LED- und OLED-Lichttechnik I - files.vogel.defiles.vogel.de/vogelonline/vogelonline/issues/ep/2017/625.pdf · Wissen. Impulse. Kontakte. Mai2017 KonstantweißesLichtganz ohneBinning

Wissen.Impulse.Kontakte. Mai 2017

Konstant weißes Licht ganzohne Binning

Die richtige Aus-wahl von LEDsWer LEDs einsetzt oder ver-baut, muss sich Gedankenüber Qualitäts- und Einsatz-kriterien machen. Seite 12

Schneller LEDs aus-messenFluxGage senkt signifikantden Messvorgang bei LED-Leuchten. Wir zeigen, wiedas geht. Seite 20

Damit das DimmenfunktioniertWer komfortabel LEDs überTriac dimmen will, kommtum den passenden Treibernicht herum. Seite 30

SONDERHEFT LED- UND OLED-LICHTTECHNIK I

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Mit dem Zero-Binning-Konzept bietet Tridonic über den gesamten Produktlebenszyklusfarbkonstante LEDs.

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EDITORIAL

ELEKTRONIKPRAXIS Lichttechnik Mai 2017

Was Sie schon immer über LEDswissen wollten

Seit dem Beginn der flächendecken-denMarkteinführungder LED inderAllgemeinbeleuchtung steht der

elektrotechnischeFachmann regelmäßigvor neuenHerausforderungen imEinsatzder Produkte. Zentrale Themen wie Le-bensdauer, Qualität und Grenzen derTechnologie stehen im Vordergrund undmüssen beachtet werden, um sich so vorReklamationen und Fehlverhalten derLED-Leuchten zu schützen.Vor diesemHintergrund bietenwir das

Seminar 'LED-Beleuchtung in der elekt-rotechnischen Praxis – Basiswissen zuelektrotechnischen Erfordernissen vonLED-Leuchten' an. Die Termine sind am11. Juli 2017 in Stuttgart und am 30. No-vember 2017 inWürzburg.Neben den neuen Möglichkeiten der

Beleuchtung spielt das Risiko beim Ein-satz eines solch langlebigen Produkteseine entscheidende Rolle, da sich imMarkt auchLeuchtenmit schlechterQua-lität befinden. Bei der Projektplanungund -umsetzung steht nicht nurWissens-wertes rundumdas ThemaLED-Beleuch-tung in der elektrotechnischen Praxis imVordergrund, sondern auch Aspekte derelektrischen Versorgung, der Normensi-tuation und der Garantieaspekte. Mess-

„Seminar zu elektrotech-nischen Erfordernissenvon LED-Leuchten am 11.Juli in Stuttgart und 30.November in Würzburg“

Johann Wiesböck, [email protected]

technik, Leuchtentechnik und lichttech-nischen Grundlagen gehören zumHand-werkszeug des Elektrotechnikers undwerden ebenfalls geschult werden.Die Teilnehmer des Seminars erhalten

ein fundiertes Basiswissen über die elek-trotechnischen Erfordernisse der LEDLeuchtenwährendder Projektumsetzung.Die Teilnehmer lernen die normativenund praktikablen technischen Eigen-schaften von LED Leuchten kennen. AnMusternwerdendie technologischenUn-terschiede in der LED Technik vermittelt.Die Bewertung der Lebensdauer und Zu-verlässigkeit von LEDs ist ebenfalls einSeminarziel.Alle Infos unddieAnmeldung zuunse-

remSeminar 'Basiswissen zuden elektro-technischenundelektronischenErforder-nissen von LED-Leuchten' finden Sieunter www.b2bseminare.de/1002.

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4 ELEKTRONIKPRAXIS Lichttechnik Mai 2017

SCHWERPUNKTEAllgemeinbeleuchtungTITELTHEMA

9 Eine konstant weiße Lichtfarbe ganz ohne BinningMit dem Binning lassen sich Eigenschaften der LED wieHelligkeit oder Farbort in Klassen einteilen. Wenn man da-rauf verzichten will, muss man am Konvertermaterial unddessen Dicke ansetzen.

12 Technikkompetenz bei der Auswahl von LEDsWer LED-Leuchten installiert, muss sich über Qualitäts-und Einsatzkriterien Gedanken machen. Auf diese Kriteriensollte unbedingt geachtet werden.

16 Energie sparen und das Blenden reduzierenIm Vergleich zu High-Power-LEDs sparen MidPower-LEDsbis zu 38 Prozent elektrische Energie ein. Wir zeigen in die-sem Beitrag, worauf Entwickler bei der Ansteuerung dieserLEDs achten sollten.

20 LED-Leuchten automatisiert prüfenFluxGage senkt signifikant den Messvorgang bei LED-Leuchten. Anstatt Lichtsensoren kommen hier Solarmodulezum Einsatz und auch bei der Größe punktet das System.

22 Worauf es beim Dimmen ohne Flackern ankommtDamit die LED-Leuchte nicht flackert, spielt der entspre-chende Treiber eine entscheidende Rolle. Denn allein aufdie Pulsweitenmodulation zu setzen ist nicht konsequent.Wir zeigen, worauf zu achten ist.

26 LED-Hersteller setzt auf die FahrzeugbeleuchtungDie Beleuchtung mit LEDs im und am Fahrzeug wächst undHersteller wie Everlight müssen für unterschiedliche An-wendungen Komponenten anbieten. Darin eingeschlossenist auch der Test der Halbleiter.

30 Der LED-Treiber trifft auf Triac-DimmerMit einem Triac-Dimmer ließen sich Glühlampen dimmen,weshalb man sie in jedem Haushalt findet. Doch will manauch bei LEDs nicht auf Kompatibilität und EMV-Perfor-mance verzichten.

32 Stromkreisschutz sorgt für LED-LichtqualitätOb für die Innen- oder Außenbeleuchtung: Die LED bietetviele Vorteile. Allerdings sind Schutzkomponenten not-wendig. Wir zeigen, worauf beim Thema Stromkreisschutzbesonders zu achten ist.

RUBRIKEN3 Editorial

6 Aktuelles

34 Impressum

INHALT

ALLGEMEINBELEUCHTUNG

Eine konstant weißeLichtfarbe – ganz ohneBinningIn immer mehr Anwendungen setzt sich die weißeLED für die Allgemeinbeleuchtung durch. Damit ein-her geht auch die Lichtqualität und die Farbtoleranzzusammen mit einem akzeptablen Preis. LED-Chipsemittieren immer farbiges Licht. Um weißes Lichtzu erzeugen, sind zwei unterschiedliche Verfahrenbekannt: die Lumineszenzkonversion und die RGB-Farbmischung.

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AKTUELLES //MESSEHINWEIS


Anwenderbezogene Workshopsrund um die BeleuchtungVom 10. bis 12. Oktober 2017 findet in Essen die „lighting technology“statt, eine Special-Interest-Messe mit Workshops für Systeme, Kompo-

nenten und Bauelemente der Beleuchtungsindustrie.

Experten für die in der Lichttechnik, inBeleuchtungssystemen und ihren An-wendungen eingesetztenBauelemente

undTechnikenwaren eingeladen,Vorschlä-ge für das Workshop-Programm einzurei-chen und ihr Fachwissen zu präsentieren.DerWorkshop-Beirat unter Leitung des Vor-sitzenden Professor Ulrich Kuipers von derFH Südwestfalen hat aus allen Einreichun-gen insgesamt 38 Beiträge für die lightingtechnology 2017 ausgewählt. Die Referentender 45-minütigen Kompakt-Workshops sindCEOs, Geschäftsführer, Inhaber und Spezia-listen verschiedener Unternehmen. Sie ver-mitteln ihr Fachwissenund ihre Erfahrungenund stehen insbesondere auch zurDiskussi-on und für individuelle Fragen der Teilneh-mer zur Verfügung. Großes Gewicht hat derBeirat zudemauf denAnwendungsbezugderWorkshop-Themen gelegt; so ist sicherge-stellt, dass alle Teilnehmer einen exklusivenZugang zu den aktuellsten FragestellungenundLösungsansätzender Branche erhalten.

Sieben Themenblöcke für dieWorkshopsDieWorkshops sind in siebenThemenblö-

cke gegliedert: Lichterzeugung, Lichtlen-kung, Leuchtenleistungselektronik, Licht-steuerung, Leuchten- undBeleuchtungssys-tementwicklung, Human Centric Lightingund Lichtmesstechnik. Die Teilnehmer kön-nen wahlweise mehrere Workshops aus ei-nem Themenbereich besuchen oder zwi-schen den Themenblöckenwechseln. Halb-tages- undTagestickets gebendie notwendi-ge Flexibilität für eine individuelleProgramm-Zusammenstellung. Das Work-shop-Programm lässt ausreichend Zeit fürden Besuch der parallelen Messe. Hier prä-sentieren Aussteller die neuesten Produkte,Konzepte undDienstleistungen für die Licht-und Beleuchtungstechnik. Die Entwicklungneuer funktionaler Beleuchtungssystemeerfordert neben lichttechnischenKompeten-zen eine interdisziplinäre Zusammenarbeitverschiedenster Fachbereiche. Die Messeund die begleitendenWorkshops unterstüt-

zendieHersteller undEntwickler vonLeuch-tenundBeleuchtungssystemen, Lichtplaner,Einkäufer und Entscheider bei der anwen-dungsnahen Entwicklung und praktischenRealisierung zukunftsfähiger Beleuchtungs-systemeundgenerieren in ihrer Kombinationeinen entscheidendenMehrwert für dieMa-cher des Lichts.AmerstenWorkshop-Tag könnendie Teil-

nehmer zwischenLichterzeugung, Leuchten-leistungselektronik I und Lichtmesstechnikwählen: Themen sind unter anderem „Her-ausforderung Präzisionsbestückung vonLEDs“ oder „Lichtqualiät – LichttechnischeParameter verstehenundmessen“.Der zwei-te Tag hält die Themenkomplexe Lichtlen-kung, Leuchtenleistungselektronik II sowieLeuchten- undBeleuchtungssystementwick-lungbereit. Hier ist unter anderemdie „Elek-tromagnetische Verträglichkeit von LED-Leuchten“ ein Thema.AmdrittenTag stehendie Themen Lichtsteuerung und HumanCentric Lighting im Mittelpunkt. Ein High-light ist „Die Zukunft der Leuchte: ReinerLumenspender oder Datenkrake?“. // HEH

lighting technology

Workshop-Programm: Die Teilnehmer können sich an drei Tagen umfassend um praktische Themen derLED-Beleuchtung informieren.

