LED-Treiber steuert präzise bis vier Kanäle

| Autor / Redakteur: Hermann Püthe * / Hendrik Härter

Der Singlestage-Resonanzwandler PSU-0164-11 mit einer Leistung von 165 W versorgt bis zu vier LED-Stränge separat. Dank integrierter Ripplecancelation erfolgt das im Stromkonstantmodus ohne Wechselstromüberlagerungen.
Der Singlestage-Resonanzwandler PSU-0164-11 mit einer Leistung von 165 W versorgt bis zu vier LED-Stränge separat. Dank integrierter Ripplecancelation erfolgt das im Stromkonstantmodus ohne Wechselstromüberlagerungen. (Bild: Inpotron)

Farbige LED-Fluter mit Energie zu versorgen und anzusteuern ist anspruchsvoll. Hier helfen LED-Treiber, die nicht nur effektiv und präzise bis zu vier Kanäle steuern, sondern auch Flicker vermeiden.

Mit modernen LED-Lampen ist es möglich, Gebäude oder Plätze stimmungsvoll zu illuminieren und damit in Szene zu setzen. Schließlich sind die Zeiten vorbei, als es genügte, die örtliche Burgruine die ganze Nacht in Warmweiß anzustrahlen. Heute 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 Singlestage-Resonanzwandlers des Typs PSU-0164-11 mit einer Leistung von 165 W der Inpotron Schaltnetzteile soll der folgende Text zeigen, was aktuelle LED-Treiber mit vier Kanälen leisten können.

Arbeiten mehrere Strahler zusammen, kommt es auf Farbtreue und Reproduzierbarkeit der vom Nutzer programmierten Szenen an. Dafür ist eine präzise Stromausgabe der LED-Treiber entscheidend. Die von Exscitron, einer Tochtergesellschaft von Inpotron, entwickelte und patentierte Splittertopologie ermöglicht es dem Anwender, den Strom mehrkanalig aufzuteilen, wobei jeder Kanal separat punktgenau geregelt werden kann. Mit einer Effizienz von 99% ist dieses robuste Konzept verlustleistungsärmer als vergleichbare Wandler am Markt.

Der Innenwiderstand bei der LED ist gesunken

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 empfindlicher gegenüber dem 100-Hz-Spannungsbrumm gemacht, wie er für einstufige Treiberkonzepte am Ausgang typisch ist. Das damit verbundene 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 einer Frequenz von 100 Hz einen Flimmeranteil von mehr als 20% als nicht mehr akzeptabel. Mit einer Ripplecancelation, wie sie in den Singlestage-Resonanzwandlern implementiert ist, lässt sich diese Wechselstromüberlagerung auf der Ausgangsseite beseitigen. Trotz der zusätzlichen Schaltung erzielen die so ausgestatteten LED-Treiber Wirkungsgrade besser als 92%, was bei mehrkanaligen LED-Netzteilen in dieser Leistungsklasse momentan nicht sehr verbreitet ist.

EMV-Verhalten der Treiber auf See

Weil bei Resonanzwandlern dieses Typs eingangsseitig keine Elektrolytkondensatoren verbaut sind, entsteht bei ihnen auch kein erhöhter Eingangsstrom, sie sind Inrush-free. Das bedeutet, bei ihnen ist kein überhöhter Einschaltstrom vorhanden. 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 auf dem Land, sondern auch auf See wird die bunte Außenbeleuchtung mit LEDs 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.

Maßgeschneiderte Netzteile per Firmware-Update

Neben den notwendigen Grundlagen sollten sich aktuelle Netzteile an die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Einsatzzweckes anpassen lassen. Dazu gehören neben voller DALI-2-Konformität vor allem die Bestückung mit einer ZigBee-Schnittstelle oder einem 0-10-V-Ausgang für analoges Dimmen. Dabei muss das Netzteil 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 von Vorteil, wenn sich in die Firmware 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.

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Dieser Beitrag ist erschienen im Sonderheft LED- und OLED-Lichttechnik II der ELEKTRONIKPRAXIS (Download PDF)

* Hermann Püthe ist Geschäftsführender Gesellschafter bei Inpotron Schaltnetzteile in Hilzingen.

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