close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

10 Grenzbesetzung_!Standard-Seite NZZ

EinbettenHerunterladen
L E D -T R E I B E R
www.polyscope.ch
AKTIVE BAUELEMENTE
LED-Beleuchtung muss man als System betrachten
«Kühler Kopf» lässt LED länger leuchten
Das Thema «Energieeffizienz» ist bei uns längst in der Mitte der Gesellschaft angekommen. Kaum
ist die Glühbirne weitgehend durch Energiesparlampen ersetzt, sorgen Hochleistungs-LED für
weitere dramatische Veränderungen der Beleuchtungstechnik. Von zentraler Bedeutung ist dabei
die optimale Abstimmung von LED, Stromversorgung und Kühlung.
» Reinhard Zimmermann
Bei LED-Beleuchtungssystemen geht es neben
dem sparsamen Verbrauch vor allem um die
Lebensdauer solcher Systeme, die mit über
50 000 Stunden um ein Vielfaches höher
ist als jene bisheriger Leuchtmittel. Um
dies zu gewährleisten, muss man in der
Entwicklung von diesen Beleuchtungslösungen LED, Stromversorgung und Kühlung optimal aufeinander abstimmen.
reichende Kühlung gesorgt, ist das Thema
«lange Lebensdauer» schnell erledigt.
Kühlung, oder modern ausgedrückt
«Wärme-Management», ist deshalb ein
grosses Thema bei LED-Lampen. Zum
einen möchte man sich ein schönes
Design nicht durch klobige Kühlkörper
verderben, zum anderen aber haben
hohe Sperrschichttemperaturen von
über 100 °C negative Auswirkungen
auf die Lebensdauer.
Ein Kühlkörper muss deshalb
so dimensioniert sein, dass die
Temperatur an der Oberfläche
unter 75 °C bleibt. Soll eine Lampe in Reichweite von Menschen
montiert werden, sind Oberflächentemperaturen von 55 °C oder
weniger wünschenswert. Auch hier
muss man Designkompromisse machen, da die Grösse eines Kühlkörpers
den Gestaltungsspielraum erheblich einengt.
LED sind keine Lampen, sondern
Halbleiter
Bei der Konzeption moderner, auf Hochleistungs-LED basierender Beleuchtungssysteme sehen sich die Designer mit
Herausforderungen elektronischer Natur
konfrontiert, einem Metier also, das bislang
kein Thema war. Denn LED sind keine «Lampen», sondern Halbleiter, die man an niedrigen Gleichspannungen betreibt. Um daraus
eine funktionierende Lampe zu konstruieren,
muss sich der Designer neben der ästhetischen Gestaltung des Gehäuses und der Auswahl passender LED auch mit Themen wie
Stromversorgung und Kühlung befassen.
Denn diese drei Komponenten entscheiden
nicht nur über Effizienz und Lebensdauer des
gesamten Systems, sondern auch über Farbtemperatur und Homogenität des abgestrahlten Lichts. Letztere entscheiden massgeblich,
was wir sehen und wie wir dabei empfinden.
Denn unser Wohlbefinden ist nicht zuletzt
von der Qualität des Lichtes abhängig, das
uns am Arbeitsplatz oder zu Hause umgibt.
Kühler Kopf – heisses Herz
Zwar gehen LED sehr effizient mit der zugeführten Energie um, aber die Annahme, sie
würden nicht heiss, ist ein weit verbreiteter
Trugschluss. Richtig ist, dass sie im Prinzip
Polyscope 20/10
Dimmbare Treiber verbessern das
Wärme-Management
Komplettes Beleuchtungssystem, basierend auf
einer CREE MP-L mit Kühlkörper, Reflektor
sowie einem 450-mA-«LightLine»-Treiber
nur Licht abstrahlen und keine Wärme. Sie
behalten quasi «kühlen Kopf». Was für Studiobeleuchtungen ein unschätzbarer Vorteil ist,
stellt den Designingenieur aber vor zusätzliche Probleme. Denn bei der Umwandlung von
elektrischem Strom in Licht entstehen hohe
Temperaturen «im Herz» der Leuchtdiode – in
der Sperrschicht – und damit auf sehr eng
begrenztem Raum. Wird hier nicht für aus-
Die Wahl des richtigen LED-Treibers kann helfen, das Wärme-Management einfacher zu gestalten und die gesamte Ästhetik einer Lampe
zu verbessern. Ist ein Treiber nämlich dimmbar – der RCD 24 von Recom ist dies sowohl
analog als auch über Pulsweitenmodulation –,
kann der Kühlkörper auf jenes Minimum
reduziert werden, das für den normalen Betrieb erforderlich ist. An heissen Tagen oder
während ununterbrochenem Dauerbetrieb
regelt ein Thermistor die Stromzufuhr über
die Dimmfunktion des Treibers so, dass die
Temperatur im Inneren der LED immer im
optimalen Bereich bleibt.