Bild:©

kasto/Fotolia.com

Fakten zur 1. lightingtechnologyDie 1. lighting technology wird vom10. bis 12. Oktober in der MesseEssen stattfinden. Bei der Special-Interest-Messe stehen Workshopsfür Systeme, Komponenten und Bau-elemente der Beleuchtungsindustrieim Mittelpunkt. Teilnehmer könnensich auf insgesamt 38 Kompakt-Work-shops informieren. Die Workshopssind in sieben Themenblöcke geglie-dert: Lichterzeugung, Lichtlenkung,Leuchtenleistungselektronik, Licht-steuerung, Leuchten- und Beleuch-tungssystementwicklung, HumanCentric Lighting und Lichtmesstech-nik. Die Teilnehmer können wahlwei-se mehrere Workshops aus einemThemenbereich besuchen oder zwi-schen den Themenblöcken wechseln.Halbtages- und Tagestickets rundendas Programm ab.

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ALLGEMEINBELEUCHTUNG //WEISSE LED

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TITELSTORYIn immer mehr Anwendungen setztsich die weiße LED für die Allge-meinbeleuchtung durch. Damit ein-her geht auch die Lichtqualität unddie Farbtoleranz zusammen mit ei-nem akzeptablen Preis. LED-Chipsemittieren immer farbiges Licht. Umweißes Licht zu erzeugen, sind zweiunterschiedliche Verfahren bekannt:die Lumineszenzkonversion und dieRGB-Farbmischung. Bei dem erstenVerfahren wird eine sehr dünne Phos-phor-Leuchtschicht aufgedampft, umeinen Teil des blauen Lichts durchden gelben Phosphor in weißes Lichtumzuwandeln. Bei der additiven oderRGB-Farbmischung wird farbigesLicht unterschiedlicher Wellenlängegemischt.


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Eine konstant weiße Lichtfarbeganz ohne Binning

Mit dem Binning lassen sich Eigenschaften der LED wie Helligkeit oderFarbort in Klassen einteilen. Wenn man darauf verzichten will, muss

man am Konvertermaterial und dessen Dicke ansetzen.

MARTIN PFEILER-DEUTSCHMANN *

* Dr. Martin Pfeiler-Deutschmann... ist Head of Product Realisation bei Tridonic inÖsterreich.

Als die ersten LEDs in den 1960er-Jah-ren auf denMarkt kamen, setztemandie roten, schwach glimmenden

Lichtquellen in Signallämpchen ein. Licht-qualität und Farbtoleranz spielten damalsnoch keine Rolle. In den späten 1980er- und1990er-Jahren folgten grüne, gelbeundblaueLEDs. Seit Mitte der 1990er-Jahre gibt es zu-dem weiße LEDs. Mit ständig wachsenderLichtausbeute sind diese LEDs in der Allge-meinbeleuchtung imEinsatz. Für eine breiteAkzeptanzderHalbleiter-Lichtquellenmüs-senLichtqualität undFarbtoleranz stimmen,bei einem akzeptablen Preis.Das weiße Licht lässt sich nicht direkt er-

zeugen. Es entsteht stets aus einer Farbmi-

schung: beispielsweise ausderKombinationvon roten, blauen und grünen LED-Chipsoder aus einer Kombination von blauemLicht und einem Konverterleuchtstoff. Wei-ßes Licht für dieAllgemeinbeleuchtungwirdheute meist über Wellenlängenkonversionerzeugt, das heißt über einen blauen LED-Chip und einenKonverterleuchtstoff. Da dieEnergie des Lichts umgekehrt proportionalzurWellenlänge ist, hat kurzwelliges blauesLicht eine höhere Energie als beispielsweisedas langwelligere gelbe Licht. Regt man ge-eignete Leuchtstoffe mit blauen LED-Chipsan, wird ein Teil des höher energetischenblauen Lichts vom Leuchtstoff absorbiertund in niederenergetischere Strahlung um-gewandelt. Das restliche blaue Licht unddaserzeugte gelb/grüne oder rote Licht ergebeninder additivenMischungweißes Licht. DasKonversionsmaterial lässt sich entweder di-

rekt auf einen blau emittierenden LED-Chipaufbringen oder es wird in der LED-Verguss-masse aus Silikon eingebracht (dispergiert).

Lichtquellen mit konstantgleichen EigenschaftenIn der Fertigung ergeben sichbeimweißen

Licht dennoch kleine Farb- und Helligkeits-unterschiede zwischenden einzelnenLEDs,auch wenn sie aus einer Charge stammen.Abhilfe verspricht das Binning. Dabei kön-nenLEDsnachEigenschaftenwieHelligkeit,Farbort oder Vorwärtsspannung in Klasseneingeteilt werden. Vor allem die Klassifizie-rung nach Farbort ist wichtig, da beimmenschlichenSehendie Sensitivität bezogenauf Farbunterschiede sehr hoch ist. Hellig-keitsunterschiedewerden dagegenweit we-niger stark wahrgenommen. Je spezifischerdieKlasseneinteilung erfolgt, desto höher ist

Weißes Licht: Das weiße Licht für die Allgemeinbeleuchtung wird meist über Wellenlängenkonversion erzeugt, das heißt über einen blauen LED-Chip und einenKonverterleuchtstoff.

Bild:Trid

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Fertigung von weißen LED: Kleine Farb- und Helligkeitsunterschiede lassen sich auch innerhalb einerCharge nicht vermeiden.

Bild:Trid

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der Aufwand für das Binning. Tridonic ver-zichtet auf Binning und gleicht die feinenUnterschiede Schritt für Schritt über die Zu-sammensetzungdesKonvertermaterials unddessen Dicke aus. Damit ergeben sich Licht-quellen mit konstant gleichen Eigenschaf-ten.DasAusgangsmaterial für Chip-on-Board-

(CoB-)LEDs sind blaue ChipsmitWellenlän-gen zwischen 447,5 und 465 nm. Zuerst wer-den die rohen Chips auf dominante Wellen-länge, Helligkeit und Vorwärtsspannunguntersucht und typischerweise in Klassenvon Wellenlänge mit 2,5 nm eingeteilt. InSonderfällen auch in bis zu 0,5-nm-Klassen.Unterschiede in den Eigenschaften inner-halb derKlassenwerdendurch eine Technikbeim Aufbringen des Konvertermaterialsausgeglichen.DasAufbringen erfolgt in zweiSchritten. Im ersten Dosierschritt werdenetwa 70 bis 80 Prozent der geplantenMengedes jeweiligen Konvertermaterials aufge-bracht. Noch im ungehärteten Zustand desMaterials erfolgt eine erste photometrischeVermessung. Dabei positioniert ein Inline-Messroboter über jede einzelne Lichtquellevollautomatisch eine sogenannte Ulbricht-kugel. Damit lässt sichdas abgestrahlte Lichtgenau charakterisieren. Nach ihrer Positio-nierung wird die jeweilige Lichtquelle elek-trisch kontaktiert und innerhalb von 20 bis

„Wir setzen auf eine verbesserte Farbqualität und -stabitlität,verlängerte Lebensdauer sowie eine einfache Installation,

Inbetriebnahme und Nutzung der LED.“Guido van Tartwijk, Tridonic

50 ms das Lichtspektrum gemessen. ÜbereinenLichtwellenleiter ist dieUlbrichtkugelmit einem Spektrometer verbunden.Die Ergebnisse informieren, ob die LEDs

im vorgegebenen Toleranzbereich um dengewünschtenFarbort liegen.Der Farbort be-schreibt die Farbe exakt anhand ihrer Koor-dinaten im CIE-Farbraum. Der Toleranzbe-reich steht für diemaximalmöglicheAbwei-chung vom gewünschten Farbort. Die Maß-einheit der Farbtoleranz ist SDCM=StandardDeviation of ColourMatching, ihrWert stelltden Bezug zum CIE-Farbraum und den Ma-cAdam-Ellipsen her. SDCM 1 oder auch Ma-cAdam 1 beschreibt beispielsweise die sehrkleine Ellipse umdengewünschtenFarbort,in der alle LEDs mit entsprechender Klassi-fizierung liegen müssen. Hier sind nur sehrgeringe Abweichungen vom gewünschtenFarbort erlaubt. Entsprechend größer fallenMacAdam-2- und MacAdam-3-Ellipsen aus.In einemzweitenDosierschritt kannauf jedeLichtquelle eine individuell angepassteMen-ge Konvertermaterial aufgebracht werden,um die finale Abweichung vom Zielfarbortweiter zu reduzieren.Dadurchgelingt es, sichüber die Dicke der Konversionsschicht demgewünschtenFarbort immermehr zunähern.Auch nach dem zweiten Dosierschritt wirdvollautomatisch photometrisch vermessen.Zumeinenwirddas Endergebnis kontrolliert

und der Prozess und die Optimierung vonRegelparameterndes vorangegangenenPro-zesses werden einbezogen. Das System istauf kontinuierliche Selbstoptimierung aus-gelegt. Durch die beiden, voneinander un-abhängigen Dosiervorgänge lassen sich dieStreuungen inden einzelnenWellenlängen-Klassen deutlich reduzieren, wodurch dergewünschte Farbort erreicht wird. Die Aus-fall- bzw. Fehlerrate liegt im Idealfall beideutlichunter einemProzent. Bei einstufigenVergussprozessen liegt die Fehlerrate derLEDs, die nicht den spezifizierten Farborttreffen, bei bis zu 10 Prozent.

