LEDs ansteuern

Ein Stromkreis steuert mehrere LED-Stränge

26.05.11 | Redakteur: Hendrik Härter

LED-Stränge: Ein Stromkreis steuert mehrere LEDs (pixelio.de)
LED-Stränge: Ein Stromkreis steuert mehrere LEDs (pixelio.de)

Einen einzelnen LED-Strang anzusteuern ist unkritisch. Sollen hingegen mehrere LED-Stränge über einen Stromkreis angesteuert werden, bedarf es einiger Überlegungen.

Mit einer besseren Energieeffizienz, höherer Zuverlässigkeit und einem höheren Maß an Flexibilität finden sich in immer mehr Beleuchtungslösungen in der Industrie, Architektur, Haushalt, Transportwesen und Signage anstelle herkömmlicher Glühlampen nun Leuchtdioden auf Halbleiterbasis.

Die Ansteuerung dieser LEDs über eine Konstantstromquelle bietet den Vorteil, dass der Stromfluss durch die LEDs stets konstant bleibt. Und das selbst bei einer sich ändernden Eingangsspannung.

Ergänzendes zum Thema
 
Mehrere LEDs über einen Strang ansteuern

Dabei bleibt auch die Sperrschichttemperatur konstant, was die Zuverlässigkeit erhöht und sicherstellt, dass die Intensität sowie die Farbigkeit verschiedener Leuchtdioden-Emitter abgestimmt ist. Bei niedrigen Strömen ist dabei ein linearer Ansatz möglich. Benötigen die LEDs aber höhere Ströme, ist der Einsatz eines Schaltnetzteils eher wahrscheinlich. Die Ansteuerung eines einzelnen LED-Strangs ist relativ einfach. Viele Beleuchtungssysteme benötigen eine Vielzahl von LEDs und mehrere LED-Stränge, was einige Herausforderungen mit sich bringt.

Designmöglichkeiten, um mehrere LED-Stränge zu vereinen

Bild 1: Blockdiagramm mit LED-Strängen und parallelen Zener-Dioden
Bild 1: Blockdiagramm mit LED-Strängen und parallelen Zener-Dioden

Bei einem Design mit mehreren LED-Strängen sind einige wichtige Aspekte zu beachten. Ein entscheidender Faktor ist beispielsweise, wie ein LED-Strang auf einen offenen Schaltkreis reagiert. Denn bei der Stromregelung fließt dann der Strom, der für den offenen Kreis vorgesehen war, aufgeteilt in die übrigen Stränge. Das erhöht den Stromfluss der anderen LEDs, was die Helligkeit verändert und deren Lebensdauer verringert.

Bei einem Schaltregler mit Konstantstrommodus wird der Strom über einen kleinen Messwiderstand auf der Unterseite des LED-Strangs gemessen. Die Spannung dieses Sensors wird in die Regelschleife zurückgekoppelt. Liegen jedoch mehrere LED-Stränge vor, stellt sich die Frage, wie sich dieser Regelkreis steuern lässt? Einige Entwickler verwenden weiterhin diesen einen Messwiderstand für alle LED-Stränge und akzeptieren einfach das Risiko, dass ein offener Strang vorliegen kann. Andere legen Zener-Dioden über alle LEDs, so dass bei einem offenen LED-Strang der Strangstrom über die Zener-Diode abfließen kann.

Dies ist effizient aber auch teuer, da gleichzeitig eine Zenerdiode parallel zu jeder LED mit installiert werden muss. Eine andere Möglichkeit ist die Integration von getrennten Schaltern und Regelkreisen für jeden LED-Strang, was ebenfalls teuer ist.

Ein Regelkreis steuert einen LED-Strang

Bild 2: Blockdiagramm eines LED-Strangs mit NCP3063-Regler
Bild 2: Blockdiagramm eines LED-Strangs mit NCP3063-Regler

Anstatt mehrere Regelkreise für jeden Strang zu verwenden, reicht ein einziger Regelkreis aus, wenn ein Messwiderstand auf der Unterseite jedes LED-Strangs angebracht wird. Werden pnp-Transistoren auf den Messwiderständen hinzugefügt und die Kollektorausgänge zusammengeschaltet, lässt sich die gemessene Spannung an die Rückkopplungsschleife des Controllers weiterleiten. Ein separater npn-Transistor wird in Serie zur pnp-Transistor-Basis geschaltet, um den Strompfad zu unterbrechen, wenn der pnp-Transistor in den Reverse-Bias-Betrieb versetzt wird. Dies geschieht, wenn ein LED-Strang offen ist und der Emitterübergang des pnp-Transistors gegen Masse gezogen wird, während an seinem Kollektor die Rückkopplungsspannung anliegt.

Fließt ein Strom durch den LED-Strang, schaltet der npn-Transistor durch, was den Basiswiderstand des pnp-Transistors gegen Masse zieht und diesen ebenfalls einschaltet. Die Ausgänge dieser pnp-Transistoren sind zusammengeschaltet und werden als Rückkopplung zum Schaltregler gesendet. Schalten beide pnp-Transistoren durch, sind die beiden Messwiderstande quasi parallel geschaltet und teilen dem Regelkreis mit, dass genügend Strom für diese beiden Stränge erforderlich ist.

Auf der nächsten Seite: Offener LED-Strang und seine Auswirkungen auf andere LEDs

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