LED in der Beleuchtungstechnik

Die Versorgung und Ansteuerung farbiger LED-Fluter ist anspruchsvoll. Hochwertige LED-Treiber meistern diese Aufgabe effektiv, präzise und Flicker-frei.

Moderne LED-Lampen haben die Möglichkeiten zur stimmungsvollen Illumination von Gebäuden erheblich erweitert. Vorbei die Zeiten, als es genügte die örtliche Burgruine die ganze Nacht in Warmweiß anzustrahlen. Heutzutage erwarten die Besucher ein farbenfrohes Spektakel auf jeder Fassade. Auch auf Kreuzfahrtschiffen ist eine effektvolle Lightshow für die Partystimmung inzwischen unerlässlich. Die neuen Gestaltungsfreiheiten stellen aber auch erhebliche Anforderungen an Ansteuerung und Stromversorgung solcher Lichtanlagen. Insbesondere was Präzision, Effektivität und Zuverlässigkeit der eingesetzten Netzteile betrifft. Am Beispiel des 165 W Singlestage Resonanzwandlers PSU-0164-11 der inpotron Schaltnetzteile GmbH wollen wir zeigen, was aktuelle Vier-Kanal-LED-Treiber hier zu leisten vermögen.

Vor allem wenn mehrere Strahler zusammenarbeiten, kommt es auf Farbtreue und Reproduzierbarkeit der vom Nutzer programmierten Szenen an. Dafür ist eine präzise Stromausgabe der LED-Treiber entscheidend. Die von exscitron (Tochtergesellschaft von inpotron) entwickelte und patentierte Splittertopologie ermöglicht eine mehrkanalige Stromaufteilung, bei der jeder Kanal separat punktgenau geregelt werden kann. Mit einer Effizienz von 99% ist dieses robuste Konzept

In den letzten Jahren sind Leuchtdioden für den Einsatz in Beleuchtungen deutlich effizienter geworden. Was nicht zuletzt auch an ihrem gesunkenen Innenwiderstand liegt. Das hat sie allerdings auch empfindlicher gegenüber dem 100-Hz-Spannungsbrumm gemacht, wie er für einstufige Treiberkonzepte am Ausgang typisch ist. Das dadurch bewirkte Flimmern ist für den Betrachter nicht nur störend, sondern wird in Fachkreisen auch als „gesundheitlich bedenklich“ diskutiert. Die Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies (ASSIST) betrachtet bei 100 Hz einen Flimmeranteil von mehr als 20% als nicht mehr akzeptabel. Mit einer Ripplecancelation, wie sie in den Singlestage Resonanzwandlern von inpotron implementiert ist, lässt sich diese Wechselstromüberlagerung auf der Ausgangsseite beseitigen. Trotz der zusätzlichen Schaltung erzielen solcherart ausgestattete LED-Treiber von inpotron Wirkungsgrade besser als 92%, was bei mehrkanaligen LED-Netzteilen in dieser Leistungsklasse momentan einzigartig ist.

Weil bei Resonanzwandlern dieses Typs eingangsseitig keine Elektrolytkondensatoren verbaut sind, entsteht bei ihnen auch kein erhöhter Eingangsstrom, sie sind „inrushfree“. Rein rechnerisch könnten daher an einen Versorgungsstrang so viele Netzteile angeschlossen werden, wie es der Nennstrom des Leitungsschutzschalters zulässt. In der Praxis empfiehlt es sich aber, diese Möglichkeit höchstens zu 80% auszunutzen.

Nicht nur zu Lande, auch zu Wasser wird die bunte Außenbeleuchtung immer beliebter. Zusätzlich zu den auf dem Festland gültigen Normen und Vorschriften müssen LED-Treiber hier auch noch die Vorgaben der DNV-GL-Group entsprechen. Diese, aus dem Zusammenschluss von Det Norske Veritas (DNV) und Germanischem Lloyd (GL) hervorgegangene, Klassifikationsgesellschaft legt unter anderem strenge Maßstäbe beim EMV-Verhalten an. Insbesondere dürfen Netzteile nicht die Frequenzbereiche der Not- und Anrufkanäle stören und müssen auch unter 150 kHz geringe Störpegel aufweisen. Nur mit erhöhtem Filteraufwand ist diese GL-Konformität einzuhalten.

Neben den essentiellen Basics sollten sich aktuelle Netzteile auch an die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Einsatzzweckes anpassen lassen. Neben voller DALI-2-Konformität sind hier vor allem die Bestückung mit einer ZigBee-Schnittstelle oder einem 0 ‑ 10 V Ausgang für analoges Dimmen gefragt. Dabei muss das Netzteil aber auch in der Lage sein, bei niedrigen Dimmstufen auf Pulsweitenmodulation zu wechseln, um Alterungseffekte oder Farbortverschiebungen bei den angesteuerten LEDs zu vermeiden. Für den flexiblen Einsatz ist es zudem von Vorteil, wenn sich in die Firmware auch kundenspezifische Funktionen einfügen lassen. Beispielsweise um den Ausgangsstrom abzugleichen, beziehungsweise zu kalibrieren oder die Derating-Schwelle zu ändern. Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit sollten Modifikationen auch durch spätere Firmware Updates möglich sein.

Zur farblichen Steuerung von LED-Beleuchtungen bietet die inpotron Schaltnetzteile GmbH jetzt den 165 W Singlestage Resonanzwandler PSU-0164-11 an, der vier LED-Stränge separat versorgt. Dank integrierter Ripplecancelation geschieht dies im Stromkonstantmodus ohne Wechselstromüberlagerungen.