Die Qualität während derFertigung garantierenUm die gewünschten Farbtoleranzen si-

cher einzuhalten, legt man den Toleranzbe-reich während der Fertigung in engerenGrenzen fest, als die Produktspezifikationerfordert. Soll die Farbtoleranz der LEDs amEnde MacAdam 3 entsprechen, gibt man inder FertigungMacAdam 2,5 vor. Das Verfah-ren ist beliebig skalierbar, so dass auchFarb-toleranzen realisierbar sind, dieMacAdam2oderMacAdam1 entsprechen. Geringe Tole-ranzen sinddannnotwendig,wennExpona-te in Museen und Ausstellungen farbtreuwiedergegeben werden sollen. Auch dasGesundheitswesen fordert engeFarbtoleran-zenoder dass spezielle Kenngrößender Farb-wiedergabe eingehaltenwerden. SMD-LEDswerden nach Lieferantenvereinbarung alsRollenware in bestimmten Bins eingekauftund auf die Platine aufgelötet. Eine Matrixlegt fest, wie die LEDs miteinander kombi-niert werden können, um die gewünschtenFarbtoleranzen einzuhalten. Die erreichba-renFarbtoleranzen entsprechen theoretischdenendesCoB-Prozesses. In der Praxis lässtsich das System imGegensatz zumCoB-Pro-zess jedochnicht beliebig skalieren.DieRol-lenwarewird zwar in bestimmtenBins gelie-fert, aber auchBinshabenToleranzbereichein Bezug auf die Eigenschaften der SMD-LEDs. Ob die angelieferteWare gleichmäßigverteilt über denBin oder naheder Toleranz-grenzen liegt, lässt sichweder vorhersagen,noch während des Herstellprozesses aus-steuern. Das ist ein Nachteil im Vergleich zuCoB-Lösungen. Aus beiden LED-Bauformenentstehen homogeneweiße, reproduzierba-re Lichtquellen oder LED-Module, die nichtnur nachFarbtemperatur, sondernnachFar-bort undMacAdam-Farbtoleranzen klassifi-ziert sind. In der Anwendung erscheint einhomogenes Lichtbild. Die Raum- bzw. Ob-jektwirkung bleibt konstant. // HEH

Tridonic

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ELEKTRONIKPRAXIS Lichttechnik Mai 2017 11


INTERVIEW MIT GUIDO VAN TARTWIJK

„Das Binning verursacht einen zusätzlichenlogistischen Aufwand, den wir vermeiden.“Wo sehen Sie Ihr Unternehmen mittel-/langfristig in der Beleuchtungs-Bran-che?Mittel- und langfristig beschäftigt unsdie Rolle des Lichts im Internet derDinge. Seit einigen Jahren entwickelnwir uns selbst vom reinen Kompo-nentenhersteller zum umfassendenTechnologieanbieter, vom rein Hard-ware-getriebenen Geschäft hin zu in-tegrierten Lösungen. Kurzum: UnserZiel ist es, ein globaler Innovationst-reiber für Netzwerk-Technik zu sein.

Wie verändern sich derzeit die Kunden-wünsche in Bezug auf die LED-Beleuch-tung undwie könnten sich diesemittel-/langfristig entwickeln?Bei LED setzen wir Entwicklungs-schwerpunkte auf die Verbesserungvon Farbqualität und -stabilität, derVerlängerung der Lebensdauer sowiein eine einfachere Installation, Inbe-triebnahme und Nutzung. Unsere Kun-den erwarten bessere Optiken, eineneinfacheren Wechsel sowie Verein-heitlichungen und Standardisierun-gen bei Lichtsteuerungen. Zudem for-dern sie eine bessere Integration derLichttechnik in andere Gewerke wiedie Gebäudetechnik oder intelligenteSystemsteuerung.

Mit net4more unterstützen Sie das In-ternet der Dinge. Wie beurteilen Sie dieEntwicklung für Ihr Unternehmen undIhre Kunden?Wir sind davon überzeugt, dass eineLicht-basierte Infrastruktur das Rück-

grat für ein effizientes Internet der Din-ge ist. Mit net4more haben wir hierfüreine zukunftssichere, flexible, offeneund skalierbare Plattform geschaffen,auf der sich Licht nahtlos mit der IP-Welt verknüpfen lässt. Unsere Kundenerkennen vermehrt die Vorteile einerintegrierten Lösung, beispielsweisefür eine optimierte Büroraumnutzungoder die Indoor-Navigation im Handel.Erste Pilotprojekte, die wir aktuell rea-lisieren, nutzen wir, um unser Angebotund unsere Dienstleistungen weiter zuoptimieren.

Im Beitrag wurde von Binning gespro-chen und dass Tridonic komplett daraufverzichtet. Welche Vorteile versprechenSie sich?Binning bedeutet, verschiedeneFarb-Klassen von LED-Lichtquellen zubeziehen und die Farbunterschiedeinnerhalb der Leuchte durch intelli-gentes Kombinieren verschiedenerBins auszumischen. Bei CoB-Modulenist das Ausmischen allerdings nichtmöglich. Gleichzeitig sind für Leuch-tenhersteller verschiedene Farb-Binsin einer Rauminstallation mit meh-reren Leuchten nicht akzeptabel. Alslogische Konsequenz ergibt sich füruns das Zero-Binning-Konzept. Nurdadurch können wir dem Kundenzuverlässig über den gesamten Pro-duktlebenszyklus und generationen-übergreifend farbkonstante Produktebieten.

Hiergehteszumausführlichen Interview:www.elektronikpraxis.de/led602701/.

Auf ein Wort: Guido van Tartwijk istCEO bei Tridonic, einem Unter-nehmen der Zumtobel Group. Derpromovierte Physiker verfügt überlangjährige Erfahrung in der Licht-und Halbleiterindustrie. Tridonicsetzt unter anderem auf das Internetdes Lichts und verbindet damit Kom-petenzen aus der Elektronik, Senso-rik, Software und LED-Steuerung.

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GRUNDLAGENWISSEN // BELEUCHTUNGSTECHNIK


* Dr.-Ing. Uwe Slabke... ist Institutsdirektor am LED InstitutDr. Slabke in Bensheim.

In Gebäuden – egal ob für institutionelle,kommunale oder private Nutzer – spieltdie Beleuchtung bei Komfort und Ener-

gieverbrauch eine entscheidende Rolle.Leuchtmittel lassen sich schnell austauschenund Einspareffekte damit sofort realisieren.Das gilt speziell für die LichtemittierendeDioden oder kurz LED. Sie wandeln im Ver-gleich zukonkurrierendenLeuchtmittelnmiteinemdeutlichhöherenWirkungsgradEner-gie in Licht um und sind bedeutend langle-biger. Um aber objektspezifisch das geeig-netste Produkt zu wählen, ist technisches

Know-how bei der Planung und Umsetzungerforderlich: Welche LED erfüllt die jeweili-gen Ansprüche an Langzeitstabilität, Wirt-schaftlichkeit unddie lichttechnischenLeis-tungen am besten? Welche neuen Entwick-lungen zeichnen sich ab?Wie lässt sich eineLED zuverlässig betreiben?

Qualitäts- und Einsatzkriterieneiner LED in der PraxisUm auf diese Fragen befriedigende Ant-

worten zu erhalten, muss man sich Gedan-ken über Qualitäts- und Einsatzkriterien beiden LEDs machen. Aktuelle Themen zurQualität von LED-Leuchten zielen auf ihreLebensdauer ab: Im Markt gibt es vermehrtProdukte aus Fernost, als auch von Herstel-lernund Importeuren aus fachfremdenBran-chen. Sie verfügen oft nicht über das Fach-

wissen, qualitativ hochwertigeLED-Lampenoder -Leuchten anzufer-

tigen. Bei Reklamationen, die das LED Ins-titutDr.Slabkebearbeitet, fallenhäufigKon-struktions- undHerstellungsfehler auf. Pro-bleme können beispielsweise dann auftau-chen,wenn LEDs überbestromtwerden, derthermische Pfad nicht einwandfrei oder dieVerarbeitung mangelhaft ist. Das verkürztdie Lebensdauer. Wer hier Sicherheitwünscht, muss LED-Leuchten selbst prüfenoder prüfen lassen. Auch die Auswahl vonfalschenoderminderwertigenKomponentenwie LEDsoder LED-Betriebsgeräte, kanndenEinsatz und die Zuverlässigkeit bei der Nut-zung reduzieren. Dazu gehören zu geringdimensionierte Kühlelemente, ein fehlerhaf-tes Thermomanagement oder Schädendurchelektrostatische Entladung (ESD). Warendiese Fehlerbilder bei der konventionellenTechnik vernachlässigbar, so ist der ESD-Schutz für LED-Komponenten bereits wäh-

Bild:sbo

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Warum die Auswahl von LEDsTechnikkompetenz erfordert

Wer LED-Leuchten installiert, muss sich über Qualitäts- und Einsatz-kriterien zwingend Gedanken machen. In unserem Beitrag zeigen wir,

worauf man unbedingt achten sollte.

UWE SLABKE *

Allgemeinbeleuchtung mit LED:Die Duris S5 von Osram ist eineMidPower LED und eignet sich unteranderem dafür, Städte zu beleuchten.

