Die Treibervielfalt auf dem Markt kann schon mal in die Irre führen.

Die Treibervielfalt auf dem Markt kann schon mal in die Irre führen.fotolia

Der Bedarf an LEDs steigt aus dreierlei Gründen: die Akzeptanz bei der Bevölkerung nimmt zu, die Vorteile von Leuchtdioden gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln werden deutlicher und nicht zuletzt gewährt die Bundesregierung signifikante Förderungen. Davon profitieren zahlreiche andere Bauteile, die zum langen Leben beitragen oder zum reibungslosen Funktionieren der Leuchtdioden unabdingbar sind. Dazu zählen:

  • Montagezubehör und Gehäuse,
  • Linsen,
  • Reflektoren,
  • Sensoren,
  • Kühlkörper
  • spezielle Leiterplattendesigns,
  • Beleuchtungskörper sowie
  • LED-Treiber und LED-Netzteile.

Aktuelle und künftige Treiber-Designs

Grundsätzlich genügen zum Betrieb von LEDs der Einsatz von in Reihe geschalteten Widerständen und ein Netzteil mit Konstant-Spannungs-Ausgang (CV-Mode). Der Widerstand muss so ausgelegt sein, dass er den von der LED geforderten Strom begrenzt und er von der Leistung her so bemessen ist, dass er so wenig Leistung wie möglich in Wärme umwandelt. Diese Variante verwenden Entwickler bei Anwendungen mit niedriger Spannung und geringem Strom; das heißt, wenn nur wenige LEDs als Signalanzeige Verwendung finden.

Die Wahl des Netzteiles für LED-Beleuchtung will sorgfältig bedacht sein.

Die Wahl des Netzteiles für LED-Beleuchtung will sorgfältig bedacht sein.fotolia

In der Beleuchtungsindustrie hingegen erfordern Applikationen höhere Spannungen und Ströme. Die Konstellation mit vielen Widerständen lässt sich nicht verwenden, da die Hitzeentwicklung der Widerstände den Wirkungsgrad und damit die Effizienz der Lampe (wenn nicht gar das komplette Beleuchtungssystem) ruinieren würde. Die aktuellen Designs beinhalten meistens galvanisch getrennte Treiber, lineare (geringe Effizienz) oder getaktete Treiber. Das beste Modell sind aber LED-Schaltnetzteile mit einem hohen Wirkungsgrad.

Die Netzteile arbeiten sowohl im AC/DC- als auch im DC/DC-Modus. Besteht ein direkter Anschluss des Netzteils an die LEDs zum Betreiben der Leuchtdioden, dann ist die Rede von LED-Treibern. Die LED-Treiber sind Schaltnetzteile mit einem Konstant-Strom-Ausgang (CC-Mode). Wählt der Designer ein Netzteil mit CV-Mode für die Anwendung, muss er einen zusätzlichen LED-Treiber als Strombegrenzer zwischen Schaltnetzteil und LEDs verwenden.

Kleiner Topologiekurs

Heutzutage verwenden LED-Treiber verschiedene Topologien:

  • Buck,
  • SEPIC,
  • Boost,
  • Flyback,
  • Forward und
  • Buck-Boost.

Die Wahl der Typologie ist abhängig von der geforderten Leistung und den Kosten. Halbleiterfirmen haben zudem ICs zur Steuerung von LEDs entwickelt. In jedem Schaltnetzteil wird das Design je nach Datenblatt-Empfehlungen des verwendeten ICs gestaltet. Der IC ist für das Steuern des Haupt-MOSFET-Transistors (für PWM und PFC) zuständig; er betreibt das Netzteil. Es gibt eine große Bandbreite an ICs, was somit eine Vielzahl an verschiedenen Netzteil-Designs zur Folge hat.

Die Tendenz der letzten Jahre, die auch anhält, geht dahin, dass – basierend auf bekannten Typologien – stetig die Gehäusegröße reduziert, die Effizienz verbessert und, wenn möglich, auch die Leistungsdichte erhöht wird. Dadurch entstehen neue Bauteile. Ein Beispiel ist eine Innovation von Siemens: Ein in 2010 am Markt eingeführter keramischer Transformator, der die Größe der Leistungselektronik erheblich reduziert und welcher einfach herzustellen ist. Komponenten wie Widerstände und Spulen sind in die keramischen Leiterplatten integriert. Sie verringern die Größe des Transformators auf ein Zehntel der herkömmlichen Größe. In der ersten Hälfte des Jahres 2013 präsentierten die Entwickler einen keramischen Transformator, der lediglich ein Fünftel des herkömmlichen Platzes benötigt und welcher speziell auf LED-Applikationen ausgelegt ist.

