Bild 3: Beispiele für verschiedene Bauformen von LED-Treibern

Bild 3: Beispiele für verschiedene Bauformen von LED-Treibern (Bild: Endrich)

Die elektrischen Kenndaten sowie die Leistung stehen im Fokus der ersten Überlegungen eines Entwicklers. Die erste Entscheidung bezieht sich darauf, ob die LED im Konstantstrombetrieb (Constant Current, CC) oder Konstantspannungsbetrieb (Constant Voltage, CV) verwendet wird. Die Stromversorgung der LEDS in vielen Solid-State-Beleuchtungen erfolgt mit einem geregelten Strom, weshalb ein Konstantstrom-Treiber notwendig ist (Bild 1).

ECKdaten

Zusätzliche Aufmerksamkeit vonseiten des Entwicklers benötigt der LED-Treiber. Bei der Auswahl gilt es, verschiedene Faktoren zu beachten. Dazu zählen beispielsweise Spannungs- und Strombedarf, aber auch mechanische Aspekte müssen berücksichtigt werden. Auch Zulassungen und die Einsatzgebiete spielen eine Rolle.

Häufig ist dies die einfachste Methode, denn hier ist nur ein geringer Umfang an externen Schaltungen nötig. Einige Anwendungen sind jedoch mit einem Konstantspannungs-Treiber besser bedient, der mit einer geregelten Ausgangsspannung arbeitet (Bild 2). Zu diesen Anwendungen gehören einfache LED-Streifen oder ausgefeiltere, dezentrale Architekturen, bei denen die Stromregelung unmittelbar an den LEDs geschieht.

Bild 1: Beispiel für die serielle Verdrahtung mit einem Konstantstrom-Treiber

Bild 1: Beispiel für die serielle Verdrahtung mit einem Konstantstrom-Treiber Endrich

Bild 2: Beispiel für die parallele Verdrahtung mit einem Konstantspannungs-Treiber

Bild 2: Beispiel für die parallele Verdrahtung mit einem Konstantspannungs-Treiber Endrich

Leistung in jeder Situation

Die nächste Überlegung betrifft die Leistung, für die der Spannungs- und Strombedarf der Applikation ausschlaggebend ist. Der Treiber sollte gemäß den Regeln für gutes Design ausreichend Reserven für verschiedene Situationen mitbringen, beispielsweise wenn die LEDs nach dem Einschalten eine höhere Vorwärtsspannung aufweisen und somit mehr Leistung als sonst benötigen. Auch ist immer von dem höchstmöglichen Spannungsbin der LED auszugehen und nicht vom typischen. Dies ist der häufigste Fehler bei der Netzteilauswahl. Ist die erforderliche Leistung ermittelt, lassen sich der passende Ausgangsstrom und die richtige Ausgangsspannung festlegen. Ein programmierbarer Treiber vereinfacht diese Aufgabe deutlich, da der Anwender den Spannungsbereich und den Strom bestimmen kann. Vorteilhaft hieran ist, dass sich Designs individuell optimieren lassen und dass ein einziger programmierbarer Treiber mehrere abdecken kann, was den Bezug und die Qualifikation erleichtert.

Bild 3: Beispiele für verschiedene Bauformen von LED-Treibern

Bild 3: Beispiele für verschiedene Bauformen von LED-Treibern Endrich

Sind die elektrischen Parameter berücksichtigt, können Entwickler Überlegungen zu den mechanischen Aspekten anstellen. Ein entscheidender Gesichtspunkt ist, an welche Stelle der Entwickler den Treiber in der Leuchte positionieren will. LED-Treiber sind in den unterschiedlichen Ausführungen erhältlich – so zum Beispiel in länglichen, flachen oder runden Gehäusen (Bild 3). Anhand der Abmessungen der gewählten Bauform lässt sich feststellen, ob das Produkt in die Leuchte passt. Bezüglich des Gehäuses sind unter Umständen auch Überlegungen hinsichtlich der Entwärmung und der Einfachheit der Installation anzustellen. Sowohl Verkabelung als auch Steckverbinder können Entwickler an die Leuchtenkonstruktion anpassen, zudem können sie auswählen, ob die Installation im Feld oder in der Fabrik erfolgt.

Welche Zulassungen nötig sind und welchen Einfluss die Umgebung auf die LED-Treiber hat, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

 

Bild 4: Beispiele für Zulassungen und die jeweiligen Regionen

Bild 4: Beispiele für Zulassungen und die jeweiligen Regionen Endrich

Andere Länder, andere Zulassungen

Der nächste Schritt gilt den Zulassungen. Die wichtigsten Zulassungen beziehen sich auf die Sicherheit und unterliegen internationalen Normen (Bild 4). Der Entwickler muss deshalb herausfinden, welche Normen für die Regionen gelten, in denen die Produkte auf den Markt kommen. In Europa legen Hersteller oft die ENEC-Normen zugrunde, während man in den USA mit national anerkannten Prüfstellen (Nationally Recognized Test Labs, NRTLs) arbeitet, die gemäß den UL-Normen testen. In China ist es beispielsweise CCC, in Indien BIS, in Japan PSE. Die Sicherheitszulassung mit dem entsprechenden Prüfzeichen ist ein komplexes Thema, bei dem der Hersteller des LED-Treibers Hilfestellung leisten kann. Neben den Sicherheitsnormen aber sind möglicherweise auch noch weitere marktbezogene Richtlinien zu beachten, da die Einhaltung dieser Normen der Kompatibilität dienlich ist oder dafür sorgen kann, dass bestimmte Kredite gewährt werden. Beispiele hierfür sind der DALI-Standard der Digital Illumination Interface Alliance (DiiA) oder das Design Lights Consortium (DLC).

