Ultrahelle Hochspannungs-LEDs ansteuern

Anbieter zum Thema

Bicker Elektronik GmbH

RECOM Power GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Texas Instruments Deutschland GmbH

Wie sich eine Leistungsfaktorkorrektur erreichen lässt

Eine Leistungsfaktorkorrektur kann auf mehrere Arten erzielt werden:

• aktiv: mit einem IC, der über einen eingebauten Algorithmus zur Anpassung des Stromverbrauchs an die Eingangsspannung verfügt;

• Valley-Fill-Methode: erfordert Routing-Dioden und Speicherkondensatoren zur Stromversorgung, wenn sich der AC-Eingang im Übergang befindet;

• natürlich: im Allgemeinen ein Schaltnetzteil (SMPS) in einer diskontinuierlich arbeitenden Sperrwandlerkonfiguration.

Der Valley-Fill-Betrieb begrenzt die Lebensdauer des Treibers, da Elektrolytkondensatoren mit kurzer Lebensdauer erforderlich sind, der Sperrwandlerbetrieb erfordert den Einsatz eines Transformators und erzeugt starke elektromagnetische Strahlung durch den Stromverlust des Transformators und elektromagnetische Leitung durch die hohe Spannung und Stromspitzen, die während des diskontinuierlichen Betriebs und durch die Rückwirkungsspannung von V_IN + V_OUT entstehen.

Wenn dieselbe Technik zur Ansteuerung von Niederspannungs-LEDs verwendet wird, muss zunächst die Eingangsspannung für den PFC verstärkt und anschließend die Spannung entsprechend dem Spannungsabfall des LED-Strangs herunter geregelt werden. Dies erzeugt zusätzliche Komplexität und Kosten, da zumeist komplette Leistungsstufen zur Umwandlung der hohen PFC-Spannung in LED-Strom hinzugefügt werden müssen. Eine gängigere Methode zur Ansteuerung von Niederspannungs-LEDs ist die Verwendung einer Stromversorgung in Sperrwandler-Anordnung, die im diskontinuierlichen Modus betrieben wird (Bild 3). Das Windungsverhältnis des Transformators trägt zur Überbrückung der Spannungsunterschiede zwischen V_IN und V_f bei. Jedoch besitzt die Topologie einige Nachteile: sie ist komplexer und damit teurer, es fehlt die Möglichkeit, einen Universal-AC-Eingang zu verwenden sowie eine höhere elektromagnetische Leitung und Strahlung durch Rückwirkungsspannung und Stromverlust des Transformators. Zudem ist die Entwicklung ohne Stützkapazitäten wesentlich komplexer. Hochspannungs-Stützkondensatoren sind grundsätzlich Elektrolytkondensatoren und besitzen eine begrenzte Lebensdauer, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen. Zusätzlich erzeugen niedrigere Spannungen höhere Ströme, die wiederum zu einem Anstieg der Temperatur führen und größere Strompfadkomponenten erfordern sowie die Ausgangsleistung der angesteuerten LEDs begrenzen.

Bestehende TRIAC-basierte Dimmlösungen verwenden

Ein wichtiger Aspekt der LED-Beleuchtung ist die Möglichkeit, bestehende Dimmlösungen, die überwiegend TRIAC-basiert sind, zu verwenden.LEDs über den gesamten TRIAC-Bereich zu dimmen, unterscheidet eine gut angesteuerte LED von einer schlecht oder selbst angesteuerten LED und von einer CFL. Dabei sollte Flimmern (TRIAC-Aussetzer) vermieden und beim Dimmen ausreichend Last bereitgestellt wird, damit der Dimmer in einem leitfähigen Modus bleibt. Um den Einfluss der 60-Hz-Wellenform auf die Ansteuerspannung an den LEDs zu verringern, muss die AC-Netzleitung gefiltert werden und die Rückübertragung des leitfähigen Störstroms auf die Eingangswellenform (entgegen den FCC-Spezifikationen) beschränkt werden.

Wie lässt sich das Dimmen erreichen? Die AC-Signatur wird während des TRIAC-Dimmens dekodiert und die Ergebnisse entweder in einen entsprechenden Spannungs- oder Strompegel umgewandelt, der direkt in die Stromversorgung eingespeist wird oder zur Anpassung an die Ein-Zeit der LED entsprechend dem Dimmprozentsatz in ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM) umgewandelt werden kann.

Beim Dimmen kommt es zu Kompromissen

Beim Dimmen müssen Kompromisse eingegangen werden. Die Einspeisung einer analogen Spannung oder eines analogen Stroms in die Rückführleitung des Treibers ist die kostengünstigste Methode und erfordert wenig zusätzliche Schaltkreise. Dabei gibt es jedoch einige Nachteile. In einer pulsweitenmodulierten SMPS-Topologie kann die Stabilität der Regelschleife beeinträchtigt werden. Zudem können während der Spannungsübergänge Oszillationen oder Überschwingen auftreten. Dies kann sich im Flimmern des LED-Lichts zeigen. Nachteilig ist außerdem, dass das analoge Dimmen den Stromfluss durch die LED verringert und Farbveränderungen über den Dimmbereich verursacht. Eine blauweiße LED kann bei niedrigem Strom beispielsweise einen eher gelben Farbton aufweisen.

Beim digitalen Dimmen, beispielsweise pulsweitenmoduliert, werden entweder die LED-Stränge ein- und ausgeschaltet, indem sie mit einem parallel geschalteten FET kurzgeschlossen werden. SIe können auch von der Masse getrennt werden, indem ein FET parallel zum Strommesswiderstand geschaltet wird. Auf diese Weise bleibt der Stromfluss durch die LEDs konstant, die LEDs erscheinen jedoch schwächer, da sie nicht durchgehend beleuchtet werden. Dabei sollte die Farbe über den gesamten Dimmbereich konstant bleiben.

LEDs der HiVo-Serie von Everlight verfügen beispielsweise über V_f-Bereiche, um das System an 110-Volt- und 220-Volt-Wechselspannungen anzupassen. Durch Reihenschaltung von zwei 220-Volt-Wechselspannungen wird sichergestellt, dass alle Eingangsspannungen von 90 bis 277 V_AC an die Anordnung mit aktiver hochsetzender Leistungsfaktorkorrektur angepasst werden können. Da sie entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden können, ist eine hohe Flexibilität für viele Leistungs- und Spannungskonfigurationen gegeben.

* Dave Priscak ist System Applications Manager im weltweiten Marketing-Team für Endgeräte-Lösungen bei Texas Instruments.

(ID:32405110)