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Konstantstromquelle fuer Power LED
[Bearbeiten] AllgemeinesFür den Betrieb von Leistungs-LEDs sind normalerweise getaktete Stromregler erforderlich. Als Leistungs-LEDs bezeichnet man im Allgemeinen Leuchtdioden mit 1W oder mehr Leistung. Die Nennströme zum Betrieb liegen meist in den Klassen 300mA, 700mA und 1.2A. Abhängig von der jeweiligen Durchlaßspannung ergibt sich nicht exakt die angegebene Leistungen. Der jeweils erlaubte maximale Strom ist dem LED-Datenblatt zu entnehmen! Auch um verschiedene Helligkeiten bei verschiedenen LED-Typen und -Farben aneinander anzupassen, ist es erforderlich, den Strom anpassen zu können. Eine lineare Konstantstromquelle kann in dieser Leistungklasse zu hohen Wärmeverlusten führen, sofern nicht die Eingangsparameter genau dimensioniert werden. Beispiel: Betrieb einer 1W-LED an 12V
Man verwendet also besser einen Schaltregler. Ein Schaltregler, dessen Ausgangsspannung - wie in diesem Fall - kleiner als die Eingangsspannung ist, heisst im englischen Sprachraum "Buck"-Regler. Es gibt spezielle Bausteine für den Betrieb von Power-LEDs. Diese sind auf die Anwendung mit LEDs spezialisiert, haben meist nur 5 Anschlüsse, sind aber teilweise noch recht schwierig erhältlich und teuer. Der Standard-Schaltregler-IC MC34063 wurde bereits im Forum beschrieben. Hier wird eine Vereinfachung der Schaltung speziell für dessen Einsatz zur LED-Versorgung beschrieben. [Bearbeiten] Standard-Buck-ReglerschaltungIn der folgenden Schaltung wird der weit verbreitete IC MC34063 eingesetzt, welcher allerdings nicht auf die Anwendung mit LEDs optimiert ist! 
Die Standardschaltung verwendet einige Bauteile, die für den Betrieb von LEDs nicht erforderlich sind. So ist es zum Betrieb von LED nicht erforderlich, den Strom vollkommen konstant zu halten. Eine schnelle, geringfügige Stromänderung (engl. Ripple) wird vom Auge nicht wahrgenommen und für die LED ist der mittlere Strom maßgeblich für die Helligkeit. Auch hier gilt: Ein Blick ins Datenblatt der LED ist unumgänglich, insbesondere wenn man im Grenzbereich von Temperatur und Leistung arbeitet! [Bearbeiten] Vereinfachte Schaltung für LEDsDiese reduzierten Anforderungen an die Konstanz des Ausgangsstroms vereinfachen die Schaltung stark. Ausser dem IC selber und der LED werden hier nur sechs statt acht Bauteile verwendet. 
[Bearbeiten] FertigmodulBeim Autor sind komplette Module erhältlich, mit denen man eine oder zwei LEDs in Reihenschaltung an 12V Wechselspannung als Ersatz für Halogenlampen betreiben kann. Das unten gezeigte Modul betreibt 1W oder 3W-LEDs und ist für unter 3 EUR erhältlich. Es enthält zusätzlich einen Brückengleichrichter zum Betrieb an 12V Wechselspannung! 
[Bearbeiten] StromeinstellungDer strombestimmende Widerstand kann an den erforderlichen Ausgangsstrom angepasst werden. Der verwendete Schaltkreis hat einen Maximalstrom von 1.5A, er sollte aber nur für Power-LED mit 3W, also bis zu ca. 700mA Dauerstrom verwendet werden!
[Bearbeiten] DimmungDer Stromregler wird nicht durch Ändern des LED-Stromes gedimmt. Das wäre zwar technisch möglich, wird aber normalerweise nicht angewendet. Stattdessen wird der gesamte Stromregler ein- und ausgeschaltet (PWM). Dafür verwendet der vorliegenden IC Pin 5, welches jedoch von der Platine abgehoben werden muss. Das PWM-Signal muss hier invertiert sein, d.h. bei einer Spannung kleiner als 1,25V ist die LED eingeschaltet und bei größer 1,25V ist sie ausgeschaltet. Damit kann das Signal direkt an einen Mikrocontroller angeschlossen werden. Ohne Gleichrichter wird an 12V Gleichspannung ein Wirkungsgrad von ca. 78% erreicht. Das ist für diese einfache, preiswerte Schaltung ziemlich gut. 
Ein Nachteil dieser etwas zweckentfremdeten Ansteuerung ist eine leichte Verzögerung beim Einschalten. Das folgende Oszillogramm zeigt diese mit ca. 10µs. Sie führt dazu, dass Einschaltphasen der PWM kleiner als 10µs die LED nicht einschaltet, das muss beim Auslegen der PWM berücksichtigt werden! Bei üblichen Ansteuerfrequenzen im Bereich von 100-300 Hz ist diese Verzögerung aber vernachlässigbar. Das Oszillogramm zeigt auch die Frequenz der Stromregelung mit ca. 100kHz 
[Bearbeiten] Noch hellerDas 12V AC Modul kann problemlos bei geringerer Betriebsspannung am Fahrrad als Treiber fuer eine Power-LED benutzt werden. Es koennen sogar 3 LED in Reihe mit nur einem Modul betrieben werden! Allerdings reichen dann 12V als Betriebsspannung nicht mehr aus, schliesslich addieren sich ja alle drei Flussspannungen und bei 3 x Blau in Reihe sind das ja schon fast 12V! Also: Betriebsspannung auf 20..24V DC oder 18V AC erhöhen! [Bearbeiten] ZusammenfassungMit dem oben gezeigten Modul kann man sehr günstig per Mikrokontroller Power-LEDs regeln. Die Bezugsquelle für die Module ist beim Autor erfragbar. Alternativ gibt es hier ein Archiv mit den Daten in Eagle-Format. Darin sind zwei Versionen enthalten. Einmal mit bedrahteten Bauelementen als einfache, einseitige Platine und einmal komplett in SMD mit zweiseitiger Bestückung für minimale Größe.
[Bearbeiten] Links
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