Seoul Semiconductor
Acriche: Eine besondere LED für Strom aus der Steckdose
Seoul Semiconductor ist seit 2007 mit der Wechselstrom-LED »Acriche« am Markt. Die Acriche ist »eigentlich« das Ei des Columbus. Ihre Verwirklichung beruht auf der Idee, dass man anstelle einer Hochstrom-LED (High-Brightness-LED) auch eine große Zahl von Niedrigstrom-LEDs in Reihe schalten kann, die zusammen den gleichen (oder auch höheren) Lichtstrom erzeugen.
Wählt man zudem die Zahl der Einzelemitter so, dass die Summe deren Einzel-Flussspannungen (etwa 3,3 V) ungefähr der Mindest-Netzspannung entspricht, könnte man diese LED-Kette direkt aus dem Netz speisen. Die Gleichrichtung des Stromes würde die Diodenkette selber übernehmen. Und damit man beide Wechselstromphasen nutzen kann, könnte man eine zweite LED-Kette antiparallel schalten. Das hätte zudem den Vorteil, dass das unvermeidliche Flimmern mit einer Frequenz von 100 Hz (in Nordamerika auch 120 Hz) stattfindet, was die meisten Menschen kaum noch als störend wahrnehmen.
Die Praxis ist freilich (wie fast immer) bedeutend komplizierter als die Theorie. Das erste Problem ist, dass die Zusammenschaltung von ungefähr 30 (für 115 V) oder 60 (für 230 V) weiß strahlenden Einzel-LEDs viel zu aufwändig wäre. Seoul Semiconductor hat deshalb einen Die entwickelt, auf dem entweder 60 oder 120 Einzelemitter untergebracht sind, die (on-Chip) so verschaltet sind, dass sie zwei antiparallel geschaltete Ketten bilden. Die Einzelemitter sind zudem so konstruiert, dass sie die Sperrspannung unbeschadet aushalten (üblicherweise sind LEDs nicht für Sperrbetrieb ausgelegt). Ein weiteres Merkmal ist, dass die LEDs auf Impulsbetrieb ausgelegt sind. Das ist unbedingt nötig, weil der Spitzenbetriebsstrom (bei Erreichen der Scheitelspannung) kurzzeitig weitaus höher ist als der Effektivwert. Für Niedrigstrom-LEDs ist das jedoch leichter zu realisieren als für Hochstrom-LEDs, die in dieser Hinsicht weitaus empfindlicher sind.
In der Praxis muss man auch beachten, dass die Netzspannung nicht immer stabil ist. Die Herausforderung besteht deshalb darin, den Lichtstrom auch bei Annäherung an die spezifizierte Minimumspannung noch auf ausreichendem Niveau zu halten. Dabei kommt dem Designer zu Gute, dass das menschliche Auge schwankungstolerant ist: Weil es Helligkeitsschwankungen erst ab etwa 25 Prozent überhaupt wahrnimmt, darf der Betriebsstrom auch ungefähr um diesen Wert schwanken. Allerdings darf man dabei nicht außer Acht lassen, dass die Stromschwankungen nicht proportional sondern eher exponentiell der schwankenden Flussspannung folgen. Das hat auch Folgen für die Schaltungsbemessung für den Fall kurzzeitiger oder gar länger andauernder Netz-Überspannung.
In der Praxis schleift man aus Sicherheitsgründen einen Strombegrenzungswiderstand ein, auch wenn diese schaltungstechnische Maßnahme den Wirkungsgrad der Lampe etwas senkt. Weil dieser Widerstand bei sinkender Netzspannung eher kontraproduktiv wäre, und bei Überspannung höher werden sollte, wählt man hierfür einen PTC (also einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten), der thermisch eng mit der Acriche verbunden ist. Den Wert und die Charakteristik dieses PTC sollte man sorgfältig auswählen. Genaue Kenntnis der zu erwartenden Netzspannungsschwankungen ist dabei besonders vorteilhaft.
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