»Es werde Licht«
Effiziente LED-Ansteuerung mit 8-Bit-MCU von Fujitsu Semiconductor
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Regler geschaltet, Regler erkaltet
Diese Probleme werden mit Schaltreglern umgangen. Je nach Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung unterscheidet man verschiedene Topologien, wie etwa Hochsetzsteller (Boost Converter), Tiefsetzsteller (Buck Converter) oder eine Kombination aus beiden (Buck-Boost, SEPIC, etc.).
Allen gemein ist, dass die eingangsseitige Energie zunächst im magnetischen Feld einer Spule gespeichert wird, um sid dann kontrolliert an die Ausgangsseite »weiterzuleiten«. Die hierbei auftretenden Verluste (Schaltverluste, ohmsche Verluste, magnetische Verluste etc.) sind bei korrekter Auslegung um ein vielfaches geringer als bei konventionellen, linearen Reglern. Die Nachteile bestehen insbesondere in erhöhten Anforderungen an ein EMV-gerechtes Design, sowie einer höheren Komplexität und Anzahl von Bauteilen. Letztere kann jedoch durch den Einsatz von modernen, speziell für diese Anwendungen optimierten Microcontrollern minimiert werden.
Gerade für LED-Anwendungen ist der Buck-Converter, nicht nur wegen seines einfachen Aufbaus und seiner Flexibilität, sehr beliebt. Er lässt sich sehr einfach auch als Konstantstromquelle konfigurieren, wobei häufig der Ausgangskondensator entfallen kann. Der zu regelnde Strom durch die LED entspricht dann dem Spulenstrom, welcher bereits »von Natur aus« stetig ist. Die bedeutet nicht nur eine Position weniger auf der BOM: Auch das Ansprechverhalten des Reglers verbessert sich, da sonst beim Einschalten der gesamte Strom in den vorher ungeladenen Ausgangskondensator fließt; erst wenn dessen Spannung die Vorwärtsspannung der LED überschreitet beginnt diese zu leuchten. Dieser Vorteil ist unter anderem beim Dimmen der LEDs mittels übergelagerter PWM von Bedeutung.
Ist die Spannung der LED oder der LED-Kette größer als die Eingangsspannung, ist die direkte Verwendung eines Buck-Converters nicht möglich. Aufgrund der bereits erläuterten Vorteile wird in diesem Fall häufig zunächst mittels eines Boost-Converters ein gemeinsamer Gleichspannungs-Zwischenkreis gespeist, von dem dann mittels Buck-Convertern die einzelnen LEDs bzw. LED-Stränge versorgt werden. Gleichzeitig kann hierbei, falls nötig, in der Boost-Stufe bereits eine Leistungsfaktor-Korrektur (PFC) erfolgen, die bei größeren netzbetriebenen Leuchten erforderlich ist.
- Effiziente LED-Ansteuerung mit 8-Bit-MCU von Fujitsu Semiconductor
- Regler geschaltet, Regler erkaltet
- Schnell geschaltet
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