Beleuchtungstechnik Worauf es bei Stromversorgungen für LED-Beleuchtungen ankommt

LED-Beleuchtungen stehen unmittelbar vor dem Einzug in den Massenmarkt. Aber welche Anforderungen stellen LED-Beleuchtungen an die Stromversorgung? Klar ist lediglich, dass sich gewöhnliche Schaltnetzteile dafür nicht optimal einsetzen lassen. Lesen Sie, was eine wirtschaftliche Stromversorgung für LED-Beleuchtungen ausmacht.

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In kaum einem Anwendungsfeld der Elektrotechnik und Elektronik lässt sich mit wenig Aufwand so viel Energie einsparen wie bei Beleuchtungen – etwa mit dem Einsatz von Leuchtdioden. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und des daraus resultierenden niedrigen Energiebedarfs sowie einer Lebensdauer von mindestens 40.000 Betriebsstunden sind LEDs anderen Lichtquellen wie Energiesparlampen, Leuchtstoffröhren oder Glühlampen weit überlegen. Allerdings benötigen LED-Beleuchtungen spezielle Stromversorgungen, an die hohe Anforderungen gestellt werden. Wir verraten Ihnen, was eine wirtschaftliche Stromversorgung für LED-Beleuchtungen ausmacht.

Die allgemeine Lichttechnik wird zum Hauptabnehmer für LEDs

Mit ihrem hohen Wirkungsgrad und ihrer langen Lebensdauer sind Leuchtdioden derzeit klar auf dem Vormarsch. So wandert bereits jede zweite weltweit produzierte Backlight-LED in den Bau von Fernsehgeräten. Sogar noch deutlich höher sind die Zuwachsraten in der allgemeinen Lichttechnik, denn in Raum- und Außenbeleuchtungen können LEDs aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und des daraus resultierenden niedrigen Energiebedarfs gegen Leuchtstoffröhren und gegen Glühlampen punkten.

Nach Angaben der Leuchtmittelhersteller ließen sich mit der Umstellung ganzer Beleuchtungssysteme wie der Straßenbeleuchtung auf LED-Technik bis zu 70% der Energiekosten einsparen. Leuchtdioden benötigen nur 11% der Energie einer Glühbirne und brauchen nur halb so viel Strom wie Energiesparlampen. Zudem haben LED-Module eine Lebensdauer von mindestens 40.000 Betriebsstunden – auch da können weder Energiesparlampe noch Glühlampe mithalten. Marktforschungsunternehmen wie DisplaySearch gehen deshalb davon aus, dass die allgemeine Lichttechnik ab etwa 2014 der Hauptabnehmer für LEDs sein wird.

Konstantstromquellen für Leuchtdioden

Allerdings benötigen LED-Beleuchtungen – ganz gleich, ob für die Bildschirm-Hinterleuchtung oder für die allgemeine Beleuchtung – spezielle Stromversorgungen. In vielen Anwendungen der Elektronik sind Konstantspannungsquellen üblich: Die Energieversorgung versucht dabei, die Spannung konstant zu halten, ganz gleich wie viel oder wie wenig Strom der Verbraucher gerade benötigt.

Anders bei Leuchtdioden: sie benötigen einen konstanten Strom und werden idealerweise aus einer Konstantstromquelle gespeist. In der Praxis werden meist mehrere LEDs zu einer Beleuchtung zusammengeschaltet. Dabei sind die LEDs zu so genannten Stripes in Reihe geschaltet. Um den Strom durch diese Serienschaltung konstant zu halten, muss die Stromversorgung die Spannung entsprechend variieren. Wichtig ist dabei, dass der Strom nie den maximal zulässigen Wert überschreitet.

Konstantspannungsquellen zur LED-Stromversorgung sind problematisch

Natürlich lässt sich auch eine LED-Beleuchtungseinrichtung grundsätzlich mit einer Konstantspannungsquelle betreiben. Dabei begrenzt in der Regel ein Serienwiderstand den Strom. Eine solche Anordnung ergibt eine simple, kosteneffektive Lösung. Der Nachteil: Die Schaltung muss exakt auf die Konfiguration abgestimmt sein, sonst kann die LED ihren Effizienzvorteil nicht voll ausspielen. Der Entwickler kann also kein universelles Netzteil auf Basis einer Konstantspannungsquelle bereitstellen, sondern muss von vornherein die genaue Anzahl von LEDs beziehungsweise LED-Stripes kennen.

Konstantstromquellen gibt es für unterschiedliche Ausgangsströme

Konstantstromquellen sind mit unterschiedlichen konstanten Ausgangsströmen erhältlich. Sie lassen sich direkt an das Leuchtdioden-Array anschließen, aber auch das stellt keine optimale Lösung dar: Sinnvoller ist es, einen passenden Treiberchip in das Geschehen einzuschalten, der die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Netzteils und den Spannungsabfall über der LED-Reihenschaltung ausgleicht. Weil dieser Spannungsabfall aber hohe Individualstreuungen aufweist, kann es aber dennoch zu Überlastungen von Stromquelle oder Netzteil kommen.

Im Markt für LED-Netzteile sind daher auch Stromversorgungsgeräte üblich, deren Charakteristik bis zu einem gewissen Strom-Schwellenwert derjenigen einer Konstantspannungsquelle entspricht. Der Strom ist auf diesen Schwellenwert begrenzt; sinkt der Innenwiderstand des Verbrauchers, so nimmt das Netzteil die Charakteristik einer Konstantstromquelle an – der Strom bleibt konstant und die Spannung sinkt entsprechend ab. Ebenfalls üblich bei hochwertigen LED-Stromversorgung ist eine eingebaute PFC für kapazitive und / oder induktive Lastanteile. Schließlich geht es gerade im Markt für LED-Stromversorgungen um höchstmögliche Effizienz.

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