Direktbetrieb an Wechselstrom LED-Leuchtmittel ohne Stromversorgung

Bild 5. Retrofit-Lampen mit treiberloser Elektronik sind bereits in E27, E14 und GU10 verfügbar.
Retrofit-Lampen mit treiberloser Elektronik sind bereits in E27, E14 und GU10 verfügbar.

Treiberschaltungen, die ohne Stromversorgung im üblichen Sinne auskommen, versprechen einen entscheidenden Fortschritt für die LED-Beleuchtungstechnik. Die neuen LED-Leuchten erlauben den direkten Betrieb an Wechselspannung, wobei ein spezieller IC-Chip die Netzfrequenz erhöht und für flimmerfreies Licht sorgt.

Die LED-Technik war schon immer ein äußerst innovativer Bereich. Im Laufe der letzten Jahre ließen sich die Eigenschaften der LEDs, z.B. Leistungsfähigkeit und Farbechtheit, wesentlich verbessern und steigern. Lästig blieb nur die Tatsache, dass eine LED-Schaltung ohne eine zusätzliche Stromversorgung nicht machbar war, d.h. die Umwandlung von 230 V Wechselstrom in Gleichstrom und die Reduzierung auf 2 V und mehr je nach Spezifikation der LEDs. Vernachlässigt wird dabei ein Problem: Die in den Stromversorgungen eingebauten Elektrolytkondensatoren verfügen bekanntermaßen über eine endliche Lebenserwartung, die immer wieder zu Ausfällen führt. Nicht zu vergessen ist auch, dass die Stromversorgungen selbst zwischen 10 und 20 % der Anschlussleistung für ihren Betrieb benötigen. Damit ist das Thema Lebensdauer bei konventionellen Stromversorgungen je nach Qualität der verwendeten Elkos ein prinzipielles Problem: In vielen Fällen wird die angegebene Lebensdauer der LED-Leuchtmittel von 50.000 Stunden wohl nicht erreicht. Verantwortungsvolle Hersteller von Leuchtmitteln, vor allem aus Deutschland, setzten deshalb von sich aus die Lebensdauer auf 20.000 bis 30.000 Stunden herunter. Da die Lebensdauer der LEDs heute schon nachweislich über 50 000 Stunden beträgt, ist diese Situation nicht zufriedenstellend. Es ist also an der Zeit, die Lebensdauer des Leuchtmittels insgesamt an die Lebensdauer von LEDs anzupassen.

 

Treiberlose Elektronik dank neuer Ansteuerung

Mit einer neuen, treiberlosen Schaltung stellt das Unternehmen euroLighting unter der Bezeichnung EL01 ein IC vor, das zusammen mit wenigen Bauelementen (z.B. Widerständen) direkt mit 230 V betrieben werden kann und ein flimmerfreies Licht liefert. Versuche mit treiberlosen Schaltungen bzw. LEDs für Direktbetrieb an Wechselstrom gibt es seit mehreren Jahren. Das speziell entwickelte IC bietet dem Entwickler eine Alternative: Die 230-V-Netzwechselspannung wird gleichgerichtet und ohne Glättung einem Wechselspannungsdirekttreiber zugeführt. Der Treiber taktet mit 100 bis 120 Hz und betreibt mit einem konstanten Strom und einer Spannung zwischen 60 und 70 V die LEDs. Mit dieser Schaltung können LEDs der verschiedensten Hersteller, die für Spannungen zwischen 2 V und 70 V spezifiziert sind, direkt angesteuert werden. Bei einer Betriebsspannung von 70 V können dabei zahlreiche Gleichstrom-LEDs mit unterschiedlichen Spannungen (jedoch maximal 70 V) direkt betrieben werden. Beträgt die Betriebsspannung einer LED beispielsweise 2 V, dann können bis zu 35 socher LEDs in Serie geschaltet werden. Diese Schaltung lässt sich ohne weiteres erweitern, indem ein weiteres IC für die folgende Serie von bis zu 35 LEDs eingefügt wird. Durch Parallelschaltung mehrerer ICs lässt sich die Leistung beliebig erhöhen.

 

Flimmerfreies Licht

Das damit erzielte Ergebnis ist verblüffend: Das erzeugte Licht ist gleichmäßig und wird vom menschlichen Auge als flimmerfrei wahrgenommen. Damit bietet das neue IC eine preiswerte Lösung für die Entwicklung von Leuchten, die direkt mit Wechselstrom angetrieben werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit Stromversorgungen zeichnet sich der Baustein durch lange Lebensdauer sowie Kosten- und Platzersparnis aus. Durch eine dem IC vorgeschaltene Entstörschaltung wird gewährleistet, dass sich Spannungspitzen (z.B. beim Einschalten von Druckern und anderen Bürogeräten) nicht auf das Leuchtmittel auswirken. Auch das permanente Ein- und Ausschalten über 4000 Stunden führte nicht zu Ausfällen oder anderen negativen Ergebnissen.

 

Mehr Freiheiten beim LED-Design

Aufgrund dieser enormen Vorteile finden sich die neuen ICs bereits in zahlreichen Fertigprodukten, u.a. in LED-Röhren, Flächenleuchten, Retrofit-Lampen, High-Bay-Strahlern. Die Anwender müssen nicht auf speziell entwickelte Wechselspannungs-LEDs zurückgreifen, sondern sie können die bisher geprüften und freigegebenen LEDs jeglichen Herstellers mit unterschiedlichen Betriebsspannungen und Leistungen ohne weiteres verarbeiten. Zusammen mit der Kostenersparnis durch den IC ergeben sich völlig neue Möglichkeiten in der Gestaltung von Produkten, da sich die LEDs auf einer Platine zusammen mit der Schaltung fest installieren lassen und die Austauschbarkeit der Leuchtmittel (z.B. Birnen, Lampen, Röhren usw.) überflüssig ist. Damit ergeben sich neue Konstruktionen für flächenhafte und extrem kompakte Leuchtmittel. Die Beleuchtungstechnik ist mit dem neuen IC einen wesentlichen Schritt vorwärts gekommen, da er hohe Designfreiheit mit hoher Kosten- und Platzersparnis verbindet.