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LED-Treiber mit Dimmungsfunktion und bis zu 98 % Effizienz Buck/Boost-Schaltung treibt LEDs mit maximal 250 Watt

Synchrone Abwärts-/Aufwärtswandler (Buck/Boost Converter) mit vier Leistungsschaltern können sehr hohe Wirkungsgrade erreichen und können die eingangsseitige Gleichspannung sowohl in eine niedrigere als auch in eine höhere Gleichspannung am Ausgang umwandeln. Die Kombination aus Abwärts- und Aufwärtswandler in einer einzigen Schaltung hat den Vorteil, dass sich die Abmessungen und Kosten der Gesamtlösung verringern.

Bild 1. Der synchrone Buck/Boost-LED-Treiber LT8391 für 4 V bis 60 V kann einen LED-String mit 50 W (25 V, 2 A) mit einem Wirkungsgrad von bis zu 98 % ansteuern.
Bild 1. Der synchrone Buck/Boost-LED-Treiber LT8391 für 4 V bis 60 V kann einen LED-String mit 50 W (25 V, 2 A) mit einem Wirkungsgrad von bis zu 98 % ansteuern.
(Bild: Linear Technology)

Mit vier Schaltern bestückte Wandler kämen eigentlich mit nur zwei Schaltern aus, wenn nur die Abwärts- oder nur die Aufwärtswandlung benötigt wird. Sie müssen aber dennoch mit vier Schaltern arbeiten, wenn sich Eingangs- und Ausgangsspannung einander annähern, und um geordnet zwischen den verschiedenen Arbeitsbereichen zu wechseln. Wenn die Regelkreise für den Tiefsetz-Betrieb mit zwei Schaltern, den Hochsetz-Betrieb mit zwei Schaltern und den Betrieb mit vier Schaltern kombiniert werden sollen und außerdem praktisch störungsfreie Übergänge zwischen den unterschiedlichen Betriebsarten gewährleistet sein sollen, ergeben sich einige Herausforderungen. Die Abwärts-/Aufwärtswandler der nächsten Generation bestehen diese Herausforderungen jedoch und bieten darüber hinaus noch einiges mehr.

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Der als LED-Treiber konzipierte 60 V Abwärts-/Aufwärtswandler LT8391 mit vier Schaltern ist so konzipiert, dass er Hochleistungs-LEDs mit bis zu 250 W ansteuern kann und störungsfrei zwischen dem Tiefsetz-Modus mit zwei Schaltern, dem Tief-/Hochsetz-Betrieb mit vier Schaltern und dem Hochsetz-Betrieb mit zwei Schaltern wechselt. Ein zum Patent angemeldetes, auf einem Strommesswiderstand basierendes Regelungskonzept für den Tief-/Hochsetz-Betrieb mit vier Schaltern erweist sich als eine ebenso einfache wie wirkungsvolle Methode, die dem IC mit einem einzigen Messwiderstand den Betrieb im Peak-Current-Modus in allen Arbeitsbereichen ermöglicht.

Dieser Buck/Boost-LED-Treiber der neuen Generation unterstützt zusätzlich die Spread-Spectrum-Frequenzmodulation und eine intern generierte PWM-Dimmung, die beide außerdem problemlos zusammenarbeiten. So erlaubt der LT8391 eine flimmerfreie PWM-Dimmung mit internen und externen PWM-Signalen auch bei aktivierter Spread-Spectrum-Modulation (ebenfalls zum Patent angemeldet).

Buck/Boost-LED-Treiber mit 98 % Wirkungsgrad

Der in Bild 1 dargestellte Buck/Boost-LED-Treiber hoher Leistung treibt LEDs mit 25 V und 2 A aus einem weiten Bereich von Eingangsspannungen. Der Wirkungsgrad erreicht ein Maximum von 98 %. Im typischen Kfz-Bordnetzbereich von 9 V bis 16 V arbeitet der Wandler mit einer Effizienz zwischen 95 % und 97 %. Mit einer einzelnen Hochleistungs-Induktivität ist die Wärmeentwicklung auch bei 50 W gering, und bei 12 V Eingangsspannung erwärmt sich kein einziges Bauteil um mehr als 25 °C. Bei einer Eingangsspannung von 6 V beträgt die Erwärmung des heißesten Bauelements weniger als 50 °C bei Verwendung einer herkömmlichen vierlagigen Leiterplatte ohne Kühlkörper und bei ruhender Luft. Somit besteht Spielraum zur weiteren Anhebung der Ausgangsleistung des Wandlers, und es sind mehrere hundert Watt möglich.

Der LT8391 bleibt bei Eingangsspannungen bis 4 V herab funktionsfähig, wobei der Eingangsstrom sehr hohe Werte erreichen kann. Der LT8391 ist jedoch für sehr hohe Eingangsströme ausgelegt, und die eingebaute Begrenzung des maximalen Schalterstroms ermöglicht einen stabilen Betrieb bei niedrigen Eingangsspannungen mit reduzierter Ausgangsleistung. Dies gestattet dem Wandler den Betrieb auch während der beim Kaltstart von Automobilen oder durch andere Umstände begründeten Einbrüche der Eingangsspannung, ohne dass größere oder teurere Leistungsbauteile gewählt werden müssen.

Der LT8391 ermöglicht eine flimmerfreie Dimmung bis zu einem Verhältnis von 1000:1. Der high-seitige PWM-MOSFET (TG) dimmt einen massebezogenen LED-String und fungiert im Kurzschlussfall zusätzlich als Stromkreisunterbrecher.

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