Elektronische Ansteuerung 2-stufige LED-Treiber für flexible Lichtlösungen

Die LED hat sich etabliert, doch steigen die Anforderungen an die Treiberlösungen: Diese werden komplexer und anwendungsspezifischer. Welche Vorteile bietet ein 2-stufiger Treiberaufbau?

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Die LED bietet Möglichkeiten, die mit herkömmlichen Beleuchtungslösungen nicht für realisierbar gehalten wurden. Doch das bedeutet auch, dass die Anforderungen, insbesondere an den LED-Treiber immer komplexer und anwendungsspezifischer werden. Hier kann ein zweistufiges Konzept der Schlüssel zum Erfolg sein. Denn egal wie unlösbar die Ausgangssituation für einen einzelnen LED-Treiber auch erscheint, durch die Trennung in eine AC-Versorgung und einen DC-LED-Treiber eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten.

Vor über 35 Jahren begannen die LEDs in der Elektronik Fuß zu fassen. Wir erinnern uns an die allgegenwärtigen 5-mm-LEDs, die bei Elektrogeräten in grün bzw. rot den Betriebszustand signalisierten. Als erstes wurde die Automobilindustrie auf sie aufmerksam. In teuren Luxuskarossen wurden auf einmal LEDs, zu Beginn meist bei Rücklichtern oder Blinkern, verbaut. Plötzlich waren Designern beinahe keine Einschränkungen mehr für die Form ihrer Leuchtenkonzepte auferlegt.

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Zwar werden wohl noch Jahrzehnte vergehen, bis LEDs die Glühlampe aus unseren Köpfen und vielleicht unseren Wohnzimmern verdrängt haben werden. Jedoch die Energiesparlampe, die eigentlich die Glühbirne ersetzten sollte, hat sie bereits heute schon überflügelt. Dies ist nicht zuletzt der Entwicklung von günstigen, zuverlässigen und einfach einsetzbaren AC/DC-LED-Treibern zu verdanken. Durch sie können LEDs problemlos am 230-V_AC-Netz betrieben werden.

Das Prinzip eines 2-stufigen Treiber-Aufbaus

Zuerst wollen wir klären, welche Alternative es zum AC/DC-LED-Treiber gibt, der eigentlich die optimale Plug-and-Play Lösung darstellt. Dabei handelt es sich um sogenannte 2-stufige Systeme. Wie das Bild 1 zeigt, bestehen diese aus einem vorgeschalteten Netzteil, meist von 230V_AC auf eine geeignete Gleichspannung, und ein oder mehreren DC-LED-Treiber. Dem augenscheinlichen Nachteil, dass es sich hierbei um einen komplexeren und meist auch teureren Aufbau handelt, stehen gravierende Vorteile gegenüber. Zuerst soll die Energieeffizienz genannt werden. Man würde wohl kaum denken, dass eine 2-stufige Versorgung der LED einen besseren Wirkungsgrad erzielen kann, als ein einzelner LED-Treiber. Und doch ist das häufig der Fall. Der zweite Vorteil spricht vielen Lichtdesigner aus der Seele. Denn moderne LED-Beleuchtungen sollen stylisch sein. Das heißt aber meist, dass sie filigran, zart und leicht wirken sollen. Die LED bietet dafür alle Möglichkeiten. Doch wohin mit dem klobigen AC/DC-LED-Treiber? Ein kleiner DC-LED-Treiber lässt sich jedoch problemlos, selbst im grazilsten Beleuchtungskörper, verstecken.

Individuelle Lösungen für spezielle Anwendungen

Wie bereits erwähnt, bleibt vielen Anwendungen die Verwendung der LED mit einer 1-stufigen Treibervariante auch heute noch verschlossen. Denn unterschiedliche Reglementierungen oder Normen erschweren deren Einsatz maßgeblich. Beispiel Medizintechnik: In einem Operationssaal befindet sich über dem Operationstisch die OP-Beleuchtung. Hier können LEDs jede beliebige Lichtfarbe wiedergeben und so ist es für den Arzt möglich, unter natürlichen, tageslichtähnlichen Bedingungen zu arbeiten. Doch aufgrund der EN60601 3^rd Edition (Medizinische elektrische Geräte) dürfen herkömmliche LED-Treiber für solche Anwendungen nicht verwendet werden. Und LED-Treiber mit Medizinzulassung sind schwer zu finden und noch dazu teuer. Daher bietet es sich an, ein vorgeschaltetes, medizinzertifiziertes AC/DC-Netzteil zu verwenden und die LED-Beleuchtungskörper mit zuverlässigen, langlebigen DC-LED-Treibern zu versorgen.

Die LED in der Bahntechnik: Knackpunkt 110 V_DC

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Bahntechnik. Von der Wagoninnenbeleuchtung über Leselampen, bis zur Signaltechnik gibt es viele Anwendungsgebiete für die LED. Hier sind die weitverbreiteten 110 V_DC ein Knackpunkt, die meist als Versorgungsspannung dienen. Kaum ein LED-Treiber am Markt ist für diese Eingangsspannung konzipiert. Erschwerend kommen noch Spannungsspitzen, kurzfristige Unterbrechungen, sowie Netzverunreinigungen hinzu. Es ist sinnvoll, die LED-Treiber über ein vorgeschaltetes Netzteil, das nach EN50155 (Bahnanwendungen – Elektronische Einrichtungen auf Bahnfahrzeugen) zertifiziert ist, zu versorgen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die nachgeschalteten LED-Treiber diese Norm dann nicht mehr erfüllen müssen.

Als drittes sollen sogenannte duale Systeme genannt sein. Dabei handelt es sich um Beleuchtungslösungen, die sowohl mit Wechsel- als auch Gleichspannung betrieben werden können. Eine typischste Anwendung ist die Notbeleuchtung. Um möglichst wenig Reibungsverluste zu generieren ist es sinnvoll, die überschüssige Energie in einer Pufferbatterie zwischenzuspeichern und die Beleuchtung direkt über ein internes DC-Boardnetz zu versorgen. Ansonsten würde durch unnötiges Wechsel- und anschließendes Gleichrichten beim jeweiligen LED Downlight bis zu einem Viertel der gewonnenen Energie vergeudet werden.

* Thomas Rechlin ist Senior FAE für Europa bei RECOM Engineering in Gmunden, Österreich.

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