LED-Treiber mehr als ein Stromversorger

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 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 genwandelt. 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.

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.

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 98o/o, was wiede­rum zu einem Ge­samtwirkungs­grad des Treibers von 93o/o führt.

Für die digitale Ansteu­erung werden ne­ben dem Single-Sta­ge-Resonanzwand­ler noch zwei Micro­ Controller benötigt. Damit lässt sich der LED-Treiber mit Protokollen wie DALI (De­ vice 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.