Ratgeber
Es ist noch gar nicht so lange her, da waren LEDs nicht mehr als nur einfache Anzeigelämpchen. Weil sie preiswert, robust und langlebig waren, wurden sie gerne und häufig in den unterschiedlichsten Geräten und Schaltungen verbaut.
Allerdings gab es die Anzeige-LEDs lediglich in den Farben Rot, Grün und Gelb. Zudem war auch die Leuchtkraft eher bescheiden. Doch das hat sich zum Glück mittlerweile geändert.
LEDs gibt es heute in den unterschiedlichsten Farben und mit einer enormen Leuchtstärke. Dabei konnten die wesentlichen Vorzüge einer LED beibehalten werden. Moderne LED-Leuchtmittel und HighPower-LEDs sind sparsam, langlebig und auch lichtstark. Allerdings benötigen sie eine genau auf ihre Bedürfnisse abgestimmte Stromversorgung. Wie diese LED-Netzteile oder auch LED-Konverter funktionieren und was bei der Auswahl zu beachten ist, erklären wir Ihnen gerne.
Im Gegensatz zu Glühbirnen sind LEDs nicht für den direkten Betrieb an 230 V Wechselspannung ausgelegt. Sie brauchen eine genau definierte Spannung beziehungsweise einen genau definierten Strom.
Denn LEDs haben einen konkreten Arbeitspunkt, bei dem sie optimal funktionieren, den besten Wirkungsgrad haben und flackerfrei leuchten. Werden die Strom- und Spannungs-Werte nicht exakt eingehalten, kann eine LED nicht richtig leuchten oder im schlimmsten Fall überhitzen und ausfallen.
Bei den Anzeige-LEDs, die in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, ist die Sache noch verhältnismäßig einfach. In diesem Fall wird mit einem Vorwiderstand gearbeitet, der Strom und Spannung begrenzt. Wenn man die Betriebsspannung und den Betriebsstrom der LED kennt, kann der Vorwiderstand nach dem Ohmschen Gesetz leicht berechnet werden. Dass in diesem Fall am Vorwiderstand ein gewisser Anteil der benötigten Energie in Wärme umgewandelt wird, fällt bei einzelnen Anzeige-LEDs nicht unbedingt ins Gewicht.
Bei LED-Leuchtmitteln schaut die Sache schon ganz anders aus. Schließlich sollen die ja mit 230 V Netzspannung und nicht mit 12 V aus der Fahrzeugbatterie betrieben werden. Hinzu kommt, dass LED-Leuchtmittel häufig aus einer Vielzahl von einzelnen LEDs bestehen. Das wird spätestens dann klar, wenn man sich lange LED-Lichtbänder oder kompakte LED-Module genauer anschaut.
Aus diesem Grund wurden spezielle LED-Konverter entwickelt. Ihre Aufgabe besteht darin, die Netzspannung von 230 V in eine für Beleuchtungs-LEDs verträgliche Spannung zu wandeln bzw. den Strom für die LEDs auf den vorgegebenen Wert zu begrenzen.
Dabei sollen LED-Konverter sparsam arbeiten und die Energie nicht unnötigerweise in Wärme umwandeln. Zudem sollen sie kompakt, leicht und kostengünstig sein. Das sind Vorgaben, die nicht leicht miteinander vereinbar sind.
LED-Modul mit mehreren Power-LEDs.
Im Prinzip ist ein LED-Konverter ein Netzteil mit Transformator (Trafo), Brückengleichrichter und Ladekondensator.
Der Trafo (1) wandelt die Eingangsspannung von 230 V in eine geringere Spannung um. Der Gleichrichter (2) klappt die negative Halbwelle der sinusförmigen Spannung nach oben und der Ladekondensator (3) glättet die Ausgangsspannung.
Wenn der Trafo entsprechend ausgelegt ist, könnten an diesem Netzteil bereits LED-Streifen oder LED-Module betrieben werden, die eine feste Betriebsspannung von z.B. 12 oder 24 V haben.
Allerdings wäre ein derartiges Netzteil mit Trafo groß, schwer und auch teuer. Zumindest, wenn es die Leistung für mehrere lichtstarke LEDs bringen muss.
