Auswahl von LED-Treibern für Hochleistungsbeleuchtung

Dieses Hochleistungs-LED-Panel benötigt eine LED-Treiberschaltung, um eine stabile Leistungsausgabe zu gewährleisten.

Ich erinnere mich immer daran, wie ich mit LEDs gespielt und sie mit einem Steckbrett-Netzteil oder einer Batterie betrieben habe. Bei kleinen LEDs, die mit niedriger Spannung/Strom betrieben werden, können Sie sie mit jeder Stromquelle betreiben. Für Hochleistungs-LEDs, einschließlich weißer LEDs, muss Ihr Beleuchtungssystem eine ausgefeiltere Regelung haben, um sicherzustellen, dass ein stabiler Strom und eine stabile Spannung über jede LED im System abfallen.

Obwohl Sie manuell einen Regler mit Rückmeldung von mehreren Komponenten bauen könnten, ist es viel einfacher, einen LED-Treiber zu verwenden, um Ihr System zu steuern. Diese Komponenten sind speziell dafür ausgelegt, Gleichstrom für LEDs mit hoher Effizienz zu liefern. Hier sind einige Tipps zur Auswahl von LED-Treibern für Ihr nächstes Hochleistungsbeleuchtungssystem und einige Beispielkomponenten, die Sie auf dem Markt finden werden.

Warum einen LED-Treiber verwenden?

Denken Sie bei einem LED-Treiber an einen integrierten Leistungsregler, der speziell dafür ausgelegt ist, eine konstante Spannung (Strom) mit einstellbarem Strom (Spannung) zu liefern. Für Hochleistungsbeleuchtungssysteme können Sie einen LED-Treiber integrieren, um die LED-Leistungsausgabe als Teil Ihrer Regelungsstrategie zu steuern. Die vorgelagerten Reglerstufen wandeln eine hohe Eingangsspannung (typischerweise AC-Netzspannung oder hohe Gleichspannung) auf ein niedrigeres Gleichspannungsniveau um.

Durch Anpassen der Leistungsausgabe des LED-Treibers können Sie die Helligkeit Ihrer LEDs einstellen. Hochleistungs-LED-Treiber sind in der Regel als Oberflächenmontagekomponenten mit einer freiliegenden Pad für die Wärmeableitung in Ihr Substrat erhältlich. Für die Dimmsteuerung sind einige LED-Treiber intern programmierbar mit einem I/O-Port, während andere PWM-Dimmung auf einem MOSFET-Treiber verwenden, um die Leistungsausgabe zu steuern (ähnlich einem Schaltregler).

PWM-Dimmung

Eine beliebte Methode zur Einstellung der Helligkeit in einer LED-Kette ist die Verwendung eines PWM-Signals. Das Diagramm unten zeigt, wie man einen MCU für die PWM-Dimmung verwendet. In diesem Beispiel erzeugt der 50 kOhm Widerstand am Ausgangs-MOSFET eine Rückkopplungsschleife, um eine hohe Spannung/Stromausgabe für die nachgeschalteten LEDs zu liefern. Beachten Sie, dass wir in dieser Anordnung parallele weiße LEDs betrachten, obwohl eine Serienschaltung üblich ist. Die Verwendung eines MCU ermöglicht es dem Benutzer, die Leistungsausgabe durch Anpassen des PWM-Tastverhältnisses zu steuern. Dies kann basierend auf einer Sensorablesung (z. B. einem Temperatursensor) oder einer Eingabe vom Benutzer erfolgen.

Beispiel für das Treiben von parallelen LED-Strängen mit einem PWM-Signal von einem MCU.

In diesem Beispiel wirkt der LED-Treiber wie ein paralleler Stromregler, während das PWM-Signal und der MOSFET die LEDs ein- und ausschalten nahe der Vorwärtsspannung bei der Schaltfrequenz. Die durchschnittliche Leistung ist dann linear proportional zum Tastverhältnis des PWM-Signals. Sie können auch einen Hochleistungs-Strombegrenzungswiderstand an jedem Bein hinzufügen (einige LED-Module haben dies bereits integriert), um ein Überfahren während des Schaltens zu verhindern.

Das obige Beispiel ist sehr nützlich, da der Entwickler mehrere Leistungseinstellungen in den MCU programmieren kann. Sie benötigen auch keinen teuren MCU für diese Anwendung. Ich habe kürzlich einen einfachen 8-Bit ATTiny MCU verwendet und mehrere PWM-Einstellungen in den EEPROM gespeichert, die vom Benutzer mit einem Druckknopf umgeschaltet werden konnten.

Sobald Sie entschieden haben, wie Sie die Ausgangsleistung am besten regulieren und Dimmen (falls gewünscht) bereitstellen, ist es an der Zeit, einen Treiber auszuwählen, der die Leistung liefert, die Ihr Beleuchtungssystem benötigt.

