Die Leuchtdiode (LED) avancierte in den vergangenen Jahren zum Shootingstar der Beleuchtungstechnik. Sie ist preisgünstig in Anschaffung und Betrieb, hält deutlich länger als herkömmliche Leuchtmittel, entwickelt so gut wie keine Wärme, ist klein, leicht und mechanisch recht unempfindlich. Ihre Popularität ist speziellen, neu entwickelten Materialen zu verdanken. Diese führten zu blau und schließlich zu weiß leuchtenden Exemplaren. LEDs sind allerdings hinsichtlich ihrer Energieversorgung recht eigenwillig. Hier erfahren Sie, warum zum Betrieb so genannte LED-Treiber zu empfehlen sind, wie diese funktionieren und worauf Sie bei Kauf und Anschluss achten sollten.
Leuchtdioden als Lichtquelle benötigen zum Betrieb Gleichstrom aus einer Konstantstrom- oder einer Konstantspannungsquelle. Die Spannung ist abhängig von der Leuchtfarbe und liegt zum Beispiel bei weißen LEDs zwischen 2,7 und 3,5 Volt. Der Strom muss begrenzt sein, um eine Beschädigung der LED zu verhindern. Hintergrund: Der Spannungsabfall in einer LED ist über einen weiten Betriebsstrombereich annähernd konstant. Das heißt, eine kleine Erhöhung der angelegten Spannung führt zur starken Erhöhung des Stroms. Die LED wird dadurch zu stark erwärmt und kann sozusagen „durchbrennen“.
Für Leuchtdioden mit relativ geringer Leistung – beispielsweise Signalleuchten im Displaybereich – sind einfache Schaltungen ausreichend. Hier genügt es in der Regel, je nach Versorgungsquelle einen Vorwiderstand von einigen Hundert Ohm als Begrenzer einzusetzen. Eine solche Schaltung ist jedoch nicht energieeffizient, da die Energie im Widerstand als Wärme abgeführt wird. Wenn dagegen Hochleistungs-Leuchtdioden angesteuert werden sollen, sind komplexere Schaltungen erforderlich. Sie regulieren sowohl den abgegebenen Strom (LED-Treiber) als auch – in der Definition als Trafo oder LED-Netzteil – die abgegebene Spannung.
Für Hochleistungs-Leuchtdioden wird üblicherweise ein aktiver Regler verwendet. Er stabilisiert die Lichtabgabe über einen weiten Bereich. Die Regelung des Konstantstroms erfolgt typischerweise mit einem MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Er gilt als der einfachste Strombegrenzer. IC-Chips werden häufig verwendet, um die MOSFETs direkt und ohne zusätzliche Schaltungen anzusteuern. Diese MOSFET-basierten Chips sind die gebräuchlichsten LED-Treiber für Beleuchtungen mit LED-Lampen.
Das Angebot an LED-Treibern beziehungsweise -Trafos ist recht groß. Umso wichtiger ist es, zunächst den Bedarf zu ermitteln. Dazu gehören Antworten auf folgenden Fragen:
Wie viele Lampen sollen angeschlossen werden?
Wie hoch ist der Strom- beziehungsweise Spannungsbedarf der anzuschließenden Lampen insgesamt?
Besteht die Gefahr einer Überhitzung des Treibers beziehungsweise Trafos (keine Luftzirkulation im Einbaubereich)?
Wäre der Treiber/Trafo Umwelteinflüssen ausgesetzt (wie Regen, Schnee, Hitze, Kälte)?
Sind diese Fragen geklärt, lassen sich geeignete Geräte leichter auswählen. Die wichtigsten Kriterien sind dabei:
Je nach Ausführung der anzuschließenden Lampen kommt eine Reihen- oder eine Parallelschaltung in Frage. Bei der Reihenschaltung fließt der Strom aus dem Plus-Pol des LED-Treibers zum Plus-Pol der ersten LED, deren Minus-Pol mit dem Plus-Pol der zweiten LED verbunden ist. Die zweite LED ist mit dem Minus-Pol an den Plus-Pol der dritten LED verbunden und so fort. Der Minus-Pol der letzten Lampe wird schließlich mit dem Minus-Pol des Treibers verbunden.
