Eckdaten

Laut einer Fehleranalyse von LED-Beleuchtungskörpern sind 90 Prozent aller Ausfälle auf Fehler der LED-Treiber zurückzuführen und lediglich 5 % der Ausfälle basieren auf LED-Chip-Fehler. Weitere 5 % sind aufgrund von Fehlern bei anderen eingesetzten Bauteilen. In diesem Artikel sind einige Maßnahmen zusammengestellt und mögliche Probleme von Treibern aufgezeigt, um den Entwicklern zu helfen, die finanziell und technisch optimale Lösung zu finden.

Für den effizienten und langjährigen Betrieb der Leuchte spielen die LED-Treiber eine entscheidende Rolle.

Für den effizienten und langjährigen Betrieb der Leuchte spielen die LED-Treiber eine entscheidende Rolle. Endrich

LEDs benötigen eine Stromversorgung, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, den Stromfluss während des Betriebs reguliert und die LEDs vor Spannungsschwankungen schützt. LED-Treiber werden entweder als Konstantspannungsquelle oder Konstantstromquelle betrieben. Um weitere diskrete Bauelemente zu vermeiden und damit die Anwendung zu vereinfachen, werden zusätzlich benötigte Funktionen direkt in das LED-Schaltnetzteil integriert.

Treiber mit Dimmfunktion können die Lichtleistung über den gesamten Bereich von maximal 100 bis minimal 5 bis 10 % ändern. Die Dimmung kann durch Pulsweitenmodulation (PWM) oder durch die Reduzierung des Durchlassstroms (CCR, Constant Current Reduction) erfolgen. Entweder erfolgt die Ansteuerung analog mit einer Steuerspannung von 0 bis 10 V oder digital mit Dali. Bei der PWM-Methode wird eine Frequenz von einigen 100 Hz bis zu mehreren kHz eingesetzt, sodass Flickering effektiv vermieden werden kann. Die empfindliche Elektronik der Treiber ist Umwelteinflüssen meist direkt ausgesetzt. Daher ist es wichtig alle Faktoren zu kennen, die die Zuverlässigkeit beeinflussen können. Kritische Anforderungen an LED-Treiber beziehen sich teilweise auf die Leistung und teilweise auf die Zuverlässigkeit.

Leistungsbezogene Anforderungen

  • Energieeinsparungen bei Treibern mit hohem Wirkungsgrad können während des kompletten Lebenszyklus des Treibers von erheblicher Bedeutung sein.

    Energieeinsparungen bei Treibern mit hohem Wirkungsgrad können während des kompletten Lebenszyklus des Treibers von erheblicher Bedeutung sein. Endrich

    Normalerweise ist der Leistungsfaktor des Treibers bei verschiedenen Laststufen unterschiedlich.

    Normalerweise ist der Leistungsfaktor des Treibers bei verschiedenen Laststufen unterschiedlich. Endrich

    Hoher Wirkungsgrad – entscheidend für die Energieeinsparung

  • Dimmfunktion – erhebliche Verbesserung der Energiesparfunktion
  • Sonstige elektrische Eigenschaften (PFC, THD, Ripple)

Zuverlässigkeitsbezogene Anforderungen

  • Hohe Zuverlässigkeit – entscheidend für die Minimierung der Wartungskosten
  • Lange Lebensdauer – kompatibel mit der erwarteten Lebensdauer der LEDs

Leistungsmessung

Für den effizienten und langjährigen Betrieb der Leuchte spielen die LED-Treiber eine entscheidende Rolle. Die Vielfalt der verfügbaren Treiber erschwert die Auswahl der richtigen Lösung, insbesondere weil die Hersteller unterschiedliche Qualitätstiefen bei den zur Verfügung gestellten technischen Informationen haben. Treiber, die auf den ersten Blick perfekt scheinen, können unter bestimmten Bedingungen völlig unterschiedliche Leistungen erbringen. Ohne genaue Kenntnis des Verhaltens unter bestimmten Umständen ist es schwierig, Produkte miteinander zu vergleichen. Um dem Hersteller die richtigen Fragen stellen zu können, ist es wichtig zu wissen, wie die Treiber spezifiziert sein müssen, um die bestmögliche Performance zu erzielen.

