Temperatur, Elkos und Testmethoden
Lebensdauer von LED-Treibern verlängern
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Spannungsfestigkeit eines Elkos
Der Wert für die Spannungsfestigkeit findet sich in jedem Elko-Datenblatt. Die augenscheinliche Ansicht, dass ein Elko dann optimal für einen LED-Treiber dimensioniert ist, wenn seine Nennspannung knapp oberhalb der Betriebsspannung liegt, erweist sich als Trugschluss. In diesem Fall kommt es, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, zu einer deutlich stärkeren Belastung des Dielektrikums. Damit einhergehend verschlechtert sich die Selbstheilung, was die Alterung deutlich beschleunigt. Idealerweise sollte die Betriebsspannung im Bereich von 60 % – 75 % der Nennspannung des Elkos liegen.
Zur Berechnung der Lebenserwartung Lx eines Elkos kann nun die Formel aus dem nebenstehenden Formelkasten angewendet werden. Die maßgeblichen Faktoren Temperatur (KT), Ripplestrom (KR) und Spannung (KV) finden darin Berücksichtigung. Sie werden mit der nominalen Lebensdauer L0 des Elkos bei Maximaltemperatur multipliziert und so erhält man die, für den eingesetzten Elko, zu erwartende Lebenserwartung Lx.
Wie groß der Einfluss der oben genannten Faktoren ist, lässt sich in Bild 4 gut ablesen. Das Diagramm zeigt die Lebensdauerkurve (blau) eines gut dimensionierten Elkos. Zum Vergleich sind weitere Lebensdauerkurven eingefügt, die für Elkos in Systemen mit gravierenden Designfehlern gelten.
Alterungstests
Ob nun alle diese empirisch und rechnerisch ermittelten Werte wirklich der Realität standhalten, gilt es durch spezielle Alterungstests zu überprüfen.
Die Grundlage sollte ein 96-Stunden-Test bilden. Dieser sogenannte Highly Accelerated Stress Test (HAST) wird in einer Klimakammer, wie in Bild 5 zu sehen, unter definierten Umgebungsbedingungen (zum Beispiel +85 °C, 95 % rel. Feuchte) als sogenannter Storage-Test durchgeführt. Bei dieser Art von Test sind die Prüflinge nicht in Betrieb. Vorher und nachher werden die Prüf¬linge entsprechend ihrer Datenblatt¬parameter vermessen. Aufgrund der Unterschiede kann ein Rückschluss auf die Lebensdauer getroffen werden. 96 Stunden entsprechen unter den oben genannten Bedingungen beispielsweise einem 24/7-Betrieb von 7¼ Jahren.
Darüber hinaus empfiehlt sich auch die Durchführung von Langzeittests zur besseren Abschätzung von Alterungseffekten. Eine etablierte und bewährte Methode ist der 1000-Stunden-Test, der wahlweise als Storage oder Life-Test durchgeführt werden kann. „Life“ bedeutet dabei, dass die Prüflinge im
Betrieb bei maximal zulässiger Umgebungstemperatur vermessen werden. Diese durchaus harte Prüfmethode ermöglicht sehr genaue Rückschlüsse auf die Zuverlässigkeit des Designs und die zu erwartende Lebensdauer.
Die Alterungsuntersuchungen lassen sich noch beliebig verschärfen. Hierfür kommen dann Thermal Cycling bzw. Thermal-Shock-Tests zur Anwendung. Sozusagen die Königsklasse stellen sogenannte Highly Accelerated Life Tests (HALT) dar. Hierbei werden neben definierten Temperaturzyklen zusätzlich Vibrationsbelastungen in X-, Y- und Z-Achse simuliert.
Diese Art von Tests geht aber meist weit über den typischen Anwendungsbereich von LED-Treibern hinaus. Doch für bestimmte Anwendungen, etwa im Automobil- oder Militärbereich, können solche Anforderungen durchaus eine notwendige Vorbedingung für eine Geschäftsbeziehung sein.
Licht stets in der richtigen Dosis
Die RACT09-, RACT12-, RACT18- und RACT25-Serien liefern 9 W bis 25 W Leistung. An ihren Ausgängen liegen 300 bis 1400 mA Konstantstrom an. Sie sind mit einer Vielzahl der am Markt verfügbaren Dimmer (sowohl phasenanschnitt als auch –abschnitt) kom¬patibel und eignen sich dadurch für Anwendungen von der klassischen Raumbeleuchtung über Akzentbeleuchtung bis hin zu Möbelleuchten.
Die Treiber sind mit ihrer Eingangsspannung von 230 V AC für den europäischen Markt konzipiert und demzufolge CE-gekennzeichnet. Die zulässige Betriebs-temperatur liegt zwischen –20 °C und +50 °C. Zusätzlich sind noch umfangreiche Schutzmaßnahmen (SCP, OLP, OVP und OTP) integriert.
Für die einfache Installation befinden sich, an den nach Schutzklasse II spezifizierten LED-Treibern, robuste Schraubanschlüsse mit integrierter Zugentlastung. Wie bei RECOM üblich, beträgt die Garantiezeit drei Jahre.
Es ist ein moderner Mythos, dass die Lebensdauer eines LED-Beleuchtungssystems einzig und allein vom LED-Treiber bestimmt wird. Werden aber sowohl beim Design als auch beim Einbau die grundlegenden Regeln beachtet, sind 100.000 Stunden zuverlässiger Betrieb keine Utopie.
Die Autoren
Thomas Rechlin
ist Senior Field Application Manager bei Recom Engineering in Gmunden, Österreich. Als staatlich geprüfter Elektrotechniker ist er seit mehr als 15 Jahren im Bereich der Elektronik tätig. Er ist Leiter des globalen Application Engineering Team der Recom-Gruppe und betreut Kunden und Distributoren aus ganz Europa, referiert regelmäßig auf Fachkongressen und publiziert in Fachmedien.
t.rechlin@recom-power.com
Wolfgang Wolfsgruber
leitet das Prüflabor bei RECOM Power in Gmunden und ist zuständig für Stichprobenkontrolle, Freigabeprozesse und Prüfmittelbau. Nach der Ausbildung zum Leistungs- und Energietechniker assistierte er beim Aufbau des im Jahr 2007 gegründeten Zuverlässigkeitslabors und sammelte einige Jahre lang Erfahrung im Bereich von Mess- und Prüftechnik, bevor er die Verantwortung über das junge, engagierte und global aktive Team übernahm.
w.wolfsgruber@recom-power.com
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