LED-Beleuchtung

Leuchten-Design ohne Vorschaltgerät für das Wechselstromnetz

| Autor / Redakteur: Lorenz Bauer * / Hendrik Härter

LED-Module mit kompletter Ansteuerelektronik vereinfachen das Leuchten-Design. Wir stellen ein Modul vor, das in verschiedenen Leistungsversionen und ohne Vorschaltgerät für das Wechselstromnetz erhätlich ist.

LED-Module, in denen die komplette Ansteuerelektronik enthalten ist, vereinfachen das Design moderner Leuchten. Das Modul Acrich2 von Seoul Semiconductor gibt es in verschiedenen Leistungsversionen und wird ohne Vorschaltgerät direkt am Wechselstromnetz betrieben. Die Acrich2-LED-Module für die Allgemeinbeleuchtung sind für den direkten Anschluss über zwei Adern am Wechselstromnetz ohne zusätzlichen AC/DC-Wandler ausgelegt.

Eine integrierte Halbleiterschaltung auf dem Modul, die optimal auf die Ansteuerung der einzelnen LED-Elemente ausgelegt ist, macht einen speziellen Konverter oder ein Vorschaltgerät überflüssig. Das raumsparende Konzept gibt dem Designer viele Freiheiten, sein Produkt zu gestalten. Somit reicht das Anwendungsspektrum von modernen Leuchten bis zu umfangreichen Beleuchtungssystemen, wie Deckenstrahler. Der Ersatz herkömmlicher Leuchtmittel ist mit den LED-Modulen ebenfalls möglich.

LEDs beziehen Energie aus der Wechselspannung

Die integrierten Treiberschaltungen auf den Acrich-Modulen zur Ansteuerung der LEDs bestehen aus einer elektronischen Schalterarchitektur, die netzsynchron die Ströme für die einzelnen LEDs direkt aus der anliegenden Netzwechselspannung gewinnt, ohne dass vorher eine Gleichrichtung, also eine AC/DC-Umwandlung, vorgenommen wird.

Je nach Leistungstyp verfügen die LED-Module über vier oder acht Ausgangs-Kanäle, an denen die LEDs direkt angeschlossen sind. Die Aktivierung des jeweiligen Stromflusses dieser Kanäle wird von einem internen Controller gesteuert. Das Acrich-IC integriert alle erforderlichen Komponenten einschließlich Dioden sowie den passiven Bauelementen und bietet eine einfache und effektive Lösung für LED-Anwendungen beim Design von Leuchten.

Schutzmaßnahmen bei hohen Spannungsspitzen

Weil hierbei keine Bauelemente mit beschränkter Lebensdauer, wie Elektrolytkondensatoren, zur Anwendung kommen, schränkt die Ansteuerelektronik die Gesamtlebensdauer des Leuchtmittels nicht ein. Der netzsynchrone Schaltzyklus reduziert den Störpegel auf den Zuleitungen. Es sind im Normalfall keine Filterkomponenten erforderlich, um unter den zulässigen Störpegeln zu bleiben. Das führt zu geringen Kosten des Gesamtsystems. Für eine flimmerfreie und für das menschliche Auge gleichmäßige Lichtabgabe wird gesorgt. Der Betrieb mit herkömmlichen Triac-Dimmern ist kein Problem.

Verschiedene Betriebswechselspannungen und Nennleistungen der LEDs

Acrich-ICs gibt es in Ausführungen für die Betriebs-Wechselspannungen 90 bis 120 V (100 V) / 100 bis 144 V (120 V) / 200 V bis 264 V (220 V/230 V/240 V) für Nennleistungen von 4 und 8 W. Damit lassen sich Leuchtmittel für alle weltweit üblichen Netzwechselspannungen realisieren.

Der Leistungsfaktor liegt bei 90% und die Lebensdauer bei mindestens 87.000 Stunden. Die zulässige Sperrschichttemperatur Tj beträgt 125 °C, die Betriebstemperatur Topr 30 bis 100 °C, die Lagertemperatur Tstg 40 bis 120 °C.

