Linearer Treiber-Schaltungen
LEDs mit hohem Wirkungsgrad treiben
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.
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.
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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