Welche Vorteile aktiv gesteuerte Schaltnetzteile für High-Power-LEDs bieten

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Die positiven Aspekte des von exscitron verfolgten Leichtbaus wirken sich auch auf zwei weitere wesentliche Punkte aus: Größe und Preis des Endprodukts. Durch den Einsatz des Mikrocontrollers eröffnet sich eine Reihe von Möglichkeiten, die mit reiner Analogtechnik nur schwer oder gar nicht realisierbar sind:

Nachtabsenkung für Straßenbeleuchtungen: In vielen Fällen wird derzeit in vorhandenen Systemen eine Nachtabsenkung bei Natriumdampflampen realisiert, indem über eine zweite Phase eine zusätzliche Lampe zu- oder abgeschaltet wird. Diese Funktion simuliert der Hersteller exscitron – was bei einer High-Power-LED gar nicht einfach ist, da ihre Lichtausbeute nicht linear zum Strom verläuft. Mithilfe des Controllers lässt sich der Ausgangsstrom gezielt programmieren und für die Absenkung beispielsweise von 100 auf 30 Prozent senken – das entspricht etwa der Halbierung der Helligkeit.

Dimmen auf der Sekundärseite: Eine galvanische Trennung bietet die Möglichkeit, mittels eines normalen Potentiometers den Ausgangsstrom einfach von Hand einzustellen. Ein extrem großer, stufenloser Einstellbereich zwischen 25 und 100 Prozent ermöglicht eine optimale Anpassung an Kundenwünsche.

Leuchtenerkennung über Widerstand: Wird am Dimm-Eingang ein Festwiderstand angeschlossen, kann das Netzteil unterschiedliche Leuchtmittel erkennen und mit geeigneten Stromparametern versorgen. Dadurch lassen sich Leuchten unterschiedlicher Leistungsklassen mit nur einem intelligenten Vorschaltgerät betreiben.

LED-Schutzeinrichtung durch nacheilende Kontaktierung: Dieses besondere Feature zielt darauf ab, im Servicefall eine LED-Leuchten-Einheit im laufenden Betrieb wechseln zu können. Herkömmliche Stromquellen treiben bei Lastabwurf die Ausgangsspannung bis in die Begrenzung hoch. Beim Anstecken eines neuen Leuchtmittels liegt daher eine hohe statische Spannung direkt an der LED an. Dies verkürzt ihre Lebensdauer massiv. Die nacheilenden Kontakte melden der Stromversorgungseinheit das Abziehen der Last. Sofort wird der Ausgang auf eine für die LEDs ungefährliche Spannung reduziert. Beim Anstecken fährt das Netzteil die Spannung sanft wieder hoch, bis der gewünschte Stromwert erreicht ist.

Große LED-Fertigungstoleranzen bedingen Kompromiss

Ein großes Problem bei derzeitigen High-Power LEDs sind die großen Fertigungstoleranzen. Exemplar-Streuungen bei Flussspannungen von 2,7 V bis 3,8 V bei typisch 3,2 V sind immer noch an der Tagesordnung. Die Flussspannung bezeichnet die tatsächliche Betriebsspannung der LED bei einem bestimmten, erforderlichen LED-Strom. Sie ergibt sich aus der individuellen LED-Kennlinie im jeweiligen Arbeitspunkt. Das Parallelschalten von LEDs ist daher nach wie vor ein Problem. Zwar können Hersteller von LED-Beleuchtungen enger gesteckte Bins kaufen, diese kosten aber Aufpreis.

Eine Reihenschaltung vieler LEDs bedingt, zumindest in der Leistungsklasse um 100 W den Bereich sicherer Niederspannungen (Safety Extra Low Voltage, SELV) deutlich zu verlassen. Daraus resultieren zwei große Probleme. Erstens muss jede LED mit einer teuren Schutzbeschaltung ausgerüstet werden, da der Ausfall einer LED sofort das Erlöschen aller anderen bedingen würde. Zweitens müssen die Luft- und Kriechstrecken zum Kühlkörper und berührbaren Teilen stark vergrößert werden. Das ist teuer und verschlechtert den Wärmeübergang. Eine verminderte LED-Lebensdauer oder eine reduzierte Lichtausbeute sind die Folgen. Gerade diese beiden Punkte sind aber die Hauptargumente, die für den Einsatz einer High-Power LED sprechen.

Das Licht von LEDs lässt sich vielseitig einsetzen. Damit man alles aus seiner LED-Beleuchtung herausholen kann, sind LED-Treiberbausteine notwendig. (pixabay)

Der Hersteller exscitron setzt bislang auf eine Stromquelle, die eine Reihenschaltung von bis zu zwölf LEDs ermöglicht. Bis zu acht der Reihenschaltungen lassen sich parallel betreiben. Kosten und Effizienz stehen hier in einem optimalen Verhältnis, allerdings erfordert die Lösung gut selektierte LEDs oder fertige Module. Die mögliche auftretende Spannung bleibt unterhalb kritischer SELV-Werte. Da zwischen Netz und LED nur ein Wandler aktiv ist, erzielt die Stromversorgung von inpotron eine Verlustleistung von 7 W zwischen Netz und der eigentlichen LED – und das bei einer Ausgangsleistung von 100 W.

* Hermann Püthe ist Geschäftsführender Gesellschafter bei der Inpotron Schaltnetzteile GmbH.

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