Effiziente Stromquelle für Power-LEDs
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Effiziente Stromquelle für Power-LEDs Von Jürgen Heidbreder 2 R1 R4 8 33k JP1 330k ON/OFF R11 10µ 63V 4 4M7 R2 330k C2 IC1 R10 LUXEON 100k D3 LED 5W 5 IC1.B 6V85 0A7 7 6 D2 BT1 T1 3 IC1.A 1 > 60mV 120k R7 1k 2 P2 50k 5k C3 1n D1 * siehe Text C1 10µ 63V LM385Z2,5 luste von gerade 122 mW an. T1 hat einen typischen Widerstand im durchgeschalteten Zustand von 85 mΩ. Hier ist also im Idealfall mit ca. 60 mV Spannungsabfall und so mit Verlusten von mindestens 42 mW zu rechnen. Die Versorgungsspannung kann also idealtypisch um 230 mV höher als die Nennspannung der LED (6,85 V) gewählt werden. Um etwas Reserve zu haben, sind 7,2 V und damit 0,35 V für T1 + R9 ein guter Kompromiss. Rein zufälligerweise kommt eine Batterie aus sechs NiCd- oder NiMHAkkus unter Belastung auf ziemlich genau diesen Wert... Und was für ein weiterer Zufall: Ein unstabilisiertes Netzteil aus einem 6-V-Trafo mit Brückengleichrichtung und Sieb-Elko liegt unter Belastung ebenfalls ziemlich genau im Zielgebiet. Der Trafo sollte dann mit ca. 7,5 VA gewählt werden. Als Siebung tut es ein Elko mit 2200 µF/16 V. Nun noch zu Funktion: Als Referenz dient D1. An ihr fallen 2,5 V ab. IC1b dient zusammen mit T1 als Stromquelle. Der Strom kann mit P2 zwischen 360 mA und R8 4k7 R6 4k7 R3 BUZ71 IC1 = LM358 R9 0Ω25 P1 0V17 1N4148 R5 * 7V2 220k Um lange Freude an Power-LEDs zu haben, ist es wichtig, dass die LED mit dem für sie spezifizierten optimalen Strom betrieben wird, schon aus Gründen des Wirkungsgrades und der Helligkeit. Auf keinen Fall aber mit mehr Strom als erlaubt, da sich dies deutlich auf die Lebensdauer auswirkt. Ein Netzteil, ein Akku oder eine Batterie als Spannungsquelle und ein kleiner Vorwiderstand genügen diesen Anforderungen nur schlecht, da am Vorwiderstand Energie verheizt wird und andererseits, wird der Vorwiderstand aus diesen Gründen klein gewählt, schon kleine Spannungsänderungen große Stromunterschiede bewirken können. LEDs haben ja bekanntlich einen geringen differentiellen Innenwiderstand in der Nähe ihres optimalen Arbeitspunkts. Also muss etwas mehr an Elektronik die Anforderungen integrieren, die ein simpler Vorwiderstand nicht unter einen Hut bekommt. Die nahe liegende Lösung für einen sehr konstanten Strom trotz einer leicht schwankenden Versorgungsspannung wäre eine konventionelle stabilisierte Stromquelle. Leider vergeudet diese an ihrem Längstransistor unnötig Energie und so wäre der Charme einer HalbleiterLeuchte zum Teil perdu. Die fehlende Effizienz kann man allerdings mit modernen Bauelementen nachrüsten, wenn man z.B. einen Leistungs-MOS-FET als Längstransistor verwendet. Dann nämlich entstehen Leistungsverluste lediglich an einem eventuellen Messwiderstand für den fließenden Strom und am relativ klein wählbaren „On“-Widerstand eines Schalttranistors. Die hier vorgeschlagene Schaltung steuert eine handelsübliche Luxeon-LED mit Hilfe eines BUZ71. Ein 5-Watt-Exemplar einer solchen LED benötigt 0,7 A. An R9 fallen also mit 0,175 V Spannung Ver- 040160 - 11 750 mA eingestellt werden. Mit dem eigentlich übrigen Opamp IC1a wurde noch eine Unterspannungsabschaltung ermöglich, die verhindert, dass ein angeschlossener Akku tiefentladen wird. Der Abschaltpunkt wird mit P1 festgelegt. IC1a ist als Komparator mit kleiner Hysterese beschaltet. Wird sein Ausgang „high“, so wird IC1b über D2 vorgegaukelt, der Strom durch R9 wäre zu hoch, weshalb es die LED abschaltet. Das Gleiche passiert, wenn R1 nicht via Schalter kurzgeschlossen ist. Für die Zwecke der Schaltung tun es übrigens nur Opamps, deren Eingangsstufen als PNP-Transistoren ausgeführt sind. Noch eine kurze Energiebilanz: Verwendet man sechs Akkus, dann dürfte die mittlere Entladespannung etwa um 7,4 V liegen. Zieht man die Nennspannung der LED ab, bleiben 0,55 V übrig, die Verluste produzieren. Davon entfallen ca. 0,4 W auf T1, der deshalb nicht einmal gekühlt werden muss. Der Wirkungsgrad ist mit über 90% sehr gut. (040160ts) elektor - 7-8/2005
