LED-Systeme erfordern Spezialberatung

Die Stromversorgung ist das schwächste Glied in der Kette

LEDs können ihre Vorteile nur ausspielen, wenn auch die Stromversorgung optimal konzipiert ist. Beim Design-In einer Stromversorgung lohnt es sich deshalb, genauer hinzusehen. Licht ins Dunkel bringt der Spezialdistributor Avnet Abacus mit seiner kürzlich vorgestellten Initiative »Best Fit«.

© Avnet Abacus 

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Cor van Dam, Marketing Director Power, Avnet Abacus: »Die Auswahl einer Stromversorgung für LED-Lichtanwendungen ist nicht einfach, und nicht jeder hat fundierte Kenntnisse der gesetzlichen Bestimmungen und Richtlinien, die von Land zu Land unterschiedlich sind.«

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Cor van Dam, Marketing Director Power, Avnet Abacus: »Die Auswahl einer Stromversorgung für LED-Lichtanwendungen ist nicht einfach, und nicht jeder hat fundierte Kenntnisse der gesetzlichen Bestimmungen und Richtlinien, die von Land zu Land unterschiedlich sind.«

Neben den üblichen Spezifikationen bezieht »Best Fit« vor allem auch die einschlägigen gesetzlichen Richtlinien in die Beratung mit ein.

Richtig installiert kann eine LED 35 Jahre oder länger halten, aber selbst eine ausgereifte Stromversorgung, die innerhalb ihrer Betriebsparameter arbeitet, erreicht nur eine Lebensdauer von 10 bis 12 Jahren. »Die Auswahl einer Stromversorgung für LED-Lichtanwendungen ist also nicht einfach, und nicht jeder hat fundierte Kenntnisse der gesetzlichen Bestimmungen und Richtlinien, die von Land zu Land unterschiedlich sind«, gibt Cor van Dam, Marketing Director Power von Avnet Abacus, zu bedenken. »Will man die höchstmögliche Lebensdauer von LED-Beleuchtungen erreichen, kommt es also auf eine gute Beratung bei der Auswahl und Spezifizierung der richtigen Stromversorgung aus den unzähligen zur Verfügung stehenden Möglichkeiten und deren fachgerechte Umsetzung an.« Man müsse unbedingt berücksichtigen, wie die Stromversorgung zu den anderen Produkten passt, so van Dam - und genau darauf legt Avnet Abacus im Rahmen seines Beratungskonzeptes »Best-Fit« besonderen Wert.

Gesetzliche Fallstricke

Für die spezifischen Betriebsspannungen von LEDs und die Konfigurationen, in denen LED-Beleuchtungen eingesetzt werden, reichen die Standard-Optionen zur Stromversorgung nicht aus. So unterliegen die LED-Stromversorgungen besonderen gesetzlichen Bestimmungen hinsichtlich der Sicherheit (EN61347-1/ -2-13, UL8750, UL1310 Klasse 2), EMV (EN55015) und Oberschwingungen (EN61000-3-2 Klasse C). Außerdem definiert die ErP-Rahmenrichtlinie 2009/125/EC (Ecodesign-Richtlinie) Regeln, die die negativen Auswirkungen energieverbrauchsrelevanter Produkte (EuP) und anderer energiebezogener Produkte (ErP) in allen Phasen von der Entwicklung bis zu ihrer Herstellung minimieren soll. Straßen-, Büro- und Wohnraumbeleuchtungen fallen alle unter diese Richtlinie, ebenso wie ihre jeweiligen Stromversorgungen.

»Die Interpretation dieser gesetzlichen Bestimmungen ist für Beleuchtungsdesigner und LED-Ingenieure, die den Markt noch nicht kennen, zunächst oft schwierig. Deshalb diskutieren sie die speziellen Anforderungen gerne mit einem spezialisierten Distributor«, erklärt van Dam. Eine solche Beratung kann sich schon im Entwicklungsstadium bezahlt machen, denn nur dann ist sichergestellt, dass von Anfang an alle Auflagen erfüllt sind. Außerdem zähle es zum Service eines guten Distributors, seine Lieferanten auch über neue gesetzliche Bestimmungen auf dem Laufenden zu halten, so van Dam.