Tipps zur Auswahl von LED-Treibern

LED-Treiber haben eine Reihe von Topologien, die standardmäßigen Leistungsreglern ähneln, aber sie können auch andere Funktionen wie Programmierbarkeit, Stromsens-Rückmeldung zur Regulierung und Temperatursensorik umfassen. Für Hochleistungs-LED-Treiber sind hier die wichtigen Spezifikationen zu beachten.

• Ausgangsspannung und -strom. Um die LED einzuschalten, muss die Ausgangsleistung auf oder über der Vorwärtsspannung und dem Vorwärtsstrom der Diode liegen. Einige LED-Treiber wirken wie Buck- oder Boost-Konverter, die bei oder über der Vorwärts-Gleichspannung mit spezifischem Strom ausgeben und somit die gewünschte Leistung liefern.

• Seriell vs. parallel Ausgang. Kleinere LED-Treiber haben möglicherweise nur einen einzigen Ausgang mit hoher Spannung und festem Strom, was das Betreiben einer Reihe von LEDs in Serie ermöglicht. LED-Treiber mit mehreren Ausgängen (siehe oben) sind in der Regel für die parallele Nutzung vorgesehen.

• Integriertes vs. externes PWM. Einige LED-Treiber werden einen PWM-Generator enthalten und das Signal direkt an ein MOSFET weiterleiten.

• Energieeffizienz. Für Hochleistungssysteme ist dies ein wichtiger Punkt, da er bestimmt, wie viel Leistung als Wärme verloren geht.

Bezüglich des zweiten Punktes oben könnten Sie immer zu mehreren LED-Strängen parallel ausgeben, wobei jeder Strang mehrere LED-Stränge in Serie enthält. Achten Sie auf die gesamte Vorwärtsspannung und den Strom, der ausgegeben wird, da dies bestimmt, wie viele Serien-/Parallelstränge Sie in Ihrem Beleuchtungssystem verwenden können.

Hier sind einige Beispiel-LED-Treiber, die Sie in Ihrem Hochleistungsbeleuchtungssystem verwenden können.

NXP Semiconductors, SSL5015TE

Der SSL5015TE LED-Treiber von NXP Semiconductors ist einer der neuesten Hochspannungs-/Niedrigstrom-LED-Treiber auf dem Markt für Beleuchtungssysteme, die eine Verbindung zu gleichgerichteten Wechselstromnetzen benötigen. Diese Komponente beinhaltet einen internen Regler und JFET für hohe Ausgangsspannungen bis zu 300 V und 2 A. Sie beinhaltet auch einen Pin für einen NTC-Thermistor für den thermischen Schutz, oder dieser Pin kann mit einem externen PWM-Signal verwendet werden, um den Ausgangsstrom umzuschalten und Dimmen zu ermöglichen. Da die Ausgangsspannung so hoch ist, ist es am besten, diesen Treiber für einen Strang von LEDs zu verwenden, die einen niedrigen Vorwärtsstrom in Serie benötigen. Das Anwendungsdiagramm unten zeigt eine typische LED-Treiber-Schaltung mit dieser Komponente.

Beispiel eines Anwendungsschaltbildes, aus dem SSL5015TE Datenblatt.

Diodes Inc., AL8843QSP

Der AL8843QSP LED-Treiber von Diodes Inc. ist ein DC-DC Abwärtsmodus-LED-Treiber, der für die Automobilbeleuchtung ausgelegt ist. Dieses Bauteil kann Eingänge von 4,5 bis 40 V akzeptieren und gibt bis zu 3 A (97% Effizienz) mit einem integrierten MOSFET aus. Die Dimmung kann mit einem externen DC-Signal oder einem PWM-Signal (bis zu 1 MHz) am CTRL-Pin gesteuert werden. Dieses Bauteil beinhaltet auch einen Kurzschlussschutz für Hochleistungs-LEDs.

Anwendungsschaltung für serielle LEDs, aus dem AL8843QSP Datenblatt.

Analog Devices, LT3744

Der LT3744 LED-Treiber von Analog Devices (Linear Technology) bietet eine moderate Spannung (36 V) und einen hohen Stromausgang (20 A DC, 40 A gepulst). Diese Ausgangspegel machen dieses Bauteil zu einer Option für gemischte Serien-/Parallelstränge von Hochleistungs-LEDs. Die Dimmung wird durch eine Kombination von 3 externen PWM-Signalen gesteuert, die dann an einen externen Hochleistungs-MOSFET weitergeleitet wird. Er akzeptiert auch einen weiten Eingangsspannungsbereich (3,3 V bis 36 V), was ihn flexibel für kleine und große Beleuchtungssysteme macht.

LED-Treiber-Anwendungsschaltung für einen Projektor mit Diagramm zur Darstellung der PWM-Dimmsteuerung, aus dem LT3744 Datenblatt.

Wenn Sie ein Hochleistungsbeleuchtungssystem entwerfen, müssen Sie LED-Treiber, FETs und passive Bauelemente auswählen, die eine stabile Leistungsausgabe und Sicherheit gewährleisten. Wenn Sie Komponenten für Ihr nächstes Hochleistungsbeleuchtungssystem suchen, versuchen Sie es mit der Komponentensuche und den Filtern von Octopart.

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