Effizienz und Energieeinsparung

Der hauptsächliche Vorteil bei der Verwendung von LED-Treibern mit hohem Wirkungsgrad ist die Energieeinsparung und ein Hauptgrund für den Umstieg auf Beleuchtungstechnik auf LED-Basis ist die Effizienz. Energieeinsparungen bei Treibern mit hohem Wirkungsgrad können während des kompletten Lebenszyklus des Treibers von erheblicher Bedeutung sein. Die Verlustleistung eines Treibers mit einem Wirkungsgrad von 90 % ist knapp halb so hoch wie die eines mit 80 %. So kann die Energieeinsparung bei einer Lebensdauer von 50.000 Stunden erheblich zunehmen. Darüber hinaus führt ein geringerer Wärmeverlust des Treibers mit höherem Wirkungsgrad zu einer niedrigeren Temperatur, was die Lebensdauer des Produkts erheblich steigert. Die höhere Wärme im Treiber mit niedrigerem Wirkungsgrad erhöht die Bauteiltemperaturen signifikant. Nach der Arrhenius-Regel verringert sich die Lebensdauer der Elektrolytkondensatoren im Treiber um etwa 50 % mit jedem Temperaturanstieg von 10 K.

Daher können Treiber mit höherem Wirkungsgrad sehr leicht eine zwei bis vier mal längere Lebensdauer haben. Die Zuverlässigkeit ist abhängig von der Temperatur. Die Absenkung der Temperatur erhöht die Zuverlässigkeit aller Komponenten im Treiber. Wenn gedimmt wird, um den Stromverbrauch in inaktiven Zeiten zu reduzieren, sinkt normalerweise auch der Wirkungsgrad. Dieser Abfall ist für Modelle verschiedener Hersteller unterschiedlich, die für die gleiche Nennleistung ausgelegt sind. Es ist sehr wichtig zu überprüfen, ob die gewählte Treiberlösung den erforderlichen Wirkungsgradprozentsatz bei den definierten Lastprozentsätzen aufweist.

Dimmen

Wie bereits erwähnt ist in den meisten Fällen ein Dimmen erforderlich, um die Beleuchtungskosten zu senken, weil in bestimmten Zeiten, in denen nicht die volle Helligkeit benötigt wird, Energie gespart wird. Dies kann zu Effizienzproblemen führen, wenn die Auswahl des Treibers nicht optimal ist. Sowohl PWM- als auch lineare Dimm-Methoden können, insbesondere bei sehr niedrigen Dimm-Werten, Probleme mit Flimmern haben. Dies sollte bei der Auswahl des Treibers überprüft werden.

Ripple-Strom

Die AC/DC-Wandlung des LED-Netzteils hat immer einige Störungen am Ausgang, die sogenannte Welligkeit oder Ripple. Es handelt sich dabei um eine Wechselstromkomponente, die zur DC-Ausgangsspannung überlagert ist. Dadurch wird Wechselstrom durch die LEDs geleitet, was optisch zum Flackern der LED führt. Während des Dimmens auf einen sehr niedrigen Pegel kann dieser Effekt stärker werden. Eine Welligkeitsfrequenz von 100 Hz oder weniger ist sichtbar, daher ist es das Ziel, Welligkeit und Flimmern so weit wie möglich zu reduzieren. Wenn der Ripple-Strom den absolut maximal zulässigen Vorwärtsstrom überschreitet, kann dies ebenfalls zu Problemen mit der Lebensdauer der LED-Chips führen.

Standby-Stromverbrauch und Einschaltzeit

Nach den derzeitigen EU-Richtlinien sollten Beleuchtungskörper im Standby-Modus weniger als 1 W verbrauchen. Eine weitere Stufe dieser Richtlinie fordert einen Verbrauch von weniger als 0,5 W nur im Standby-Modus und eine Startzeit von nicht mehr als 0,5 s bei bestimmten Beleuchtungsarten.

Leistungsfaktor

Abhängig von der Nennleistung der Treiber ist der Leistungsfaktor, also das Verhältnis der Wirkleistung zur Scheinleistung, besonders zu beachten. In einem Stromnetz verbraucht eine Last mit niedrigem Leistungsfaktor bei gleicher übertragener Nutzleistung mehr Strom als eine Last mit hohem Leistungsfaktor. Die höheren Ströme erhöhen den Energieverlust im Verteilungssystem und erfordern größere Drahtquerschnitte und andere Geräte. Unterhalb von 2 W sind laut Richtlinien keine weiteren Anforderungen zu erfüllen. Oberhalb dieses Niveaus muss jedoch geregelt werden, dass viele Treiber eine erhöhte Scheinleistung verursachen und die Stromversorgungsunternehmen höhere Kosten erheben:

2 W < P ≤ 5 W PF > 0,4

5 W < P ≤ 25 W PF > 0,5

Normalerweise ist der Leistungsfaktor des Treibers bei verschiedenen Laststufen unterschiedlich. Daher sollten Entwickler diesen Umstand berücksichtigen, wenn sie einen Treiber unter der Nennlast einsetzen, da der Leistungsfaktor definitiv niedriger ist als bei Nennleistung, der Leistungsfaktor der Leuchte jedoch immer noch den Anforderungen der EU-Richtlinien entsprechen muss. Gleiches gilt für gedimmte Treiber.

Auf der nächsten Seite geht es um die harmonische Verzerrung.

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