Auswahl des richtigen dimmbaren LED-Treibers

Jul 27, 2023

LED-Treiberdesigns können eine flimmerfreie und schnelle Start-Dimmleistung liefern und gleichzeitig einen hohen Leistungsfaktor und eine hohe Effizienz bieten, schreibt Rich Miron

Die Dimmleistung von LED-Lampen in herkömmlichen TRIAC-basierten Dimmern ist eine der größten Herausforderungen für LED-Beleuchtungsdesigner. Dies führt in vielen Fällen zu Flackern und einem geringeren Dimmbereich im Vergleich zu Glühlampen.

Das Problem besteht darin, dass TRIAC-basierte Dimmer für den Einsatz mit Glühlampen mit ohmscher Last konzipiert wurden. Als man anfing, LEDs mit den Dimmern zu verwenden, führten der niedrige Strombedarf und die nicht ohmsche Beschaffenheit der Geräte dazu, dass sich die TRIACs intermittierend ein- und ausschalteten, was den Flackereffekt erzeugte.

Da LEDs und LED-Treiber nicht ohmsche Lasten haben, ist der benötigte Strom geringer als der Haltestrom des TRIAC im Dimmer. Beim Auslösen des TRIAC reicht der Haltestrom nicht aus, was zu Flackern und einem eingeschränkten Dimmbereich führt.

„Diese TRIAC-Wanddimmer wurden für den Betrieb mit Glühlampen entwickelt, die für den Betrieb bei höheren Leistungsstufen ausgelegt sind und einen Widerstand haben“, sagte Rakesh Anumula, Anwendungsingenieur bei Intersil. „Bei der Umstellung von Glühlampen auf Kompaktleuchtstofflampen oder LED-Beleuchtung ist die Last nicht mehr ohmsch, sondern induktiv oder kapazitiv, sodass sich der Dimmer nicht mehr so ​​verhält wie bei einer Glühlampe.“

„Das Ergebnis ist ein Flackern, wenn der Dimmer mit dem Eingang der LED-Treiber interagiert“, fügte Anumula hinzu. „Sie verursachen eine Art Resonanz, die dazu führt, dass der TRIAC intermittierend ein- und ausschaltet, was zu einem Schimmern des Lichts am Ausgang führt, das als Flackern wahrgenommen wird.“

Da die Last jetzt anders ist, ist auch die Dimmcharakteristik etwas anders, so dass es nicht die gleiche Lichtintensität oder Lichtleistung gibt, sagte Anumula.

Das Problem besteht darin, dass der TRIAC eine bestimmte Menge an Haltestrom und Haltestrom benötigt, die von einer LED-Lampe nicht gedeckt werden können, was wiederum bedeutet, dass der TRIAC zeitweise ein- und ausschaltet.

Um den Halte- und Haltestrom bereitzustellen, fügen Hersteller von LED-Treiber-ICs ihren Designs jetzt Entlüftungs- und Dämpfungsschaltungen hinzu. Eine Entlüftungsschaltung (normalerweise ein kleiner Widerstand mit einem Eingangskondensator) liefert den Halte- und Haltestrom und verhindert Fehlzündungen des TRIAC. Es kann als passiver oder aktiver Bleeder implementiert werden.

Ein passiver Entlüfter kann für LED-Lampen mit sehr geringem Stromverbrauch verwendet werden, sagte Anumula. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die Effizienz des Designs beeinträchtigt wird, da der Widerstand immer eingeschaltet ist und Strom abgibt.

Eine Designtechnik verwendet einen Widerstand und einen Kondensator, der Widerstand ist jedoch nur bei Bedarf eingeschaltet. Der Nachteil besteht darin, dass diese Lösung einen aktiven Schalter zum Ein- und Ausschalten des Widerstands erfordert, aber eine höhere Effizienz bietet als das passive Bleeder-Design.

Außerdem ist ein Dämpfungskreis erforderlich, um sicherzustellen, dass der TRIAC keine Fehlzündungen verursacht. Es verwendet einen kleinen Widerstand in Reihe mit der Leitung, der die Wellenform des Eingangsstroms dämpft, sodass keine sehr hohe Eingangsstromspitze verursacht wird.

