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Die richtige Auswahl des LED-Treibers bestimmt zu einem großen Teil die Qualität einer Leuchte

Smarte LED-Treiber beschleunigen den Wandel der Lichttechnik

26. April 2013, 10:44 Uhr | Hermann Püthe, Gründer und Geschäftsführer der inpotron Schaltnetzteile

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Kundenspezifische LED-Treiber

Inpotron Schaltnetzteile entwickelt und produziert seit 2008 LED-Treiber nach Kundenwunsch. Auf dieses Marktsegment spezialisiert hat sich das Designcenter in Chemnitz, die Tochtergesellschaft exscitron. Nach einem etwas zögerlichen Beginn ist der Ruf nach kundenspezifischen Treibern inzwischen fast erdrückend. Insbesondere die Marktführer in den verschiedenen Anwendungsbranchen wollen mehr als Konfektionsware aus dem Katalog. Dabei unterscheiden sich die technischen Anforderungen erheblich von klassischen Stromversorgungslösungen. Wer LED-Treiber entwickelt, sollte sich sehr gut mit dem Leuchtmittel und dessen Eigenschaften auskennen. Die Innovationskraft in einem neuen Marktsegment bringt eine Vielzahl neuer, cleverer Lösungsansätze hervor. So hat die Technologieschmiede exscitron in den letzten fünf Jahren fast 20 Patentanmeldungen auf den Weg gebracht.

Am Anfang stand ein Single-Stage-Resonanzwandler, der sowohl die geforderte Leistungsfaktorkorrektur Class C ermöglichte, als auch völlig auf einen Zwischenkreiskondensator verzichtete. Damit lieferte er ohne jeglichen Inrush Current eine optimale Lösung für Straßenleuchten. Es war kein Problem, damit eine Straße mit 100 Leuchten gleichzeitig einzuschalten. In dieser Lösung war auch bereits die Dimmung über eine zweite Phase integriert. Zukunftssicher wurde die 100-W-Stromquelle mit einer Konfigurationsmöglichkeit zur Reduzierung des Konstantstroms ausgestattet. Das war notwendig, um die Innovationsschritte der LEDs und deren steigende Leuchtstärken auf »altes« Niveau einfach herunterzudimmen. So leuchten Alt und Neu in gleicher Helligkeit nebeneinander. Ein Wirkungsgrad von 94 Prozent stellt ein klares Indiz für das Streben nach maximalen Lumen-pro-Watt-Werten dar.

Features wie Softstart, also die sanfte Bestromung der LEDs nach Zuschaltung der Versorgung, eine thermische Überwachung mit Leistungsbegrenzung und Regelung des thermischen Gleichgewichts, sowie Kurzschluss und OVP-Schutzfunktionen, sind ebenso selbstverständlich wie eine kalkulierte Lebensdauer von über 50.000 Stunden. Schließlich sollte der Treiber ja schon so lange bestehen wie das Leuchtmittel!

Bei den Kundenanforderungen gewann die Betriebssicherheit der LED-Stränge immer mehr an Bedeutung. Mehrkanalige Lösungen wurden gefragt. Unser Single-Stage-Konzept bekam eine Erweiterung. Nächster großer Innovationsschritt war der passive Stromsplitter mit einer Effizienz von 99 Prozent. Es lassen sich beliebig viele Kanäle erzeugen, die alle einzeln steuerbar sind. Kurzschluss oder offene Anschlüsse haben keinen Einfluss auf die anderen Kanäle. Zur Realisierung dieser Technologie sind nur sehr wenige passive Bauteile notwendig. Mit dieser smarten Lösung entsprachen wir dem Wunsch des Kunden nach hoher Betriebssicherheit zu geringen Kosten mit minimalen Performance-Einbußen. In die Serie übergeführt wurden bereits LED-Treiber mit 2 bis 48 Kanälen.

Ausgestattet wurden diese Produkte zudem mit einer 1-10V-Schnittstelle zur Dimmbarkeit. Sie hat aber auch ihre Schattenseite, nicht nur als Wortspiel: Viele Standardlösungen halten im gedimmten Bereich nicht mehr die Oberwellenforderung der Class C ein. Mit einem sehr beträchtlichen Softwareaufwand gelang es unseren Spezialisten trotzdem, eine Dimmbarkeit von 15 bis 100 Prozent unter Einhaltung der Class C zu realisieren.

Die Besonderheit der Dimmung: Die Dimm-Methode nennt sich »Predictive Current Adjustment« oder kurz PCA. Wie der Name sagt, wird der Strom nicht gemessen, sondern vorhergesagt. »Predictive Current Adjustmen« oder »Vorausschauende Stromeinstellung« ist ein neuer Ansatz, etwa zur Farbmischung, und wurde erst durch die Splittertechnologie sinnvoll anwendbar. Ströme müssen nicht mehr gemessen und gegebenenfalls nachgeregelt werden, sollten sie vom Sollwert abweichen, sie werden errechnet und dann gestellt. Vorwärtsspannungen werden so von Beginn an eliminiert und treten in der Berechnung gar nicht mehr auf. Der Lichttechniker muss nur noch drei Parameter vorgeben:

die gewünschte Dimmfrequenz in einem weiten Fenster,
das gewünschte Tastverhältnis von 0…100 Prozent,
den gewünschten Spitzenstrom durch die LED.

Basierend auf der Stromquellencharakteristik und der hochpräzisen Splittung, ist das sehr einfach. Die ENEC-Zulassung, entsprechend der gültigen Normen, rundet diese Familie ab. Als nächstes galt es nun, den passiven Stromsplitter, bestehend aus mehreren Induktivitäten und dem Hauptübertrager, in einer Komponente zu vereinen. Mit Unterstützung von Epcos, einem Unternehmen der TDK-EPC Corporation, konnten die Ingenieure eine Planarlösung realisieren, die alle Funktionalitäten als quasi passives integriertes Bauteil in sich vereint. Das als Forschungsprojekt angesetzte Produkt konnte schnell in Betrieb genommen werden, und die Technologie bestätigte sich. Eine Designstudie mit einem extrem flachen Design von 20 mm Bauhöhe bei 120 W Ausgangsleistung und vier Ausgängen als stromgeregelte Quellen wurde realisiert. Auch ein vorläufiges Datenblatt existiert bereits.