Gebäude- und Auenbeleuchtung
Modulare LED-Treiber
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Hotspots vermeiden
Wegen des Drucks, die Herstellkosten zu reduzieren, und die Tatsache, dass viele dieser Applikationen in Bereichen zum Einsatz kommen, in denen eine Wartung schwer oder teuer ist, nutzen viele Entwickler eine einzige Platine, auf deren Frontseite die LEDs montiert sind. Auf der Rückseite befindet sich die Elektronik für die Ansteuerung. Dies reduziert Herstellkosten sowie Gerätegröße und erleichtert die Reparatur, da in diesem Fall nur die komplette Platine auszutauschen ist.
Doch dadurch kann die Ausleuchtung über das gesamte LED-Display unregelmäßig ausfallen, denn die Treiber geben Wärme ab, die sowohl die Wellenlänge als auch die Helligkeit der sich dadurch erwärmenden LEDs verändert. Je nach LED erhöht sich die Wellenlänge um 0,1 nm/K bis 0,2 nm/K. Zudem verringert sich die Lichtausbeute der LEDs mit steigender Temperatur. Allerdings hängt dieser Einfluss von der verwendeten Technik und dem Design der LEDs ab. Der Lichtstrom einer blauen LED reduziert sich bei einer Temperaturerhöhung von 50 K lediglich um einige Prozent, während bei einer roten LED schon bei 25 K höherer Temperatur die Lichtausbeute um 25 % sinkt. Werden solche Temperaturschwankungen nicht beachtet, kann es zu Bereichen auf der LED-Anzeige oder in LED-Verbänden kommen, die weniger hell sind, was in den meisten Anwendungen inakzeptabel ist. Daher sollten die eingesetzten Abwärtswandler effizient arbeiten, um Helligkeit und Farbe über die gesamte Anzeige konstant zu halten.
Benötigen die LEDs keine individuelle Ansteuerschaltung, lässt sich der Wirkungsgrad der Versorgung erhöhen. Hierbei wird jedoch eine Konstantstromquelle für die exakte Kontrolle der Helligkeit benötigt. Abwärtswandler sind normalerweise so konzipiert, dass sie eine konstante Ausgangsspannung, jedoch keinen konstanten Strom erzeugen. Es gibt allerdings einige neue Komponenten, die auch konstanten Ausgangsstrom zulassen.
Designbeispiel LED-Anzeige
Bei der Vielzahl von Anforderungen und der Leistungsverteilung über einen Bus bieten modulare Stromversorgungen (Bild 1) Vorteile gegenüber einer zentralen Stromversorgung. Das Eingangsteil besteht aus einem PFM, das in einem VIA-Gehäuse untergebracht ist und aus dem weltweiten Wechselspannungsnetz die Busspannung von 48 V erzeugt. Die höhere Busspannung, aus der dann die ZVS-Abwärtsregler (Zero Voltage Switching) den von den LEDs benötigten Konstantstrom erzeugen, minimiert die Leitungsverluste.
Vicors PI354x nutzt eine effiziente ZVS-Topologie, um entweder eine konstante Spannung oder einen konstanten Strom zu erzeugen. Bild 2 zeigt so ein Modul konfiguriert als Konstantstromquelle. Der Pin EAIN (Error Amp Inverting Input), der normalerweise der Kontrolle der Ausgangsspannung dient, wird oberhalb der internen Referenzspannung von 1 V gehalten, und der Wandler wird über den Spannungsabfall am Shunt in Reihe zu den zwei LEDs geregelt. Dieser Spannungsabfall beträgt nur 100 mV, die Verluste durch die Strommessung sind daher gering.
Leistungskreise, die für die Versorgung von LEDs optimiert wurden, können sehr einfach gestaltet werden. In diesem Fall sind es einige wenige Komponenten am Eingang für die Erzeugung der Busspannung, und die LEDs werden von einer einzigen Wandlerstufe, die als Konstantstromquelle konfiguriert ist, angesteuert. Damit wird ein hoher Gesamtwirkungsgrad erreicht. Obwohl relativ einfach, ist das Konzept erst seit kurzem durch die Einführung der mit den entsprechenden Eigenschaften ausgestatteten High-Performance-Komponenten möglich.
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