Anforderungen an LED-Treiber
LED-Lampen und Leuchten sind auf dem Vormarsch. Immer mehr Hersteller beginnen hier eigene Idee umzusetzen. Damit einhergehend ist es unumgänglich sich auch mit neuer Technologie auseinander zu setzen. Zur vollständigen Spezifizierung einer LED-Leuchte tragen die Eigenschaften der eingesetzten LEDs nur zum Teil bei. Gerade hinsichtlich Lebensdauer, Dimmbarkeit und auch Systemlichtausbeute spielt das verwendete LED-Betriebsgerät eine Schlüssel-Rolle. Diese Eigenschaften einer Konstantstromquelle werden nachstehend für unsere Kunden und Leser näher erläutert.
Übersicht:
Was ist ein LED-Treiber ? Konstantstrom (-Treiber) oder Konstantspannungs- /Trafo/Quelle?
Im Unterschied zu einer Konstantspannungsquelle fungiert ein LEDTreiber als Konstantstromquelle. Dieser "treibt" einen konstanten, bzw. kontrollierten oder begrenzten Strom durch eine LED oder ein LED-Modul. Anders als z.B. Glühlampen ist ein kontrollierter Betrieb von LEDs über eine konstante Spannung nicht möglich. Somit werden hier sog. Strom-Treiber-Schaltungen integriert. Entsprechend sind LED-Treiber besondere Betriebsgeräte für LEDs und LED-Module. Siehe auch Konstantstromquellen. Beim Versuch eine LED über einen Konstantspannung zu betreiben, genügen geringe Exemplarstreuungen, Temperaturschwankungen, sowie altersbedingte Veränderungen um den Strom in unkontrollierte Größen anwachsen zu lassen. Diese führen dann meist zu einem vorzeitigen Ausfall.
Wie hoch ist die Lebensdauer eines LED Treibers bzw. LED Betriebsgerätes?
Auf der einen Seite wird gerne mit der hohen Lebensdauer von LEDs geworben. Vorausgesetzt, es wird für ausreichende Entwärmung der LEDs gesorgt. Auf der anderen Seite müssen auch die Betriebsbedingungen für den im Leuchtengehäuse integrierten LED-Treiber stimmen. So finden sich z.B. Angaben von ta = -25°C - 50°C (ta = temperature ambient) und eine Lebensdauer von 50.000Std ist nur zu erwarten, wenn die Temperatur am tc-Punkt (tc = temperature case) z.B. < 80°C gehalten wird.
Meist werden die LEDs über das Gehäuse gekühlt, was häufig schon für die LED-Betriebsgeräte eine Sauna darstellt. Das ist häufig der Grund, warum Hersteller die LED-Betriebsgeräte gerne in einem externen Gehäuse betreiben.
Übrigens! Ein hoher tc-Wert deutet nicht automatisch daraufhin, dass der LED Treiber auch bei höheren Umgebungstemperaturen betrieben werden kann.
Grundsätzlich gilt: Je niedriger die Temperaturen in und um die Konstantstromquelle gehalten wird, desto mehr danken es die eingesetzten Elektrolytkondensatoren mit längerer Lebensdauer.
Weiterführenden Artikel zu diesem Thema finden Sie hier.
Das Thema Schalthäufigkeit als lebensdauerbestimmende Eigenschaft gilt eher für den Schalter selbst, da die Einschaltströme mancher LED-Betriebsgeräte unerwartet hoch sein können und so manche Sicherung schon mal auslösen lassen. Diese Einschaltströme (inrush current) können für kurze Zeit (z.B. 50µs) Werte von 5-20A annehmen. Bei Parallelbetrieb mehrerer Geräte reagiert dann schon mal die Sicherung.
Wie verhält es sich mit der Dimmbarkeit?
