Praxistipp: Wie man LEDs einsetzt und ansteuert

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Die LED in der Beleuchtung lässt sich vielseitig einsetzen. Ein zentrales Bauteil ist der LED-Treiber. Wir zeigen, worauf es bei ihm ankommt und wie er die LED steuert.

Binnen kürzester Zeit hat die Leuchtdiode (LED) die Beleuchtungstechnik erobert. LEDs sind vielseitiger und langlebiger als ihre Konkurrenten. Doch Entwickler müssen auf ihre besonderen Eigenheiten rücksicht nehmen, will man das beste Ergebnis aus dieser Lichttechnik herausholen. Der herkömmlichen Lichttechnik ist die LED in jeder Hinsicht überlegen. Beispiel Lebensdauer: Eine normale Glühbirne verströmt ihr Licht nur etwa 1000 Betriebsstunden lang, danach ist der Glühfaden durchgebrannt. Für eine LED dagegen sind mühelos 50.000 bis 70.000 Betriebsstunden erreichbar – und selbst dann fällt sie nicht auf einen Schlag aus; stattdessen geht die Lichtausbeute langsam, mit praktisch nicht wahrnehmbarer Geschwindigkeit zurück.

Beispiel Lichtausbeute: Eine LED erzeugt nach heutigem Stand der Technik einen Lichtstrom von etwa 310 lm/W; selbst die besten Glühlampen dagegen kommen nicht auf 20 lm/W. Während eine Glühlampe rund 95 Prozent der zugeführten elektrischen Energie in Wärme umsetzt, sind es bei einer LED nur etwa 23 Prozent, abhängig allerdings von einer Vielzahl verschiedener Faktoren. Zudem lässt sich mit LEDs Licht in praktisch jeder Farbe erzeugen – ganz im Gegensatz zu der Glühbirne. Die in jüngerer Zeit viel diskutierten Energiesparlampen (korrekte Bezeichnung: Kompaktleuchtstofflampen) liegen in allen diesen Sparten etwas besser als die klassische Glühlampe, können der LED aber ebenfalls nicht das Wasser reichen.

Vorzüge der LED als Leuchtmittel

Hohe Lebensdauer, hohe Energieeffizienz und damit hohe Lichtausbeute bei niedrigem Stromverbrauch sowie flexible Gestaltungsmöglichkeiten für Lichtdesigner. Mit diesem Steckbrief konnte die Leuchtdiode einen großen und weiterhin schnell wachsenden Markt schaffen. Vor allem die großen etablierten Anbieter im Markt für Beleuchtungstechnik konnten sich auch im LED-Markt ein gutes Standing und einen hohen Marktanteil sichern. Dieser Markt zeichnet sich nach wie vor durch eine hohe Dynamik aus; auch für innovative und qualitätsorientierte Anbieter - bieten sich hier interessante Chancen. Der badische Hersteller inpotron Schaltnetzteile GmbH, beispielsweise, hat sich im wettbewerbsorientierten Umfeld einen ausgezeichneten Ruf für seine maßgefertigten Individuallösungen für LED-Treiber erworben, die maßgeblich - für die Systemfunktion einer LED Leuchte sind.

Als Halbleiterbauelement ist die LED technisch grundverschieden von herkömmlichen Beleuchtungstechniken. Während letztere aus Stromversorgungsgeräten mit konstanter Spannung oder einfach aus dem Wechselstromnetz gespeist werden, benötigen LEDs Versorgungsgeräte, in der Branche als LED-Treiber bekannt, mit eingeprägtem Strom. Deswegen werden LEDs im Gegensatz zu anderen Leuchtmitteln vielfach in Serie geschaltet, denn dann ist der Strom durch alle Lampen aus physikalischen Gründen gleich hoch. Aus Kostengründen wird in der Praxis vor allem bei kleineren Leistungen vielfach allerdings oftmals keine echte Konstantstromquelle eingesetzt. Dafür werden häufig preiswerte herkömmliche Konstantspannungsquellen verwendet, bei denen ein Vorwiderstand die LED gegen zu hohe Ströme absichert oder die Symmetrierung mehrerer Stränge, allerdings verlustbehaftet, sicherstellt. Hersteller wie inpotron bieten hochwertige Mehrkanal-Stromquellen an, die aufgrund ihrer durchdachten Schaltungstechnik Einschaltstromstöße verhindern und legen somit die Grundlage für eine lange Lebensdauer der angeschlossenen LEDs.

