LED-Treiber – Der große Ratgeber

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Was ist ein LED-Treiber?

Aufgrund der zunehmenden Energieregelungen sind die meisten Menschen inzwischen mit den langen Lebensspannen und Energieeinsparungen durch LEDs oder lichtemittierende Dioden vertraut. Viele sind sich jedoch nicht bewusst, dass diese Innovative Lichtquellen für ihren Betrieb spezielle Geräte, so genannte LED-Treiber, erfordern.

LED-Treiber (auch bekannt als LED-Vorschaltgeräte oder LED-Transformatoren) ähneln den Vorschaltgeräten für Leuchtstofflampen oder Transformatoren für Niedervoltbirnen: Sie versorgen LEDs mit der Elektrizität, die sie für ihre Funktion und optimale Leistung benötigen.
LEDs benötigen Treiber für zwei Funktionen:

  1. LEDs sind für den Betrieb mit Niederspannung (12-24V) und Gleichstrom ausgelegt. Allerdings werden die meisten Menschen in Europa Zuhause höhere Spannung (120-277V) und Wechselstrom haben. Ein LED-Treiber richtet höhere Spannung gleich und macht Wechselstrom zu Gleichstrom mit Niederspannung.

  2. LED-Treiber schützen LEDs auch vor Spannungs- oder Stromschwankungen. Eine Änderung der Spannung könnte eine Änderung des den LEDs zugeführten Stroms verursachen. Die LED-Lichtleistung ist proportional zu ihrer Stromversorgung, und LEDs sind für den Betrieb innerhalb eines bestimmten Strombereichs ausgelegt (gemessen in Ampere). Daher kann zu viel oder zu wenig Strom dazu führen, dass die Lichtleistung aufgrund der höheren Temperaturen innerhalb der LED schneller schwankt oder abnimmt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LED Treiber eine höhere Spannung (Wechselstrom) in Niederspannung (Gleichstrom) umwandeln. Sie halten auch die Spannung und den Strom, die durch eine LED-Schaltung fließen, auf ihrem Nennwert.

Interne vs. externe LED Treiber

Aus den oben genannten Gründen benötigt jede LED-Lichtquelle einen Treiber. Einige LEDs benötigen jedoch auch keinen Treiber, insbesondere solche, die für den Einsatz im Haushalt konzipiert sind, enthalten interne Treiber und nicht separate, externe Konstantstrom-Quellen.

Haushaltsbirnen enthalten normalerweise einen internen LED Treiber, weil der Austausch alter Glühbirnen oder CFL-Birnen so einfacher ist. Dazu gehören LED-Lampen mit Standard-Einschraub- oder Stecksockeln (E26 / E27 oder GU24 / GU10 – siehe Bilder unten) oder solche, die auf ihrem Datenblatt einen Netzspannungseingang (230 Volt) angeben.

Zu den LEDs, für die typischerweise ein externer Treiber erforderlich ist, gehören Voutenbeleuchtung, Downlights und Bandleuchten sowie bestimmte Beleuchtungskörper, Tafeln und für den Außenbereich zugelassene Leuchten. Diese Leuchtmittel werden häufig für kommerzielle Außenanwendungen verwendet oder auch z.B. für Fahrbahnbeleuchtung. Sie erfordern in der Regel eine separate Konstansstromquelle, weil es so einfacher und billiger ist.

In den Datenblättern der Hersteller wird angegeben, ob eine LED einen separaten Treiber benötigt oder nicht, zusammen mit der Art der erforderlichen KSQ.

GU24 und E26 Fassung neben LED-Lampe mit internem LED-Treiber und externen LED-Transformator.

GU24 und E26 Sockel, LED-Lampe mit internem LED Treiber und externer LED-Treiber.

LED-Lampen reparieren: Externe LED-Treiber ersetzen

Wenn eine LED vor dem Ende ihrer Nennlebensdauer den Betrieb einstellt, kann sie in der Regel gerettet werden, wenn der Treiber ersetzt wird. Treiber versagen oft vorzeitig aufgrund hoher interner Betriebstemperaturen. Akku-ähnlich Bauteile, die Elektrolytkondensatoren genannt werden, sind in der Regel die Todesursache. Elektrolytkondensatoren haben ein Gel im Inneren, das im Laufe der Lebensdauer des Treibers allmählich verdunstet. Hohe Temperaturen beschleunigen die Verdunstung des Gels und verkürzen die Lebensdauer des Kondensators, wodurch der Treiber und damit die LED unerwartet aufhören zu funktionieren.