Eine kurze Klassifikation

Mean Well hat viele LED-Treiber und Schaltnetzteile im Angebot; jeder Anwender wählt je nach Anforderung seiner Applikation den passenden Baustein. Wichtig sind dabei

  • die Type des Ausgangsmodus: CC-Mode oder CV-Mode oder eine Kombination,
  • die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) – wenn mit PFC dann 1- oder 2-Stufen-PFC,
  • das Gehäusematerial: Plastik, Metall oder offene Leiterplatte. Für den Outdoor-Betrieb in unseren Breitengraden empfehlen sich LED-Netzteile nach IP65-Norm, da sie vollvergossen sind und Schutz gegen Kondensationsbildung bei Temperaturschwankungen aufweisen,
  • ein Einfach- oder Mehrfachausgang und
  • eine Dimm-Funktion.

Diese Vielzahl an Faktoren kann schon mal Verwirrung hinsichtlich der Auswahl stiften und eines liegt klar auf der Hand: Eine große Anzahl an Anwender braucht bei der Auswahl des richtigen LED-Treibers/Netzteils Unterstützung, wie sie M+R Multitronik, als autorisierter Mean-Well-Distributor, anbietet.

Applikationshinweise

Das Streben bei Lichtinstallationen richtet sich an die Effizienz und wie man am besten die elektrische Energie in Licht wandelt ohne große Verluste in Kauf nehmen zu müssen. Die Wärmeentwicklung entsteht durch die elektronischen Bauteile des LED-Treibers. Trotzdem erfordern viele Applikationen eine Dimmfunktion, was den Wirkungsgrad des Treibers um einige Prozentpunkte reduziert. Das Dimmen einer Lampe beziehungsweise eines Treibers wird durch ein variierendes Eingangssignal erreicht, welches den Ausgangsstrom für die LED verändert. Je nach LED-Treiber gibt es verschiedene Arten zu dimmen:

  • durch den Phasen-Anschnitts-Dimmer, ähnlich dem zum Dimmen von Glühlampen,
  • durch ein einfaches Potentiometer 100 k,
  • über analoge Spannung 1 bis 10 V,
  • über ein PWM-Signal 1-10 V, 100 Hz bis 3 kHz,
  • über einen Tastdimmer oder
  • über die digitale Steuerung DALI (Digital Addressable Lighting Interface).

Ferner wünschen Kunden eine Dimmfunktion mittels Funkfernbedienung oder über das Smartphone. Die aktuellen LED-Treiber von Mean Well haben keine integrierte Funksteuerung, aber durch den Anschluss eines Zusatzgerätes, welches das Funksignal beispielsweise in ein PWM-Signal wandelt, lässt sich diese Option ganz einfach ergänzen.

Der Testaufbau demonstriert, dass sich ein über ein PWM-Signal dimmbarer LED-Treiber funksteuern  lässt.

Der Testaufbau demonstriert, dass sich ein über ein PWM-Signal dimmbarer LED-Treiber funksteuern lässt.Mean Well

Als Benutzerschnittstelle für die Dimmersignal-Steuerung nutzt Mean Well das Programm Eclipse. Es richtet sich an Installationen auf Android 3.2 und höher. Der verwendete Mikrocontroller war ein Arduino-Board. Die Funkverbindung testeten die Entwickler über eine Distanz  bis 10 Meter. Die tatsächliche Reichweite hängt jedoch vom Bluetooth-Modul und den Hindernissen ab. Der Testaufbau demonstriert, dass sich jeder über ein PWM-Signal dimmbare Mean-Well-LED-Treiber funksteuern lässt.

Treiber-Portfolio

Mean Well baut das Produktportfolio an LED-Treibern aus. So wurde 2012 beispielsweise das Programm um reine stromkonstante Treiber mit weitem Eingangsspannungsbereich wie HLG-60/80H-C oder HVGC-100/150 ergänzt und die LPF-Serie, Netzteile im Kunststoffgehäuse mit PFC, wurde um Typen mit geringer Ausgangsleistung 16 und 25 W erweitert.

