LED Tipps, Teil 3 LEDs vor einer Überlastung schützen

Autor / Redakteur: Mauro Ceresa * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Einer der großen Pluspunkte von Leuchtdioden ist ihre lange Lebensdauer. Wenn eine LED ordnungsgemäß betrieben wird, erzeugen sie auch nach vielen zehntausend Betriebsstunden noch bis zu 70% der anfänglichen Lichtleistung. Dies gilt jedoch nicht für eine Leuchtdiode, die überlastet wird.

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Gefahr für die LED: Zu hohe Strom- oder Spannungsstärken können dazu führen, dass die Anschlussdrähte einer LED durchschmoren (Pfeile links: Drähte - Pfeile rechts: durchgeschmorte Drähte)
Gefahr für die LED: Zu hohe Strom- oder Spannungsstärken können dazu führen, dass die Anschlussdrähte einer LED durchschmoren (Pfeile links: Drähte - Pfeile rechts: durchgeschmorte Drähte)
(Bild: Cree)

Stressfaktoren für LEDs sind unter anderem zu hohe Umgebungstemperaturen und eine schlechte Kühlung, aber auch elektrische Überlastung durch eine zu hohe Stromstärke oder Spannung. Eine elektrische Überlastung tritt immer dann auf, wenn die maximal zulässige Stromstärke oder Spannung kurzzeitig überschritten wird. Solche kurzzeitigen Stromstöße, auch Spikes genannt, können zum Ausfall der LED führen oder die Leuchtdiode derart beschädigen, dass sie kurze Zeit später ausfällt. Eine detaillierte Übersicht zu Schutzmaßnahmen gegen elektrische Überlastung ist in Crees „Electrical Over Stress Application Note“ zu finden.

Der gängigste Fehler, der die Lebensdauer von LEDs verkürzt, sind die so genannten „Hot-Plugs“. Bei der Prüfung von Leiterplatten verwenden viele Anwender eine Konstantstromquelle. Das hat den Vorteil, dass sich mehrere Platinen nacheinander einem Test unterziehen lassen, ohne dass dazwischen die Stromversorgung abgeschaltet wird.

Der Nachteil ist jedoch, dass die Stromversorgung zwischen den Tests für einen kurzen Moment lastfrei ist. Dann steigt die Ausgangsspannung auf den Maximalwert an. Wird die nächste Platine für den Test angeschlossen, kann die hohe Ausgangsspannung für eine Stromspitze von mehreren Ampere sorgen.

LEDs mit einer geeigneten Schutzschaltung ausstatten

Derartige Komponentenwechsel bei aktiver Stromversorgung nennt man Hot-Plug. Dieses Verfahren verwenden Techniker auch in der Installationsphase, wenn alle Elemente, die keine integrierte Stromversorgung besitzen, mithilfe einer externen Stromquelle getestet werden. Auch in diesem Fall tritt dasselbe Phänomen auf: Wird die Stromversorgung zwischen den Tests nicht vom Netz getrennt, steigt die Ausgangsspannung auf den Maximalwert und erzeugt einen überhöhten Einschaltstrom.

Zu beachten ist, dass jede Hot-Plug-Situation die Lebensdauer von LEDs verkürzt, und dies unabhängig von den eigentlichen Betriebsbedingungen. Anwender sollten daher LED-Beleuchtungselemente mit geeigneten Schutzschaltungen versehen, die den Strom oder die Spannung begrenzen. Sie fangen solche kurzzeitigen „Spikes“, Stromstöße, ab. Außerdem ist beim Test und der Installation von LEDs darauf zu achten, dass keine elektrischen Überlastsituationen auftreten.

Viele Schaltungsdesigner sind sich darüber bewusst, dass eine Schaltung nach thermischen, optischen und elektrischen Gesichtspunkten erstellt werden sollte. Aber auf eine Schutzschaltung gegen unsachgemäße Anwendungen oder „Hot-Plugs“ wird verzichtet.

Sicher ist nicht immer solch eine Schutzschaltung notwendig und würde möglicherweise den Wirkungsgrad verringern. Doch werden LED-Module mit einer separaten Stromversorgung betrieben ist es ratsam, solch einen Schutz vorhalten zu können. Der Einsatz einer einfachen Schutzschaltung beim Betrieb von LED-Beleuchtungen ist kostengünstig und reduziert die Rücklaufquote vom Kunden.

* * Mauro Ceresa ist EMEA Field Application Engineer bei Cree.

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