PWM-Controller
LEDs konstant versorgen
LED-Beleuchtung ermöglicht innovatives Lichtdesign bei geringem Stromverbrauch und langer Lebensdauer. Dazu bedarf es aber mehr als nur einer Leuchtdiode. Vielmehr muss der gesamte Schaltkreis dieses Versprechen erfüllen. Besonders die Stromversorgung ist dabei gefordert.
Niederstrom-Leuchtdioden lassen sich natürlich einfach mit einem (Bias-)Widerstand betreiben – wenn die Lebensdauer nicht besonders lang sein muss. Ist allerdings eine hohe Zuverlässigkeit, Lebensdauer, Effizienz oder Lichtqualität gefragt, gibt es bessere Methoden, die Diode zu versorgen und zu überwachen. Eine Stromversorgung, die als Konstantstromquelle dient, kann Fertigungsabweichungen bei High-Brightness-LEDs ausgleichen und so mehr Zuverlässigkeit und ein besseres Benutzererlebnis gewährleisten. Die hohe Nachfrage nach solchen Beleuchtungen sorgt für immer leistungsfähigere LED-Ansteuerungen: PWM-Controller, integrierte Konstantstromregler und Schaltnetzteile, welche die besonderen Anforderungen von LED-Anwendungen unterstützen. Der »MCP19114« von Microchip wurde speziell zu diesem Zweck entwickelt (Bild 1).
Konsistenz und Qualität
Leider ergeben sich bei der LED-Fertigung große Abweichungen bei der Durchlassspannung (Bauteilstrom bei vorgegebener Spannung), beim Lichtstrom (Lichtleistung bei festem Strom) und bei der Chromatizität (Farbqualität). LED-Hersteller betreiben daher einen hohen Aufwand, ihre Produkte zu sortieren (Binning), damit homogene Lose zur Auslieferung gelangen.
Bei mangelnder Anpassung können nebeneinander platzierte LEDs zu sichtbaren Leuchtunterschieden bei gleicher Stromzufuhr führen, was meist als störend empfunden wird. Während gutes LED-Binning stets wünschenswert ist, kann eine sorgfältig entwickelte Stromversorgung die Einschränkungen des LED-Fertigungsprozesses kompensieren.
Ziel des Schaltkreises ist letztendlich, eine bestimmte Lichtleistung zu erzeugen. Die Lichtausbeute einer LED ist nicht direkt proportional zum Strom, der durch sie fließt. Der LED-Strom ist nicht direkt proportional zur Durchlassspannung, und die LED-Durchlassspannung ist nicht direkt proportional zur Temperatur. Alle diese Beziehungen ändern sich zudem im Laufe der Zeit. Das Design eines Schaltkreises, der eine konstante Lichtleistung und gute Farbqualität liefert, ist also nicht ganz trivial. Das Problem verschärft sich noch, wenn Farbmischung mit ins Spiel kommt und mehrere LEDs in Bezug zueinander anzusteuern sind. Eine effektive Stromversorgung muss die Ausgangsströme genau regeln und das Licht über ein PWM-Signal selektiv dimmen. Sie muss Änderungen am Eingang und der Last über der Zeit und Temperatur kompensieren und somit einen dauerhaft stabilen Betrieb gewährleisten. Der MCP19114 enthält einen 8-Bit-Mikrocontroller, einen A/D-Wandler und universelle I/Os. Diese lassen sich in Firmware programmieren, um wichtige Parameter zu überwachen und zu justieren. Ist zum Beispiel die Lichtleistung eine bekannte temperaturabhängige Funktion, wird die LED-Temperatur über einen Thermistor und den A/D-Wandler gemessen. Der Controller kann dann den Strom reduzieren oder den Versorgungsausgang modulieren, um den Einfluss der Temperatur zu kompensieren und eine konstante Lichtleistung zu erzielen. In Stromversorgungs-Controllern findet sich diese Funktion eher selten, und einfache Schaltregler bieten diese Funktion überhaupt nicht.
- LEDs konstant versorgen
- Zuverlässigkeit und Lebensdauer
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