Effizienter IC

Mit einer Schaltfrequenz von bis zu 1,33 MHz, interner Strommessung und einem einfach einzustellenden Maximalstrom ist die neue Baureihe E522.0x der ELMOS Semiconductor AG nicht nur als Spannungsregler mit fester oder variabler Ausgangsspannung einsetzbar, sondern bietet auch bei LED- Konstantstromanwendungen eine außerordentlich gute Performance bei einfachstem Aufbau. Als Treiber für 350mA- LEDs können die Typen E522. 03 im kleinen 4*4mm2 QFN- Gehäuse oder ihre Äquivalente E522. 73 im SO8- Gehäuse verwendet werden. Für bis zu 700mA empfehlen sich die Typen E522.01 (QFN) bzw. E522.71 (SO-8), während der Maximalstrom von bis zu 1.2A von den Schaltreglern E522.07 (QFN) bzw. E522.77 (SO-8) bereitgestellt werden können. Allen Schaltreglern dieser interessanten Baureihe ist gemeinsam, dass sie über eine hocheffiziente interne Strommessung verfügen, die mittels eines einzigen externen Widerstandes auf den gewünschten Wert einstellbar ist. Beim Einsatz als Spannungsregler dient diese Technik als Schutzmaßnahme gegen Kurzschluss oder Überlastung, während sie in der LED- Anwendung den LED- Strom direkt bestimmt. Zudem kann der ON-Eingang als PWM Eingang verwendet werden.Somit kann die Helligkeit der LEDs zusätzlich digital eingestellt werden. Ein interessantes Feature ist die interne Festlegung der minimalen Ausschaltzeit, die bei der Hauptanwendung der ICs als Spannungsregler dafür sorgt, dass bei Überlastung oder Kurzschluss am Ausgang die Komponenten nicht überlastet werden. Während die minimale Ausschaltzeit bei normalem Betrieb bei 260 ns liegt, um möglichst hohe Schaltfrequenzen zu erreichen, wird sie beim Einsetzen der Strombegrenzung auf typ. 2,5 µs verlängert. Beim Betrieb der ICs als LED- Controller wird der Strom durch die Induktivität entsprechend dem mittleren LED- Strom eingestellt, wobei der Spitzenstrom den zugelassenen Maximalstrom der LED nicht übersteigt. Damit arbeitet der interne Regler immer im Bereich der Strombegrenzung und stellt die minimale Ausschaltzeit auf den typischen Wert von 2,5µs ein.

Ein Dimensionierungsbeispiel für den E522.07 als LED- Konstanstromquelle zeigt die Zusammenhänge zwischen Eingangsspannung, LED- Strom und den Parametern der Schaltung:

Aus dem Diagramm 1 folgt für eine Betriebsspannung von 17V, einen LED- Strom von 700mA und eine LED- Flussspannung von 4V eine Induktivität von >25µH, gewählt wird der nächsthöhere Standardwert von 33µH. Der Ripplestrom ergibt sich bei Einsatz einer Diode mit typ. 0,65V Flussspannung zu 0,35A und der entsprechende Maximalstrom zu 1,05A. Damit besteht genügend Reserve für Überspannungen bis 15,5V am AC- Eingang. Diese Parameter werden von der LPS6225-333 (Coilcraft) gut erfüllt. Der Widerstand an OCP beträgt bei einer Strombegrenzung 1,05 A 33kOhm. Der SENSE- Eingang, der bei der Anwendung des E522.0X als Spannungsregler für die Einstellung der Ausgangsspannung verwendet wird, bleibt bei der LED- Anwendung offen; er kann jedoch verwendet werden, um den Ausgangskondensator im Falle eines LED- Defektes (Open Load) zu schützen, da die Ausgangsspannung auch im Falle eines offenen Lastkreises nicht über die mittels Spannungsteiler am Ausgang eingestellte Spannung steigt. Somit kann die Spannungsfestigkeit des Ausgangskondensators auf einen Wert knapp oberhalb der maximalen LED- Flussspannung reduziert werden.Ein keramischer X7R- Kondensator mit seinem geringen Temperaturgang ist sowohl hinsichtlich der Gesamtzuverlässigkeit als auch wegen seiner kleinen Abmessungen optimal. Für den Eingangskondensator, der gleichzeitig den Siebkondensator für die Gleichrichterschaltung darstellt, gilt ein Wert von 10µF bis 25 µF/A Ausgangsstrom. Im Beispiel sind 10µF/25V X7R Kondensatoren verwendet worden, wobei eine kleine Kapazität von 100 nF parallel die hochfrequenten Oberwellen der Schaltfrequenz weiter reduziert.

Bedingt durch die hohe Integration des Reglers und seinen ausgezeichneten Wirkungsgrad von > 90% lässt sich die gesamte Schaltung auf einem PCB mit 20 mm Durchmesser aufbauen (Foto).

Fazit: Durch Ausnutzung der vorteilhaften Eigenschaften moderner Schaltregler- ICs mit interner Strombegrenzung und dynamischer Anpassung der Schaltfrequenz lassen sich hocheffiziente Stromregler für LED- Retrofit- Lampen aufbauen. Der Vorteil der einfachen Einstellbarkeit des LED- Stroms und die Verwendung langlebiger Komponenten garantiert eine hohe Gesamt- Zuverlässigkeit und macht den Einsatz von LED- Retrofit- Lampen auch aus wirtschaftlicher Sicht interessant. Mit der neuen Schaltregler- Baureihe E522.0X bzw E522.7X von ELMOS wird eine außerordentliche Leistungsdichte bei höchster Zuverlässigkeit möglich