Die Dämpfungsschaltung sorgt außerdem dafür, dass der Dimmer beim Anschluss mehrerer LED-Lampen nicht ausfällt. Anumula sagte, dass eine große Eingangsstromspitze im Dimmer bei mehreren angeschlossenen LEDs die Nennleistung des TRIAC überschreiten und zu einem vorzeitigen Ausfall führen könnte.

„Wenn Sie die Dämpfungsschaltung nach dem Brückengleichrichter verwenden, können Sie einen MOSFET verwenden, um zu steuern, wann der Widerstand ein- oder ausgeschaltet ist“, sagte Anumula. „Wenn Sie es auf der Eingangsseite vor dem Brückengleichrichter verwenden, benötigen Sie einen Silizium-Gleichrichter, um sicherzustellen, dass der Widerstand im Stromkreis oder außerhalb des Stromkreises ist.“

Die LED-Treiber-Controller ISL1903 (siehe Abbildung 1) und ISL1904 von Intersil verfügen über eine Dimmer-Halteschaltung (DHC). Es handelt sich um eine Kombination aus einem aktiven Entlüftungs- und Dämpfungskreis. Die aktive Entladeschaltung verwendet einen Mosfet, eine Diode, einen Widerstand und einen Kondensator, um eine bestimmte Menge an Halte- und Haltestrom bereitzustellen.

Der ISL1903 unterstützt Tiefsetzsteller-Topologien, einschließlich isolierter Vorwärtswandler und nicht isolierter Source-Return-Abwärtswandler, während der ISL1904 Aufwärtswandler-Topologien und isolierte Sperrwandler unterstützt.

Der LM3447 von Texas Instruments verfügt außerdem über eine Halte- oder Entladeschaltung, um sicherzustellen, dass der TRIAC über genügend Strom verfügt.

Laut John Perry, Produktmarketing-Ingenieur bei Texas Instruments, kann die Entladeschaltung wieder eingeschaltet werden, wenn die LED-Last zur Neige geht, um zusätzlichen Strom bereitzustellen, sodass der TRIAC während des Zyklus mit geringer Leitung leitend bleibt.

Wenn ein TRIAC auslöst, benötigt er nicht viel Strom, um leitend zu bleiben, aber er verliert häufig die Leitung und dieser Strom liegt ziemlich nahe an der LED-Last. Je weiter es dimmt, desto weniger Strom wird für die LEDs benötigt, bis der Dimmer nicht mehr leiten kann.

Laut Perry: „In diesem Moment kann es anfangen zu klappern und erneut zu zünden, was letztendlich als Flackern durch die LED-Last weitergeleitet wird.“

In einer Flyback-Topologie (siehe Abbildung 2) liefert der HOLD-Pin des LM3447 mit zwei Widerständen den Haltestrom, der erforderlich ist, um den TRIAC bei Bedarf leitend zu halten. Wenn der Dimmer weiter herunterdimmt, wird der Haltestrom eingeleitet, und wenn die Leitung hoch oder nahezu voll ist, wird der Haltestrom nicht angelegt, sagte Perry.

Der AC/DC-LED-Treiber LM3447, eine Erweiterung des LM3445, umfasst eine Dimmererkennung, einen Phasendecoder und einstellbare Haltestromkreise für einen flimmerfreien Dimmbetrieb in isolierten Flyback-LED-Beleuchtungsanwendungen.

Für Buck- oder Buck-Boost-Topologien sollten Designer den TPS92075 von Texas Instruments in Betracht ziehen, der digitale Schaltkreise und digitale Filterung enthält, um einige der Dimmprobleme zu lösen. Der TPS92075-Controller ist für phasendimmbare Offline-AC/DC-LED-Lampen- und Downlight-Anwendungen konzipiert.

TI sagte, dass es eine proprietäre Methode zur Eingangsstromsteuerung verwendet, um die Kompatibilität mit elektronischen Transformatoren zu verbessern und einen PFC über 0,9 zu erreichen, während es gleichzeitig ein flimmerfreies Dimmen in TRIAC-Dimmern ermöglicht.

Rich Miron ist im Team für technische Inhalte bei Digi-Key