41
42
AKTIVE BAUELEMENTE
L E D -T R E I B E R
CURRENT-VOLTAGE CURVES FOR HIGH POWER LEDs
LED1 = 2,96 V
@ 350 mA
CURRENT
LED3 = 3,02 V
@ 350 mA
0,35
0,30
Ta = 25°C
0,25
0,20
0,15
Die Kennlinien von
vier baugleichen LED
mit 350 mA
Nennstrom – würden
alle parallel an 3 V
betrieben, wäre LED1
bereits überlastet,
während LED4 nur
wenig hell leuchtet
0,10
0,05
0,00
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
VOLTAGE
3,0
3,1
3,2
LED2 = 3,01 V LED4 = 3,21 V
@ 350 mA
@ 350 mA
Da das menschliche Auge bei hohem Helligkeitsniveau relativ unempfindlich ist, nimmt
es diesen Vorgang nicht wahr. Der Kunstgriff
aber kann die Lebensdauer einer LED-Lampe
wesentlich steigern, ohne dabei den Kühlkörper überdimensionieren zu müssen.
Konstantstromversorgung kompensiert
Nichtlinearität
Obwohl Leuchtdioden schon seit gut vier Dekaden im Einsatz sind, hat sie die Beleuchtungsindustrie erst in jüngerer Vergangenheit
für sich entdeckt. Denn als Halbleiter mit
nichtlinearer Kennlinie und einer Schwellspannung von zirka 3 VDC pro Zelle sind sie
nicht gerade für den Betrieb in einem 230-VWechselspannungsnetz prädestiniert.
Hinzu kommt, dass die Kennlinien von
LED eine ziemliche Streuung aufweisen –
selbst dann, wenn sie aus einer einzigen
Produktionslinie stammen. Bei gleicher
Betriebsspannung leuchten sie verschieden
hell und mit unterschiedlicher Farbtemperatur. Da das menschliche Auge insbesondere
bei niedrigem Lichtniveau sehr empfindsam
auf Unterschiede in Helligkeit und Farbe reagiert, sind merkliche Unterschiede nicht
tolerierbar. Die Hersteller bieten ihre LED
daher nach Farbtemperatur selektiert an.
Wollte man darüber hinaus auch noch
nach gleicher Helligkeit selektieren, würde
Autor
Reinhard Zimmermann,
Produkt Marketing Manager,
Recom Elektronik GmbH
zimmermann@recomelectronic.com
das Problem schnell unübersichtlich. Denn
aufgrund der Nichtlinearität führen bei parallel betriebenen LED schon minimale Abweichungen der Schwellspannung zu stark unterschiedlichen Helligkeitswerten. Leuchtdioden
mit niedrigerer Schwelle ziehen mehr Strom
und leuchten heller als andere mit höherer
Schwelle. Da die Helligkeit aber proportional
zum Stromfluss ist, bietet es sich an, mehrere LED in Serie zu schalten und diese mittels
Konstantstromtreiber wie die RCD 24-Serie zu
versorgen.
Wenn eine Kette mit z.B. sechs LED nicht
genügend Licht gibt, könnte man anstelle eines zweiten Wandlers einen mit doppeltem
Nennstrom wählen und zwei Ketten parallel
betreiben. Dabei würde es zwischen beiden
Strängen nicht zu merklichen Helligkeitsunterschieden kommen, da sich die Streuung
der einzelnen LED weitgehend kompensiert.