Elektronisches Netzteil
Eines von vielen möglichen Schaltkonzepten für elektronische Netzteile.
Die Netzfrequenz mit 50 Hz (Hertz), also 50 Schwingungen pro Sekunde, hört sich im ersten Moment richtig schnell an. Doch da lässt man sich leicht täuschen. Die Netzfrequenz ist für die Elektronik unglaublich langsam.
Darum umgeht man die Netzfrequenz und setzt den Gleichrichter (2) und den Ladekondensator (3) nicht hinter, sondern vor den Trafo (1). Also direkt am Netzeingang des LED-Konverters.
Die so entstehende Gleichspannung wird dann über den Trafo zu einem elektronischen Schalter (Leistungs-Transistor) geführt. Dieser Transistor (T) schaltet dann die Gleichspannung mehrere tausend Mal pro Sekunde ein und aus.
Die Transistor-Ansteuerung erhält über eine Regelstufe (RS) und einen Optokoppler (OK) fortlaufend Informationen über den aktuellen Leistungsbedarf. Per Pulsweitenmodulation (PWM) wird der Transistor (T) angesteuert und so die Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsstrom exakt geregelt. Der Fachmann spricht in diesem Fall von einem getakteten Netzteil, einem Schaltnetzteil oder auch einem Sperrwandler-Netzteil.
Durch diese hohe Taktfrequenz ist es nicht mehr erforderlich, einen großen und schweren Trafo zu nehmen. Die Bauform des Trafos kann wesentlich kleiner ausfallen, obwohl letztendlich die gleiche Leistung übertragen wird. Dadurch sind LED-Konverter kompakt, leicht und auch günstig in der Herstellung.
Ein weiterer Vorteil: Je nach Leistungsbedarf am Ausgang kann man die Schaltzeiten des Transistors beeinflussen und dem Trafo nur so viel Energie zuführen, wie wirklich benötigt wird. Dadurch ist der Wirkungsgrad eines Schaltnetzteiles oder auch elektronischen Trafos sehr hoch. Allerdings lassen sich die angeschlossenen Leuchtmittel nur schwer dimmen.
Strom oder Spannung - auf die Regelung kommt es an
Welcher LED-Konverter für den Einsatzweck geeignet ist, richtet sich nach den LEDs, die verwendet werden. Falls der Hersteller der LEDs in seinen technischen Dokumentationen eine konstante Spannung mit einem bestimmten Wert vorgibt, muss der LED-Konverter diese Spannung auch genau einhalten.
Wenn der LED-Hersteller einen bestimmten Strom für seine LEDs vorgibt, muss der LED-Konverter genau auf diese Stromstärke ausgelegt sein.
Sollte der LED-Konverter als Ersatz für ein defektes Gerät dienen, so muss zunächst die genaue technische Spezifikation des bis dato genutzten Gerätes geprüft werden. Dazu werden die Werte für Strom und Spannung zum Teil auf das Gehäuse der Konverter aufgedruckt. Im Zweifelsfall muss in den technischen Unterlagen des defekten Konverters nachgesehen werden, welche Strom- und Spannungswerte das Gerät hat.
Schutzmaßnahmen und Einbauort
Neben der grundsätzlichen Funktion sollten Sie Ihr Augenmerk auch unbedingt auf die integrierten Schutzmaßnahmen lenken. Als Ergänzung zur elektronischen Abschaltung bei Überlast sollte auch ein Schutz vor Übertemperatur vorhanden sein.
Denn oft werden LED-Konverter in engen Einbauräumen platziert, wo die Kühlung durch Luftzirkulation nur bedingt möglich ist.
Beim Einsatz im Außenbereich muss die IP-Schutzart beachtet werden. Eine genaue Erklärung zu diesem Thema finden Sie in unserem Ratgeber zu IP-Schutzarten.
Sollte der LED-Konverter in Schränke montiert werden, ist eine Möbelzulassung (MM) erforderlich. Diese Konverter haben eine geringe Wärmeentwicklung und können in Kleiderschränke, Wohnzimmerschränke oder Küchenschränke montiert werden.
Die Art der LEDs, die Anzahl und die Zusammenschaltung wirken sich auf die Belastung des LED-Konverters aus. Demzufolge muss man sich bereits vor der Auswahl eines LED-Konverters im Klaren darüber sein, welche LEDs geplant sind und wie sie angeschlossen werden sollen.