Der LED-Treiber regelt die Helligkeit

Eine wichtige Aufgabe des LED-Treibers besteht in der Helligkeitssteuerung; LEDs lassen sich im Gegensatz zu Kompaktleuchtstofflampen dimmen. Mit anderen Worten: die Helligkeit lässt sich regeln, und diese Regelung erfolgt über den Treiber. Dabei können Lichttechniker auf ein breites Instrumentarium von Standards und Steuerungsmöglichkeiten zugreifen. Die meisten davon sind in der Technik der Gebäudeautomatisierung verwurzelt. Sehr verbreitet ist die DALI-Technik, was für Digital Addressable Lighting Interface steht, die im IEC-Standard 62386 definiert ist. DALI-Geräte sind zumindest von der Definition her zu einer Zwei-Wege-Kommunikation mit der Steuerzentrale in der Lage, das heißt, sie können nicht nur Befehle empfangen, sondern auch ihren Status zurückmelden. Für Installateure ist es wichtig zu wissen, dass die Anlage zumindest eine Basisisolation zur Primärseite aufweisen sollte. Verboten sind Ring-Topologien.

Die DALI-Systematik sieht innerhalb einer Installation bis zu 64 individuell adressierbare Einzelgeräte vor. Zudem lassen sich bis zu 16 Gruppen definieren, deren Mitglieder synchron gesteuert werden können. In der Steuerzentrale können 16 Stimmungen vorprogrammiert und auf Wunsch abgerufen werden. Ein Entwurf für ein weiterentwickeltes DALI 2-System sieht darüber hinaus umfangreichere Kommunikations- und Steuermöglichkeiten vor. Viele LED-Treiber von inpotron besitzen die die DALI-Funktionalität; das LED-Treiber-Angebot des Herstellers umfasst unter anderem Produkte für High-Bay-Industrieleuchten, die bis zu vier DALI-Kanäle bieten und Leuchten mit einer Gesamtleistung bis zu 210 Watt ansteuern können.

KNX für Gebäudeautomation und Bühnenntechnik mit DMX

Ebenfalls aus der Gebäudeautomation stammt der KNX-Standard. Festgeschrieben in der Europäischen Norm EN50090 und dem Internationalen Standard ISO/IEC 14543-3, erfolgen Steuerung und Energieversorgung in diesem Umfeld über getrennte Leitungen; zur Signalübermittlung wird üblicherweise eine Gleichspannungsleitung mit 29 V genutzt, es sind auch Installationen mit Powerline-Übertragungstechnik für die Steuersignale üblich. Trotz ähnlichem Namenskürzel, nicht mit KNX verwandt, ist die DMX-Technik, ebenfalls eine digitale Technik, die vor allem in der Bühnen- und Veranstaltungstechnik eingesetzt wird. Damit lassen sich bis zu 512 Geräte individuell ansprechen. In der bisherigen Ausführung werden die Adressen dazu händisch per DIP-Schalter am gesteuerten Gerät eingestellt. Neuere Versionen bieten zusätzlich einen Rückkanal mit elektronisch adressierbaren Geräten.

Am meisten verbreitet ist (noch) die analoge Steuerungstechnik über eine Steuerspannung, die, je nach gewünschter Lichtintensität, zwischen 1 und 10 V liegt. Aktuelle Überlegungen zur Weiterentwicklung dieser Technik gehen dahin, zwischen Primär- und Sekundärkreis eine Potentialtrennung vorzusehen.

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