Mikrocontroller mit beleuchtungsspezifischer Peripherie steuern Beleuchtungssysteme

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RECOM Power GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Renesas Electronics Europe GmbH

Das Vorschaltgerät erhöht die Eingangswechselstromspannung auf eine viel höhere Betriebsfrequenz. Es enthält eine Leistungsfaktorkorrektur (PFC) und eine elektronische Treiberschaltung. Die am häufigsten verwendeten Treiberschaltungen sind resonante spannungs- oder stromgespeiste Halbbrücken-Inverter. Als Schaltelemente werden MOSFETs verwendet, die über eine MCU gesteuert werden. Der Inverterausgang ist eine mitschwingende RCL-Kombination, die zur Steuerung der an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Leuchtstofflampe verwendet wird.

MOSFETs und MCU-Steuerung

Die Wechselstromversorgung wird erst gleichgerichtet, der Gleichstrom dann in den Halbbrücken-Inverter eingespeist und bei hoher Frequenz zerhackt, um eine hochfrequente Rechteckwelle zu erzeugen, mit der sich eine oder mehrere Lampen über einen Filter betreiben lassen. Das Schwingverhalten des Schaltkreises wird genutzt, um die Lampe vorzuheizen, zu zünden und zu dimmen. Dazu wird lediglich die Inverterfrequenz geändert. Der Controller erhitzt die Heizdrähte der Lampe bei hoher Frequenz, dann zündet er die Lampe indem er die Frequenz absenkt und schließlich wird die brennende Lampe gedimmt, indem die Frequenz erhöht oder gesenkt wird.

Die Leistungsfaktorkorrektur wird genutzt, um die mit der Netzspannung tatsächlich erreichbare Leistung und ihren Wirkungsgrad durch Ausschalten unerwünschter Blindkomponenten zu maximieren. Mit dem phasengleich zur Wechselstromspannung gebildeten Strom wird so ein Leistungsfaktor <1 erzeugt. Das Ausschalten von Oberwellen minimiert gleichzeitig Störsignale anderer Geräte, die von derselben Stromquelle gespeist werden. Die formale Definition der Leistungsfaktorkorrektur ist das Verhältnis der verbrauchten Wirkleistung zur Effektivleistung. Die Leistungsfaktorkorrektur lässt sich durch den Einsatz von Spezialbauteilen verfeinern.

Es gibt zwei Grundtypen von Leistungsfaktorkorrektur: passiv und aktiv. Die passive Variante lässt sich mit sehr günstigen Bauelementen realisieren, ist dafür aber nicht sehr effektiv. Die aktive Leistungsfaktorkorrektur ist stark verbreitet und jedenfalls aufgrund des höheren Wirkungsgrads zur Bereitstellung der Betriebsfrequenz vorzuziehen. Eine aktive Leistungsfaktorkorrektur erzeugt eine geregelte Gleichstromversorgungsspannung aus einer vollweggleichgerichteten Wechselstromnetzspannung.

Leistungsfaktorkorrektur entscheidend

Dazu wird der von der Last gezogene Strom so gesteuert, dass eine Leistungsfaktorkorrektur möglichst nahe 1 erreicht wird, indem der Eingangsstrom der Last so geregelt wird, dass die Wellenformen von Strom und Netzspannung proportional zueinander sind. Je mehr sich der Leistungsfaktor an 1 nähert, desto besser ist das Betriebsverhalten der Stromversorgung. Im Idealfall sind Eingangsspannung und Strom phasengleiche Sinuswellen. Üblicherweise befinden sich verschiedene Schaltkreise zur Leistungsfaktorkorrektur auf ein und demselben IC. Die Ansteuerung des IC erfolgt extern, in der Regel durch eine MCU (Bild 2).

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