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LED-Beleuchtung

Neue ICs unterstützen modulares Leuchten-Design

5. Mai 2014, 12:57 Uhr | Peter Bensch

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Ein Beispiel-Design

Durch ein von STMicroelectronics entwickeltes Beispiel lässt sich die Verwendung von STLUX385A in einem Mehrkanal-LED-Design demonstrieren. Das Entwicklungsmodul STEVAL385LED4CH [2] besteht aus vier phasengeschalteten LED-Kanälen, die Wirkungsgrade bis zu 98 % erreichen. Das Evaluation Board kann auf unterschiedliche Weise konfiguriert werden und bietet somit einen guten Ausgangspunkt für die plattformbasierten Stromversorgungsdesigns vieler Leuchtenhersteller. Es kann mit Eingangsgleichspannungen zwischen 12 und 48 V betrieben werden. Mit einem Netzgerät können drei bis zehn LEDs je Kanal bei einer maximalen Gesamtleistung von 200 W versorgt werden. Jeder Kanal ist einzeln konfigurierbar für einen durchschnittlichen Flussstrom zwischen 245 mA und 1.065 mA sowie für PWM-Dimmung in 256 Schritten (8 bit), komplett von einem STLUX385A gesteuert. Das Modul bietet eine Echtzeit-Fehlererkennung sowie Schutz vor Unterbrechungen, Kurzschlüssen und Spannungsschwankungen.
Aus Sicherheits- und Schutzgründen werden wegen der hohen möglichen Leerlaufspannungen für geschaltete LED-Treiber keine Aufwärtsspannungwandler (Boost Converter) empfohlen. Bei den Abwärtswandlern des Entwicklungsmoduls hat sich ST gegen die gängige Abwärtswandler-Topologie entschieden (Bild 2, linkes Diagramm). Stattdessen verwendet das System eine sogenannte umgekehrte Buck-Topologie (Bild 2, rechtes Diagramm). Darin kann ein preisgünstiger, n-leitender MOSFET ohne Boost-Kondensatoren als Schalter verwendet werden. Dies verringert die Bauteilkosten und ermöglicht eine einfache massebezogene Messung des Schaltstroms.
Im Schaltbild für den LED-Kanal 0 (Bild 3) bilden L3, D4 und C11 die umgekehrte Buck-Schaltung. Die Schottky-Diode D6 schützt die Schaltung im Falle einer Unterbrechung der LED-Kette durch Aufrechterhaltung des Flussstroms. Der Gate-Treiber U2 ist für die Ansteuerung der MOSFETs notwendig, deren notwendige Gate-Spannung höher als die Treiberfähigkeit des mit 3,3 V versorgten STLUX385A ist. Die Shunt-Widerstände R28 und R29 messen den Schaltstrom, ergänzt durch einen mit R23/C14 gebildeten Tiefpass gegen Schaltspitzen. Für die Schutzfunktion des STMLUX385A erfassen Q4 und U5 zusammen die LED-Flussspannung, die etwas zeitverzögert direkt an der LED-Kette abgegriffen und mit C16 gepuffert wird. Durch entsprechende Konfiguration des PWM-Signals an der Steuerung kann jeder der Stromkreise der vier LED-Kanäle phasenverschoben geschaltet werden, um die Erzeugung von unerwünschten Wechselstromspitzen zu vermeiden (Bild 4).