Keine Schutzmaßnahmen an den LED-Modulen notwendig

Unter den üblichen Betriebsbedingungen im Wechselstromnetz müssen keine zusätzlichen Schutzmaßnahmen an den Acrich2-Modulen vorgesehen werden. Bei Netzen, die mit hohen Spannungsspitzen belastet sind, wie im industriellen Umfeld mit starken induktiven Lasten (Motoren), sind entsprechende Schutzmaßnahmen für die überspannungsempfindlichen Halbleiterschaltungen vorzusehen.

Dazu ist ein Metalloxid-Varistor parallel zu den Eingangsanschlüssen zu schalten, der die kurzzeitig auftretende elektrische Energie aufnimmt. Der Sicherungswiderstand R mit den Parametern 22 Ω und 1 W trennt bei längerer Überlastung, wie eine Schmelzsicherung, den Stromkreis. Testen lässt sich die Funktion der Schutzschaltung im Labor mit dem Blitz-Test nach IEC 61000-4-5 und Ring-Wave-Test nach IEEE C.62.4.

In den üblichen Betriebssituationen sind keine zusätzlichen EMI-Maßnahmen erforderlich. Wenn die Module in Umgebungen betrieben werden sollen, die außerordentlich empfindlich gegen elektromagnetische Störungen sind, sorgt ein Entstörkondensator C über den Netzanschlüssen des Moduls für eine zusätzliche Senkung des Störpegels. Bei dem Bauelement (10 nF, 630 V) muss es sich um einen induktionsarmen Metallschicht-Keramikkondensator handeln.

Den Berührschutz beim Design der LED einhalten

Es sollte bei der Leuchtenkonstruktion darauf geachtet werden, dass kein spannungsführendes Teil offen liegt und vom Benutzer berührt werden kann. Die Anschluss-Pads auf den Modulen sind direkt mit dem Netz verbunden. Es empfiehlt sich, diese nach dem Verlöten der Anschlussdrähte mit einem Berührungsschutz zu versehen. Das kann mit Silikonmasse, Kunstharz oder anderen Isoliermaterialien erfolgen. Außerdem sind die Drähte an der Durchführung gegen Beschädigung der Isolation zu schützen. Am einfachsten lässt sich das mit einem Stück Silikongummi-Isolierschlauch realisieren.

Vorteile beim Dimmen mit den Acich-ICs

Elektronische Dimmer sind üblicherweise phasenanschnittsgesteuerte Triac-Schaltungen, die für herkömmliche Glühlampen ausgelegt sind. Die thermische Trägheit der Glühfäden lässt eine kontinuierliche Veränderung der Helligkeit zu, obwohl es sich hierbei um eine Art Pulslängenmodulation der Betriebsspannung handelt.

Bei elektronischen Vorschaltgeräten kann die Überlagerung der Phasenanschnitte und der Impulslängensteuerung zu Fehlfunktionen wie starkem Flackern und geringere maximale Lichtstärke führen. Aufgrund der netzsynchronen Schaltfunktion der Acrich-ICs treten diese Probleme dort nicht auf. Bei stichpunktartigen Praxis-Tests, mit Dimmern von Busch-Jäger (6513 U-102), GIRA (030700) oder Merten (577199) hat sich gezeigt, dass sich die LED-Module im Gegensatz zu herkömmlichen Glühlampen über den Drehwinkel des Dimmers nicht vollständig auf Helligkeit Null stellen lassen. Der untere Bereich endet bei wenigen Prozent Helligkeit. Das bei der Beleuchtung im Privatbereich tolerierbar.

Ergänzendes zum Thema
 
Diodenpaare in Abhängigkeit von der Region

* Lorenz Bauer ist Senior Field Application Engineer bei Seoul Semiconductor

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