Retrofit
Halogenlampen durch LEDs ersetzen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Pulsierender 60-W-LED-Treiber
Der pulsierende 24-V-Wechselspannungs-LED-Treiber liefert etwa 60 W Leistung mit einem Wirkungsgrad von 94 %. Eine so aufgebaute Beleuchtung entspricht in etwa einer 600-W-Halogenbeleuchtung, aber ohne den Einsatz von Blei und Quecksilber sowie Argon-, Xenon- oder Krypton-Gasen. Die vier synchronen Schalter des Auf-/Abwärtswandlers LT3791 und die des idealen Diodengleichrichters LT4320 sind verantwortlich für den hohen Wirkungsgrad.
Bild 5 zeigt die Schaltungskomponenten; trotz der 60-W-Wandlung bleiben diese kühl. Der Temperaturanstieg der Komponenten beträgt weniger als 24 °C; hier ist noch Raum für Anwendungen mit höherer Leistung. Ein Standard-Brückengleichrichter würde einen Temperaturanstieg von rund 50 °C produzieren, weil er einen schlechteren Wirkungsgrad erreicht.
Der Gesamtwirkungsgrad wurde aus den separaten Messungen der Eingangsleistung, des Leistungsfaktors und der am Ausgang gelieferten Leistung bestimmt. Mit der Wechselspannungsleistungsquelle Agilent 6812A wurde am Eingang eine Scheinleistung von 64,4 W und eine Wirkleistung von 63,0 W ermittelt, aus dem Quotient folgt dann der Wert des Leistungsfaktors von 0,981.
Das Messen der Ausgangsleistung ist etwas komplizierter. Um die pulsierenden Strom- und Spannungssignale am Ausgang des Wandlers zu erfassen, werden ein Stromsensor und ein Oszilloskop verwendet. Aus diesen Signalen wurden die Effektivwerte für Strom und Spannung am Wandlerausgang für die Ein-Zeit (tein) der LED bestimmt. Die Ausgangsleistung zur Ein-Zeit ist
Pausg(ein) = Ueff(ein) • Ieff(ein)
Während der Aus-Zeit ist die Ausgangsleistung gleich Null, dann ist auch der Strom gleich Null. Die Ausgangsleistung von 60 W wird mit Hilfe des Taktverhältnisses berechnet zu
Pausg = Pausg(ein) • tein • 120 Hz
Der Gesamtwirkungsgrad ist dann Ausgangsleistung geteilt durch die Wirkleistung am Eingang.
Pulsierender 24-W-LED-Treiber
Wenn der geschaltete MOSFET durch einen Brückengleichrichter aus vier diskreten Schottky-Dioden ersetzt wird, lässt sich mit dem LT3791 ein 24-W-LED-Treiber mit pulsierendem Gleichstrom und hohem Leistungsfaktor aufbauen, der mit einer Eingangswechselspannung von 24 V arbeitet. Da bei dieser Variante die Ausgangsleistung erheblich niedriger ist, sind die Nachteile dieser Vereinfachung ein geringfügig kleinerer Wirkungsgrad und zusätzliche Verlustwärme.
Die 24-W-Schaltung und die 60-W-Schaltung arbeiten beide auf die gleiche Weise. Der Wirkungsgrad der 24-W-Schaltung ist mit 90 % deutlich geringer, gleichwohl sind die Verluste wegen der insgesamt kleineren Leistung akzeptabel. Der Brückengleichrichter mit diskreten Dioden erwärmt sich um 49 °C; damit erfüllt die Schaltung die Anforderungen an die meisten High-Power-LED-Treiber. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, kann der diskrete Gleichrichter durch einen auf dem LT4320 basierenden Synchrongleichrichter ersetzt werden.
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