Leuchtenentwicklung Welches Betriebsgerät für welche Leuchte?

Moderne LED-Treiber bieten Leuchtenentwicklern eine Vielzahl von Möglichkeiten. Doch was genau können sie leisten? Und was gilt es bei der Auswahl eines LED-Betriebsgerätes zu beachten?

Neben der LED, der Optik und dem Gehäuse ist der LED-Treiber eine der wichtigsten Komponenten einer LED-Leuchte. Er soll die LEDs nicht nur mit hoher Effizienz über mehrere Jahre mit der benötigten Energie versorgen, sondern die Leuchte auch vor Störungen aus dem Stromnetz schützen. Bei der Auswahl des richtigen Treibers spielen aber auch noch andere Aspekte wie Dimmung, Temperaturüberwachung und Bereitstellung einer Hilfsspannung eine Rolle.

Konstantstrom oder Konstantspannung?

Am Anfang der Treiberauswahl steht für Leuchtenentwickler eine grundsätzliche Frage: Sollen die LEDs der Leuchte oder das Beleuchtungssystem mit Konstantstrom (Constant Current, CC) oder Konstantspannung (Constant Voltage, CV) betrieben werden?

Bei Leuchten die auf der LED-Platine keine zusätzlichen Widerstände in den einzelnen LED-Gruppen haben, muss der Strom durch den LED-Treiber begrenzt werden. Vereinfacht darstellen lässt sich dies durch mehrere in Reihe geschaltete Leuchten, die durch ein gemeinsames LED-Betriebsgerät mit Energie versorgt werden sollen (Bild 1).

Werden hingegen mehrere eigenständige LED-Module mit einem LED-Treiber betrieben, ist es in vielen Fällen einfacher, Konstantspannung zu verwenden. Besonders dann, wenn die Möglichkeit besteht, dass die Zahl der LED-Module unterschiedlich groß ist (Bild 2). Bezogen auf eine LED-Platine erfolgt in diesem Fall die Strombegrenzung durch Widerstände in den einzelnen LED-Gruppen auf der LED-Platine. Werden beide Optionen miteinander verglichen, erweist sich die Strombegrenzung zwar als effizienter, ist aber auch teurer, wenn man den elektronischen Aufwand betrachtet.

Stromnachregelung zur Senkung der Kosten

Das LED-Betriebsgerät sollte so ausgelegt werden, dass die maximale Vorwärtsspannung der LEDs nach dem Einschalten entsprechend dem LED-Datenblatt berücksichtigt wird. Ein häufiger Fehler besteht darin, dass statt der maximalen, die typische Vorwärtsspannung für die Auslegung des benötigten Spannungsbereiches verwendet wird.
Abhilfe schaffen programmierbare LED-Treiber. Bei ihnen lässt sich die Strombegrenzung exakt einstellen. So sind unterschiedliche Leuchtendesigns mit einem LED-Treiber realisierbar.

Programmierbare LED-Treiber kompensieren den Lichtstromrückgang der LED darüber hinaus durch Stromnachregelung (Output Lumen Compensation). Dabei wird die LED-Leuchte am Anfang bei 70 bis 80 Prozent der maximalen Leistung betrieben und der Strom in den Folgejahren entsprechend nachgeregelt. Das senkt die Stromkosten. Zudem werden die Leuchte und der LED-Treiber weniger stark belastet.

Der richtige Platz für den Treiber

Nachdem die elektrischen Parameter der Leuchte festgelegt sind, sollte die Platzierung des Betriebsgerätes im Hinblick auf eine ausreichende Kühlung betrachtet werden. Die Lebensdauer eines LED-Treibers ist direkt von der Gehäusetemperatur (Tc) des Betriebsgerätes abhängig. In den Datenblättern der LED-Treiber gibt es hierzu entsprechende Tc/Lifetime-Diagramme (Bild 3).

Bei programmierbaren LED-Treibern kann durch die integrierte Temperaturüberwachung die Überhitzung des Betriebsgerätes sowie der LEDs verhindert und die vorgeschriebene Tc-Temperatur entsprechend der Garantievorgabe einhalten werden. Um verschiedene Leuchtendesigns zu realisieren, gibt es runde, flache und längliche Betriebsgeräte, optional auch mit integrierten Klemmboxen oder entsprechenden Kabelsteckverbindern (Bild 4).

Ein weiterer wichtiger Punkt, der beachtet werden muss, sind die benötigten Zulassungen entsprechend der späteren Einsatzregion der Leuchte. Die Zertifizierung einer Leuchte gewährleistet, dass die Leuchte in der entsprechenden Region problemlos funktioniert. Das heißt, die Leuchte stört im Betrieb keine anderen Geräte und auch die Elektronikkomponenten der Leuchte werden nicht von äußeren Einflüssen gestört.