Bild: Os

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rendder Produktionnötig. Beanstandungenmünden nicht selten in gerichtliche Ausein-andersetzungen.Die Lebensdauer einer LED-Leuchte ist im Datenblatt des Herstellersaufgeführt. Neben einem Stundenwert, bei-spielsweise 40.000, findet sichdort eineAn-gabewie L70B20. Sie ist einMaß für die Quali-tät derAlterung:DiesesWertepaar bedeutet,dass die Leuchte nach40.000Stundennoch70 Prozent des ursprünglichen Lichtstromshat (L70). 20 Prozent aller Leuchten habenjedoch nach 40.000 Stunden weniger Licht-strom.Die Planungunddas FacilityManage-ment müssen diesen Lichtstromrückgangberücksichtigen, um den Zeitpunkt und dieKosten einer Instandsetzung abschätzen zukönnen. Mit den L- und B-Werten sind auchGarantien definierbar. Bei größeren Projek-ten sollten der Ausfall und der Lichtstrom-rückgang vertraglich geregelt sein. Denn jemehr LEDs in einer Immobilie eingebautsind, umso relevanter ist ihre Qualität: eineEffizienz von über 140 Lumen/Watt, belast-bare Lebensdauer, gute Farbqualität undnachvollziehbare Datenlage. Dabei musseine LED stets konstant mit dem vom Her-

steller spezifizierten Strom und im vorgege-benenTemperaturbereichbetriebenwerden.Fehlerbilder können ebenfalls infolge un-

geeigneter Betriebsumgebungen entstehen.LEDs sind hochempfindlich gegenüber spe-ziellen Chemikalien. Gase können leichtdurch die mit Hohlräumen geprägten Sili-konmassen diffundieren undmit demHalb-leiterchip reagieren. Kritische Chemikalienkönnen inVergussmassen,Dichtungen, Kle-bern und Isolierlacken enthalten sein. Wer-den solche Materialien in der Leuchte oder

direkt in ihrerNähe angewendet, können siedie Leistungsfähigkeit der Leuchte schwä-chen. Die Folgen sind Farbveränderungen,ein Lichtstromrückgangoder ein frühzeitigerAusfall der LED. Heute sind im Markt auchsogenannte Retrofit-Lampen verbreitet. MitihnenwerdenLED-Leuchtmittel in Fassungs-systemen herkömmlicher Lampen einge-setzt. Allerdings eignen sich Retrofits nur inbestimmtenFällen. Auswirtschaftlicher undtechnischer Sicht stehenmomentanT8-Äqui-valente für konventionelle Vorschaltgeräte

Unser VeranstaltungstippAm 5. und 6. Juli findet in Düsseldorfdie 6. VDI-Fachkonferenz „Lebensdau-er und Zuverlässigkeit in der LED-Be-leuchtung“ statt. Hier werden aktuelleForschungsergebnisse, Konzepte undLösungen präsentiert. Schwerpunktesind die Themen Lebensdauerberech-nung, Dauerbeständigkeit von Elek-

tronik und Material, Ausfallanalysenund Lebensdauervorhersagen vonLED-Leuchten sowie Anforderungen anintelligente Leuchten. Am 4. Juli fin-det der VDI-Spezialtag „Lebensdauer-betrachtung an LED-Systemen“ statt.Informationen unter: www.vdi-wissens-forum.de/lebensdauer_led.

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http://www.vdi-wissens-forum.de/lebensdauer_led



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(KVG/VVG) und Lampentypen mit klassi-schen Edison-Sockeln, wie beispielsweiseE27 oder E14, im Fokus. Sie funktionierenprinzipiell sehr gut – sofern es hochwertigeProdukte sind und damit eine nicht allzualte, bestehende Beleuchtungsanlage wei-terbetrieben werden soll. Bei den übrigenSystemen können die vorgegebenen Form-faktoren die Funktion beeinträchtigen, weilsie oft nur ein begrenztes thermisches Ma-nagementmit eingeschränktemPlatz für dieElektronik erlauben. Somit wird entwederdie Lebensdauer gering ausfallen oder derLichtstrom nicht an den der Originallampeheranreichen. Demzufolge sind Sockel wieR7 oder GYnurmit Einschränkungen umzu-rüsten. Bei Retrofits sind auch rechtlicheAspekte zu beachten: Je nach Art des Ein-griffs in die Leuchte können Installateure alsHersteller der Leuchte gelten und damit beieinem Schadensfall, wie einem Brand, zurVerantwortung gezogen werden.

Flimmerfreies Licht und smarteLED-LeuchtenLichtflimmern erzeugt Stress, selbstwenn

es gar nicht aktiv vom Betrachter wahrge-nommen wird. Das hängt auch von der Um-gebungab, in der die schnelleÄnderungderLichtintensität stattfindet: In einem abge-dunkelten Kinosaal sorgen bereits 18 Bilderpro Sekunde (= 18Hz) für einen flimmerfrei-en Filmgenuss, bei PC-Monitoren bemerkenMenschen unterbewusst sogar Frequenzen

bis zu 500Hz.Darummussder Einsatzzweckfür eine qualitative Beurteilung des Leucht-mittels beachtetwerden. Flimmerfreies Lichtist dort nötig, wo sich Nutzer über längereZeit aufhalten und die visuelle Wahrneh-mungbesondereAnforderungenhat.Hierzuzählen in erster LinieArbeits- undWohnräu-me sowie Produktionen, bei denen Maschi-nenBewegungenkorrekt erkennenmüssen.Flimmerfreiheit gelingt optimal, wenn dieLEDs mit einer geglätteten Gleichspannungbetrieben werden. Zudem ist das FlackernvonLED-Lampen vonder schaltungstechni-schen Qualität der Treiber-Elektronik unddemDimmer abhängig. So lassen sich LEDsstufenlos, ohne Farbveränderung und Flim-mern dimmen, wenn sie über eine Pulswei-tenmodulationmit einer Frequenz über 300Hz verfügen. Eine einwandfreie Funktionder

Leuchte mit dem Dimmer ist aber nur miteiner FreigabedesHerstellers gewährleistet.Eine LED ist ein Elektronikprodukt. Daher

werden ihre Funktionen – speziell Vernet-zungundSensorik – starkenEinfluss auf diezukünftige Entwicklung nehmen. Für eineeinfache Installation ohne aufwendige Pro-grammierung stellt die intelligente, kabello-se Leuchte den nächsten, logischen Schrittin der Beleuchtungstechnik dar. VernetzteLeuchten müssen sicher sein: Sowohl dasProdukt selbst als auchdie damit verbunde-nen Geräte müssen gegen Internet-AngriffeundÜbernahmengeschütztwerden.Deshalbhaben Produktentwickler und -manager dieSchnittstelle zu anderen Komponenten imNetz neu anzugehen, auchumHaftungsrisi-ken auszuschließen. Viele Hersteller verlas-sen sich lediglich auf dieMaterialkomponen-ten. Vielmehr zählt aber, dasmögliche tech-nische Versagen der Leuchten durch dasErschleichen von Identitäten für unbeab-sichtigte Nutzungen zu verhindern: Geräteder Gebäudeautomation, die über das Inter-net derDinge verbunden sind, könnengeka-pert, zu einem ferngesteuerten Bot-Netz(Gruppe automatisierter Computerprogram-me) zusammen geschlossen und damit Cy-berangriffe gestartetwerden. Im Internet derDinge müssen geeignete Kennwörter fürRouter, Netzwerke und vernetzte Geräte ge-wählt werden.Die Kernrisiken bei den smarten LED-

Leuchten sind also die Änderung:� des Verhaltens der Leuchte durch nichtautorisierte Personen,� der Daten der Leuchte, zum Beispiel derKonfiguration oder des Logins (Identitäts-diebstahl) und� des Systems Leuchte im Netz, das heißt,eine Veränderung der Datenhoheit und derÖffentlichkeit.Umgegenzusteuernmüssen entsprechen-

de Kompetenzen aufgebaut werden. Denndie Cybersicherheit ist nicht auf die Markt-einführung einer LED-Leuchte beschränkt,sondern siemusswährend ihrer Lebensdau-er über Updates auf einem hohen Niveaugehalten werden. In einem ganzheitlichenFacility Management ist die Lichtsteuerungmit Heizung, Lüftung, Klima- und Jalousie-steuerung verbunden,was abgestimmte Lö-sungenbeiHard- undSoftware sowie bei derDatenübertragung erfordert. Die Daten vonSmart-Home-/Smart-Building-Produktenerlauben wiederum Rückschlüsse, wer,wann und wie in einem Raum aktiv ist oderob einGebäudebereich zu einer bestimmtenZeit ungenutzt ist. // HEH

VDI

PRAXISWERT

Der LED gehört die ZukunftDer Variantenreichtum konventionellerLampen nimmt ab: Glühlampen dürfennicht mehr verkauft werden; fast alleHalogenlampen werden ab 2018 verbo-ten; Kompaktleuchtstofflampen werdenkaum nachgefragt (hochgiftiger Queck-silberanteil). Das spricht dafür, dassden LEDs die Zukunft gehört. Für ihrenEinsatz ist zu berücksichtigen, wie dieKomponenten aufgebaut sind, wie LEDsauf bestimmte Umgebungsbedingun-gen reagieren und welche Performancelangfristig erforderlich ist. Eine standar-disierte Methode zur Langzeitprognosedes Lichtstromrückgangs will die Inter-nationale Elektrotechnische Kommissi-on (IEC) mit ihrer Norm 63013 schaffen.

Sie soll 2017 veröffentlicht werden.Generelle Einflussfaktoren auf denLichtromerhalt sind die Qualität derLED und die Umgebungsbedingungen.Weiterhin sind die Materialien der LED-Chips sowie die Art und Qualität des ver-wendeten Phosphors ausschlaggebend.Soll der Einsatzzeitraum verbessert wer-den, sind beispielsweise Lebensdauer-berechnungen und Alterung von Elek-tronikkomponenten und Materialienwie Kunststoffe mit einzubeziehen. Solassen sich die Planung und der Betriebeiner LED-Beleuchtung optimieren. Füreine gute Ökobilanz von Gebäuden soll-ten sich alle verwendeten Stoffe spätermöglichst sortenrein trennen lassen.

LED-Package: Das Bild zeigt, wie ein LED-Chip durchsehr harte Umweltbedingungen vorzeitig altert.

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LEDS ANSTEUERN // SCHALTUNGSDESIGN


MidPower-LEDs sparen Energieund reduzieren das Blenden

Im Vergleich zu High-Power-LEDs sparen MidPower-LEDs bis zu 38Prozent elektrische Energie ein. Wir zeigen, worauf Entwickler bei der

Ansteuerung dieser LEDs achten sollten.

MICHAEL HEIDINGER *

* Michael Heidinger... promoviert am LichttechnischenInstitut des KIT In Karlsruhe.