Die Temperatur im Inneren des Treibers korreliert mit der  Außentemperatur am Treibergehäuse. Ein kleiner Kreis auf dem Etikett der meisten LED-Treiber, der „TC-Punkt“ genannt wird, ist der heißeste Punkt auf dem LED-Treiber. Dieser Punkt ist normalerweise mit einer Temperatur gekennzeichnet und wird zur Bestimmung der maximalen Betriebstemperatur des Treibers verwendet.

Wenn ein Treiber bei einer Temperatur verwendet wird, die zu nahe an dieser Grenztemperatur liegt, hat er eine kürzere Lebensdauer als wenn sie bei einer niedrigeren Temperatur betrieben würde. Aus diesem Grund haben LED-Treiber mit höheren TC-Punkten längere Lebenszeiten. Die Treiber müssen bei Betriebstemperaturen unterhalb des TC-Punktes eingesetzt werden (oder sie müssen mindestens enthalten langlebige Elektrolytkondensatoren), um sicherzustellen, dass die Lebensdauer des Treibers die Lebensdauer der LED.

Wenn eine LED keiner dieser beiden Bedingungen unterliegt, können Treiber ausfallen und müssen ersetzt werden. Das folgende Diagramm korreliert die Lebensdauer eines typischen LED Treibers mit seiner TC-Punkt Temperatur.

Lebensdauer vs. Temperatur von LED-Treibern.

Wie lange ein LED-Treiber hält hängt u.a. von der Betriebstemperatur ab.

Der passende LED-Treiber

Es gibt zwei Haupttypen von externen LED-Treibern, Konstantstrom und Konstantspannung, sowie ein dritter Treibertyp, der als AC-LED-Treiber bezeichnet wird und ebenfalls diskutiert werden soll. Jeder Treibertyp ist so konzipiert, dass er zum Betrieb von LEDs mit anderen elektrischen Anforderungen verwendet werden kann. Beim Austausch eines Treibers müssen die ursprünglichen Input-/Output-Anforderungen so genau wie möglich übereinstimmen. Die wichtigsten Typen von LED-Treibern werden im Folgenden erläutert.
Die wichtigsten Untersc hied er sind nachstehend aufgeführt.

Konstantstrom-LED-Treiber

Konstantstromtreiber versorgen LEDs, die einen festen Ausgangsstrom und einen bestimmten Bereich an Ausgangsspannungen benötigen.
Es wird nur ein Ausgangsstrom spezifiziert, der in Ampere oder Milliampere angegeben wird, zusammen mit einem Spektrum von
Spannungen, die je nach Belastung (Wattzahl) der LED variieren. Im Beispiel unten links ist beträgt die Ausgangsstromstärke 700mA, und der Ausgangsspannungsbereich beträgt 4-13V DC (Volt Gleichstrom).

Konstantspannungs-LED-Treiber

Konstantspannungs-Treiber versorgen LEDs, die eine feste Ausgangsspannung mit einem maximalen Ausgangsstrom benötigen. Bei diesen LEDs wird der Strom bereits innerhalb des LED-Moduls geregelt, entweder durch einfache Widerstände oder einen internen Konstantstromtreiber. Diese LEDs benötigen eine stabile Spannung, normalerweise 12V DC oder 24V DC. Im Beispiel unten rechts beträgt die Ausgangsspannung 24V DC, und der Ausgangsstrom beträgt maximal 1,04A.

AC-LED-Treiber

AC-LED-Treiber sind eigentlich keine Mindestlasttransformatoren, d.h. sie könnten technisch gesehen auch Niedervolt-Halogen- oder Glühlampen betreiben. LEDs können jedoch nicht mit herkömmlichen Transformatoren betrieben werden, da herkömmliche Transformatoren nicht für die Erkennung der niedrigen Wattzahl von LEDs ausgelegt sind.

Mit anderen Worten: LEDs haben eine so geringe elektrische Last, dass normale Transformatoren überhaupt nicht registrieren, dass sie mit einer Lampe verkabelt sind. AC-LED-Treiber werden typischerweise mit Leuchtmitteln verwendet, die bereits einen internen Treiber enthalten, der den Strom von AC in DC umwandelt. Daher besteht die Aufgabe eines AC-LED-Treibers darin, die niedrige Wattleistung von LEDs zu registrieren und die Spannung so zu verringern, dass sie den Spannungsanforderungen des Leuchtmittels entspricht, die normalerweise 12 oder 24 Volt betragen.