Die LCM40-Serie lässt sich mittels DALI dimmen; die HBG160-Serie konzentriert sich mit ihrer runden Bauform auf Scheinwerfer- und Bühnentechnik.

Die LCM40-Serie lässt sich mittels DALI dimmen; die HBG160-Serie konzentriert sich mit ihrer runden Bauform auf Scheinwerfer- und Bühnentechnik.M+R Multitronik

Die Highlights in 2013: Die LCM40/60DA-Serie lässt sich mittels DALI dimmen und die HBG160-Serie in runder Bauform konzipierte man  speziell für die Scheinwerfer-/Bühnentechnik. In Zukunft erwarten die Lichtdesigner weitere Modelle mit 40+ bei 60 W mit Phasenanschnittsdimmung, sowie die HVGC-Serie mit 65 W. Für 2014 ist die LCM-Serie mit 25 W und die HLG-Serie mit 600 W geplant.

Das Mean-Well-Produktportfolio umfasst LED-Treiber mit verschiedenen elektrischen Parametern wie Leistung, Strom, Spannung und Steuerung. Dank des CV-CC-Designs lassen sich die Treiber auch als normale Netzteile verwenden. Viele der Treiber verfügen über eine Dimmfunktion, etwa Phasenanschnittsdimmung oder 3-in-1-Dimmung, was bedeutet, dass sich die Treiber mit PWM-Signal und über einfache Potentiometer dimmen lassen.

Der Siegeszug der LED

Alles begann erst vor wenigen Jahren, als die Europäische Union (EU) die Förderung von Lampen mit einem höheren Wirkungsgrad beschloss. Es startete mit dem Verbot von Glühbirnen und dem Ersatz dieser durch Energiesparlampen (CFL, iCFL). Obwohl die iCFL (Integrated Compact Fluorescent Lamps) schon seit Jahren produziert werden, realisierte die EU erst in den letzten Jahren das Verbot von Glühbirnen mit hoher Leistung, um den wachsenden Energiebedarf durch Beleuchtung zu limitieren.

Parallel zur Entwicklung der iCFL wurde viel in die Forschung für die SSL (Solid State Lighting) mittels LEDs und später OLEDs investiert. Während der letzten Jahre haben die Hersteller Erfahrungen gesammelt, und man konnte die Lichtabgabe der auf LEDs und OLEDs basierenden Lampen stetig verbessert – höhere Leuchtkraft, geringerer Energieverbrauch und lange Lebensdauer. Aufgrund der Vorteile, die die SSL gebracht hat, scheint die Richtung der Beleuchtungsindustrie klar zu sein. Nach und nach werden nicht nur die Glühbirnen, sondern später sicherlich auch die Energiesparlampen iCFL durch die SSL – also LEDs – ersetzt. Folglich präsentierten Hersteller der Beleuchtungsindustrie auf verschiedenen technischen Konferenzen, auf Seminaren während diverser Lichtmessen, mittels Pressemitteilungen, in Newslettern und auf ihren Webseiten zahlreiche Informationen zu den LED-Bauteilen und den neuesten Entwicklungen. Was noch kann diesen Markttrend besser reflektieren? Seit einigen Jahren hören wir immer wieder die Nachrichten zum Boom der SSL und dem starken Wachstumsmarkt, gefördert durch die Initiative der EU.

Leider sind detaillierte Studien zum Markttrend verschiedener LED-Bauteile und geografischen Bereichen für die breite Öffentlichkeit nicht frei verfügbar, so stellen jedoch unzählige Magazine mehr als genug Informationen zum Thema zur Verfügung. Auch wenn viele Studien nicht direkt miteinander vergleichbar sind, so zeigt der Trend deutlich: Die Umsätze mit LEDs und LED-relevanten Produkten wird bis 2020 von derzeit Hunderten von Millionen auf viele Milliarden Euro geradezu explodieren. Und nun hat die EU einen weiteren Schritt in diese Richtung gemacht, indem sie im Juni 2013 einen Report veröffentlichte; er trug den Titel Beleuchtung für Städte – Beschleunigung des Einsatzes von innovativer Beleuchtung in Europäischen Städten. Damit hat sich die EU selbst ein ambitioniertes Ziel gesetzt: Bis 2020 soll sich der Energiebedarf für die allgemeine Beleuchtung um mindestens 20 Prozent reduzieren. Dieses Ziel wäre in Europa aber nur durch eine massive Umrüstung auf SSL-Varianten erreichbar.