Bei einer Marktanalyse von existieren-den LED-Datenblättern fällt schnellauf, dass MidPower-LEDs deutlich

effizienter sein können als vergleichbareHighPower-LEDs:AktuelleWerte fürMidPo-wer-LEDs schwanken um 180 Lumen proWatt, HighPower-LEDs bieten typischerwei-se 130 Lumen pro Watt. Kurzum: 38 Prozentweniger Energieverbrauch bei gleichemLicht, nur durch denWechsel der LED.Eine Daumenregel besagt, dass 1 W Ener-

gieeinsparung die Betriebskosten um 1Europro Jahr senkt. Bei einer typischen Lebens-dauer von 20 Jahren können die TCOO = To-

tal Cost of Ownership deutlich reduziertwerden. Eine Leuchte mit 7500 lm kann soüber ihre Lebensdauer 300 Euro an Energie-kosten einsparen. Des Weiteren bieten Mid-Power-LEDs weitere Vorteile. Die vielen,kleinen Leuchtpunkte werden als Flächen-strahlerwahrgenommenunddie einzelnen,individuellen LEDs verschmelzen zu einergroßenLeuchtfläche. Bei bestehendenLED-Leuchten mit HighPower-LEDs sind hinge-gen die einzelnen LEDs erkennbar.Da MidPower-LEDs deutlich effizienter

sind, fällt bei gleicher Leuchtenleistungwe-niger unerwünschte Abwärme an, was demLeuchtendesignermehr Freiheitsgradebietetund den Aufwand der Kühlung reduziert.Außerdem entsteht die Verlustleistung aufeiner größerenFläche, die Sperrschichttem-peratur der LEDs ist daher geringer und dieLebensdauer erhöht. Eineweitere Faustregel

besagt hier, dass eine um 10Grad reduzierteSperrschichttemperatur die Lebensdauerverdoppelt.

Wie die LEDs verschaltetwerdenBei bisherigen HighPower-LED Leuchten

sind alle LEDs in Serie verschaltet. Dameisteine geringeAnzahl vonLEDsbenötigtwird,typischerweise fünf LEDs für 5000 lm, ist dieSummenspannungder Serienschaltungklei-ner als die Sicherheitskleinspannung von120 V. Um allerdings fünf HighPower-LEDszu ersetzen, sind 100 MidPower-LEDs not-wendig. Somit betrüge die Summenspan-nung der Serienschaltung 320 V, folglich istdies keine praktikable Lösung.Daher muss auf eine Parallelschaltung

zurückgegriffen werden: Eine direkte Paral-lelschaltung von LEDs in LED-Stränge ist

Licht mit LED:Mit MidPower-LED lässt sich in der Bleuchtung nicht nur Energie sparen, sondern sie blenden auch weniger. Was beim Schaltungsentwurf zu beach-ten ist, zeigen wir im Beitrag.

Bild:krsmanovic/Fotolia.com

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aber nichtmöglich: In der Parallelschaltungteilt sich der Strom abhängig von der Vor-wärtsspannungauf die LEDs auf. LEDshabenaber, obwohl diese von Werk aus sortiertwerden, leicht unterschiedliche Vorwärts-spannungen.Dies führt dazu, dass die hoch-belasteten LEDs schneller altern und früh-zeitig ausfallen.Ein Ausfall einer LED lässt diese meist zu

einemKurzschlusswerden.Nach einemAus-fall reduziert sich folglichdieVorwärtsspan-nungdieses LED-Strangsundder LED-Strangübernimmt einengrößerenStrom.Kurze Zeitspäter wird daher eine weitere LED diesesStrangs ausfallenunddieVorwärtsspannungwird sich weiter reduzieren bis der ganzeStrang defekt ist und das Modul kurzschließt. Ein Schneeballeffekt, bei der dieLebensdauer einer einzelnen LED die Le-bensdauer des gesamtenModuls festlegt. Umtrotzdem eine Parallelschaltung betreibenzu können, ist eine elektronische SchaltungzumAusbalancierender Ströme indenLED-Strängennotwendig.Die einfachsteMöglich-keit sind Vorwiderstände in jedem LED-Strang. Für ein ausreichendes Ausbalancie-ren der Ströme ist es allerdings notwendig,dieWiderstände relativ hoch zuwählen,waszu hohen Verlusten führt.

Ein Stromteiler, der sich vonselbst regeltDie Vorwiderstände erzeugen auch bei

perfekt angeglichenStrömenVerlustwärme.Es wäre effizienter, nur die überschüssigeEnergie in denSträngenmit zuhohemStromin Verlustwärme zuwandeln. Ein neuer, pa-

tentierter Ansatz des Lichttechnischen Ins-tituts amKarlsruher Institut für Technologiebesteht darin, den Strom in jedem LED-Strang zu messen und individuell an einenübergeordneten, selbstbildendenMittelwertanzupassen. Dazu wird in jedem Strang mitHilfe eines Operationsverstärkers und eines

Bild 1: Das Angleichen der LED-Ströme kann imeinfachsten Fall durch Vorwiderstände erfolgen.Allerdings zeigt dieser Ansatz hohe elektrischeVerluste.

Bilder:KITKarlsruhe MOSFETs eine kompensierte Stromquelle

aufgebaut. Diese kann den Strom entspre-chend eines Vorgabewertes einregeln. DieStromquelle erzeugt hier nurVerluste,wennder Strom zu hoch ist. In einem Prototypen-aufbauwurden 1,5 ProzentAngleichungsver-luste gemessen. Der Strom jedes LEDStrangswirdüber einenShuntwiderstandgemessen,gemittelt undgefiltert. DieserMittelwertwirddann als Vorgabewert zu den Stromquellender Stränge zurückgeführt. Die Schaltungbesitzt zwei stabile Zustände: Zumeinenbei0 A und zum anderen bei gleichem Strom injedem LED-Strang. Die Schaltung muss da-her über eine Start-up-Schaltung in den ak-tiven Arbeitspunkt gebracht werden.Ein LED-Modulmit dieser Schaltungkann

an einem konventionellen Konstantstrom-Vorschaltgerät betriebenwerden.AußerdemistDimmendurchdasVorschaltgerätweiter-hin problemlos möglich, da sich die Schal-tung ihrenVorgabewert selbst generiert undauf einenverändertenEingangsstrom reagie-ren kann. Im Falle eines Kurzschlusses übereiner LED übernimmt die Stromquelle imStrang den Spannungsabfall, welcher amMOSFET in Wärme umgewandelt wird. DerLED-Strom im Strang verändert sich nur ge-ringfügig und alle übrigen LEDs arbeitenweiter. Somit wird der oben beschriebeneSchneeball-Effekt vermieden. EinigeHerstel-ler garantieren, dass ihre LED mit einemKurzschluss ausfällt. Das ist möglich, wennkeineBond-Drähte verwendetwerden, die ineiner konventionellen LEDbei Zerstörung zueiner Unterbrechung des Stromkreises füh-ren können.Wird das jedoch nicht vomHer-

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Städte und Gemein-den profitierenVon den stromsparenden Eigenschaf-ten der MidPower-LED dürften zu-künftig auch Städte und Gemeindenprofitieren. Gerade ist die Umstellungder alten konventionellen stromfres-senden Straßenbeleuchtung auf LED-Technik vielerorts in vollem Gange.So umfasst etwa die Stadtbeleuch-tung einer mittleren Großstadt mit300.000 Einwohnern wie Karlsruhelaut Stadtverwaltung fast 60.000Lampen (ein Zehntel davon LEDs), de-ren Stromverbrauch im Jahr 2015 rund12.000 Megawattstunden betrug.Jährliche Strom und Wartungskosten:drei Millionen Euro.

steller garantiert, sollte eine antiparalleleZener-Diode angebrachtwerden.Wenndanneine LEDdenStromkreis unterbricht, erhöhtdie Stromquelle im Strang die Spannung solange, bis die Zener-Diode durchbricht undwieder ein Strom fließt.Die neueSchaltung (Bild 2) erzeugt imVer-

gleich zu den Vorwiderständen (Bild 1) ge-ringere Verluste, da nur Energie für das An-gleichenbenötigtwird. Zusätzlich benötigen

die Operationsverstärker für die Mittelwert-bildung etwasEnergie. Die zusätzlichenVer-luste betragen 735 mW für die Beispiel-Leuchtemit 7500 lm.Die Leuchte spart durchden Einsatz von MidPower-LEDs 16W ein.� Kühlung: Da ausschließlich die wesent-lich effizienteren MidPower-LEDs in denLeuchten verwendet werden, lassen sichhier deutlich kleinere Kühlkörper bei glei-cher Lumenzahl der Leuchte einsetzen.

�MidPower vs. HighPower: Bei Einzeldis-tributoren sind LEDs mit 1000 lm für un-gefähr fünf Euro pro Stück (100 Stück) er-hältlich. LED-Kosten für 5000 lm: 25 Euro.Hingegen kostenMidPower-LEDs beim glei-chen Online-Händler 9 ct/Stück. LED-Kos-ten für 5000 lm: 9 Euro. Bei den MidPower-LEDs ist eine deutliche Kosteneinsparungmöglich. Die Kosten für zusätzlich erforder-liche Elektronik betragen etwa 5 Euro.� Bauform der Leuchte: Typischerweise istdie Packungsdichte bei HighPower-LEDsauf der Platine klein. Ein direkter Ersatzdurch MidPower-LED-Arrays mit vergrö-ßerter Packungsdichte kann meist ohneLeuchtenredesign stattfinden. Die Elektro-nik für die Angleichung kann auf 1 cm² proparallelem LED-Strang aufgebaut werden.� Fazit: Die größte Hürde bei der Ansteu-erung von MidPower-LEDs wurde mit die-sem patentierten Ansatz überwunden, dabestehende EVGs weiter genutzt werdenkönnen. Lediglich müssen die Linsen derLeuchten angepasst werden. Trotz allemüberwiegen die Vorteile deutlich: GeringereInvestitionskosten, geringere Systemkos-ten, geringere Betriebskosten und angeneh-meres Licht dank geringerer Blendung.Es ist nur eine Frage der Zeit, bis diese

Technik neue Maßstäbe in der Beleuchtungsetzt. Das KIT arbeitet bereits mit einem In-dustriepartner zusammen.„Ersten Testkun-den werden wir noch in diesem Jahr unsereLeuchte zu Testzwecken zur Verfügung stel-len können.“, soKlausMüller, Geschäftsfüh-rer von Gratz Luminance. // HEH

Karlsruher Institut für Technologie

Bild 2: Die patentierte Schaltung des Lichttechnischen Instituts am Karlsruher Institut für Technologiegleicht aktiv die LED-Ströme jedes Stranges an. Die Schaltung berechnet sich den Mittel- und Sollwert derStröme selbst und unterstützt somit lineares Dimmen.

