LED-Treiber und Dimmerschalter

LED (Light Emitting Diode) ist eine elektronische Halbleiterkomponente, die Licht emittieren kann. In der Anfangszeit konnte sie nur rotes Licht mit geringer Leuchtkraft emittieren. Durch technologische Innovationen sind heutige LEDs in der Lage, sichtbares Licht, Infrarot- und Ultraviolettlicht auszusenden, und auch ihre Leuchtkraft hat sich deutlich erhöht. Allerdings bestimmen die Leitungseigenschaften des PN-Übergangs von LEDs ihre Fähigkeit, sich an einen sehr engen Bereich von Spannungs- und Stromschwankungen der Stromversorgung anzupassen. Eine geringfügige Abweichung kann dazu führen, dass das Licht nicht mehr leuchtet, die Lichtausbeute erheblich sinkt, die Lebensdauer verkürzt wird und sogar der Chip durchbrennt. Die aktuelle Stromversorgung und die herkömmliche Batteriestromversorgung sind nicht für die direkte Stromversorgung von LEDs geeignet, und LED-Treiber lösen dieses Problem. Der LED-Treiber ist ein elektronisches Gerät zur Leistungsanpassung, das die LED ansteuert, um Licht auszusenden oder den normalen Betrieb der LED-Modulkomponenten sicherzustellen. Es kann die LED dazu bringen, unter Spannungs- oder Strombedingungen stabil zu arbeiten.

Es gibt zwei technische Hauptlösungen für LED-Treiber: Linearantrieb und Schaltertyp-Antrieb, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen, geeignet für verschiedene Szenarien. Der Schalterantrieb kann eine gute Stromregelgenauigkeit und einen hohen Gesamtwirkungsgrad erreichen, und seine Anwendungsmethoden sind hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: Abwärts- und Aufwärtstransformation. Der Abwärtsschaltertreiber eignet sich für Situationen, in denen die Versorgungsspannung höher als die LED-Anschlussspannung ist, während der Aufwärtsschaltertreiber für Situationen geeignet ist, in denen die Versorgungsspannung niedriger als die LED-Anschlussspannung ist. Im Allgemeinen weisen isolierte Fahrer eine hohe Sicherheit, aber eine relativ geringe Effizienz auf. Nicht isolierte Treiber haben eine höhere Effizienz, aber eine etwas geringere Sicherheit. Im praktischen Einsatz muss sich die Auswahl an konkreten Anforderungen orientieren. Lineares Fahren ist eine einfachere und direktere Möglichkeit, Anwendungen anzutreiben. Bei der Anwendung von weißen LEDs in Beleuchtungsqualität gibt es zwar Probleme wie einen geringen Wirkungsgrad und eine schlechte Einstellbarkeit, aber aufgrund der einfachen Schaltung und der geringen Größe gibt es in einigen spezifischen Situationen immer noch viele Anwendungen. Mit der zunehmenden Reife der effizienten linearen LED-Antriebstechnologie mit hohem Leistungsfaktor (PF) verbessert sich auch die Leistung des linearen Antriebs ständig.

Durch die Dimmtechnologie können Benutzer die Helligkeit des Lichts an ihre Bedürfnisse und ihre Umgebung anpassen, um eine passende Atmosphäre zu schaffen und erheblich Energie zu sparen. Es gibt zwei Hauptmethoden zum Dimmen von LEDs: analoges Dimmen und PWM-Dimmen (Pulsweitenmodulation). Beim PWM-Dimmen wird der durchschnittliche Strom der LED gesteuert, indem das Tastverhältnis des Impulssignals angepasst und so die Helligkeit verändert wird. Der HX3143-Treiber unterstützt PWM-Dimmfrequenzen zwischen 100 Hz und 50 kHz mit einstellbaren Arbeitszyklen von 0 % bis 100 %. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie den durchschnittlichen Strom der LED bei hoher Dimmeffizienz genau steuern kann. Unter Beibehaltung einer effizienten Ansteuerung kann eine stabile Farbausgabe erzielt und Farbtemperaturdrift vermieden werden. Doch das PWM-Dimmen hat auch Nachteile: Beim Dimmen kann es leicht zu hörbaren Geräuschen kommen. Analoges Dimmen wird erreicht, indem dem Steuerpin eine einstellbare Gleichspannung zum Dimmen zugeführt wird. Die Methode ist einfach und die Peripheriekosten sind relativ gering, sie eignet sich jedoch nicht für Anwendungen, die eine konstante Farbtemperatur erfordern.

Das Dimmen von LEDs steht vor einigen besonderen Herausforderungen. Aufgrund des relativ geringen Laststroms von LEDs kann es bei gewöhnlichen bidirektionalen Thyristorschaltern mit drei Anschlüssen zu Schwierigkeiten beim Blockieren und Aufrechterhalten der Stromeigenschaften kommen. Die Leistung von LED-Lampen, die in der Heimbeleuchtung verwendet werden, kann 7,5 W (z. B. A19-Glühbirnen – 450 Lumen) oder mehr betragen, aber der Dauerstrom ist viel niedriger als bei Glühlampen, und zu Beginn jedes Halbzyklus der Wechselspannung tritt eine Stromspitze auf (bis zu 6–8 A Spitze, während der Dauerstrom weniger als 100 mA beträgt). Als Reaktion auf diese Herausforderungen entstehen immer wieder innovative Lösungen. Eine LED-Dimmtreiberschaltung mit großem Dimmbereich verwendet eine mikroprozessorgesteuerte Konstantstromschaltung und eine Stromformungsschaltung, um die Dimmhelligkeit in einen voreingestellten Helligkeitsbereich und zwei Teile unterhalb des voreingestellten Helligkeitsbereichs für die kombinierte Steuerung aufzuteilen. Dieses Design erweitert die Untergrenze des herkömmlichen Helligkeitsbereichs, löst die Beschränkung der Welligkeit bei der Helligkeitsanpassung und erreicht eine breitere Helligkeitsbereichsanpassung für LEDs. Es gibt auch eine patentierte Technologie, die das Problem blinkender Lichter beim Dimmen löst. Durch die Verwendung einer einzigartigen Dimmsteuerschaltung kann die Einstelleinheit den Spannungswert der Referenzspannung senken, wenn die Referenzspannung niedriger als die DC-Dimmspannung ist. Dies führt dazu, dass beim Ausschalten des Dimmens eine geringere DC-Dimmspannung erforderlich ist als beim Einschalten des Dimmens, wodurch eine Verzögerung zwischen Ein- und Ausschalten des Dimmens erreicht und das Problem blinkender Lichter gelöst wird.