Üblich ist diese Reihenschaltung bei LED-Lampen mit einer gesamten Leistungsaufnahme von 350, 500, 700 und 1050 Milliampere. Entsprechend sollte der maximal mögliche Ausgangsstrom des LED-Treibers dimensioniert sein, wobei aus Sicherheitsgründen immer ein Überschuss von 20 bis 30 Prozent einzukalkulieren ist.
Bei der Parallelschaltung ist jede einzelne LED-Lampe mit den beiden Polen des LED-Netzteils verbunden, eine sogenannte Spannungseinspeisung. Realisiert wird dies über eine Leitung für die Plus-Pole der Lampen und eine Leitung für die Minus-Pole. Üblich sind die Spannungen 12, 24 und 230 Volt.
Nahezu alle qualitativ hochwertigen LED-Treiber und LED-Trafos verfügen über einen Überlastschutz, der bei zu hoher Belastung die Stromversorgung der Lampen unterbricht. Ein sehr wichtiges Auswahlkriterium für die Energieversorgung von LED-Lampen ist dagegen der Ort, an dem der LED-Treiber beziehungsweise LED-Trafo untergebracht werden soll. Denn beide Gerätetypen sind vor zu hohen Temperaturen zu schützen.
Der direkte Einbau in das Lampengehäuse will deshalb wohl überlegt sein, da es wegen zu geringer Luftzirkulation zu einem Hitzestau und damit zum frühzeitigen Versagen des Geräts kommen kann. Bei ausreichend großem Einbauraum und Schutz vor direkter Sonneneinstrahlung ist mit einem „Hitzetod“ nicht zu rechnen, LED-Treiber oder LED-Trafo arbeiten dann oft länger als 50.000 Stunden einwandfrei.
Bei der Energieversorgung von LED-Außenbeleuchtungen lassen sich Treiber oder Trafo auch im Freien installieren. Entscheidend ist dabei – neben der gegen Umwelteinflüsse geschützten Verkabelung – die so genannte IP-Schutzklasse des Geräts. Während für den Einbau in trockenen Räumen die Klasse IP20 ausreicht, ist für den Außenbereich die Klasse IP67 notwendig. Ein damit zertifiziertes Gerät ist wasserdicht sowie gegen Staub, Berührung und Untertauchen geschützt. Viele LED-Treiber und -Trafos verfügen auch über eine „Möbelzulassung“, das heißt, diese Geräte können unmittelbar zum Beispiel in Kleider- oder Küchenschränken montiert werden. Ihre Wärmeentwicklung im Betrieb ist entsprechend gering.
Im Gegensatz zu früher üblichen Glüh- oder Halogenlampen lässt sich die Helligkeit einer LED-Lampe nicht so ohne weiteres herabsetzen. Für konventionelle Leuchtmittel genügt dazu einfach eine geringere Spannung. LEDs dagegen flackern oder schalten ganz ab, wenn die Spannung unter einem bestimmten Wert fällt.
Um LEDs dimmen zu können, wird heute üblicherweise die Pulsweitenmodulation (PWM) verwendet. Entsprechende elektronische Module schalten hier die Versorgungsspannung in einer vom Auge nicht wahrnehmbaren hohen Frequenz – je nach gewünschter Helligkeit – ein und aus. Die Schaltungen finden sich sowohl innerhalb dimmbarer LED-Lampen oder aber integriert in dimmbaren LED-Treibern. Bei letzteren ist auf die Bezeichnung „dimmbar“ zu achten.
Nein, es sind auch LED-Treiber beziehungsweise -Trafos oder -Netzteile verfügbar, die beide Funktionen in einem Gerät vereinen. Je nach Bedarf lassen sich mit solchen Komponenten sowohl Reihen- als auch Parallelschaltungen realisieren.