Heller und effizienter GaN-Transistoren verbessern LED-Lampen

Transistoren aus Galliumnitrid ermöglichen die kompakte Bauweise dieser zu Schauzwecken gestreckten Retrofit-LED-Lampe mit 2090 Lumen.
Transistoren aus Galliumnitrid ermöglichen die kompakte Bauweise dieser zu Schauzwecken gestreckten Retrofit-LED-Lampe mit 2090 Lumen.

Dank Galliumnitrid-Transistoren konnten Fraunhofer-Forscher kompaktere LED-Lampen mit höherer Lichtleistung als kommerzielle Modelle realisieren.

LEDs reagieren sehr empfindlich auf Stromschwankungen und Spannungsspitzen. Daher benötigen sie einen Treiber, der ständig für einen konstanten Strom sorgt, um einwandfrei funktionieren zu können. Dieser Treiber, der den Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom mit reduzierter Spannung wandelt, bestimmt so maßgeblich die Lichtausbeute und Lebensdauer der gesamten LED-Lampe. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Treiberelektronik.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg setzen auf Spannungswandler mit Transistoren, die auf Galliumnitrid (GaN) basieren. In den Praxistests der Wissenschaftler erwiesen sich die entwickelten Treiber mit dem neuen Halbleitermaterial als äußerst robust. Bauteile aus GaN können bei höheren Strömen, Spannungen und Temperaturen betrieben werden als herkömmliche Transistoren aus Silizium.

Galliumnitrid-Transistoren lassen sich zusätzlich mit hohen Frequenzen schalten. Die Schaltgeschwindigkeit beeinflusst dabei maßgeblich die Größe der in den Treibern als Energiespeicher verbauten Spulen und Kondensatoren. Die Schaltgeschwindigkeit eines GaN-basierten Treibers kann bis zu einem Faktor 10 höher ausgelegt werden, als die des Pendants aus Silizium. Da die Energiespeicher die Herstellungskosten erheblich beeinflussen, könnte sich dies durchaus positiv auf den Preis auswirken.

Aufgrund der positiven Eigenschaften des neuen Halbleitermaterials ist es den Wissenschaftlern gelungen, den Wirkungsgrad des GaN-Treibers auf 86 Prozent zu steigern. Er liegt damit ein bis vier Prozent über dem Wert der Pendants aus Silizium.