Elektronikwissen im Bereich "Allgemeine Schaltungstechnik"

Elektronikwissen zu: PWM-gesteuerte Konstantstromquelle zur Ansteuerung einer Power-LED

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Innerhalb des GLD1 wird eine Konstantstromquelle zur Ansteuerung der Power-LED verwendet. Dieses hat den Vorteil, dass der Strom (und damit die Helligkeit) der Power-LED unabhängig von der angelegten Betriebsspannung +UB ist.

Wie im Bild zu sehen, besteht die Schaltung aus einem Operationsverstärker (IC1), einem n-Kanal-Power-MOSFET (T1), Widerständen und einem Kondensator. Die Einstellung des Stroms durch die Power-LED erfolgt mit Hilfe der Referenzspannung URef am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und dem Widerstand R1. Hierbei ergibt sich die einfache Beziehung ILED = URef / R1. Warum ist das so? Zum Einschaltzeitpunkt der Schaltung ist der n-Kanal-Power-MOSFET gesperrt, so dass zwischen dem MOSFET und dem Widerstand R1 Massepotential anliegt. Da dieser Punkt (über den Widerstand R2) mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, liegt dort ebenfalls Massepotential an. Aufgrund der Tatsache, dass mit URef am nicht-invertierenden Eingang eine deutlich höhere Spannung anliegt, steuert der Ausgang des Operationsverstärkers zunächst voll durch. Dieses führt wiederum dazu, dass der angeschlossene Power-MOSFET geöffnet wird und durch die Power-LED ein Strom fließen kann. Da der Strom durch die LED über den Widerstand R1 gegen Masse abfließt, bildet sich an R1 ein Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall hebt auch die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers an und führt dazu, dass die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängen des Operationsverstärkers abnimmt, was wiederum zu einer Verringerung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers führt und den Power-MOSFET weniger öffnet. Der daraus resultierende geringere Strom durch die Power-LED führt wiederum zu einem geringeren Spannungsabfall am Widerstand R1 und somit zu einer geringeren Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers. Dieser Regelvorgang wird so lange fortgeführt, bis sich am invertierenden Eingang die gleiche Spannung einstellt wie am nicht-invertierenden Eingang (URef), so dass sich sowohl der Operationsverstärker als auch der Power-MOSFET im linearen Betrieb befinden. Da nun am Widerstand R1 ebenfalls URef anliegt, muss über diesen ein Strom von URef / R1 fließen, was wiederum dem Strom durch die Power-LED entspricht. Die Widerstände R2 und R3 sowie der Kondensator C1 dienen zusätzlich zur Filterung der zurückgekoppelten Spannung und verhindern ein Schwingverhalten der Regelschleife. Soll die Konstantstromquelle ein- und ausschaltbar sein, kann die Schaltung einfach durch eine Diode (D1) am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers erweitert werden. Legt man den Eingang UPWM auf Massepotential, verhält sich die Schaltung wie oben beschrieben, da die Diode in Sperrrichtung betrieben wird und somit keinen Einfluss hat (die Power-LED wird eingeschaltet). Legt man hingegen eine Spannung deutlich oberhalb der Referenzspannung URef an die Diode, so ergibt sich über die Diode und die Widerstände R1 und R2 ein Stromfluss. Dieses sorgt dafür, dass sich am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ein Potential entsprechend der angelegten Spannung (abzüglich der Diodenspannung) ergibt. Da diese Spannung größer als die Referenzspannung ist, wird der Ausgang des Operationsverstärkers in Richtung Masse gezogen, wodurch der Power-MOSFET sperrt und kein Strom mehr durch die Power-LED fließen kann. Mit Hilfe einer PWM an der Diode lässt sich die Konstantstromquelle somit entsprechend dem eingestellten Tastgrad ein- und ausschalten und die Power-LED somit dimmen. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass die PWM invertiert auf die Diode gegeben werden muss.

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