Stromversorgung für LED-Leuchten

Leuchtdioden benötigen eine deutlich niedrigere Versorgungsspannung als die klassischen Leuchtmittel wie Glühbirne und Leuchtstoffröhre. Da ihr Licht – sowohl Helligkeit als auch Farbton – von der Stromstärke abhängt, sind Stromquellen die optimalen Treiber.

Leuchtdioden benötigen eine deutlich niedrigere Versorgungsspannung als die klassischen Leuchtmittel wie Glühbirne und Leuchtstoffröhre. Da ihr Licht – sowohl Helligkeit als auch Farbton – von der Stromstärke abhängt, sind Stromquellen die optimalen Treiber.

Weiße LEDs für Beleuchtungsanwendungen – z.B. Golden Dragon von Osram – mit einem Betriebsstrom vom 350 mA weisen eine typische Durchlassspannung von 2,7 V bis 3,8 V auf. Für Anwendungen, die mehr als eine LED als Lichtquelle benötigen, könnten die LEDs parallel an einer Konstantspannungsquelle betrieben werden.

Doch die unterschiedliche Durchlassspannung der parallelgeschalteten LEDs würde an einer Konstantspannungsquelle dafür sorgen, dass jede LED einen anderen Strom aufnimmt. Da die Leuchtstärke einer LED vom Strom abhängt, würden die parallelgeschalteten LEDs Licht mit unterschiedlicher Intensität aussenden. Eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung, wie sie z.B. zur Hintergrundbeleuchtung von LCDs gewünscht wird, wäre mit der LED-Parallelschaltung nur durch Selektion von LEDs oder durch Vorschalten von ausgewählten Vorwiderständen möglich. Die Vorwiderstände nehmen jedoch Leistung auf und verringern den Gesamtwirkungsgrad der Beleuchtungsanwendung. Aber nicht nur die Helligkeit einer LED ist stromabhängig, auch die Farbe des emittierten Lichtes hängt von der Stromstärke ab (Bild 1).

Die Durchlassspannung einer weißen LED weist einen Temperaturgang TK = –3,6 bis –5,2 mV/K auf. Die Kennlinie der weißen LED zeigt, wie alle anderen LEDs auch, im Durchlassbereich eine sehr große Steigung. Das bedeutet, dass kleine Spannungsänderungen eine sehr große Stromänderung hervorrufen. Erwärmt sich eine LED z.B. um 50 K, verringert sich die Durchlassspannung um 180 mV bis 260 mV. Das hätte bei Konstantspannungsspeisung zur Folge, dass der Strom sich um ca. 45 Prozent reduziert. Dadurch nimmt die Helligkeit der LED um ca. 50 Prozent ab, und die Farbe verschiebt sich in Richtung Rot. Besser geeignet ist die Speisung von in Reihe geschalteten LEDs aus einer Konstantstromquelle. Hier wird jede LED vom gleichen Strom durchflossen und liefert somit gleiche Helligkeit und gleichen Farbton. Die Durchlassspannung jeder LED stellt sich individuell entsprechend dem konstanten Strom ein – eine Selektion der LEDs ist nicht mehr nötig.

Anforderungen an die Konstantstromquelle

Die Genauigkeit des vom LED-Treiber zur Verfügung gestellten Konstantstroms wird durch mehrere Größen beeinflusst. Die Exemplarstreuungen zwischen den einzelnen LED-Treibern, d.h. der Einstellfehler, müssen gering sein. Ein Einstellfehler von < ±2 Prozent dürfte ausreichend sein. Der Ausgangsstrom darf nicht wesentlich durch Schwankungen der Eingangsspannung beeinflusst werden. Die Eingangsspannung darf zwischen dem minimal zulässigen Wert, der von der Anzahl der in Serie geschalteten LEDs abhängig ist, und dem maximal zulässigen Wert, der von der elektrischen Konstruktion des LEDTreibers abhängt, schwanken. Diese Eingangsspannungsschwankungen haben üblicherweise einen Einfluss auf den Konstantstrom von < ±1 Prozent. Getaktete Stromversorgungen weisen im Vergleich zu Linearreglern einen hohen Wirkungsgrad auf. Die Ausgangsleistung sowie die Stabilität des Ausgangsstromes werden üblicherweise durch ein pulsbreitenmoduliertes Schaltsignal geregelt. Die gepulste Arbeitsweise führt jedoch dazu, dass der Ausgangsspannung ein Wechselspannungssignal überlagert wird. Diese Ausgangswelligkeit liegt typischerweise unter 120 mVss.

Neues Testlabor für Zuverlässigkeit

Rund 400 000 Euro hat Recom in ein neues Labor für Lebensdauerund Zuverlässigkeitstests investiert, das die bisher üblichen Burn-In-Tests um Umweltstresstests erweitert. Die am Entwicklungsstandort in Gmunden, Österreich, installierten Testsysteme erlauben Funktionstests kombiniert mit Temperaturzyklen-, Feuchtigkeits- und Vibrationstests nach HALT- (Highly Accelerated Life Testing) und ESS-Methoden (Elevated Stress Screening). Ein Röntgeninspektionssystem ermöglicht den zerstörungsfreien Blick ins Innere der vergossenen DC/DCWandlermodule, um Fehlerursachen aufzuspüren. Auf diese Weise sollen Schwächen im Material, in der Konstruktion und im Fertigungsprozess erkannt und untersucht werden. Ziel von Recom ist es, anhand der Fehleranalyse die Produkte so zu verbessern, dass unter den definierten Testbedingungen keine Ausfälle mehr auftreten.