Aufbau hocheffizienter Ansteuerungen für LED- Retrofit- Lampen

Die Ablösung von Glühlampen und Halogenlampen durch LEDs in der Allgemeinbeleuchtung ist ein wesentlicher Schritt zu besserer Energieeffizienz in der Beleuchtung. Moderne LEDs für Beleuchtungszwecke haben heute eine Lichtausbeute, die bei wesentlich weniger Energieeinsatz den gleichen oder höheren Lichtstrom erzeugt wie eine baugleiche Halogenlampe. Da eine LED jedoch einen konstanten Strom für ihre sichere Funktion benötigt, ist der Aufbau von so genannten LED- Retrofits als Austausch für bisherige Halogenlampen aufwändiger – in der Lampe muss auf kleinstem Bauraum zusätzliche Elektronik untergebracht werden, die die LED mit konstantem Strom versorgt. Diese Stromregelung muss mit höchstem Wirkungsgrad arbeiten, um zusätzliche Wärmeentwicklung zu vermeiden, denn LEDs arbeiten nur im Temperaturbereich bis ca. 100°C zuverlässig und effizient.

LEDs für Beleuchtungszwecke gibt es in vielen verschiedenen Leistungsbereichen, die in LED- Retrofits am häufigsten verwendeten haben eine Leistungsaufnahme von 1 bis 4W, wobei für höhere Lichtströme auch mehrere LEDs eingesetzt werden. Die besonders beliebten MR16- Lampen, die meist mit 12V AC aus einem Vorschaltgerät (Trafo) gespeist werden, sind für LED- Retrofits geradezu prädestiniert, da sie keine galvanische Trennung benötigen, der Bauraum noch nicht allzu knapp ist und eine Menge an LED in entsprechenden Leistungsbereichen zur Verfügung steht. Geht man von einer typischen LED für diesen Einsatzfall aus, so weist diese bei z.B. 4W Leistungsaufnahme einen Flussstrom von bis zu 1A bei einer Flussspannung von 3,2 bis 4V auf. Diesen Strom aus den 12V AC Speisespannung zu erzeugen, ist nur mit hocheffizienten Schaltreglern sinnvoll. Bei herkömmlichen Schaltreglern ist die Erzeugung konstanter Ströme statt wie üblich konstanter Ausgangsspannung meist mit erhöhtem Aufwand verbunden, denn die Referenzspannung, die zur Regelung herangezogen wird, ist meist auf einen Wert von 1,2V festgelegt, der sich mit einer Bandgap- Referenzquelle einfach und sehr genau erzeugen lässt. Für die Stromregelung ist ein solch hoher Wert allerdings eher nachteilig, da die Schaltung mit einem Shunt als Strommesser für die Regelung einen Spannungsabfall in der gleichen Größenordnung erfordert, und das bei einem LED- Strom von bis zu 1A. Die Verlustleistung am Shunt wäre viel zu hoch, oder es müssten zusätzliche Bauteile für die Strommessung eingesetzt werden, die die Verlustleistung am Shunt gering halten. Eine bessere Lösung ist die interne Strommessung durch den Schalter selbst, die den Strom als Bezugsgröße für den Referenzstrom bereitstellt. Da bei Einzel- LEDs mit einer Flussspannung von max. 4V eine Betriebsspannung unterhalb der Speisespannung erforderlich ist, sind hier Abwärtsregler (Step down converter, buck- converter) sinnvoll.