Was ein LED-Treiber für vernetzte Beleuchtung bieten sollte

| Autor / Redakteur: Hermann Püthe * / Hendrik Härter

Modularer LED-Treiber: Der PSU-0164-09 ist modular aufgebaut und bietet eine Leistung von 150 W bei vier Kanälen.
Modularer LED-Treiber: Der PSU-0164-09 ist modular aufgebaut und bietet eine Leistung von 150 W bei vier Kanälen. (Bild: inpotron Schaltnetzteile)

Ein LED-Treiber ist mehr als ein Stromversorger für die Beleuchtung. Auf Basis eines modularen Ansatzes werden vorhandene Leistungsbausteine mit einer digitalen Steuereinheit verknüpft.

Wer moderne LED-Beleuchtungstechnik entwickelt, muss bei den Schaltnetzteilen umdenken. Denn zukünftige LED-Treiber sind nicht mehr nur Stromversorger, sondern zunehmend eine flexible Schnittstelle zur vernetzten IoT-Welt. Dank führender Analog-Technik konnten die Hersteller von Schaltnetzteilen den Trend zur Digitalisierung lange Zeit gelassen aussitzen.

Doch mit der LED haben sich die Ansprüche der Beleuchtungsindustrie an die Stromversorger in den letzten zehn Jahren enorm gewandelt. Es genügt inzwischen nicht mehr, nur eine Blackbox zu liefern, die etwa eine Spezialleuchte an ihrem Einsatzort ohne Wartung für lange Zeit am Laufen hält.

Ansteuerungsprotokolle beherrschen

Ein LED-Treiber sollte nicht nur zuverlässig Energie für die angeschlossene Leuchte bereitstellen, als Regel- und Steuerungszentrale muss er auch alle gängigen Ansteuerungsprotokolle beherrschen. Außerdem sollte er flexibel auf geänderte Einsatzzwecke reagieren können. Symbiose von Digitaltechnik, analogen Schaltkreisen sowie Leistungselektronik ist daher notwendig.

Ein Beispiel ist die mehrkanalige Stromversorgung für RGBW-Flächenstrahler mit Leistungen von 150 W sowie 350 W des Chemnitzer Design-Centers exscitron, eine 100-prozentige Tochter der inpotron Schaltnetzteile. Grundlage für die Entwicklung bildet ein modularer Ansatz, mit dem sich bereits vorhandene Leistungsbausteine mit einer digitalen Steuereinheit verknüpfen lassen. Ein Master-Slave-Konzept sorgt dabei für die Skalierbarkeit der Basiskonfiguration. Der Rückgriff auf bereits bewährte Komponenten erleichtert zudem die Qualitätssicherung und verringert den Aufwand für Zertifizierungen.

LED-Treiber mit vier regelbaren Ausgängen

Entstanden ist ein kompakter LED-Treiber PSU-0164-09 mit vier individuell regelbaren, flickerfreien sowie parallelschaltbaren Ausgängen. Das Leistungsmodul kommt ohne Zwischenkreis-Elektrolythkondensator aus und erzeugt praktisch keinen Einschaltstromstoß. Somit konnten die Entwickler die Zuverlässigkeit aber auch die Lebensdauer erhöhen. Zudem verhindert der LED-Treiber einen Sicherungsfall, wie es der Fall sein kann, wenn beispielsweise bei einer Netzunterbrechung gleichzeitig zuschaltbare Geräte hinzukommen. Die Aufteilung und Regelung der vier Kanäle erfolgt über einen Single-Stage-Resonanzwandler mit patentiertem Stromsplitter. Dieser verfügt über eine Effizienz von 98%, was wiederum zu einem Gesamtwirkungsgrad des Treibers von 93% führt.

Für die digitale Ansteuerung werden neben den Single-Stage-Resonanzwandler noch zwei Micro-Controller benötigt. Damit lässt sich der LED-Treiber mit Protokollen wie DALI (Device Type 8), DMX (512 und RDM), 1...10 V, Zigbee-Port und Phasendimmung ansteuern. Alle Steuersignale werden analog aufbereitet und digital weiterverarbeitet. Über eine Master-Slave-Schaltung lassen sich mehrere LED-Treiber in einem Leuchten-Netz gemeinsam ansteuern. Die Leistung lässt sich etwa von 150 auf 300 W erweitern, indem eine geänderte Ansteuerung realisiert wird. Über eine separate Schnittstelle lässt sich nicht nur die Temperatur der angeschlossenen Leuchten erfassen und auswerten, sondern bei Bedarf die Leistung reduzieren. Nahezu alle Steuer-Applikationen verlangen inzwischen eine permanente Verfügbarkeit des Treibers, auch wenn die Leuchte ausgeschaltet ist. Hier sorgt eine patentierte Standby-Funktion dafür, dass die Leistungsaufnahme unter 0,5 W gehalten wird.

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

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