MR16-LED-Leuchten LED-Treiber eignet sich für die meisten elektronischen Transformatoren

Wie lässt sich ein Treiber für MR16-Leuchtmittel am Netz mit 12 V betreiben? Wir zeigen die Unterschiede zwischen konventionellen Transformatoren und ihren elektronischen Pendants für MR16-Leuchtmittel. Vorgestellt werden auch die Unterschiede in der Stromaufnahme von Halogenlampen und LED-Leuchtmitteln

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Wo liegen die Unterschiede in der Funktionsweise von konventionellen Transformatoren und elektronischen Transformatoren für MR16-Leuchtmittel? Und wo die Unterschiede in der Stromaufnahme von Halogenlampen und LED-Leuchtmitteln im MR16-Format? Die Art der Stromaufnahme ist ausschlaggebend dafür, dass sich die meisten elektronischen Transformatoren in der Regel nicht für MR16-LED-Leuchtmittel eignen. Halogen-Leuchtmittel im Format MR16 werden üblicherweise mit einer niedrigen Wechselspannung betrieben. Diese wird entweder mit einem mit Netzfrequenz arbeitenden herkömmlichen Trafo oder mit einem elektronischen Transformator mit hoher Schaltfrequenz aus der Netzspannung erzeugt. In einem elektronischen Transformator mit hoher Schaltfrequenz wird die Primärwicklung durch eine mit hoher Frequenz schaltende elektronische Baugruppe versorgt. Die Sekundärwicklung liefert die Niederspannung von 12 V_AC für den Betrieb der MR16-Halogenlampe.

Während ein konventioneller, mit Netzfrequenz arbeitender Trafo schwer und sperrig ist, zeichnet sich ein elektronischer Transformator durch kleinere Abmessungen sowie geringeres Gewicht aus. Er ist für den Betrieb am Wechselspannungsnetz mit 120 oder 230 V geeignet und für die Versorgung ohmscher Lasten ab 20 W aufwärts ausgelegt. Liegt am Ausgang eine geringere ohmsche Last, funktionieren die meisten elektronischen Transformatoren nicht. Konventionelle MR16-Halogenlampen nehmen unter regulären Betriebsbedingungen mehr als 20 W Leistung auf und sind daher gut für den Betrieb an elektronischen Transformatoren geeignet. Um die gleiche Lichtmenge zu erzeugen wie eine 35-W-Halogenlampe, benötigen LED-Leuchtmittel dagegen nur 7 W.

Die ohmschen Lasten und die Helligkeit

MR16-Halogenlampen sind nichtlineare ohmsche Lasten. In kaltem Zustand ist ihr Widerstand gering, sodass ein hoher Strom fließt, was günstig für den Betrieb der elektronischen Transformatoren ist. Sobald die Lampe zu leuchten beginnt, wird die Glühwendel heiß und ihr elektrischer Widerstand nimmt zu. Eine typische 35-W-Halogenlampe nimmt an 120 oder 230 V_AC 35 W Leistung auf, gleich ob sie an einem konventionellen Trafo oder einem elektronischen Transformator betrieben wird.

Da das Halogenleuchtmittel eine ohmsche Last ist, leuchtet es umso heller, je höher die Netzspannung ist. Helligkeitsschwankungen sind in den meisten heutigen Anwendungen unerwünscht. Es bereitet aber keine Schwierigkeiten, die Helligkeit eines MR16-LED-Leuchtmittels kon-stant zu halten, auch wenn die Netzspannung um den Nennwert herum schwankt. Allerdings sind die LED-Leuchtmittel keine ohmschen Lasten, die von elektronischen Transformatoren vorausgesetzt werden. Es ist deshalb notwendig, das Lastverhalten des LED-Leuchtmittels so anzupassen, dass es die für die gewünschte Helligkeit erforderliche Leistung aufnehmen kann und gleichzeitig den ordnungsgemäßen Betrieb des elektronischen Transformators sicherstellt.

Die Treiberschaltung eines MR16-LED-Leuchtmittels lässt sich so anpassen, dass sie dem Ausgang des elektronischen Transformators einen konstanten Strom entnimmt. Der Ausgang des Transformators darf dabei nicht mit einer Kapazität versehen werden, da dies die LED-Lampe unter Umständen daran hindert, als Verbraucher mit konstanter Stromaufnahme zu agieren. Es ist darüber hinaus notwendig, dass der vom LED-Leuchtmittel aufgenommene Strom sehr schnell innerhalb von 3 bis 4 µs, auf den programmierten Wert ansteigt. Bei einer geringeren Anstiegsrate könnte die Elektronik des Transformators das Schalten einstellen.

Ein neu entwickelter Treiber für High-Brightness-LEDs sorgt dafür, dass der Betrieb mit den meisten elektronischen Transformatoren ohne Probleme möglich ist. Der von der MR16-Lampe aufgenommene Strom wird dabei abhängig von der angelegten Effektivspannung variiert. Bei niedriger Spannung nimmt das Leuchtmittel also einen bestimmten Strom auf. Um die Eingangsleistung konstant zu halten, reduziert sich dieser Strom, wenn die effektive Eingangsspannung zunimmt.

MR16-LED-Leuchtmittel und elektronische Transformatoren

In diesen HB-LED-Treiber integriert ist ein für die meisten Anwendungen geeigneter 48-V-MOSFET mit 0,2 Ω. Der Treiber lässt sich für LED-Stringspannungen zwischen 6 V und 40 V konfigurieren. Besteht ein String aus mehr als 6 LEDs, kann der Treiber im Boost-Modus, d. h. als Aufwärtswandler betrieben werden. Bei 6 LEDs und darunter sollte der Treiber in einer SEPIC-Konfiguration verwendet werden. Der HB-LED-Treiber MAX16840 verwendet zur Regelung des Eingangsstroms die Durchschnittsstromregelung. Die durchschnittliche Spannung am Widerstand R3 wird für jeden Schaltzyklus mithilfe der am REFI-Pin (Current Reference Input) liegenden Spannung geregelt. Die Schaltfrequenz ist intern auf 300 kHz eingestellt.

Durch die Begrenzung der Spannung an R3 auf maximal 200mV kann die Stromstärke nicht größer werden als 0,2 V/R3. An Pin 3 des Brückengleichrichters D2 liegt die gleichgerichtete Eingangsspannung, von der anschließend mit R7 und C7 der Mittelwert gebildet wird. Die an C7 liegende Gleichspannung wiederum wird mit dem Widerstand R8 in einen Strom verwandelt. Der von Q2, R10 und R19 gebildete Stromspiegel ergibt eine Stromsenke am REFI-Pin, wobei der von Q2B aufgenommene Strom gleich VC7/R8 ist. Die Spannung am REFI-Pin beträgt deshalb (50 µA- VC7/R8) × R4.

Die 50 µA ergeben sich dabei aus der internen Stromquelle am REFI-Pin. Die Widerstandswerte von R8 und R4 werden so eingestellt, dass die Eingangsleistung bezogen auf die Eingangsspannung, die ihrerseits um ±10% um ihren Nennwert schwankt, eine Toleranz von ±5 % aufweist. Das Design hält somit die Eingangsleistung bei Netzspannungsschwankungen bis ±10 % nahezu konstant.

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