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Treiberelektronik in der Beleuchtung Der LED-Treiber ist das Herz des Smart Lighting

Thomas Rechlin und Wolfgang Wolfsgruber *

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Im smarten Home bekommt der LED-Treiber noch mehr Funktionen übertragen. Damit steigt die Komplexität des LED-Leuchten-Designs weiter an. Ist das alles noch überschaubar?

Licht im Smarten Home: Der LED-Treiber ist das unterschätzte Herzstück, der sich der LED anpasst.
Licht im Smarten Home: Der LED-Treiber ist das unterschätzte Herzstück, der sich der LED anpasst.
(Recom)

Unter dem Schlagwort des Smart Lighting wird heute von einer Lampe viel mehr verlangt als auf Knopfdruck einfach nur Licht zu machen. Das Licht soll sich den Menschen in seiner Umgebung automatisch anpassen. Es soll für bestimmte Situationen die richtige Stimmung schaffen und Waren oder Personen ins rechte Licht setzen. Nicht zuletzt gilt es die Ressource Energie sparsam einzusetzen. Denn in Zeiten von Fukushima und steigenden Strompreisen ist jede gesparte kWh bares Geld wert. Darüber hinaus kann der persönliche ökologische Fußabdruck, der in den Industrieländern sowieso in der Regel überproportional groß ist, ein wenig kleiner gehalten werden. Um alles unter einen Hut zu bringen, stehen verschiedene Möglichkeiten zur Auswahl.

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Geht es um die Ansteuerung von Beleuchtungssystemen, dann teilt sich die Welt in zwei Lager: Die einen schwören auf fix verkabelte Systeme, während die zweite Gruppe auf kabellose Systeme setzt. Doch beide Varianten haben ihre Vor- und Nachteile. Fix verkabelte Systeme wie DALI, DMX oder KNX haben oft mit einem etwas angestaubten Image zu kämpfen. Die DALI-Schnittstelle wurde beispielsweise bereits in den 1980er Jahren standardisiert.

LED-Leuchten via DALI steuern

Der RELI-DA01/R ist ein Bindeglied zwischen einem dimmfähigen LED-Treiber und den verschiedenen DALI-Komponenten wie Schalter, Dimmern und Sensoren. Der Konverter kommuniziert mit dem DALI-Controller und empfängt von diesem Kommandos, welche dann wahlweise in PWM-, 0-10V- oder 1-10-V-Signale umgesetzt werden.

Am Steuerausgang jedes Konverters können bis zu sechs LED-Treiber angeschlossen werden. So lässt sich mit nur einem Konverter die Beleuchtung ganzer Räume steuern. Da der Konverter über ein eingebautes Relais verfügt, lassen sich einzelne Treiber komplett vom Netz nehmen, was den Standby-Verbrauch der Vorschaltgeräte auf Null reduziert. Dank des Eingangsspannungsbereichs von 90 bis 264 VAC kann der Bautein ohne weitere Modifikation weltweit betrieben werden.

Außerdem eignen sie sich aufgrund des teilweise übermäßigen Installationsaufwands nicht unbedingt zur Nachrüstung in bestehende Gebäude. Doch aufgrund ihres robusten Aufbaus, meist bedarf es nur zwei zusätzlicher Steuerleitungen, die noch dazu gemeinsam mit der Stromverkabelung verlegt werden können, sind sie für jeden Elektriker einfach zu installieren. Darüber hinaus sind sie auch äußerst störungsunempfindlich.

Bei der Installationen in Neugebäuden bieten sich daher solche Systeme regelrecht an. Entweder können die Leuchten direkt ins Hausautomatisationssystem eingebunden werden, was beispielsweise über KNX erfolgen kann, oder man benötigt dazu standardisierte Gateways bei DALI. Die Programmierung erfolgt üblicherweise über einen System-Controller, der zuerst das System mit einer Initialisierung (Commissioning) nach angeschlossenen Geräten absucht und diese adressiert. Damit lassen sich unterschiedliche Gruppen einfach zuordnen, ohne vorher bei der Verkabelung einen großen Aufwand treiben zu müssen. Auch die Wartung bzw. ein eventueller Austausch von Systemkomponenten wird dadurch wesentlich vereinfacht.

Beleuchtungen mit Wireless-Systemen

Ganz anders sieht es bei Wireless-Systemen aus. Solche kabellosen Systeme werden insbesondere durch den Hype bei Internet of Things stark forciert. Am Beleuchtungssektor sind wohl ZigBee, WiFi und Bluetooth die bekanntesten Vertreter dieser Technologie. Ein Vorteil der drahtlosen Systeme ist, dass sie einfach nachzurüsten sind, da sie außer einer Stromversorgung keine weiteren Anschlüsse benötigen.

Darüber hinaus sind sie mit entsprechenden Gateways auch einfach in bestehende Systeme zu integrieren. Fast alle Wireless-Techniken arbeiten nach dem CSMA- (Carrier-Sense-Multiple-Access-)Verfahren im selben Frequenzband. Gemäß diesem Verfahren prüft jeder Netzwerkteilnehmer zuerst ob der Sendekanal frei ist und darf erst dann seine Kommandos senden. Damit aber ein Gerät den Kanal nicht dauernd besetzt, ist die maximale Sendezeit eines Datenpakets beschränkt. Somit erhält jedes Gerät im Netzwerk die Möglichkeit früher oder später zu senden.

Originalbeitrag als ePaper oder im pdf-Format lesen

Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft LED- und OLED-Beleuchtungstechnik I erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Probleme mit dem Frequenzband bei der Lichtsteuerung

Durch die vielfältigen Anwendungen von IoT vervielfacht sich jedoch die Anzahl an Geräten im Netz. Das kann zu Beeinträchtigungen der Benutzerfreundlichkeit führen. Ein einfaches Beispiel: Über ein Tablet wird im hauseigenen WiFi-Netz gerade ein Film gestreamt. Gleichzeitig wird mit einem Funkschalter das Wohnzimmerlicht eingeschaltet. Da beide Anwendungen dasselbe Frequenzband nutzen, muss der Schalter auf einen freien Slot warten und so kann sich die Einschaltdauer des Lichts von wenigen Millisekunden auf mehrere Sekunden ausweiten.

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Umgekehrt kann es zu Ruckeln im Film kommen, immer wenn der Schalter betätigt wird. Beides eher unschöne Auswirkungen. Hinzu kommt noch das Thema Sicherheit. Gerade Wireless-Systeme sind ein beliebtes Angriffsziel für Hacker. Und wer will schon, das seine Leuchten, Rollläden oder gar die Alarmanlage von unautorisierten oder gar kriminellen Subjekten bedient wird? Neben der Anforderung, die passende Schnittstelle zu unterstützen bzw. in möglichst vielen Systemen einsetzbar zu sein, haben LED-Treiber noch eine viel größere Herausforderung zu meistern.

Beinahe im Wochenrhythmus werden neue LEDs vorgestellt. Üblicherweise leider immer mit unterschiedlichen Strom-/Spannungskombinationen. Das bedeutet jedoch im Umkehrschluss für Hersteller von LED-Treibern, dass beinahe jede LED einen speziellen LED-Treiber benötigt. Diese Strategie führt allerdings langfristig gesehen in eine Sackgasse. Denn diese Vielfältigkeit steht in krassem Gegensatz zu großen Produktionsvolumen und somit zu günstigen Preisen. Hier bedarf es einer universellen Lösung.

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