Dioden

Voraussetzung für den Betrieb von LEDs ist ein Gleichstrom oder eine Schaltung, die die Einhaltung der zulässigen Sperrspannung von ca. 5V gewährleistet. Über dem Gleichrichter^J.1 fällt aber wieder Leistung ab!

Wenn Wechselspannung gleichgerichtet werden soll, so ist man i.d.R auf Dioden angewiesen. Wie alles in der Technik sind auch Dioden verlustbehaftet. Dioden haben einen Spannungsabfall. Und der ist nicht zu vernachlässigen. Die Werte in der Tabelle J.1 sind in Vierleitermethode sauber gemessen. Bei 0,5A machen sich schon die Übergangswiderstände in den Klepsen^J.2 bemerkbar. Die Dioden stammen aus dem Bauteil-Fundus des Autors und sind bis auf die BAT43, 1N4005 und MBR2545 gebrauchte Dioden.

Tabelle J.1: Spannungsabfall über Dioden in V

Diode	$I_{\mbox{\footnotesize max}}$	$U_{\mbox{\footnotesize max}}$	Teststrom [A]
	[A]	[V]	0,002	0,1	0,5	1,0
Silizium
1N4005	1	600	0,60	0,8	0,89	0,95
BYY57/150	10	150	0,52	0,68	0,74	0,77
1N1200	12	100	0,52	0,69	0,75	0,77
Schottky
BAT43	0,1	30	0,29	0,69	0,92	ne
SB130	1	30	0,20	0,31	0,36	0,4
SMS140	1	40	0,29	0,4	0,46	0,5
SMS1100	1	100	0,27	0,32	0,51	0,6
SB560	5	60	0,24	0,35	0,4	0,43
FI830	8	30	0,56	0,56	0,71	0,74
MBR1035	10	35	0,19	0,3	0,35	0,37
MBR1545	15	45	0,27	0,31	0,34	0,37
U1620	16	20	0,46	0,61	0,67	0,71
MBR2545	25	45	0,21	0,31	0,35	0,37
SD241	30	45	0,20	0,29	0,34	0,36
40CPQ045	40	45	0,15	0,24	0,28	0,30
C65-004	65		0,17	0,27	0,32	0,34
Germanium
AAZ18	0,18	20	0,28	0,86	1,01	ne
Selen
B20C300A7	0,3	30	0,58	0,68	1,26	1,63
B25/20-1			0,24	0,48	0,67	0,82

Auch Dioden streuen. Hier ist bei je zehn neuen, direkt nebeneinander abgepackten SMD-Schottkys (SMS1...) bei 2mA eine Streubreite von $\pm5\,$% festzustellen.

Alleine über einer Graetz-Brücke fallen bei nicht mehr ganz billigen Leistungsschottkys ca. 0,28W ab, fast 10% der erzeugten elektrischen Leistung! Insofern ist es schon ein Rätsel, wie Dynosys den hohen Wirkungsgrad erreichen will. Außer über eine hohe Generatorspannung, die über einen Step-Down-Wandler (bei dem Schaltwandlerspezialist MAXIM im Bestpunkt 90% Wirkungsgrad) auf 6 oder 12V reduziert wird. Und ein gesteuerter Gleichrichter mit MOS-FETs braucht auch Ansteuerleistung. Als Beispiel für einen ,,einfachen`` MOS-FET-Leistungsdiode diene z.B. das Schaltungsbeispiel 061 aus der Elektor 7-8/95.

Der i.d.R. angegebene Ersatzwiderstand (vgl. [IXYS]) von Dioden zu Berechnung der Verlustleistung hilft nicht weiter. Er ist für hohe Lasten ausgelegt. Bei niedrigen Lasten ist der effektive Widerstand deutlich höher.

Oben wird als Regelfall die Diode für Gleichrichtungen vorgeschlagen. In Sonderfällen werden gesteuerte Schalter verwendet. Damit ist dann auch gleich eine Regelung möglich. Als Schalter werden MOS-FETs, IGBTs oder Triacs verwendet.

Bei hohen Leistungen interessiert der Leistungsbedarf der dafür notwendigen Ansteuerung nicht, am Fahrrad schon eher. Eine einfache Leistungsbetrachtung ergibt: Über schon besseren Schottky-Dioden fallen bei Brückengleichrichtung $P^*=2\cdot 0,5\mbox{ A}\cdot 0,31\mbox{ V}=0,31\mbox{ W}$ ab. MOS-FETs in der 30A-Klasse haben einen Widerstand von ca. 0,06 (bei 30A ?); bei zwei FETs ergibt sich dann bestenfalls eine Verlustleistung von $P^{**}=2\cdot 0,06\,\Omega\cdot 0,5^2\mbox{ A}^2=0,03\mbox{ W}$. Um wirkungsgradneutral zu bleiben, darf die elektronische Ansteuerung nur 0,27W aufnehmen. Über die Entscheidungskriterien Preis der Leistungshalbleiter, der Ansteuerung und das zur Verfügung stehende Bauvolumen ist dann noch nicht nachgedacht.

Für theoretische Betrachtungen kann folgender Ansatz für die Diodenkennlinie verwendet werden:

$$I=a \left(\exp (b U) - c\right)$$ (J.1)

Für eine SB560 ergeben sich folgende Parameter für die Durchlaßrichtung: $a=4,172536\cdot10^{-07}$, $b= 34,857844$ und $c=753,11144$. Diese Werte werden natürlich streuen und für andere Dioden deutlich anders aussehen.

Bild J.1: Diodenfunktion (Durchlaßrichtung)