. Inzwischen werden die gewohnten Glühlampen mehr und mehr von energieeffizienteren Beleuchtungs-Lösungen verdrängt, von denen viele auf Leuchtdioden (LEDs) beruhen. Triacbasierte Dimmer laufen hierdurch Gefahr, bald zum alten Eisen zu gehören, denn sie benötigen für den ordnungsgemäßen Betrieb einen ohmschen Verbraucher, was LED-Treiber in der Regel nicht sind. In jedem Fall wäre es höchst wünschenswert, Dimmer auf Triac-Basis auch für LED-bestückte Beleuchtungs-Lösungen einsetzen zu können – nicht nur wegen der enormen Zahl installierter Dimmer mit dieser Technik, sondern auch weil die Anbieter von Beleuchtungssystemen es vorziehen, Komplettlösungen mit allen denkbaren Zusatzoptionen einschließlich der Dimmerfunktion anzubieten. Schließlich ist es vorteilhaft, standardmäßige, kostengünstige und ab Lager lieferbare Komponenten zu verwenden, wie es Triac-basierte Dimmer nun einmal sind.

Triggerpunkt in Strom konvertieren

LEDs werden in der Regel gedimmt, indem man entweder den Strom verändert oder indem man sie bei gleichbleibender Stromstärke in rascher Folge ein und ausschaltet (PWM-Dimmung). Um also einen konventionellen Triac-Dimmer an LED-basierten Beleuchtungs- Modulen verwenden zu können, benötigt man eine Möglichkeit, den Triggerpunkt (Zündverzögerung) entweder in einen Gleichstrom oder in ein PWM-Signal zu verwandeln. So trivial dies klingen mag – die Problemlösung gestaltet sich durchaus anspruchsvoll. Einfach die Frequenz der vom Triac kommenden Wechselspannung zu nutzen, ist keine Option, denn diese beträgt, abhängig von der Netzfrequenz (50 oder 60 Hz), entweder 100 oder 120 Hz. Eine Glühlampe spricht nur träge auf Änderungen der in ihr abfallenden Leistung an, sodass es hier zu keinem sichtbaren Flackern kommt. LEDs aber reagieren einfach zu schnell, sodass sie bei diesen Frequenzen deutlich wahrnehmbare Flimmereffekte erzeugen.

Damit ein standardmäßiger Triacbasierter Dimmer auch für Beleuchtungs- Module auf LED-Basis geeignet ist, muss der Triggerpunkt (bzw. die Zündverzögerung) also in einen Gleichstrom oder in ein hochfrequentes PWM-Signal umgewandelt werden. Hierfür hat National Semiconductor das neue LED-Treiber-IC LM3445 eingeführt. Dieser Baustein enthält die meisten Funktionen, die notwendig sind, um den Triggerpunkt eines Triac-Dimmers in einen mittleren Strom für eine Reihe von LEDs zu konvertieren.

Bild 1 zeigt eine entsprechende Beschaltung des LM3445. Die Netz- Wechselspannung wird zunächst einem Brückengleichrichter (BR1) zugeführt. Das gleichgerichtete Signal wird in seiner Spannung mithilfe von R2, D1 und Q1 so weit reduziert, dass es an den BLDR-Pin (Bleeder Pin) des LM3445 angeschlossen werden kann. Außerdem wird dieses abgeschwächte Signal genutzt, um über D2 und C5 eine stabile Stromversorgung am Ucc- Pin sicherzustellen (sollte das BLDRSignal zu weit abfallen, wird es von D2 und C5 gepuffert). R5 soll in erster Linie sicherstellen, dass auch bei geringer Belastung stets ein gewisser Mindeststrom fließt. Dadurch soll gewährleistet sein, dass der im Dimmer enthaltene Triac ständig im leitenden Zustand bleibt.

Die an BLDR liegende Wechselspannung wird mit einer intern festgelegten Spannung von 7,21 V (siehe Bild 2) verglichen, um zu prüfen, ob der Triac eingeschaltet ist. Um Störungen auszufiltern, durchläuft das Ausgangssignal des Komparators eine Verzögerungsstufe von 4 μs. Ist die Spannung am BLDR-Pin kleiner als 7,21 V, dann ist das verzögerte Ausgangssignal des Komparators im Zustand „Low“. In diesem Fall wird ein interner MOSFET eingeschaltet, der den BLDR-Pin mit einem Widerstand von etwa 230 Ω zur Masse belastet. Hiermit wird sichergestellt, dass die Verzögerungsschaltung korrekt arbeitet. Steigt die Spannung an BLDR auf mehr als 7,21 V an, schaltet der MOSFET ab, um die Zusatzbelastung durch den Widerstand zu deaktivieren.

Dieses verzögerte Komparator-Ausgangssignal wird außerdem einem Pegelbegrenzer zugeleitet und anschließend an dem mit ASNS (PWM-Ausgang) bezeichneten Pin herausgeführt. Mit einem externen RC-Netzwerk aus R1 und C3 (Bild 1) wird es hier erneut gefiltert. Das Ergebnis ist ein Gleichspannungssignal, dessen Pegel mit dem Tastverhältnis des Netzspannungs-Eingangs variiert.