Treiber-Basisschaltungen

Den richtigen HB-LED-Treiber finden

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Schaltreglerkonfigurationen

Bei Anwendungen, in denen ein hoher LED-Strom benötigt wird und das Verhältnis zwischen Eingangsspanung und Ausgangsspannung (proportional zur Versorgungsspannung für die LEDs) groß ist, sind LED-Treiber in den Schaltreglerkonfigurationen besser geeignet. Bei Applikationen, in denen die Eingangsspannung kleiner als die Ausgangsspannung ist, kann man nur die Schaltreglerkonfiguration einsetzen.

Die hohe Effektivität ist der Hauptvorteil von Schaltreglern gegenüber Linearreglern. Im Vergleich zu der Linearreglerkonfiguration liegt die Ausgangsspannung nicht wesentlich höher als der gesamte Spannungsabfall über die Dioden.

Der Hauptverlust bei Schaltreglern stammt vom Schaltwiderstand des MOSFETs, der Schaltfrequenz, dem Reihenwiderstand der Spule und vom Spannungsabfall an der Schottky-Diode. Üblicherweise ist der gesamte Verlust aber geringer als bei Linearreglern (bei hohem LED-Strom).

Auf der anderen Seite benötigen Schaltregler jedoch mehr Platz (durch die Spule und die externen MOSFETs), sind komplexer und die Schaltfrequenz kann EMV-Probleme verursachen. Mit der Wave-shaping-Funktion reduziert man dieses Problem, da beim IC das Schaltsignal abgerundet wird.

LED-Treiber in der Schaltreglerkonfiguration werden ähnlich beschaltet und beinhalten die gleichen Komponenten (MOSFET, Schottky-Diode, Spulen) wie Standardschaltregler. Statt der Spannung wird hier jedoch der Strom geregelt.

Aufwärts- und Abwärtsschaltkonfigurationen

Bild 2: LED-Treiber in der Aufwärts-Schaltreglerkonfiguration (Beispiel MAX16384) (Archiv: Vogel Business Media)

Abhängig vom Verhältnis zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung unterscheidet man Aufwärts- oder Abwärtsschaltkonfigurationen. Man setzt den LED-Treiber mit der Aufwärtsschaltkonfigaration (Bild 2) in Anwendungen ein, in denen die Eingangsspannung niedriger als die Ausgangsspannung ist. Der Eingangsspannungsbereich in diesem Beispiel liegt zwischen 4,75 und 28 V, der Baustein kann einen Strom bis 3 A treiben. Der Schaltregler arbeitet im PMW-Modus und der Schaltfrequenzbereich von 100 kHz bis 1 MHz kann entweder am RT-SYNC-Pin von einer externen Quelle (z.B. Mikrocontroller) synchronisiert oder über einen externen Widerstand eingestellt werden. Dies gibt dem Entwickler mehr Freiheit bei der Auswahl der Spulen und besonders beim Einstellen der passenden Schaltfrequenz, die seine Schaltung nicht stört. Eine hohe Schaltfrequenz reduziert die Spulengröße.

Bild 3: LED-Treiber in der Abwärts-Schaltreglerkonfiguration (Beispiel MAX16820) (Archiv: Vogel Business Media)

Bei Anwendungen, in denen die Eingangsspannung größer als die LED-Versorgungsspannung ist, kann man LED-Treiber in Abwärtskonfiguration (Bild 3) einsetzen. Der mittlere Spulenstrom wird in diesem Beispiel ebenfalls am Messwiderstand RSENSE gemessen. Der Wert wird in der internen Schaltung zurückgekoppelt und der LED-Strom auf den gewünschten Wert geregelt. Den Strom misst man auf der „High Side“ und nicht auf der „Low Side“. Die Störsignale an Masse (besonders bei hohem Strom) werden im Vergleich zur Strommessung auf der „Low Side“ nicht in den Regelkreis eingekoppelt. Man bekommt ein genaueres Messergebnis am Widerstand RSENSE und damit auch eine genauere Regelung. Der Eingangsspannungsbereich in diesem Fall reicht von 4,5 bis 2 8 V, die Ausgangsleistung beträgt 25 W und die maximale Schaltfrequenz 2 MHz.

*Tam Nguyen ist als Applikationsingenieur bei Maxim in München tätig.

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