Hallo Bastler,
da hier immer mal wieder nach Led-Treibern für Ströme im A-Bereich und für Spannungen bis zu 18V (4 x Lixx) gefragt wird und es dazu nur Beiträge mit Spezial-ICs oder Fertiglösungen (LM3406, PT4115..., bzw. PCB-Components, Wichtel...) gibt, rücke ich mal eine sehr einfache aber gute Schaltung für den Selbstbau raus. Je nach Betriebsbedingungen (Eingangsspannung, LED-Spannung) liefert die Schaltung stabil und ohne zusätzliche Kühlung 3A Ausgangsstrom. Kleinere Ströme sind natürlich problemlos möglich.
Schaltungsfunktion:
Die Schaltung ist vom Prinzip her ein Hysterese-Buck-Regler, d.h. ein Abwärtsschaltregler mit direkter Strommessung und Zweipunktregelung. Der BF256 bildet mit dem Sourcewiderstand eine 1mA-Stromquelle, die die LD274 versorgt, welche als temperaturkompensierte Referenz für den Messtransistor T2 arbeitet. Je nach Momentanwert des LED-Stromes ändert sich die Ube von T2, so dass sich entsprechende Kollektorstromänderungen ergeben, die über R4 den Mosfettreiber, und damit den T3 ein- bzw. ausschalten. Im Einschaltmoment ist der LED-Strom null und daher T2 geöffnet und IC1 und T3 eingeschaltet. Der LED-Strom steigt mit der Zeit soweit an, dass T2 zu sperren beginnt und dadurch der Treiber IC1 den T3 abschaltet. Der Drosselstrom fließt jetzt über die Schottkydiode und den Messwiderstand und nimmt mit der Zeit ab, bis T2 wieder zu leiten beginnt und so weiter.
Der LED-Strom pendelt also um seinen Mittelwert herum. Das ist ein ganz normaler Verlauf bei allen Schaltreglern. Wenn man einen glatten Strom (reinen Gleichstrom) haben will, kann man einen entsprechenden Kondensator parallel zur LED schalten. Infolge der geringen Welligkeit von unter 10% ist das aber meist unnötig und wegen der Schaltfrequenz von ca. 200kHz auch nicht sichtbar. Die Schaltfrequenz wird nicht durch einen speziellen Oszillator erzeugt, sondern stellt sich in Abhängigkeit von der Bauteildimensionierung und den Betriebsbedingungen allein durch das Schaltungsprinzip ein.
Im Diagramm ist der LED-Stromverlauf bei verschiedenen Eingangsspannungen gezeigt. Man erkennt die gute Stromregelung über den gesamten Betriebsspannungsbereich. Andere Ströme stellt man grob durch entsprechende Werte für den Messwiderstand ein (100mOhm für 2A, 200mOhm für 1A, usw.) und fein durch sinnvolle Anpassung von R1 oder R4.
Verlustleistungen und Wirkungsgrad bei 3A, Ue=7,4V, Uled=3,3V:
(vereinfacht)
Messwiderstand P=I^2*R=3A^2*0,066Ohm=0,6W
Schalttransistor P=I^2*Ron*Tein/T=3A^2*0,1Ohm*3,95µs/7,5µs=0,47W
Schottkydiode P=I*Uf*Taus/T=3A*0,33V*3,55µs/7,5µs=0,47W
Speicherdrossel P=I^2*R=3A^2*0,05Ohm=0,45W
Summe Pv=1,99W.
Dazu kommen noch ein paar mA für den Rest der Schaltung. Man kommt so in erster Näherung auf 2,1W. 12,1W Eingangsleistung und 10W Ausgangsleisung ergibt einen Wirkungsgrad von 83%. Die Verluste sind schön gleichmäßig auf die Leistungsbauteile verteilt und können ohne zusätzliche Kühlung abgegeben werden.
Für den Mosfet-Treiber IC1 kann ein beliebiger nichtinvertierender Treiber-IC (TC1410N; TC1411N, TC4427...) eingesetzt werden, notfalls geht sogar die Reihenschaltung von 2 Stück ICM7555 (oder 1 Stück 7556). Für L1 kann man eine L-PISR 47µH von Reichelt nehmen. Bei kleinen Eingangsspannungen (<7...8V) sollte man einen LL-Mosfet verwenden, bei größeren dagegen einen Standart-Mosfet. PWM-Dimmung kann mit einem Mosfet (BS250) parallel zur LD274 gemacht werden. Wenn die LED kurzgeschlossen ist, dann ist der LED-Strom null. Das Zeitverhalten sieht man auch im Diagramm. Die Schaltung zeige ich hier zwar nur als Simulation, hab die aber auch mal als Drahtverhau aufgebaut. Sie funktioniert praktisch genau wie in der Simulation, wenn man von den rel. stark streuenden BF256 und den weniger stark streuenden BC547/LD274 mal absieht.
Viel Spaß und Erfolg
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