Bild 3: Der LED-Strom in den individuellen LED-Strängen wird auf ±3 Prozent angeglichen.

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Vom 10. bis 12. Oktober 2017 öffnet inEssen erstmals eine neue Fachmesse mitder Bezeichnung „lighting technology“ihre Pforten.

Beheimatet ist sie bewusst in der Nähe dertraditionell in NRW konzentrierten Leuchtenin-dustrie. Diese neue Messe deckt die gesamteBandbreite aller Systeme und Bauelementefür die Licht- und Beleuchtungstechnik in allenAnwendungsbereichen ab und adressiert damitalle beteiligten Produktionsstufen.Zu den Initiatoren zählen die erfahrenenMessestrategen von untitled exhibitions, Prof.Kuipers von der Fachhochschule Südwestfalenund Vertreter namhafter Firmen der Branche.Aussteller sind u.a. Hersteller von Stromversor-gungen und Steuerungen, von aktiven und pas-siven Bauelementen, Kühlsystemen, Sensoren,Gehäusen, Bussystemen, Optiken etc.Die Messe wendet sich an die Macher des

Lichts, insbesondere technische Designer, Ent-wicklungsingenieure und technische Einkäuferder Leuchtenindustrie. Zusätzlich zur Messevermitteln ausgewählte Experten in den beglei-tenden Workshops Praxiswissen und aktuelleErgebnisse aus Forschung und Entwicklung.

Workshops von Fachleuten fürFachleute

Die Workshops werden unter der Leitung vonProf. Dr.-Ing. Ulrich Kuipers von Spezialistender Branche durchgeführt. Themen sind z.B.Messtechnik, Lichtplanung, Simulation, Flicker,Interferenzen, Horticulture Lighting, IoT, SmartLighting, Wärmeleitmaterialien, AutomotiveLighting, Aufbau- und Verbindungstechnik…Der Übergang von herkömmlichen Leuchtmit-teln zu LEDs wie auch OLEDs vollzieht sichin hohem Tempo, da neben ihren übrigengewichtigen Vorteilen LEDs inzwischen mit

200 lm/W die bisher besten Leuchtmittel sind.LEDs sind Halbleiter, ihre Zuverlässigkeit undLebensdauer hängen entscheidend von ihrerBetriebstemperatur ab und sie benötigenelektronische Vorschaltgeräte. Beides stellt anDesigner und Ingenieure hohe Anforderungen,denn Stromversorgung und Kühlung sollen kos-tengünstig und unsichtbar bleiben, gleichzeitigaber die enormen Möglichkeiten der LEDs fürelegante Gestaltung und höheren Sehkom-fort nicht beeinträchtigt werden. Aufgrundder schnellen technologischen Entwicklungentsteht ein enormer Informationsbedarf.Die Messe bildet die ideale Plattform für denInformationsaustausch und wendet sich an alleHersteller von Innen- und Außenbeleuchtung,von technischen und dekorativen Leuchten, vonLichttechnik, Lichtsystemen und intelligentemLicht, auch in den Bereichen Automotive,Medizin, Maschinenbau, Verkehr, Sicherheitetc. Es werden die aktuellsten Produkte undLösungen für heutige und zukünftige Aufgaben-stellungen vorgestellt.

Nähere Informationen fürAussteller und Interessenten aufwww.lighting-technology.com

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Die vier Macher der lighting technology (v.l.):Tanja Waglöhner, Michael Peters,Joseph Rath, Udo Weller

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LED-MODULE //MESSTECHNIK


* Christian Dini... ist Director Global Business Deve-lopment bei Ophir in Darmstadt.

Die Vorteile der LED inder Beleuchtung liegenauf derHand: Sie sparenEner-

gie, bieten eine Fülle anGestaltungsmöglich-keiten und eröffnen durch ihr vielseitigesFarbspektrum Lichtdesignern ganz neueMöglichkeiten.Doch imLetzteren liegenaberauch die besonderen Herausforderungen.Insbesondere dort, wo viele LED-Moduleverwendetwerden,werden schonkleineAb-weichungen von der Spezifikation deutlichunddas teilweise sehr unangenehm. Je nachAnwendung können diese sicherheitsrele-vanteAuswirkungenhaben, so beispielswei-se bei Straßenbeleuchtung, Signalen oderim medizinischen Umfeld. Um die Qualitäteiner LED-Leuchte zu beurteilen, müssenfolgende Parameter gemessen werden:� Lichtfarbe (Correlated Colour Tempera-ture – CCT): Die Kenngröße wird in Kelvinangegeben und charakterisiert ein Leucht-mittel. Bei weißem Licht unterscheidet

man prinzipiell zwischen warm-weißemLicht (<3300 K), neutralweißem Licht (3300bis 5300 K) und tageslichtähnlichem Licht(>5300 K).� Farbwiedergabewert (auch Colour Ren-dering Index – CRI). Die Farbwiedergabekennzeichnet die Wirkung des Lichts aufdie farbliche Wahrnehmung von Gegen-ständen oder Personen. Optimal ist einWert von 100.� Lichtstrom: Als Lichtstrom wird dieLichtleistung einer Lampe bezeichnet, de-ren Einheit n Lumen angegeben wird. Setztman den Lichtstrom ins Verhältnis zur be-leuchteten Fläche, erhält man daraus dieBeleuchtungsstärke oder Lichtstromdichtein lm/m² oder Lux.Bei der Konstruktionder Leuchten spielen

darüber hinausParameterwie Schattenwurf,Reflexionen und unerwünschtes Flimmerneine wesentliche Rolle. Sowohl bei der Ent-

wicklungundProduktionder einzelnenLED-Module als auch bei der Fertigungder LED-Leuchten gilt es, dieQualitätskennzahlen zu prüfen.Darüber hinaus haben die Kun-den ein verstärktes Interesse dar-an, dieQualität der LED-Leuchtenvor der Installation zu prüfen. Bisdato scheiterten solcheKontrollenhäufig an den aufwendigen Mess-aufbauten, die dazu erforderlichwaren: Traditionell werden Licht-

strom und Farbwerte von LEDs mitSensoren vermessen, die auf demPrinzip derUlbricht-Kugel funktionieren. Sie arbeitenzuverlässig, müssen aber mindestens drei-mal so groß seinwie das zu testendeSystem.Der gesamteMessaufbauwirddamit aufwen-dig, empfindlich und langsam und die Sen-soren müssen zudem, aufgrund der Selbst-absorptiondes zumessendenObjekts, regel-mäßig kalibriert werden. In einigen Bran-chen müssen LED-Leuchten gar zurEndabnahme an ein externes Prüflabor ge-schickt und dort zertifiziert werden.

Das Prinzip der sphärischenLichtausbreitungOphir Spiricon hat eine Technik entwi-

ckelt, welche den Messvorgang signifikantvereinfacht. Das Unternehmen entwickelteFluxGage, ein photometrischesMesssystem,das auf dem Prinzip der sphärischenLichtausbreitungbasiert. Das kompakte undrobuste Gerät lässt sich in den industriellenFertigungsprozess integrieren und liefert inwenigen Sekunden die wesentlichen Quali-tätsparameter vonkomplettenLED-Leuchtenoder einzelnen Modulen. Im Gegensatz zuder diffus reflektierenden Ulbrichtkugelnutzt das rechteckige FluxGage als Lichtsen-soren Solarmodule, die an den Innenseitendes Gehäuses angebracht sind. Die Modulesindmit einer schwarzen Beschichtung ver-sehen, die ein dichtes Array feiner Löcherenthält, durch die das Licht einfällt. Diese

PhotometrischesMesssystem: FluxGage

basiert auf dem Prinzip dersphärischen Lichtausbreitung

und lässt sich in den industriellenFertigungsprozess integrieren. Es liefert

wesentliche Qualitätsparameter von komplettenLED-Leuchten oder einzelnen Modulen.

Bilder:O

phir

LED-Leuchten schnell und vor allemautomatisiert prüfen

FluxGage senkt signifikant den Messvorgang bei LED-Leuchten. AnstattLichtsensoren kommen hier Solarmodule zum Einsatz und auch bei der

Größe punktet das Messsystem.

CHRISTIAN DINI UND DR. EFI ROTEM *

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Anordnung reduziert weitestgehend die Re-flexionender Solarmodule,womit dasMess-system insgesamt nur wenig größer seinmuss als das zu prüfende Leuchtmittel. DaseinfallendeLichtwird vondenSolarmodulenaufgenommen, in einmessbares elektrischesSignal umgewandelt unddaraus derGesamt-Lichtstromermittelt. Zusätzlich befindet sichin derMitte des Systems amBoden ein Spek-trometer,womit FluxGagedie Farbparameterwie LichtfarbeunddenFarbwiedergabewertermittelt. Daneben verfügt das System übereine Photodiode, die das Flimmern der LEDmisst. Zur Messung der Qualitätsparameterwird die LED-Leuchte einfach über die Öff-nungdesMesssystemsplatziert, so dass dasLicht auf die Solarmodule fällt. Die vorhan-deneHintergrundbeleuchtungwird automa-tisch gemessen und von den Messwertensubtrahiert. Die Messung selbst dauert nurwenige Sekunden.Durchdie dunklen Innen-flächen des Messgeräts lässt sich auch dieStrahlverfolgung (Raytracing) nutzen, umdieMessergebnisseweiter zu optimieren.DerAnwender gibt dazu vorabLänge, Breite undHöhe des zu messenden Objektes ein, übereinen eigenen Algorithmus optimiert dieSoftware daraus die Messgenauigkeit desSystems.