Anschluss bei Konstant-Spannung
Werden die LED-Module oder LED-Streifen mit einer fest vorgegebenen Spannung betrieben, können diese Leuchtmittel bei Bedarf parallel geschaltet werden. Allerdings ist in diesem Fall der Strom zu beachten.
Wenn drei LED-Streifen mit je 24 V Betriebsspannung und einem Strombedarf von 250 mA angeschlossen werden sollen, so muss der LED-Konverter min. 750 mA bei 24 V liefern.
Anschluss bei Konstant-Strom
Werden LEDs mit einer fest vorgegebenen Stromstärke betrieben, so können die LEDs bei Bedarf in Serie geschaltet werden. In diesem Fall ist aber die maximale Spannung bzw. die Leistung des LED-Konverters maßgebend. Wenn 10 LEDs mit 350 mA und ca. 3 V Betriebsspannung in Serie geschaltet werden, muss der LED-Konverter eine Ausgangsspannung von min. 30 V bei 350 mA liefern. Das entspricht einer Leistung von 30 V x 0,35 A = 10,5 Watt.
Was ist der Unterschied zwischen LED-Konverter und LED-Treiber?
Im Prinzip machen beide Geräte das Gleiche. Wobei die stromgeregelten Konverter eher als LED-Treiber und die spannungsgeregelten Konverter eher als LED-Netzteil oder LED-Trafo bezeichnet werden. Allerdings werden die Begriffe auch von Herstellern und Importeuren nicht einheitlich verwendet, wodurch es immer wieder zu Irritationen kommt.
Kann ich LEDs mit 350 mA an einem LED-Konverter mit konstanter Ausgangsspannung betreiben?
Im Prinzip nicht, da ein Konverter mit einer konstanten Ausgangsspannung den Strom nicht regelt. Es wird lediglich der max. Strom, falls dieser durch Überlast überschritten wird, begrenzt. Allerdings gibt es auch Konverter, die eine Strom- und Spannungsregelung beinhalten. Dies ist aber dann in der Produktbeschreibung und in den technischen Unterlagen des Konverters genau angegeben.
Können RGB-LEDs an einem LED-Konverter betrieben werden?
RGB-LEDs sind nicht für den direkten Betrieb an LED-Konvertern vorgesehen. Der große Vorteil bei RGB-LEDs ist die Anzahl der möglichen Leuchtfarben. Diese Leuchtvielfalt wird durch eine Kombination von roten, grünen und blauen LEDs erreicht, die jeweils gemeinsam in einem LED-Gehäuse untergebracht sind. Um die gewünschte Farbe oder einen Farbwechsel zu erzielen, müssen die roten, grünen und blauen Leuchtdioden gezielt angesteuert werden. Deshalb sind für RGB-LEDs spezielle Steuergeräte erforderlich.
Sind LED-Konverter dimmbar?
Das Dimmen ist bei LEDs oder LED-Modulen leider nicht so einfach wie bei Glühleuchtmitteln. Denn wenn bei LEDs die Spannung reduziert wird, beginnen sie teilweise zu flackern oder schalten ganz ab. Deswegen sind LEDs nur über ein pulsweitenmoduliertes Signal dimmbar. Das bedeutet, dass die Betriebsspannung im schnellen Rhythmus ein und ausgeschaltet wird. Über das Verhältnis zwischen Einschaltimpuls und Impulspause definiert die Helligkeit, mit der die LED-Leuchtmittel leuchten. Da aber nicht jeder LED-Konverter diese Funktion unterstützt, muss im Bedarfsfall in den technischen Daten bzw. bei der Beschreibung des Konverters nachgesehen werden, ob der Konverter dimmbar ist. Zudem kann man nicht jeden handelsüblichen Dimmer zum Dimmen von LED Leuchtmitteln verwenden.
Was sagt die Angabe Watt aus?
Die Angabe Watt (W) entspricht der elektrischen Leistung. Die Leistung ist das Produkt aus Strom und Spannung. Ein Konverter mit einer Leistung von 24 Watt und einer Ausgangsspannung von 12 Volt kann im Betrieb einen Strom von 2 A liefern.