AC-LED-Treiber werden normalerweise verwendet, um LED MR16-Lampen mit 12-24V AC-Eingang zu betreiben, aber sie können für jede LED-Lampe mit 12-24V AC-Eingang verwendet werden. Das Datenblatt der LED-Leuchte muss sorgfältig geprüft werden; wenn die LED-Leuchte Gleichspannungseingang erfordert, kann sie nicht mit einem LED-Wechselstromtreiber verwendet werden.

Konstantstrom-, Konstantspannung- und AC-LED-Treiber.

Konstantstromquelle (oben links), Konstantspannungsquelle (oben rechts) und AC-LED-Treiber (unten)

Weitere Merkmale von LED-Treibern

Max Wattzahl

Nach dem NEC (National Electrical Code) sollten LED-Treiber mit LEDs gepaart werden, die 20% weniger als ihre maximale Nennleistung verbrauchen (mit Ausnahme von AC-LED-Treibern). Treiber sollten nicht mit einer LED gepaart werden, die auf oder über der maximalen Wattzahl des Treibers liegt, um eine Überlastung der Treiberkomponenten zu vermeiden.

Wenn der Treiber beispielsweise mit maximal 96 Watt betrieben werden kann, sollte er nur mit LEDs betrieben werden, die höchstens 77 Watt verbrauchen (96 x 0,8 = 76,8).

Dimmen

Sowohl Konstantstrom- als auch Konstantspannungs-LEDs und -Treiber können mit einer Dimmfähigkeit hergestellt werden, wobei sowohl LEDs als auch Treiber auf dem Produktdatenblatt angeben müssen, dass sie dimmbar sind. Wenn in den Spezifikationen das Dimmen überhaupt nicht erwähnt wird, kann man davon ausgehen, dass das Produkt nicht dimmbar ist.

Dimmbare externe Treiber erfordern oft einen externen Dimmer oder eine andere Dimmsteuerung. Geräte, die auf dem Produktdatenblatt spezifiziert sind (nämlich TRIAC-, Trailing Edge- oder 1-10V-Dimmer), funktionieren. Da sich die Technologien schnell verbessern, ist es am besten, spezifische LED/dimmbare Treiberkombinationen zu testen für akzeptable Dimmleistung vor größeren Anschaffungen, wenn markenspezifische Dimmerkompatibilität Diagramme sind nicht verfügbar.

Der Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad gibt an, wie effizient ein LED-Treiber Elektrizität nutzt. Er wird berechnet, indem die vom Treiber verbrauchte Leistung (Wattzahl) durch das Produkt aus der Eingangsspannung und dem eingehenden Strom (Volt x Ampere) dividiert wird. Der Bereich für den Leistungsfaktor Wirkungsgrad liegt als Dezimalzahl zwischen 0 und 1. Je näher der Leistungsfaktor an 1 liegt, desto effizienter ist der Treiber. Ein guter Wirkungsgrad liegt bei 0,9 oder darüber.

UL-1 vs. UL-2

Treiber der UL-Klasse 1 im Vergleich zu Treibern der UL-Klasse 2 entsprechen der Norm UL1310, was bedeutet, dass der Ausgang als berührungssicher gilt und kein größerer Sicherheitsschutz auf der Ebene der LED/Leuchte erforderlich ist. Es besteht keine Gefahr von Feuer oder Stromschlag. Diese Treiber arbeiten mit weniger als 60 Volt in trockenen Anwendungen, 30 Volt in Nassanlagen, weniger als 5 Ampere und weniger als 100 Watt. Diese Einschränkungen stellen jedoch eine Beschränkung für die Anzahl der LEDs dar, die ein Treiber der Klasse 2 betreiben kann.

UL-Treiber der Klasse 1 haben Ausgangsbereiche außerhalb der UL-Klasse-2. Ein LED-Treiber mit einer UL-1-Klassifizierung hat einen Hochspannungsausgang, und innerhalb der Leuchte ist ein Sicherheitsschutz erforderlich. Ein Treiber der Klasse 1 kann mehr LEDs betreiben und ist damit effizienter als ein Klasse-2-Treiber.