Das Messsystem ist leicht zuintegrierenBei der Entwicklung des Systems standen

eine anwenderfreundliche Nutzung sowiedie einfache Integration der Qualitätsprü-fung in den Produktionsprozess im Vorder-grund: Es wird über USB oder Ethernet anein Computersystem angeschlossen, lieferteine integrierte PC-Software sowie ein Soft-

ware Development Kit, um eigene Anforde-rungen umzusetzen. Insgesamt lässt sichdurch Messmethodik die Qualität von LED-Leuchten durchgängig prüfen und damitinsgesamt steigern. Über eine Datenschnitt-stelle liefert es alle erforderlichenDatenundzeigt sie in übersichtlichen Reports an, diedann zur langfristigen Dokumentation ge-speichert werden können.DasBesondere andemMesssystem ist sei-

ne Flexibilität: Je nachAnwendung lässt sichdas Messprinzip auf unterschiedliche Grö-ßen adaptieren und auch die Orientierung– hochkant oder flach – kann frei gewähltwerden. Ein Prüfbericht im PDF-Format mitGrafiken und allen Informationen lässt sichautomatisch erzeugen. Darüber hinaus istder Sensitivitätsbereich des Messgeräts von100 bis 5000 Lumen weit gefasst, so dass es

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Ophir Spiricon

Wirkprinzip: Anstatt Lichtsensoren gibt es Solarmodule, die an den Innenseitendes Gehäuses angebracht sind. Die Module sind mit einer schwarzen Beschichtungversehen, die ein dichtes Array feiner Löcher enthält, durch die das Licht einfällt.

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LEUCHTEN ANSTEUERN // TREIBERELEKTRONIK


Worauf es beim Dimmen ankommt,damit die LED nicht flackert

Damit die LED-Leuchte nicht flackert, spielt der entsprechende Treibereine entscheidende Rolle. Denn allein auf die Pulsweitenmodulation zu

setzen ist nicht konsequent. Wir zeigen, worauf zu achten ist.

GUIDO KÖRBER *

Die ersten Jahre desÜbergangs zur LEDals allgemeine Lichtquelle waren ge-prägt davon, die Hürden des mecha-

nischen Aufbaus und der Kühlung zu meis-tern. Dabei hat die steigende Effizienz derLEDsdazubeigetragen, das Problemmit derKühlung zu reduzieren. Standzeiten von50.000 h sind heute keine leere Verspre-chung mehr. Zunehmend verlagert sich derFokus der Entwicklung bei der LED-Technikhin zu mehr Komfort, höherer Lichtqualitätund variabler Beleuchtung. Hier heißt dasStichwort Human Centric Lighting = HCL.Dabei passt sichdas Licht demMenschenan,unterstützt und stimuliert ihn. Neue For-schungsergebnisse zum Schlafverhalten =Circadianer Rhythmus [1] erlauben es mitgezielter Lichtsteuerung unterstützend aufunserenTagesrhythmus einzuwirken.DieserRhythmus ist geprägt vomWechsel von TagundNacht unddenvier Jahreszeiten.Außer-dem regelt er aktive und passive Phasen.Damit geht, wie mit vielen anderen Funk-

tionen die das Licht flexibler gestalten, dieNotwendigkeit einher, die LEDs zu dimmen.Abhängig von der Konstruktion der Leuchteergeben sich daraus bestimmte Probleme

undNachteile. DieAnsteuerungsmetho-deder LEDs entscheidet darüberwie

gut oder schlecht das Dim-men funktioniert. Einewich-tige Frage ist, wie viel Kont-rolle derDimmerüber die LEDhat. Der klassische Phasenan-schnitt- oder abschnittdimmerist hier derWorstcase. Zwar lässter sich ganz leicht mit den soge-nannten „treiberlosen“ LEDskom-binieren, die direkt mit Netzspan-nung laufen, die Funktionsweise

Flimmerfreies Licht: Damit die LED-Leuchte nicht flackert, kommt es auf den LED-Treiber an.

Bild:donatas1205/Fotolia.com

Interferenzen vermeiden: Im LED-Warrior04von Code Mercenaries wird die PWM-Frequenz mit einem Pseudo-Zufallsgeneratorständig variiert. Die spektrale Verteilung des

Flimmerns wird so weit wie möglich gespreizt.

Bild: CodeMercenaries

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basiert aber darauf, die Sinuskurven derNetzsspannung an- oder abzuschneiden.Damit wird dann das ohnehin vorhandeneFlimmern bei einer Frequenz von 100Hz beisolchen Anwendungen deutlich verstärkt,da die Dunkelphase verlängert wird.

Zwei Methoden, den Lichtstromeiner LED zu steuernViele andere LED-Applikationen lassen

sich mit dieser Art auf der Primärseite derNetzspannung überhaupt nicht dimmen.Entweder sind siemit Phasenanschnitt- oderabschnittdimmung gar nicht kompatibel,oder sie arbeiten bis zu einem gewissenDimmgrad mit konstanter Helligkeit weiter,um dann ganz abzuschalten. Qualitativhochwertiges Dimmen von LEDs findet se-kundärseitig auf derGleichspannungsebenestatt. Prinzipiell gibt es zweiMethoden, denLichtstrom einer LED zu steuern: Den Stromzu variieren oder den Strom periodisch zuunterbrechen. Beide Methoden haben Vor-und Nachteile.Dabei hat analoges Dimmen, bei dem der

LED-Stromvariiertwird, denVorteil, dass einkontinuierlicher Lichtstrom erhalten bleibt.Über Flimmernmussman sich also indiesemFall keine Gedanken machen, da es nichtvorkommt. Abhängig vom Aufbau der LED-Einheit und des Treibers kann es aber Prob-lememit der Steuerbarkeit und der Energie-effizienz geben. Bei der direktenVersorgungder LEDs mit einem Konstantstrom-Schalt-regler ist der Bereich der Stromregelungmeist stark eingeschränkt. DieReger könnenhäufig im Bereich von weniger als 5 bis 10Prozent des Maximalstroms nicht mehr re-geln und schalten dann bereits hart aus.

Bei der PWM ist Flimmernein FunktionsprinzipDurchdie nichtlineareWahrnehmungvon

Helligkeit durchdasmenschlicheAugekanndas insbesondere bei Farbmischung unzu-reichend sein. Lineare Stromquellen sinddagegen deutlich weiter dimmbar, habenaber den Nachteil, in vielen Fällen deutlichweniger effizient zu arbeiten als Schaltregler.Richtig problematischwirddie analogeDim-mung, wenn die zu steuernden LEDs mitHilfe vieler einzelner Stromquellen, odersogar einfacher Vorwiderstände, versorgtwerden. Das ist eine häufige Anordnung inLED-Stripes undanderen großflächigenMo-dulen. Hier müsste die Steuerung entwederbei jeder einzelnen Stromquelle eingreifen,

* Guido Körber... ist Geschäftsführer bei Code Mercenaries Hard-und Software GmbH Schönefeld bei Berlin.

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LEUCHTEN ANSTEUERN // TREIBERELEKTRONIK


Der LED-Warrior04 im ÜberblickDer LED-Warrior04 von CodeMercenariesbietet insgesamt vier Kanäle und unter-stützt die Protokolle I²C, DMX-512 sowieDALI. Über die vier Kanäle lässt sich derStrom unabhängig voneinander von 80bis 1000 mA programmieren. Die Hellig-keit wird durch eine interne PWM pro Ka-nal gesteuert. Programmieren lässt sichdas Modul über die I²C-Schnittstelle.Ein Wireless-Modul zum Nachrüsten

einer Funkverbindung wird demnächstverfügbar sein. Die maximale Ausgangs-leistung pro Kanal liegt bei 25 W unddie Eingangsspannung zwischen 7 bis32 VDC. Um Flicker bei LED-Leuchten zuvermeiden, ist im LED-Warrior04 diesogeannte Spread-Spectrum-Technikbereits integriert. Die PWM-Frequenzwird mit einem Pseudo-Zufallsgeneratorständig variiert.

oder bei Widerständen über die Spannungerfolgen, was nur eingeschränkt funktio-niert.Das sogenannte digitaleMethodedesDim-

mens nutzt die Pulsweitenmodulation(PWM). Hier ist das Flimmern dann gewis-sermaßen Funktionsprinzip. Der Stromdurchdie LEDwirdperiodischunterbrochen.Das Verhältnis zwischen hell und dunkelergibt dann diemittlere Helligkeit die wahr-genommen wird. Technisch ist das einfachumzusetzen, es erzeugt aber eine ganze Rei-he Probleme die beachtet werden müssen.Dader Lichtstromeiner LEDpraktisch soforteinsetzt undwieder abreißt,wennder Stromein oder aus geschaltetwird, gibt es hier kei-neDämpfungdes Flimmerns,wie das bei derklassischenGlühlampedurchdie thermischeTrägheit der Fall war. Die LED blinkt alsogewissermaßenmit der PWM-Frequenz.Daswird von denmeistenMenschen bis zu eini-

gen 100Hzdeutlichwahr genommen. Insbe-sondere bei Bewegungen ist auch bei höhe-ren Frequenzen noch der bekannte Strobos-kopeffekt sichtbar. Das bewusste Wahrneh-men der PWM-Frequenz ist erst ab etwa 500Hz relativ sicher auszuschließen.Gefährlichwird es imUmfeld vonMaschi-

nen: Der Stroboskopeffekt führt dazu, dassrotierende Objekte verlangsamt oder sogarstehend erscheinenkönnen. Kameras zeigenbei PWM-gedimmten Licht oft Streifen imBild. Befinden sichmehrere PWM-gedimmteLichtquellen nahe beieinander, dann kannes zwischendiesen zuFlimmerndurch Inter-ferenz kommen. Das Flimmern kann, auchwenn es nicht bewusst wahr genommenwird, physiologische Effekte haben. Als Re-sultat davon sinkt die Konzentration oder eskommt sogar zu Beschwerden. Die genauenEffekte vonnicht kontinuierlichemLicht sindnochnicht sehr umfangreichuntersuchtwor-

den, es laufen aktuell vielewissenschaftlicheArbeiten in dieser Richtung. Bekannt ist,dass einige Tierarten auf PWM-gedimmtesLicht sehr viel empfindlicher als Menschenreagieren.

