Gebäude- und Auenbeleuchtung Modulare LED-Treiber

Die LED-Technik ist heute bevorzugte Wahl für viele Zielanwendungen auch im Außenbereich. Die Anforderungen unterscheiden sich jedoch von Fall zu Fall erheblich, sodass Anwender für die unterschiedlichen Applikationen jeweils eigene LED-Treiberschaltungen entwickeln müssen. Wirklich?

von Chester Firek, Senior Product Marketing Manager bei Vicor.

Trotz nicht unerheblicher Unterschiede bei den Anwendungen von Leuchtdioden zu Beleuchtungszwecken, gibt es bei einigen Anforderungen Gemeinsamkeiten: Helligkeit und Farben der LED in einem Panel müssen einheitlich sein und der Gesamtwirkungsgrad muss hoch sein, um die Vorteile der LED-Beleuchtung voll zu nutzen.

Obwohl z. B. bei der Architekturbeleuchtung die ausgeleuchteten Strukturen groß und die Anforderungen bezüglich geringer Baugröße nicht sonderlich hoch zu sein scheinen, wollen die Menschen nur das Gebäude sehen und nicht die Stromversorgung. Dies trifft auch für viele andere Treiberlösungen zu, wie Beschilderungen im Transportbereich, wo die Wege für Passagiere in Zügen und Bussen freizuhalten sind. Auch Treiber großer LED-Anzeigen sollten klein und leicht sein.

Im Außenbereich müssen die Leistungskomponenten robust sein und einen großen Temperaturbereich abdecken. Oftmals werden die Systeme auch in ungünstigen Bereichen installiert, was zusätzliche Anforderungen an die Stromversorgung stellen kann. Installation und Wartung von Architekturbeleuchtungen und Anzeigetafeln bedeuten häufig, dass die Arbeiter unter verschiedensten Wetterbedingungen an den Gebäuden klettern müssen. Dies ist gefährlich, und die Kosten der In¬stallation in Bezug auf Zeit und Zuverlässigkeit steigen. Durch kleinere und leichtere Lösungen, die sich einfacher und schneller installieren lassen, können Entwickler das Beleuchtungssystem günstiger und den Einsatz sicherer gestalten. Steigt die Zuverlässigkeit, reduziert sich zudem die Ausfallwahrscheinlichkeit und damit auch die einer Reparatur.

Für Entwickler von Stromversorgungen fallen LED-Applikationen in zwei weite Bereiche. Im Ersten wird jede LED, z. B. in einer Digitalanzeige, individuell angesteuert und spezielle Treiberbausteine kommen zur Anwendung. Die Stromversorgung muss möglichst effizient die Eingangsspannung auf eine Busspannung herabsetzten und dann die von den Treibern benötigten Spannungen von 12 V, 5 V oder 3,3 V erzeugen. Die zweite Kategorie von Anwendungen, in den meisten Fällen auch LED-Beleuchtungen, benötigt einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der Versorgung von LED-Arrays. Hierbei ist die Helligkeit verschiedener LED-Anordnungen aufeinander anzupassen und der Gesamtbeleuchtungsgrad zu regeln. So benötigt eine Außenbeleuchtung an einem sonnigen Tag eine hohe Intensität, während sie nachts gedimmt werden kann. In diesem Fall können die Leuchtdioden direkt von der Stromversorgung oder von einem LED-Treiber angesteuert werden.

Höhere Busspannung

Die meisten Systeme benötigen ein Front-End, das die Eingangsspannung auf eine Busspannung herabsetzt, die dann im System verteilt wird. In der Vergangenheit wählten Entwickler als Busspannung meist 12 V, heutzutage geht man aber eher auf 24 V oder 48 V. Dadurch lassen sich dünnere Verbindungsleitungen verlegen und gleichzeitig Leitungsverluste reduzieren, die insbesondere bei großen Installationen wie Anzeigen im Außenbereich relativ hoch sein können.

Standardlösungen für das AC/DC-Front-End erfüllen die Anforderungen der meisten Anwendungen. Daraus die eigentliche Lastspannung zu generieren kann jedoch zu einer echten Herausforderung werden. Von einer höheren Busspannung direkt auf die Speisespannung zu transformieren erfordert PoL-Wandler (Point of Load) mit einem größeren Übersetzungsverhältnis. Bei den hierfür notwendigen kleinen Tastverhältnissen haben konventionelle Abwärtswandler aber einen wesentlich niedrigeren Wirkungsgrad. Auch der Griff zu zweistufigen Wandlern ist nicht gut möglich, diese Wandler würden zwar mit einem besseren Tastverhältnis arbeiten, der Wirkungsgrad aber würde sinken.