Quittiert aber eine einzige LED ihren Dienst
und unterbricht den Stromfluss in einer der
Ketten, so wird die andere zwangsweise mit
dem doppelten Strom versorgt. Dies würde
in kürzester Zeit zum Totalausfall der Lampe
führen. Parallelversorgung mehrerer Ketten
ist deshalb ohne externe Beschaltung, wie
z.B. eine Stromspiegelung, nicht zu empfehlen.
Die Wahl des richtigen Treibers
Die Wahl des LED-Treibers bringt eine wichtige Weichenstellungen für die Sicherheit und
Lebensdauer des Beleuchtungssystems. Hat
ein Designer selbst Zugang zu Elektronik«Know-how» und plant er sehr hohe Produktionsstückzahlen, mag es sich eventuell
lohnen, den Treiber selbst zu entwickeln, auf
EMV-Verträglichkeit zu prüfen und gemäss
Polyscope 20/10
L E D -T R E I B E R
AKTIVE BAUELEMENTE
Recom erweitert seine
LED-Treiber-Palette
um einen «Booster»
(oben links) sowie
AC-Treiber für die
Leistungsklassen,
3, 6, 12, 20 und 60 W
einschlägiger Sicherheitsstandards wie z.B.
der neuen UL 8750 für Beleuchtungssysteme
zuzulassen. In den meisten Fällen wird es
aber sinnvoll sein, als schnelle und insgesamt
günstigere Lösung auf zertifizierte LED-Treiber namhafter Hersteller zurückzugreifen, die
Lösungen für vielseitige Anwendungsgebiete
zur Verfügung stellen.
Grundsätzlich richtet sich die Wahl des
Treibers danach, ob man die Lampe an
Gleich- oder Wechselspannung betreibt. Bei
Wechselspannung ist zu entscheiden, ob
der Einsatz universell in 110-/230-V-Netzen
möglich sein soll oder jeweils nur in einem
der beiden. Erfolgt die Versorgung aus einer
Gleichstromquelle, ist die Höhe der verfügbaren Versorgungsspannung wichtig für die
Anzahl von LED, die seriell in einer Kette
betrieben werden können. Jede LED beansprucht für sich etwa 3 V. Da es sich bei den
gängigsten Treibern um sogenannte «Buck»Wandler handelt, deren Ausgangsspannung
immer etwas geringer ist als die Eingangsspannung, sind zum Betrieb einer Kette von
6 oder 7 LED mindestens 24 V erforderlich.
Soll eine solche Kette aber z.B. aus einer 9-V-Batterie oder an einer Solarzelle
betrieben werden, kommen sogenannte
«Boost»-Wandler zum Einsatz. Diese sind
in der Lage, eine niedere Eingangsspannung in eine höhere Ausgangsspannung
zu «transformieren». Die als «Open-frame»Version lieferbare RBD-Familie liefert wahlweise 350 mA Konstantstrom an bis zu 40 V
Ausgangsspannung oder 500 mA an bis zu
24 V. Die Eingangsspannung darf dabei im
Bereich 8 bis 32 V bzw. 6 bis 21 V liegen. Der
Wirkungsgrad dieser Boost-Treiber liegt im
Bereich 90 bis 95 Prozent.
Polyscope 20/10
Fazit
Mit der rasanten Entwicklung bei Hochleistungs-LED stehen wir vor dramatischen
Veränderungen im Beleuchtungssektor. Teilweise eröffnen sich Perspektiven, die bislang
undenkbar waren – nicht zuletzt durch die
Kombination aus Solarzelle und LED. Neben
der LED kommt dabei der Stromversorgung
eine wesentliche Bedeutung zu, denn sie passt
Versorgungsspannungen aller Art an die Bedürfnisse von LED an und entscheidet ganz
wesentlich über deren Lebenserwartung.
«
Infoservice
Recom Electronic GmbH
Otto-Hahn-Strasse 60, DE-63303 Dreieich
Tel. 0049 6103 300 070, Fax 0049 6103 300 07 61
info@recom-international.com
www.recom-international.com
Halle B2 /Stand 213
Document
Kategorie
Gesundheitswesen
Seitenansichten
12
Dateigröße
597 KB
Tags
1/--Seiten
melden