Konnten Leuchten mit Energiesparlampen oder Glühbirnen bisher über Triac-Dimmer (=Phasenanschnitts-Steuerung) einfach gedimmt werden, so ist beim Tausch gegen LED-Leuchten schon genau hinzusehen. Beinhaltet diese ein geeignetes LED-Betriebsgerät wie z.B. das bewährte DC-Jolly-MD der Fa. TCI, kann es getauscht werden. Wohlwissend, dass nicht mehr über diese Betriebsart vollständig auf Null herunter gedimmt werden kann. Dieser LEDTreiber ist beispielhaft einer von vielen aus der universellen Produktfamilie der Fa. TCI aus Italien. Auch empfiehlt sich die Verwendung von Universaldimmern, die neben Phasenanschnittsdimmung auch auf Phasenabschnitt umgeschaltet werden können. Letzteres ist bei elektronischen Betriebsgeräten häufig geeigneter.
TCI bietet mit der Jolly-Familie eine Vielzahl von Betriebsgeräten an, die je nach Auswahl folgende Betriebsarten zum Dimmen von LEDs ermöglichen:
Push-Button-Betrieb:
Der LED-Treiber liegt permanent an Versorgungsspannung 230V AC. Eine Leitung wird über einen Taster, statt früher dem Schalter) zwischen Phase und Tasteingang verdrahtet. So kann mittels Tasten die Leuchte durch kurzes Tippen an-, bzw. ausgeschalten werden. Hält man den Taster gedrückt so wird entweder rauf oder runter gedimmt.
1-10V-Betrieb:
Das LED-Betriebsgerät, häufig auch LED-Konverter bezeichnet, wird mittels Potentiometer (bei aktivierter 1-10V-Schnittstelle) an den zwei betreffenden Anschlüssen gesteuert. Alternativ kann auch eine äquivalente Gleichspannung angelegt werden.
DALI-Betrieb:
Einige der LED Treiber besitzen auch einen DALI-Eingang (DALI = Digital Adressable Lighting Interface). Dieses Bus-System erlaubt über Adressierung jede Leuchte einzeln anzusteuern.
Noch nicht von der Jolly-Familie unterstützt, aber der Vollständigkeit halber erwähnt:
DMX-Betrieb:
Ein symmetrisches Übertragungsverfahren mit kleinen Spannungspegeln zwischen ±1,5 V und ±5 V. Diese müssen getrennt von der Netzleitung geführt werden. Diese Technik findet häufig in der Bühnen- und Veranstaltungstechnik Anwendung. Bisher sind nur wenige LED-Treiber mit dieser Steuerung kompatibel.
Wie hoch ist der Einfluss des LEDtreibers auf die die Systemlichtausbeute?
Systemlichtausbeute definiert sich als die Betrachtung der gesamten Kette von elektrischer Energie rein, Licht raus. Das Produkt aller Wirkungsgrade ergibt oft einen ernüchternden Wert. Üblicherweise setzt sich ein System aus
- LED Konstantstromquelle (0,7 / 0,9)
- LED gemäß Datenblatt (z.B. 115 lm/W)
- LED Korrektur (Derating z.B. 0,9) basierend auf abweichender Betriebstemperatur vom Datenblatt
- Optik (ca. 0,9)
Beispiel 1:
Verwendung eines guten LED-Treiber mit 90% Wirkungsgrad und weiteren Werten aus vorherstehender Tabelle:
0,9 * 115 lm/W * 0,9 *0,9 = ca. 84 lm/W
Beispiel 2:
Verwendung schlechten LED-Treibers mit 70% Wirkungsgrad:
0,7 * 115 lm/W * 0,9 *0,9 = ca. 65 lm/W
Fazit:
Es lohnt nicht nur in die besten LEDs zu investieren, alle Komponenten müssen mitspielen.
Weitere relevante Kennwerte von LED-Treiber:
Neben Wirkungsgrad, Betriebstemperatur, tc, Dimmbarkeit und dem Betriebsstrom sind noch weitere Kriterien bei der Auswahl eines LED-Treibers zu beachten.
- PWM-Frequenz (Flicker)
- Flickerparameter SVM/Pstlm
- max. Betriebsspannung,
- Unterbrechung Sekundär möglich (Prüfspannung),
- Abschaltung bei Übertemperatur,
- Surge-Festigkeit,
- Schutzklasse (SELV, I, II) ,
- Schutzart,
- PFC
- Kaskadierung
- Standards, Normen
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