Mehrere LED-Stränge mit einer Topologie ansteuern

Anbieter zum Thema

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Bicker Elektronik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Texas Instruments Deutschland GmbH

Die Anzahl der LED-Stränge dimensionieren

Die Ausgangsspannung der PFC-Schaltung bildet die Eingangsspannung des invertierten Abwärtsreglers. Letzterer ist so konfiguriert, dass er am Ausgang einen konstanten Strom liefert. Auf diesem Strom baut der geschlossene Regelkreis des Systems auf. Die erzeugte Ausgangsspannung wird der nachgeschalteten DC/DC-Transformatorschaltung zugeführt, die neben einem Halbbrücken-Controller zwei MOSFETs, die Kondensatoren C1 und C2 und die Transformatoren umfasst. Der Strom wird anschließend über die Halbbrücken-MOSFET-Schalter zu den Primärseiten der in Reihe geschalteten Transformatoren geleitet. Die Kondensatoren C1 und C2 nehmen dabei mehrere Funktionen wahr: Sie dienen zur Einrichtung eines Spannungsteilers für die Halbbrücke und fungieren als Bestandteile der Resonanzschaltung sowie als DC-Blocking-Kondensatoren, die einer Sättigung der Transformatoren entgegenwirken.

Durch den Resonanzbetrieb können die MOSFET-Schalter spannungslos schalten (Zero Voltage Switching, ZVS). Auf diese Weise werden Schaltverluste reduziert und die Ausgangsdioden werden veranlasst, ihrerseits stromfrei zu schalten (ZCS), wodurch jeweils der Wirkungsgrad erhöht wird. Der von Gleich- in Wechselstrom umgewandelte Strom wandert an der Primärseite aller in Reihe geschalteten Transformatoren hin und her. Dabei kann ziemlich flexibel festgelegt werden, wie viele Primärseiten in Reihe geschaltet werden können. Hierfür müssen nur die Wicklungsverhältnisse so ausgelegt werden, dass eine größere Zahl von Transformatoren oder LED-Strängen unterstützt wird. Bei der Berechnung der Wicklungsverhältnisse muss die Anzahl der Stränge berücksichtigt werden, weil dadurch die Anzahl der Transformatoren und die Durchlassspannung der einzelnen Stränge vorgegeben wird.

Für einen größtmöglichen Wirkungsgrad

Um bei der Stromwandlung den größtmöglichen Wirkungsgrad zu erzielen, sollte eine möglichst geringe Strommenge verarbeitet werden. Hierzu müssen wir so nah wie möglich an der Eingangsspannung bleiben. Nachdem bei den meisten Hochleistungs-Beleuchtungssystemen bevorzugt mit aktiver PFC gearbeitet wird, betrachten wir diese der Einfachheit halber als Funktionsblock und ordnen ihrem Ausgang typische Werte zu.

Die meisten aktiven PFC-Schaltungen arbeiten als Spannungsverstärker, weswegen die PFC-Ausgangsspannung höher angesetzt werden muss als der Spitzenwert der Netzspannung. Bei einem allgemeinen Eingangswertebereich von 85 bis 265 VAC ergibt sich damit ein Wert von ungefähr 375 V. Als Reserve und für Toleranzen ist zusätzlicher Spielraum einzuplanen, so dass als typischer Sollwert 400 V angesetzt wird. Um sicherzustellen, dass der nachgeschaltete Abwärtsregler ausreichend Spielraum für Ausgangsspannungsschwankungen der PFC hat, sollte für Brummspannungen eine zusätzliche Reserve von 40 V eingeplant werden. Somit ergibt sich für den invertierten Abwärtsregler ein minimaler Eingangswert von ca. 360 V.

Damit der Abwärtsregler eine ausreichende Bürdenspannung hat und ordnungsgemäß funktionieren kann, sollte man hier ebenfalls einen gewissen Spielraum vorsehen und den Ausgangsspannungsbereich auf 280 V beschränken. Nachdem die Grenzwerte festgelegt sind, wollen wir uns an einem Beispieldesign ansehen, wie der Konstantstrom vom Abwärtsregler und das Wicklungsverhältnis der Transformatoren berechnet werden.

* * James Aliberti ist Product Marketing Engineer bei Texas Instruments und für das technische Marketing der Power Supply Controls verantwortlich.

(ID:25146970)