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Treiben und leuchten lassen

Moderne LED-Treibertechnik bietet oft ungeahnte Möglichkeiten

20. Juni 2012, 17:24 Uhr | Willem Ongena

Mit dem IC LT3791 von Linear Technology und einer Spule mit vier Schaltern lässt sich ein synchroner Auf-/Abwärts-DC/DC-Wandler zum Treiben von LED aufbauen. Der Wandler kann sowohl Konstantströme als auch Konstantspannungen liefern.

Um Leuchtdioden erfolgreich in der Beleuchtungstechnik anzuwenden, benötigt man nicht nur langlebige, preisgünstige und effizient wirksame High-Brighness-LEDs (HB-LED), sondern auch fast immer eine ebensolche Treiberschaltung. Wir stellen drei sehr unterschiedliche Ansätze vor.

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Für manche HB-LED-Anwendungen in der Beleuchtungstechnik genügt bereits eine stabile Konstantstromquelle. Daraus darf man allerdings nicht die Schlussfolgerung ziehen, dass eine einfache Bauart ohne weiteres in Frage kommt. Die Verlockung ist oft groß, ein möglichst preisgünstiges Modell aus einem Katalog auszusuchen. Die Folge könnte aber sein, dass die Leuchte allzu schnell den Dienst versagt, weil einzelne Komponenten in der Konstantstromquelle nicht auf Dauerhaftigkeit ausgelegt sind.

LED-Treibertechnik

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Schwieriger wird die Wahl schon dann, wenn eine serielle LED-Kette zu treiben und fallweise auch zu dimmen ist. Eine HB-LED-Kette mit einer zweistelligen Diodenzahl benötigt eine Flussspannung von mehr als 30 V, und weil eine AC/DC-Konstantstromquelle darauf ausgelegt ist, einen veränderlichen Wechselstrom in einen stabilen Gleichstrom zu wandeln, wird sie ohne besondere Schaltungsmaßnahmen bemüht sein, dem zum Dimmen vorgenommenen Phasenanschnitt möglichst konsequent entgegenzuwirken! Hinzu kommt, dass HB-LED-Ketten oder andere Multi-LED-Anordnungen ohne weiteres eine elektrische Leistung von mehr als 20 VA benötigen, so dass Leistungsfaktorkorrektur in der Treiberschaltung erforderlich wird.

Noch anspruchsvoller wird die Herausforderung, wenn eine Leuchte in Eigenentwicklung entstehen soll. In diesem Fall gilt es zu überlegen, welche Treiber-ICs in Frage kommen. Nachfolgend sind drei unterschiedliche Ansätze beschrieben, die beispielhaft illustrieren sollen, welche Varianz es hinsichtlich der Designmöglichkeiten gibt.

Alleskönner

In vielen industriellen und auch Kfz-Anwendungen kann es nützlich sein, einen vielseitig einsetzbaren Auf-/Abwärtswandler-IC einzusetzen, der nicht nur Konstantstrom, sondern auch eine Konstantspannung abgeben kann. Dieser sollte Eingangsspannungen von wenigen V bis 50 V und mehr aufnehmen und abgeben und Ströme von mehreren A, auch bei zweistelligen Ausgangsspannungen, liefern können.

Ein Beispiel ist der LT3791 von Linear Technology. Er ist ein synchroner Auf-/Abwärts-DC/DC-Wandler mit vier Schaltern, der sowohl Konstantströme als auch Konstantspannungen mit bis zu 98,5% mit einer einzigen Spule regelt. Er kann mehrere Hundert Watt Leistung liefern und ist für 60 V Ein- und Ausgangsspannung ausgelegt, wodurch er sich nicht nur sehr zum Treiben von LED-Strings mit hoher Leistung eignet, sondern auch zum Laden von Hochvolt-Batterien, wenn sowohl eine Aufwärts- als auch Abwärtsregelung benötigt wird. Er kann aber auch als Auf-/Abwärtsregler für eine konstante Spannung eingesetzt werden, der eine Strombegrenzung und eine Überwachungsfunktion sowohl für den Ein- als auch Ausgang besitzt.

Das Schaltbild 1 zeigt den LT3791 im Einsatz für einen auf-/abwärts wandelnden LED-Treiber (in diesem Fall für eine 100-W-Kette mit neun SSR-90-HB-LEDs von Luminus), der mit Eingangsspannungen zwischen 15 V und 58 V mit bis zu 98,5% Wirkungsgrad arbeitet und mit einer Spule auskommt. Der hohe Wirkungsgrad stellt sicher, dass die Erwärmung des Bausteins minimal bleibt. Die Schaltung bietet zum akkuraten Justieren der Helligkeit ohne Farbänderung ein PWM-Dimmverhältnis von 100:1 bei 100 Hz und ermöglicht analoges Dimmen, wenn kein PWM-Oszillator vorhanden ist. Anders als andere Topologien erlaubt der Auf-/Abwärtswandler LT3791 Kurzschließen von LED+ sowohl mit LED- als auch mit Masse. Er lässt sich zudem auf abgeschaltet (latch-off) programmieren oder darauf, weiter zu versuchen, in den eingeschalteten Zustand zurückzukehren, wenn der Kurzschluss entfernt ist. Diagnose-Ausgangssignale zeigen zur Fehlererkennung und -behandlung sowohl Kurzschlüsse als auch unterbrochene LEDs an.

Entwickler, die nicht nur mit dem Design von LED-Leuchten befasst sind, dürften den Baustein auch wegen seiner Vielseitigkeit schätzen. »Man kann beispielsweise auch leicht eine SLA-Batterieladeschaltung realisieren, die 36 V und 2,5 A leistet, oder einen eigensicheren 120-W-Spannungsregler mit 6 V bis 55 V Eingangsspannung«, erläutert Keith Szolusha, Senior Applications Engineer bei Linear Technology, weitere Einsatzmöglichkeiten.

Weitere Info finden Sie im Datenblatt des LTC3791 bei Linear Technology.