LED-Treiber

Eine flexible Lösung für dimmbare LED-Leuchten

| Autor / Redakteur: Raimund Wagner * / Hendrik Härter

Mit einem LED-Treiber für dimmbare LEDs lassen sich effiziente Beleuchtungssysteme entwerfen, die vor allem beim Stromverbrauch punkten. Wir stellen Ihnen den Baustein vor.

Smart Home, Smart Metering oder Smart Grid sind aktuelle Schlagwörter, die für Messungen von Energie-, Wasser- und Wärmeversorgung bis hin zu Automatisierungs- oder Beleuchtungslösungen stehen. Allein das Smart Home umfasst eine Vielzahl von Geräten wie Steueranlagen, Sensorik, Beleuchtung, Multimediageräten bis hin zu mechanischen Komponenten.

Drahtlose Netzwerke verbinden alle Geräte zu einer strukturierten Einheit. Vorgänge lassen sich automatisieren und so lässt sich beispielsweise die Beleuchtung an die Lichtverhältnisse anpassen. Gerade das Feld der Beleuchtung profitiert in mehrfacher Hinsicht von den neuen Technologien. Als fortschrittliche Alternative zu konventionellen Leuchtstoffröhren haben sich LED-Lampen durchgesetzt, insbesondere als Beleuchtungsalternative im Smart Home. LED-Systeme liefern intensivere Helligkeit, einen vergrößerten Lichtraum und hohe Farbbrillanz bei geringem Stromverbrauch.

Allerdings müssen sie auch störungsarm sein, sowie ein gutes Wärmemanagement und integrierte Schutzmechanismen aufweisen. Das sind Anforderungen an die LED-Treiber. LED-Treiber spielen eine wichtige Rolle im Gesamtkonzept der Beleuchtungstechnik, indem sie den Leistungs-Output regulieren und mit integrierter Funktionalität wie GPO, RAM und Buffer Amp-Schaltungen dem Mikrocontroller große Arbeitslast abnehmen.

Präzise geregelte Konstantstromquelle bei LED-Ketten

Eingebaute PWM-Kontrolle resultiert in einer verbesserten Dimming-Leistung und reduziertem Bedarf an externen Bauteilen. Um den Stromverbrauch zu verringern, hat Rohm in seine LED-Treiber fortschrittliche Niedrigstromverstärker und eine proprietäre Oszillator-Technologie implementiert. Eine intelligente Beleuchtungslösung anhand eines TRIAC-basierten Dimming-Beispiels stellen wir Ihnen im Folgenden vor.

LED-Lampen, die traditionelle Glühlampen ersetzen, sind normalerweise als Array angeordnet, das zusammen eine gleichmäßig leuchtende Fläche bildet. Die Helligkeit der in Serie angetriebenen LEDs hängt vom Betriebsstrom ab. Der gesamte Spannungsabfall liegt zwischen 10 und 30 V.

Die LED-Kette sollte durch eine präzise geregelte Konstantstromquelle gespeist werden, und die Stromstärke muss genau geregelt werden, damit benachbarte Lampen die gleiche Helligkeit aufweisen. Die Hauptaufgaben eines LED-Treibers besteht für eine konstante Lichtausgabe trotz möglicher Spannungsschwankungen in einer gleichmäßigen Stromversorgung der LEDs. Dieser konstante Strom wird über einen großen Spannungsbereich in einem Korridor von 2.5% gehalten.

Eine TRIAC-basierte Dimmerlösung für die LED-Beleuchtung

Weitere Forderungen an anspruchsvolle Beleuchtungskonzepte sind hohe Präzision, konstante Ausgangsspannung und verschiedene Dimmfunktionen. Auf dem Beleuchtungsmarkt finden sich seit Jahren eine Vielzahl unterschiedlicher Dimmer, wie Transistor- oder TRIAC-basierte Dimmer, die alle mit einem Phasenanschnitt des Wechselstroms arbeiten.

Im vorliegenden Fall wird eine LED-Stromversorgung mit einer TRIAC-basierter Dimmerlösung beschrieben. Ihr Vorteil ist es, ohne großen Aufwand die LED-Ansteuerung zu realisieren und unerwünschte Lichtschwankungen durch elektrische Instabilitäten des Dimmers zu vermeiden. Je nach Anwendungsfall können mit der jeweiligen externen Beschaltung auch andere Dimmkonzepte wie PWM oder Linear Dimming unterstützt werden, denn die internen Blöcke des LED-Treibers sind so ausgelegt, dass eine hohe Flexibilität gewährleistet bleibt.

Ein gleichmäßiges Dimmverhalten bei LEDs

Eine Herausforderung beim Dimmen von LED-Lampen besteht darin, dass Konstantstromtreiber den phasenangeschnittenen Wechselstrom nicht als solchen erkennen können. Für eine leistungsfähige LED-Dimmlösung muss der LED-Treiber die Stromversorgung der LEDs durch den Phasenanschnitt des Dimmers bestimmen.

Dabei sollte vermieden werden, dass der TRIAC-Dimmer zu früh aus- oder eingeschalten wird. Das kann durch ein zu großes Absinken des Stroms hervorgerufen werden. Da LEDs darauf ausgelegt sind, selbst bei reduziertem Betriebsstrom über einen hohen Wirkungsgrad zu verfügen, ist dies nicht ganz einfach umzusetzen. Wichtig ist darüber hinaus ein bestimmter Verlauf der Strommodulation, da sonst Störungen wie Flackern oder Blinken auftreten können.

Idealerweise sollte die Kurve, nach der die Umwandlung der Phasenanschnittswinkel in LED-Ströme erfolgt, durch einen internen logarithmischen Ausgleich dem Empfindlichkeitsverlauf des menschlichen Auges angepasst sein. So wird ein gleichmäßiges und natürliches Dimmverhalten erzeugt, das dem einer herkömmlichen Glühlampe ähnelt. Im Idealfall sollte die erkennbare Helligkeit ungefähr dem Dimmen einer Glühlampe mit 60 W entsprechen.

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