Anbieter zum Thema

Maxim Integrated Products GmbH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Bicker Elektronik GmbH

RECOM Power GmbH

Wie sich die Kabellänge auf den Wirkungsgrad auswirkt

Die gezeigten Vorteile eines über PoE vernetzten LED-Leuchtensystems haben erneut die Debatte angefacht, ob die Wechsel- oder die Gleichstromversorgung die bessere Lösung ist. Teils wird gefragt, wie es mit den ohmschen Verlusten steht, die in einem Netzwerkkabel der Kategorie 5 oder besser entstehen. Andere Fragen beziehen sich darauf, ob diese Verluste so gering sind, dass sich tatsächlich ein spürbarer Effizienzgewinn einstellt, wenn die bei der derzeitigen Wechselstromversorgung zusätzlich erforderliche AC/DC-Umwandlung wegfällt.

Um diese Kontroverse zu analysieren, sollen drei Szenarien betrachtet werden, um zwei LED-Leuchtmittel mit 10 bzw. 20 W zu versorgen. Die beiden PoE-Szenarien werden gemäß der ursprünglichen Norm IEEE 802.3af (PSE mit 15,4 W und PD mit 13,0 W) sowie der Nachfolgenorm IEEE 802.3at (30 und 25,5 W) versorgt. Das AC-Szenario basiert auf der Standard-Netzspannung von 230 V_AC.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 8 Bildern

Das Bild 3 zeigt ein Blockschaltbild einer typischen PoE-Beleuchtungseinrichtung. Die Netzwechselspannung von 230 V versorgt hier ein Netzteil mit 1000 W des Typs PSE-1000 von CUI, das einen typischen Wirkungsgrad von 90 Prozent erreicht. Das PSE wird von einem PSE-Controller mit einer Leistung von 40 W des Typs MAX5984 gesteuert, während im PD ein Controller mit 70 W des Typs MAX5982 zum Einsatz kommt. Das verwendete Cat6-Kabel mit 23AWG weist je Strang einen Widerstand von 67 Ohm/km auf. Das Bild 3 und die Tabelle 2 enthalten entsprechende Details.

Da die Effizienz dieser Anordnung durch die Länge des Cat6-Kabels bestimmt wird, sollen für LED-Leuchten mit 10 und 20 W jeweils Kabellängen von 25 und 50 m sowie die maximal zulässige Länge von 100 m untersucht werden. Bei den Berechnungen wird für den LED-Treiber ein Wirkungsgrad von 95 Prozent zugrunde gelegt. Die tatsächliche Effizienz kann höher sein, wie Bild 4 mit den Wirkungsgradkurven des LED-Treibers MAX16832 zeigt. Bei einer Spannung von 48 V sind weitere Effizienzsteigerungen möglich.

Wechselstrom oder PoE – ein Vergleich der beiden Systeme

Der Systemwirkungsgrad kann je nach Kabellänge und abhängig von der Leistung an der Leuchte zwischen 79,7 und 83,9 Prozent betragen. Deutlich einbrechen kann der Wirkungsgrad bei LED-Leuchten hoher Leistung. Hinsichtlich der Effizienz ist es deshalb vorteilhafter, die Leistung pro Port eher gering zu halten, zumal das eine feinstufigere Steuerung erlaubt. Zudem entspricht ein LED-Leuchtmittel mit 20 W und 1800 lm ungefähr einem Halogenleuchtmittel mit einer Leistung von 200 W.

In dem hier getesteten AC-Szenario wird die LED-Leuchte direkt mit Wechselstrom versorgt und benötigt deshalb einen eigenen AC/DC-Wandler (Bild 5). In diesem AC-Szenario sind die Verluste in der Verkabelung minimal, während der Großteil der Effizienzeinbußen durch die in jeder einzelnen Leuchte notwendige AC/DC-Umwandlung entstehen. Der mit konstanter Schaltfrequenz arbeitende Offline-LED-Treiber MAX16841 sorgt bei niedrigen Spannungen von 100 bis 120 V wie hohen Netzspannungen von 220 bis 240 V für einen maximalen Umwandlungs-Wirkungsgrad, denn er arbeitet im Conduction-Mode, der für minimale Leitungs- und Schaltverluste sorgt. Das Datenblatt zum MAX16841EVKIT weist bei acht in Reihe geschalteten LEDs einen Wirkungsgrad von 82,9 Prozent mit Dimmung und 84,8 Prozent ohne Dimmung aus. Die Ausgangsleistung beträgt 10 W.

(ID:44247979)