Die Lichtleistung von LED-Systemen hängt von der Steuerung der LED-Einheit ab. Beispielsweise ist eine Versorgung mit Konstantstrom die kostengünstigste Lösung mit der höchsten Effizienz, doch kann unsymmetrischer Strom bei parallelen LED-Strängen zu ungleicher Helligkeit und zu einer verringerten Lebensdauer der LEDs führen. Andererseits sorgt eine Versorgung mit konstanter Spannung bei einer integrierten LED-Steuerschaltung dafür, dass Strom genau gesteuert durch die LEDs geleitet wird, sodass die Lichtleistung gleichmäßiger und die Lebensdauer hoch ist, »allerdings bei geringerem Wirkungsgrad und höheren Kosten«, räumt van Dam ein. »Die Entwickler werden deshalb genau prüfen müssen, für welche Anwendung sie planen und ob es sich auszahlt, eine teurere, aber gleichmäßigere Steuerung und damit eine längere Lebensdauer zu konzipieren, statt sich für die billigere Option zu entscheiden, die aber eine kürzere Lebensdauer mit sich bringt«, gibt der Marketing Director zu bedenken und hat auch gleich ein Praxisbeispiel parat: Bei kleinen und mittleren LED-Beleuchtungssystemen, so van Dam, könne sich der Einsatz von Halbleitern der Firma Power Integrations (PI) bezahlt machen. Power Integration baue seine Halbleiter diskret auf, überzeuge durch ausgezeichnete Softwaretools und zähle zu den technischen Vorreitern bei individuell zugeschnittenen LED-Stromversorgungen, so van Dam. »Das könnte durchaus eine Low-Cost-Option für High-Volume-Anwendungen werden.« Ein Vorteil dabei wäre, dass der Schaltkreis für die höchstmögliche Effizienz ausgelegt werden kann. Aber nach Ansicht von van Dam ist das nicht immer die am schnellsten umzusetzende Option. Die Alternative ist eine betriebsfertige Lösung »von der Stange«. Hier habe Avnet Abacus über 500 verschiedene Modelle mit Konstantstromleistung (CC) von 3 bis 350 W im Sortiment und darüber hinaus auch entsprechende Dimmer-Optionen, beispielsweise für Architekturbeleuchtungen. Das Spektrum von Avnet Abacus umfasst außerdem eine breite Palette von LED-Stromversorgungen mit konstanter Spannungsleistung von 10 W bis zu einigen kW. 

Und wie lässt sich die Lebensdauer einer LED maximieren? Das dürfte wohl eine der am häufigsten gestellten Fragen sein, mit der ein Distributor beim Design-in einer Stromversorgung konfrontiert wird. »Über die Langlebigkeit von LEDs ist bekanntlich schon viel geschrieben worden, doch sind auch sie natürlich nicht unzerstörbar - schon eine einzige Spannungsspitze kann die LED zerstören«, erklärt van Dam. Auch extreme Hitze kann sowohl der LED als auch der Stromversorgung schnell den Garaus machen.

Auch wenn man ein LED-System mit Niedrigstrom betreibt, kommt man nicht umhin, die Hitzeentwicklung im Körper und in der Stromversorgung zu reduzieren, beispielsweise durch die Verwendung von Kühlkörpern an den Fassungen. Die Lichtanlage arbeitet bei niedrigeren Temperaturen nicht nur effizienter, sondern auch die Gefahr einer Beschädigung der LED-Fassungen ist erheblich geringer. Damit die Stromversorgung möglichst lange hält, empfiehlt van Dam den Entwicklern, von Anfang an die Wärmeableitung in das Konzept mit einzubeziehen. »Darüber hinaus sollte der Entwickler sein Augenmerk auf den Ort und die Art der Lichteinheiten-Montage legen, um den Kühlungsprozess zu unterstützen«, sagt der Marketing Director. Außerdem rät vam Dam, darauf zu achten, dass Schwachpunkte innerhalb der Stromversorgungseinheit möglichst gering gehalten werden. Bekanntlich wirken sich Bauteile wie Elkos und Optokoppler auf die Lebensdauer und Sicherheit der Stromversorgung aus. Die Entwickler verzichten daher bei der Spezifikation von Stromversorgungen zunehmend auf solche Bauteile. Und, so van Dam, man sollte auch bei den Herstellungsverfahren auf Qualität achten, um mögliche Beeinträchtigungen durch Hitze, Eindringen von Feuchtigkeit und UV-Licht zu verhindern: »Denn zum Beispiel eine trockene Schweißnaht, die mit einem qualitativ minderwertigen Herstellungsverfahren hergestellt wurde, könnte sich im Betrieb als kritisch erweisen.

Weiterführende Links:

• LEDs für Beleuchtungssysteme: »Das Fenster zu einem Milliardenmarkt beginnt sich zu öffnen«