Bild 5: Abhängigkeit der Treiber-Lebensdauer von der Gehäusetemperatur

Bild 5: Abhängigkeit der Treiber-Lebensdauer von der Gehäusetemperatur Endrich

Umgebungsfaktoren beeinflussen die Lebensdauer des LED-Treibers maßgeblich (Bild 5). Das Umfeld der Applikation und die Leuchtenkonstruktion sind es, die über die umgebungsbezogenen Anforderungen und den Überspannungsschutz des LED-Treibers entscheiden. Ist davon auszugehen, dass der Treiber in einer unwirtlichen Umgebung zum Einsatz kommt, so steigt beispielsweise die Bedeutung des Temperaturbereichs sowie der Schutzart (IP). Häufig bevorzugen Entwickler in solchen Fällen gekapselte Treiber, da die Kapselung beim Ableiten der Wärme nach außen hilft. Das verhindert das Entstehen lokaler Hotspots und bietet so einen gewissen Schutz vor dem Eindringen von Verunreinigungen sowie vor Vibrationen. Bei Anwendungen in geschlossenen Räumen sind diese Entscheidungen möglicherweise weniger kritisch, weil es sich hier um eine kontrollierte Umgebung handelt. Sorgfalt ist aber dennoch notwendig.

Umgebungseinflüsse

Bild 6: Thermische Auslegung und Wärmeableitwege

Bild 6: Thermische Auslegung und Wärmeableitwege Endrich

Die Konstruktion der Leuchte hat großen Einfluss darauf, welcher Umgebung der Treiber ausgesetzt wird. Schenkt man der thermischen Auslegung nicht genügend Beachtung, kann es zu erhöhten Temperaturen kommen (Bild 6). Eine weitere, ebenfalls mit dem Umfeld zusammenhängende Überlegung betrifft den Schutz vor Gleichtakt- und differenziellen Überspannungen. Je höher die angegebene Überspannungsfestigkeit ist, umso besser ist der Treiber in der Lage, die aus Netzstörungen resultierende Energie abzuleiten oder zu absorbieren.

Als finale Auswahlkriterien kommen die Dimmung, Einstellfunktionen und weitere Features hinzu. Obwohl Konstantstrom-Anwendungen die klare Mehrheit bilden, ist die Forderung nach einer Möglichkeit zum Dimmen beim Beleuchtungs-Design an der Tagesordnung. Die Dimmmethode kann allerdings variieren. Die größte Verbreitung hat die 0-10-V-Technik, doch abhängig von der jeweiligen Anwendung werden auch die PWM-Dimmung, die timergesteuerte Dimmung oder die 0-5-V-Technik nachgefragt. Neben den allgemeinen Dimmverfahren gibt es auch einen steil ansteigenden Trend zu intelligenten oder vernetzten Beleuchtungen, für die verschiedene leitungsgebundene oder drahtlose Protokolle wie etwa ZigBee oder Bluetooth in Frage kommen. Mit zusätzlichen Treiber-Features ist es möglich, das Design zu vereinfachen oder weitere Funktionen hinzuzufügen. Ein Beispiel ist eine Hilfs-Ausgangsspannung (Bild 7), mit der sich die Verwendung von Bedienelementen, Sensoren oder Lüftern ohne zusätzlichen Netzstromanschluss vereinfacht, da das System den Niederspannungs-Ausgang des Treibers benutzen kann. Weitere Features wie die externe Temperaturerfassung, die Helligkeitsanpassung oder das Dimmen bis zum Abschalten (Dim-to-Off) können den Nutzen einer Leuchte steigern und als Alleinstellungsmerkmal dienen.

Bild 7: Beispiel eines LED-Treibers mit zusätzlichem Konstantspannungs-Ausgang

Bild 7: Beispiel eines LED-Treibers mit zusätzlichem Konstantspannungs-Ausgang Endrich

Die Wahl des LED-Treibers ist entscheidend für jede Konstruktion einer Solid-State-Leuchte. Da LED-Treiber für sich genommen bereits komplexe elektrische Systeme sind, müssen Entwickler für eine erfolgreiche Leuchtenkonstruktion darauf achten, die richtige Wahl zu treffen. Nicht zuletzt ist es abgesehen von der Selektierung des Treiberprodukts wichtig, mit Partnern zusammenzuarbeiten, die sich durch technisches Wissen, Vertriebsunterstützung und Innovationen auszeichnen, sodass sie den OEM während des gesamten Prozesses vom Konzept bis zur Produktion unterstützen können.

Die Treiber von Inventronics sind bei Endrich erhältlich. Endrich kann eine langjährige Erfahrung bei der Selektion und Beratung zu Inventronics-Netzteilen vorweisen und unterstützt die Kunden bei Fragen zur Programmierung sowie bei der Fehleranalyse im kompletten Lichtsystem.

York Flatow

Autor_Flatow, Yorck
(Bild: Endrich)
Senior Product Manager im Bereich Lighting Solutions bei Endrich

(prm)

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