Wie funktionieren LED-Treiber im Konstantleistungsmodus?

Schukat zeigt eine Alternative zum Betreiben von LEDs mit Konstantstrom

Die Ansteuerung von LEDs im Konstantleistungsmodus ist gerade ein viel diskutiertes Thema. Dabei steht die Frage im Raum, ob LEDs immer mit Konstantstrom betrieben werden müssen oder nicht?

Dazu beantworten wir einige Fragestellungen:

Warum muss eine LED mit Konstantstrom betrieben werden?

Der Strom ändert sich durch die LED entsprechend um 16% (siehe Beispiel Abbildung a: LED I-V-Kurve), wenn sich die LED-Vorwärtsspannung (UF) um etwa 2,5%. Außerdem beeinflusst die LED-Sperrschichttemperatur die UF stark. Hohe Temperaturschwankungen können dazu führen, dass die Spannungsänderung bis zu 20% oder mehr beträgt. Die Helligkeit der LED verhält sich proportional zum Stromfluss in der LED. Schwankt dieser Strom stark, geschieht dasselbe mit der Helligkeit. Daher ist es erforderlich, die LED mit einer Konstantstromquelle anzusteuern.

Lässt sich eine LED auch mit Konstantleistung betreiben?

Hier gilt es zunächst zu vernachlässigen, ob Konstantleistung gleichbedeutend mit konstanter Helligkeit ist. Nach I-V und dem LED-Temperaturverlauf scheint das Design eines Konstantleistungstreibers zu funktionieren.

Warum entwickeln nicht alle Hersteller Konstantleistungs-LED-Treiber?

Einen Treiber mit Konstantleistungs-Design zu entwickeln ist einfach. Voraussetzung dafür ist die Implementierung eines Mikrocontrollers (MCU) im LED-Treiber, der die Aufgabe der Steuerung der Ausgangsleistung über ein PWM-Tastverhältnis (Pulsweitenmodulation) übernimmt. Um dieses zu steuern, muss der Mikrocontroller das Feedbacksignal von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom auswerten und den Ausgang so regeln, dass eine Konstantleistungs-Charakteristik erreicht wird (vgl. Abbildung b).

a) Grafik zur Beeinflussung des Ausgangsstrom durch Spannungsänderungen anhand der LED-Kennlinie.

b) Konstantleistungskennlinie (blau). Erreicht durch Anpassung des DC-Ausgangs bei Verwendung unterschiedlicher LED´s.

Zu beachten:

• Die Herstellung eines Konstantleistungstreibers kostet mehr als bei einem Konstantstromtreiber.

• Der Ausgangsstrom steigt durch den potenziellen Ausfall einer oder mehrerer LEDs und dem dadurch geringeren Spannungsabfall über die LEDs. Dies kann die Fehlersituation in der Leuchte verschlimmern.
• Da die LED ein Bauteil mit negativem Temperaturkoeffizienten ist, kann bei hohen Temperaturen unter Umständen eine Reduzierung des Ausgangsstroms gewünscht sein, um die hohe Lebensdauer der LED aufrechtzuerhalten.
• Die Konstantleistungsmethode steht im Widerspruch zu dieser Überlegung. Denn der LED-Treiber für das Konstantleistungs-Design erhöht den Ausgangsstrom, bezogen auf den niedrigeren Spannungsabfall der LED bei hohen Temperaturen.

Warum sind Konstantleistungs-LED-Netzteile eine gute Wahl?

Die Bereitstellung eines LED-Treibers mit einem breiten Spektrum an Ausgangsspannung und -strom ist unter Berücksichtigung aller Aspekte die effektivste Lösung.

Effektive Konstantleistungs-LED-Treiber

MEAN WELL hat Konstantleistungstreiber mit einem breiten Spektrum an Spannung und Strom entwickelt. Die Vorhaltung verschiedener Konstantstromtreiber entfällt und durch das Vermeiden überflüssiger Leistungsreserven lassen sich unnötige Kosten umgehen. Zudem lässt sich durch die Möglichkeit der manuellen Begrenzung des Ausgansstroms eine Beschädigung der Leuchten durch zu hohen Strom verhindern.

Schukat electronic

Über Schukat erhalten Sie die gesamte XLG-Serie von MEAN WELL, die über das Konstantleistungs-Design verfügen. Die Vorteile:

• Großer Ausgangsspannungs- und –strombereich für Flexibilität und Effizienz zur Konfigurationen verschiedener LEDs.
• Reduziert die Anzahl der benötigten Geräte im Vergleich zu Konstantstromtreibern. Beispiel: Maximale Leistung ELG-75-48 = 48V/1,56A (vgl. Abbildung c). Liegt eine LED-Spannung deutlich unter 48V, ist eine Erhöhung des Ausgangsstroms aufgrund der konstruktiven Einschränkungen nicht möglich. Die Nennausgangsleistung lässt sich aufgrund der Spannungsdifferenz nicht erreichen. XLG-75-H vermeidet dieses Problem. Mit dem Konstantleistungsdesign liefert es die volle Leistung im Spannungsbreich 36V bis 58V.
• Der Anwender kann mit nur einem Netzteil verschiedene LED-Leuchten mit 75 Watt konstruieren, die sich in der Leistungscharakteristik (nach Abbildung d) befinden.
• Bei der Entwicklung der flexiblen LED-Treiber, die eine maximale Leistung unter unterschiedlichen Konfigurationen bieten, wurden hochwertige Komponenten berücksichtigt. So lassen sich eine hohe Zuverlässigkeit und Betriebserwartung erreichen.
• Die flexible Einstellmöglichkeit von XLG erleichtert Kunden zudem die optionale manuelle Begrenzung des Ausgangsstroms.
• Die XLG-Serie ist zudem auch als Konstantspannungs-Variante erhältlich und komplettiert die Vielfalt der Produktserie.

c) Kennlinie mit CC-Arbeitspunkt (48Vdc/1600mA) eines klassischen LED-Netzteils XLG-75-48

d) Kennlinie des CP-Netzteils XLG-75H mit dem empfohlenen Arbeitsbereich (blau markiert). Erreichung der vollen Leistung zwischen 36V/2100mA und 56V/1300mA.

Bei Fragen dazu berät unser technisches Vertriebsteam.