Linearer Treiber-Schaltungen

LEDs mit hohem Wirkungsgrad treiben

18. August 2011, 10:07 Uhr | Von Roderick Bacon

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Aufwärtswandler als LED-Treiber

Manchmal ist die verfügbare Eingangsspannung nicht hoch genug, um mehrere in Reihe geschaltete LEDs zu treiben. In einer solchen Situation bietet sich der Aufwärtswandler-LED-Treiber an. Aufwärtswandler-LED-Treiber können gleichzeitig mehrere LEDs treiben, indem sie eine niedrigere Eingangsspannung auf eine höhere Ausgangsspannung wandeln.

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Aufwärtswandler-LED-Treiber
Bild 4. Auch Aufwärtswandler-LED-Treiber - in diesem Beispiel mit sechs LEDs in Reihe - werden ebenfalls als Stromquellen betrieben, indem eine strom- proportionale Spannnung als Ist-Wert für die Regelung der Ausgangsspanung herangezogen wird.
© Micrel

Mit der höheren Ausgangsspannung wird dann eine Reihenschaltung von LEDs in Durchlassrichtung betrieben. Die Höchstspannung des betreffenden Aufwärtswandler-LED-Treibers bestimmt die Anzahl der LEDs in der Reihenschaltung. Mit einer max. Ausgangsspannung von z.B. 24 V können bis zu 6 Leistungs-LEDs in Reihe betrieben werden - 6 × 3,3 V ≈ 20 V.

Der typische Aufwärtswandler-LED-Treiber (Bild 4) erfordert mindestens einen Eingangskondensator (CE), einen Ausgangskodensator (CA), eine Drossel (L), eine Diode (D) und einen Strommesswiderstand (R) - was also mindestens fünf externe Komponenten ergibt.

Wie in Bild 4 illustriert, bestimmt sich die LED-Stromstärke aus der Spannung am Rückkopplungseingang des Spanungsreglers, dividiert durch den Strommesswiderstand (R). Der Aufwärtswandler-LED-Treiber ist im Wesentlichen ein Aufwärtswandler, der als Stromquelle betrieben wird.

Ähnlich wie bei einem typischen Aufwärtswandler verwendet der Aufwärtswandler-LED-Treiber die externe Drossel und den internen Leistungstransistor zur Energieumwandlung vom Eingang an den Ausgang.

Wirkungsgrad des Aufwärtswandler-LED-Treibers
Bild 5. Vergleichbar dem Abwärtswandler-LED-Treiber sinkt auch beim Aufwärtswandler-LED-Treiber der Wirkungsgrad, wenn nur ein Teil der Ausgangs- leistung angefordert wird.
© Micrel

Wie der Abwärtswandler-LED-Treiber hat auch der Aufwärtswandler-LED-Treiber einige systemtypische Schwächen, z.B. niedriger Wirkungsgrad bei geringer Belastung infolge der Schaltverluste (Bild 5), Störsignale aufgrund des Schaltens und beim Dimmen durch Ein- und Ausschalten des Wandlers: akustische Störgeräusche durch die piezoelektrische Eigenschaft des Keramik-Ausgangskondensators.

Der typische Aufwärtswandler-LED-Treiber zum Speisen von sechs LEDs erreicht einen maximalen Wirkungsgrad von ca. 81 % (Bild 5). Dieser Wert kann je nach Drossel und externer Diode variieren. Größere Drosseln bzw. Dioden ermöglichen im Allgemeinen einen besseren Wirkungsgrad - dies allerdings zu Lasten der Baugröße und zu höheren Kosten. Bei niedriger LED-Stromstärke, während des Dimmens, sinkt der Wirkungsgrad aufgrund der konstanten Schaltverluste.

Dies bedeutet Leistungsverschwendung, denn die Last verlangt eigentlich eine deutlich niedrigere Leistung, als die Gesamtschaltung aufnimmt. Wird ein Aufwärtswandler-LED-Treiber die meiste Zeit für eine Anwendung mit kleiner LED-Stromstärke z.B. unter 20 mA betrieben, so arbeitet diese Treiberschaltung nur selten im optimalen Arbeitspunkt. 


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