Schutz von Hochleistungs-LEDs vor Überstrom. Schema, Beschreibung

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Schutz von Hochleistungs-LEDs vor übermäßigem Strom. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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Eine übliche Methode, mehrere LEDs mit Strom zu versorgen, besteht darin, sie zu zwei unabhängigen, parallel geschalteten Strängen zusammenzuschließen. In diesem Fall erweist sich die Steuerschaltung als kostengünstig und einfach, außerdem ist die Versorgungsspannung beider parallel geschalteter Girlanden doppelt so hoch wie bei der Versorgung einer großen Girlande. Allerdings muss die Steuerschaltung in diesem Fall den doppelten Strom liefern, außerdem benötigen wir auch eine Schaltung, die den Strom verzweigt, um beide Girlanden zu versorgen, und nicht vom Gleichspannungsabfall an den LEDs abhängig ist. Die Toleranz für den Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung einer LED beträgt bis zu 20 % und diese Spannung ändert sich mit der Temperatur und der Alterung der LED.

Der Stromspiegel leistet gute Arbeit bei der Aufteilung des Stroms. Der Ausfall einer LED führt jedoch zu einem Anstieg des Stroms durch den Stromspiegel, was verheerende Folgen hat. Ein Stromspiegel kann jedoch zwei parallele LED-Stränge mit beliebig vielen 350-mA-LEDs teilweise vor unzulässig hohen Strömen schützen (Abbildung 1).

Schutz von Hochleistungs-LEDs vor Überstrom
Reis. 1. Die Körper der Transistoren Q1 und Q2 müssen miteinander verbunden werden, um eine thermische Kopplung sicherzustellen

Diese Schaltung kann Ströme zwischen Strings mit einer Genauigkeit von etwa 2 % ausgleichen. Diese Genauigkeit ist auf Spannungsabfälle von 0,5 Volt an den Widerständen in den Emitterkreisen R1 und R2 mit einem Nennwert von 1,5 Ohm und einer Genauigkeit von 1 % zurückzuführen. Der Spannungsabfall am Widerstand R3 gleicht die ungleichmäßigen Spannungsabfälle an den LED-Strängen aus und hält die Betriebspunkte von Q1 und Q2 im linearen Bereich. Dieser Spannungsabfall hängt davon ab, aus wie vielen LEDs beide Stränge bestehen.

Wenn eine der LEDs der zweiten Girlande ausfällt (bricht), stoppt der Basisstrom der Transistoren Q1 und Q2 und die Transistoren schalten sich aus, der Stromfluss durch die erste Girlande stoppt. Wenn die LED in der ersten Girlande ausfällt (ebenso ein Bruch), dann fließt nun der doppelte Strom (700 mA) durch die zweite Girlande, wodurch diese garantiert deaktiviert wird. Daher ist ein Schutz der zweiten Girlande erforderlich. Dieses Problem wird durch die Hinzufügung von nur drei Komponenten gelöst (Abb. 2).

Schutz von Hochleistungs-LEDs vor Überstrom
Reis. 2. Durch das Hinzufügen einiger Dioden und eines Transistors zum Stromspiegel können Sie den Ausfall der LEDs verhindern

Im Normalbetrieb befindet sich der Transistor Q3 im linearen Modus bei einer Emitter-Kollektor-Spannung von 0,7 Volt, da beide Dioden D1 und D2 Strom in Durchlassrichtung führen. Die Verlustleistung von Q3 beträgt nur etwa 0,5 W, sodass kein Kühlkörper erforderlich ist. Der 700-mA-Stromversorgungsstrom vom Q3-Kollektor wird zwischen den LED-Strängen durch die Führungsdiode D2 und den Stromspiegel halbiert. Wenn eine der LEDs in Strang 1 ausfällt, blockiert die Diode D2 den Basisstrom des Transistors Q3 und schaltet ihn aus. Der Stromversorgungsstrom fließt nicht mehr zur Girlande 2, wodurch diese gerettet wird.

Der Spannungsabfall von 2 Volt an der Diode D0,7 muss durch eine leichte Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands R3 ausgeglichen werden. Der Stromspiegel kann an jeden LED-Typ angepasst werden, Hauptsache, der maximale Strom der Transistoren, der 1,5 A beträgt, wird nicht überschritten, zum Beispiel LM317, hergestellt von National Semiconductor.

Die Schaltung wurde mit einem integrierten Regler getestet, der als 700-mA-Stromquelle mit fünf LEDs in jedem Strang fungiert.

Autor: Luca Bruno, Italien

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