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LDO-Treiber

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An dieser Stelle sind ältere Beiträge zu LDO-LED-Treibern archiviert.

Der kurze Weg geht hier entlang:


LDO-Treiber mit Operationsverstärker und MOSFET (7.2.2005)

Schon lange auf der Wunschliste meiner Besucher stand ein LDO-Treiber mit Operationsverstärker und MOSFET.

Man sollte meinen, eine solche Schaltung ist allgemein bekannt, jedoch weit gefehlt!

Deshalb hier nun endlich ein einfacher Vorschlag (gleich mit Dimm-Option) - realisiert mit Standard-Bauteilen, die es normalerweise auch beim Hobby-Lieferanten gibt.

LDO-LED-Treiber mit OpAmp


Dieser LDO-Treiber benötigt einen Spannungsspielraum von etwa 0,5V über der LED-Flussspannung und kommt bevorzugt bei Batterie/Akku-Versorgung nach folgender Tabelle (NiCd/NiMH-Akkus und weiße/blaue 1W-Luxeon™-LEDs als Beispiel) mit den angegebenen Wirkungsgraden (Best-Case) zum Einsatz:

Zellen

min.

nominal

LEDs

max.

nominal

min.

4

4V

4,8V

1

87%

73%

58%

5

5V

6,0V

1

70%

58%

46%

8

8V

9,6V

2

87%

73%

58%

11

11V

13,2V

3

95%

79%

63%


Da bei einem frisch geladenen Akku die Spannung schnell von der Ladeschlussspannung (min. Wirkungsgrad) auf die Nominalspannung fällt, hat der Wirkungsgrad des LDO-Treibers je nach Akku/LED-Kombination und Ladezustand trotz Linear-Treiber durchaus akzeptable Werte.

Man sollte sich dennoch nicht dazu verleiten lassen, diesen linearen LED-Treiber ohne ausreichende Kühlung des MOSFETs an zu hohen Versorgungsspannungen zu betreiben ...

Falls Dimmung gewünscht ist, kann der PWM-Dimmer direkt am /PWM-DIM-Eingang (aktiv LOW) der Schaltung angeschlossen werden. Derselbe Anschluss kann natürlich auch als Enable-Eingang (ebenfalls aktiv LOW) dienen.

Der Pull-Up-Widerstand (R5 bei der Dimmerschaltung, R7 in obiger Treiber-Schaltung) ist natürlich nur einmal nötig. Er wurde deshalb in obiger Schaltung auch eingezeichnet, damit er bei Verwendung eines anderen PWM-Dimmers mit Open-Collector- oder Open-Drain-Ausgang nicht vergessen wird. Denn sonst wird die aus R6, D1/D2, T2 und R5 bestehende Hilfsstromquelle beim PWM-Dimmen nicht sauber abgeschaltet.

Diese 1,5mA-Stromquelle1 wird durch das PWM-Signal gepulst und versorgt so den 2,5V-Shunt-Regler IC2, dessen Spannung über R2/R3 auf den relativ niedrigen Vergleichswert von 115mV für die Stromfühlerspannung der Leistungsstromquelle IC1, T1 und R1 heruntergeteilt wird - immer schön mit dem PWM-Tastverhältnis getaktet.

Das PWM-Signal darf auf seinem Weg zur Leistungsstromquelle IC1/T1 aber nicht durch störende Kapazitäten ausgebremst werden. Deshalb entfällt bei PWM-Dimm-Betrieb hier auch der sonst übliche Siebkondensator parallel zu IC2.

Offset-Abgleich

Damit die 1W-LED(s) bei 0% Dimmgrad auch wirklich dunkel ist (sind), ist normalerweise mittels R4 ein Offset-Abgleich von IC1 nötig. Dieser kann entfallen (einfach R4 weglassen), falls kein Dimmen bis herab auf 0% bzw. kein Ein/Ausschalten des LED-Treibers mittels Steuer-Signal vorgesehen ist.

Es scheint etwas aufwendig, die Spannungsreferenz umständlich über T2 anzusteuern. Das hat allerdings seinen Grund: Würde man z.B. den Shunt-Regler IC2 nur mit einem Vorwiderstand betreiben und per PWM nach GND kurzschließen (technisch durchaus möglich), bliebe an dieser Stelle immer noch die Sättigungsspannung des schaltenden PWM-Transistors, die sich selbst nach Teilung durch R2/R3 besonders bei höheren Versorgungsspannungen kaum mehr durch den Offset-Abgleich an IC1 korrigieren ließe und schlimmstenfalls sogar nicht den gewünschten Maximalstrom für die LED erlauben würde.

Schwingneigung bei großer kapazitiver Last

Der TLC271 ist ein preisgünstiger CMOS-Operationsverstärker mit Offset-Abgleich-Möglichkeit, der in der Lage ist, die kleine Stromfühlerspannung von ca. 115mV in der Nähe des GND-Pegels zu verstärken. Allerdings neigt er bereits bei relativ kleinen kapazitiven Lasten zum Schwingen.

Das Gate eines Leistungs-MOSFETs stellt jedoch eine vergleichsweise große Kapazität im Bereich von (0,5...1,5)nF dar.

C1 ist die raue aber herzliche Methode, IC1 bei kapazitiver Last das Schwingen abzugewöhnen.

MOSFETs mit noch größeren Gate-Eingangskapazitäten sind aber auch damit nicht mehr beherrschbar. Es ist an dieser Stelle bei Verwendung anderer MOSFETs also Vorsicht angebracht - schlimmstenfalls riskiert man ein Latch-Up von IC1 und anschließenden LED-Tod durch eine Stromüberdosis!

Falls die Versorgungsspannung immer ≥5V ist bzw. mehr als nur eine 1W-LED getrieben wird, kann statt des empfohlenen IRLZ34N evtl. auch ein Welt-Wald-Wiesen-MOSFET BUZ10 oder BUZ11A mit höherer Gate-Source-Schwellspannung (<4V) verwendet werden.

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[1] Der TL431 soll mit mindestens 1mA betrieben werden. Der Spannungsteiler R2/R3 benötigt <0,5mA. Deshalb muss die Hilfsstromquelle ≥1,5mA liefern.