Eindringschutz (IP) Bewertung

Die IP-Einstufungen geben Auskunft über den äußeren Schutz, den das äußere Gehäuse eines Treibers bietet. Die erste Zahl gibt den Schutz gegen feste Objekte an, und die zweite Zahl gibt den Schutz gegen Wassereinwirkungen an. Nach der unten stehenden Tabelle ist beispielsweise ein Treiber mit der Schutzart IP67 gegen Staub und zeitweiliges Untertauchen in Wasser geschützt.

Schutz gegen feste Objekte

1. KennzifferSchutz gegen…
ISO 20653DIN EN 60529Schutz gegen FremdkörperSchutz gegen Wassereinwirkung
00kein Schutzkein Schutz
11Geschützt gegen feste Fremdkörper mit Durchmesser ≥ 50 mmGeschützt gegen den Zugang mit dem Handrücken
22Geschützt gegen feste Fremdkörper mit Durchmesser ≥ 12,5 mmGeschützt gegen den Zugang mit einem Finger
33Geschützt gegen feste Fremdkörper mit Durchmesser ≥ 2,5 mmGeschützt gegen den Zugang mit einem Werkzeug
44Geschützt gegen feste Fremdkörper mit Durchmesser ≥ 1,0 mmGeschützt gegen den Zugang mit einem Draht
5K5Geschützt gegen Staub in schädigender Mengevollständiger Schutz gegen Berührung
6K6staubdichtvollständiger Schutz gegen Berührung

 

Schutz gegen Wasser

2. KennzifferSchutz gegen…
ISO 20653DIN EN 60529
00kein Schutz
11Schutz gegen Tropfwasser
22Schutz gegen fallendes Tropfwasser, wenn das Gehäuse bis zu 15° geneigt ist
33Schutz gegen fallendes Sprühwasser bis 60° gegen die Senkrechte
44Schutz gegen allseitiges Spritzwasser
4K Schutz gegen allseitiges Spritzwasser mit erhöhtem Druck
55Schutz gegen Strahlwasser (Düse) aus beliebigem Winkel
66Schutz gegen starkes Strahlwasser
6K Schutz gegen starkes Strahlwasser unter erhöhtem Druck, spezifisch für Straßenfahrzeuge
77Schutz gegen zeitweiliges Untertauchen
88Schutz gegen dauerndes Untertauchen
 9Schutz gegen Wasser bei Hochdruck-/Dampfstrahlreinigung, speziell Landwirtschaft
9K Schutz gegen Wasser bei Hochdruck-/Dampfstrahlreinigung, spezifisch für Straßenfahrzeuge

 

Fragen und Antworten

Ist ein Konstantstromtreiber nicht so etwas wie ein Widerstand?
Ja, indem beide den Strom regulieren. Wenn man jedoch einen Widerstand verwendet, wird der Strom langsam mit der Zeit steigen. Konstantstromtreiber sind vorzuziehen, weil sie konsistenter, effizienter und flexibel, insbesondere für Hochleistungs-LEDs.

Kann ein LED-Treiber mehrere LED-Lampen betreiben?
In einigen Fällen kann ein externer Treiber mehr als eine LED-Birne betreiben. Im Datenblatt eines Treibers sollte immer angegeben werden, wie viele Lampen er betreiben kann.

Was sind die Unterschiede zwischen TRIAC, Trailing Edge und 1-10V Dimmer?
TRIAC ist der am häufigsten verwendete und billigste Dimmer. Sie erzeugen jedoch unerwünschte Mengen an elektromagnetischer Interferenz (EMI). Trailing-Edge-Dimmer (Umkehrphasen- oder ELV-Dimmer) erzeugen viel geringere Mengen an EMI, sind aber teurer als TRIAC-Dimmer.

Oft erfordern die Trailing-Edge-Dimmer außerdem, dass ein Neutralleiter zum Dimmer geführt wird. 0-10V-Dimmer verwenden Niederspannungs-Steuerdrähte zum Dimmen. Dies bedeutet in der Regel, dass an jeden Treiber, den das Dimmermodul betreibt, ein zusätzliches Drahtpaar angeschlossen werden muss.

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About Author

Carsten Hack ist begeisterter Hobby-Bastler auf vielen Gebieten und Autor von e-hack.de. Seine Erfahrung und Expertise schreibt er in informativen Beschreibungen verschiedener elektrischer Bauteile nieder und gibt Tipps zu allen Fragen der Beleuchtung und LED-Leuchtmitteln.

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