Was es sonst noch zu beachten gilt

Für die Kompatibilität der Beleuchtung mit entsprechenden Ansteuerprotokollen (DALI, 0-10V, DMX) gilt es unter Umständen auch noch weitere marktbezogene Richtlinien zu beachten. Je nach Einsatzzweck kann die Lebensdauer des Treibers maßgeblich von Umgebungsfaktoren beeinflusst werden. Die wichtigsten Faktoren sind dabei Umgebungstemperatur (Ta), Überspannung, Feuchtigkeit (IP) und Vibrationen.

Um diesen Faktoren Rechnung zu tragen, kann ein vollvergossener LED-Treiber mit Schutzart IP67 und integriertem Überspannungsschutz verwendet werden. Je höher die angegebene Überspannungsfestigkeit (zum Beispiel 6 kV differenziell und 10 kV Gleichtakt) ist, umso besser ist der Treiber in der Lage, die aus Netzstörungen resultierende Energie abzuleiten oder zu absorbieren.

Zudem ist auch eine Dimmmöglichkeit vorteilhaft, um zusätzlich Energiekosten zu sparen und die Leuchte individuell auf die Beleuchtungsanforderung anzupassen. Dazu wird vor allem die 0-10V-Technik eingesetzt. Der Trend geht aber immer mehr zu intelligent vernetzten Beleuchtungen. Bei leitungsgebundenen Ansteuerungen werden häufig DALI und DMX bei den drahtlosen Protokollen ZigBee, EnOcean oder Bluetooth eingesetzt.

Weitere zusätzliche Treiber-Features, wie der Eingang für die externe Temperaturüberwachung (NTC) oder eine Hilfsausgangsspannung für Bedienelemente, Sensoren oder Lüfter können den Nutzen der Leuchte steigern und auch als Alleinstellungsmerkmal dienen (Bild 4).

Ohne Partner geht es nicht

LED-Treiber sind mittlerweile komplexe elektrische Systeme, daher ist heutzutage die Auswahl des richtigen Betriebsgerätes einer der wichtigsten Punkte bei der Leuchtenentwicklung (Tabelle 1). Abgesehen von der Selektion des Treiberprodukts ist es hilfreich, mit Partnern zusammenzuarbeiten, die den OEM während des gesamten Prozesses vom Konzept bis zur Produktion unterstützen.

KategorieKriteriumZweck
ElektrischKonstantstrom oder KonstantspannungAnsteuerung der LEDs
 AusgangsleistungGewährleistung von einwandfreiem Betrieb und optimaler Performanz
 Ausgangsstrom und -spannungAnpassung des Treibers an das Leuchtmittel
 ProgrammierbarkeitFlexibilität beim Festlegen des Stroms
MechanischFormAnpassung an Leuchtenkonstruktion
 Kabel oder SteckverbinderEinfachheit der Installation
NormenSicherheitFür bestimmte Märkte obligatorisch
 MarktbasiertInteroperabilität/Kredite
UmgebungAnwendungenFestlegung der Schutzart
 TemperaturTemperaturbereich
 ÜberspannungsfestigkeitSchutz vor Störgrößen aus dem Netz
BedienungDimmungEinstellung der Helligkeit
 Vernetzte BeleuchtungEignung für intelligente Lichtkonzepte
ExtrasDim to OffAusgangsseitige Abschaltung
 HelligkeitsanpassungKompensation alternder LEDs
 Externer NTCSchutz der Leuchte

 

Tabelle 1: Die Auswahlkriterien im Überblick.

Inventronics etwa stellt ein breites Spektrum an LED-Treibern her und zeichnet sich zusätzlich bei der Erreichbarkeit, der schnellen Beantwortung von Fragen und der Qualität des gebotenen Supports aus. Die Produktgarantie der programmierbaren Inventronics-Produkte liegt mittlerweile bei sieben Jahren und bei LongLife-Betriebsgeräten sogar bei zehn Jahren.

Als Partner können Inventronics-Treiber bei Endrich Bauelemente bezogen werden. Endrich weist eine langjährige Erfahrung bei der Selektion und Beratung zu Inventronics-Netzteilen vor und unterstützt die Kunden bei Fragen zur Netzteilauslegung, der Programmierung sowie bei der Fehleranalyse im kompletten Lichtsystem.

 

Der Autor

Uwe Schmidt ist seit 2005 im LED-Business in der Leuchtenentwicklung sowie im Produkt- und Projektmanagement tätigt. Er arbeitet seit 2018 als Senior Product Manager im Bereich Lighting Solutions bei Endrich Bauelemente.