PWM-Frequenzen und elektro-magnetische StörungenEine mögliche Lösung, um diesen Effekt

zu vermeiden, ist es die PWM-Frequenz zuerhöhen.Das ist aber nicht beliebigmöglich.Wie hoch die Frequenz werden kann, hängtwiederum von der Konstruktion der jeweili-gen Leuchte ab. Schaltregler lassen sich imAllgemeinen nicht gut mit hohen PWM-Fre-quenzen ansteuern.Wie hoch die PWM-Fre-quenz werden kann, hängt von der Schalt-frequenz des Reglers ab. Kommt die PWM-Frequenz zunahe andie Schaltfrequenz desReglers, arbeitet dieser nicht mehr. Für ana-loge Stromregler ist es meist leichter, auchmit höheren PWM-Frequenzen klar zu kom-men.Allerdings ist es einProblembei hohenPWM-Frequenzen, dass sie elektromagneti-sche Störungen aussenden. Da eine relativgroße Leistung hart ein- und ausgeschaltetwird, ergeben sich dabei Störungen, die umso effektiver abgestrahlt werden, je längerdie Leitungen sind. Generell gilt die Faustre-gel, dass höherer Strom, höhere PWM-Fre-quenz und längere Leitung jeweils mehrStörabstrahlung ergeben.In der Praxis ergeben sich aus diesen Er-

wägungen meistens PWM-Frequenzen imBereich von 500 bis 2000 Hz als ein mögli-cher Kompromiss. Dabei ergibt sich in derRegel kein bewusstwahrgenommenes Flim-

Spread-Spectrum:Wird diese Technik auf ein PWM-Signal angewandt, dann variiert die Frequenz ständig. Es entsteht kein statisches Muster und Interferenzenlassen sich vermeiden.

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mernmehr, es treten aber nochArtefaktewiebeispielsweise Interferenzmit Kameras oderder Stroboskopeffekt bei drehenden Bewe-gungenauf.Höhere statischePWM-Frequen-zen sind in der Regel aber nicht praktikabel.Will man das Problem der Störungen undArtefakte durch PWM lösen, dannwirdmanbei denmodernenFunkverfahren fündig.DieSpread-Spectrum-Technik verteilt ein Signalüber einen breiteren Frequenzbereich, umso Störungen zu vermeiden und die durch-schnittliche Leistung bei einer bestimmtenFrequenz zu reduzieren. In der Funktechnikwerden soSignale gegen schmalbandige Stö-rungen immun.

Spread-Spectrum-Technikvermeidet InterferenzenWendetmandie Spread-Spectrum-Technik

auf ein PWM-Signal an, dann bedeutet das,dass die Frequenz ständig variiert wird. Soentsteht kein statisches Muster und es gibtkeine Interferenz mit anderen Lichtquellenoder Kameras. Im Optimalfall verhält sichdasPWM-Signal dannwie einRauschenundist nichtmehrwahrnehmbar. EinepraktischeImplementierung dieser Technik findet sichimLED-Warrior04 vonCodeMercenaries [2].Dort wird die PWM-Frequenz mit einemPseudo-Zufallsgenerator ständig variiert. DieLängeder Impulse variiert ebenfalls, umdiespektrale Verteilung des Flimmerns so weitwiemöglich zu spreizen. Je nachDimmstufeverteilt sich das PWM-Signal so auf einenFrequenzbereich von 184 bis maximal187.000Hz (kein Druckfehler, der Schaltreg-ler läuft mit bis zu 2 MHz). Die minimaleDimmstufe beträgt dabei 0,024 Prozent.Durch die spektrale Verteilung ergibt sichauch kein EMV-Problem trotz der im Maxi-mum extrem hohen PWM-Frequenz. DieEnergie des Signals verteilt sich gleichmäßigüber einen weiten Frequenzbereich undbleibt so deutlich unter den Grenzwerten.So ergibt sich für fast alle Anwendungen,

bei denenLEDs gedimmtwerden sollen, keinwahrnehmbares Flimmern, keine Artefakteundkeine Interferenz. AußerdemwerdendieEMV-Probleme durch die PWM vermieden.Für das nächste Licht-Projekt lohnt es sich,über PWMmit SpreadSpectrumnachzuden-ken,wennhochwertigesDimmenohneFlim-mern gewünscht ist. // HEH

CodeMercenaries

Referenzen[1] http://www.licht.de/de/trends-wissen/wissen-

kompakt/lichtlexikon/details-lichtlexikon/circadianer-rhythmus/ (abgerufen am 20. April)

[2] http://www.codemercs.com/de/led-lighting(abgerufen am 20. April)

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LED-BELEUCHTUNG // ANWENDUNG


Wenn ein LED-Hersteller auf dieFahrzeugbeleuchtung setzt

Die Beleuchtung mit LEDs im und am Fahrzeug wächst und Herstellerwie Everlight müssen für unterschiedliche Anwendungen Komponenten

anbieten. Darin eingeschlossen ist auch der Test der Halbleiter.

ANDREAS SCHIMMELPFENNIG *

* Andreas Schimmelpfennig... ist Director Automotive Businessbei Everlight Electronics Europe inKarlsruhe.

Der Automobil-Markt ist hart um-kämpft; neben einschlägigen Bran-chengrößen kommen zudem neue

Anbieter hinzu, die an dem Geschäft teilha-ben wollen. Dabei gilt: erst die Investition,danndieMarktdurchdringung.Unser Beitragthematisiert die Innen- und Außenbeleuch-tung sowie Qualifikation und Test aus Sichteines Herstellers von optoelektronischenKomponenten mit Schwerpunkt LED. ImFahrzeuginnenraum lässt sich eine Konsoli-

dierung der Nachfrage nach LED-PackagesmitAusnahmeeinzelnerMultifunktionsdio-den beobachten. Das ist auf mehr TFT-Tech-nik im Cluster/Armaturen/Cockpit-Bereichzurückzuführen sowie auf den verstärktenEinsatz von RGB-LEDs in der Fahrraumbe-leuchtung, mit denen sich alle kundenspe-zifisch gewünschten Farben durch eine ein-zige LED darstellen lassen.

Ambient-Beleuchtung auch inMittelklassefahrzeugenZurAmbient-Beleuchtung, die inzwischen

auch inMittelklassefahrzeugen immermehrEinzug hält, werden ungefähr 10 RGB-LEDseingesetzt. Bei den Spektren reichen dieBandbreitenbei Rot von620bis 633nm,Grün

mit 520 bis 535 nm, Blau von 447 bis 471 nmmit einer Toleranz vonmaximal ±4nm.Dochgerade bei Blau gibt es Unterschiede: Dennje kurzwelliger das Blau, desto geringer dieHelligkeit. Einige Fahrzeughersteller legenBlau über 456 nm, andere darunter.Auch bei Weiß mit seinen jeweiligen Far-

borten steigen die Anforderungen. Hier ste-hen viele Zulieferer vor dem Problem, dassihre Kunststofflichtleiter eine Verschiebungdes Weißpunkts bewirken. Dabei soll dochein höchstmöglich uniformes Gesamtbildgewährleistet sein. Die Lösungbesteht in derQualifizierung eines bestimmten Farbortes.Bisher war ein Single-Bin die bestmöglicheOption, um einen eingeschränkten Farbortbei Weiß zu erhalten. Ein Single-Bin lässt

Interior-Beleuchtung: Im Innenraum eines Kfz sind immer häufiger Multifunktions-LEDs gefragt.

Bilder:Everlight

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ELEKTRONIKPRAXIS Lichttechnik Mai 2017 27


sich technisch problemlos in vier Sub-Binsunterteilen: das sogenannte feine Weiß-Binning.

Harte Anforderungen an LEDsfür den AußeneinsatzFür die Außenbeleuchtung am Fahrzeug

steigt die Nachfrage nach Optoelektronikstark an.Hier dominierendie FarbenRot undGelb sowie Weiß. Grundvoraussetzung füreine erfolgreiche Qualifizierung der LED istihre absolute Schwefelresistenz. Das gelingtdurchdenEinsatz vonGoldbeimLeadframe-Plating. Bei einem PLCC-Leadframe ist diehäufigsteKombination eineKupfer-Basis, dieüblicherweisemit einer 0,4 bis 2,0μmstarkeNickelbeschichtungund zumAbschluss eineentsprechende Goldbeschichtung versehenwird. Eine galvanische Vergoldung erhältetwa die doppelte Gold-Schichtdicke eineschemischen Verfahrens. Die bewährtenPLCC-Packages aus Kunststoff werden ins-besondere bei denHeckleuchten verwendet,während für hoheHelligkeitenundBetriebs-ströme Keramik-Gehäuse zu bevorzugensind. Interessant ist auch der Leistungsbe-reich dazwischen. Hier empfiehlt sich dasEMC- (Epoxyd-Molded-Compound-)Gehäu-se, das hohe Lumenwerte und hoch zuver-lässig ist. Eine rote LED eignet sich fürHeck-leuchten und die dritte Bremsleuchten wer-den zunehmend auch dunklere Rottöne an-gefragt, dieWellenlängenvon626bis 633nmanstatt der 618 nm aufweisen. AllerdingsmindernhöhereWellenlängendie Effizienz,was im Extremfall Designänderungen erfor-dern kann. Es besteht die Möglichkeit, effi-zientere LEDs mit aktiver Chipfläche einzu-setzenoder dieAnzahl der LEDs zu erhöhen.Dabei sollte auf einemöglicheÄnderungdesLayouts geachtet werden.Amber-Gelb kommtbei Blinkern zumEin-

satz; hier wird zunehmend nur noch PC-(Phosphor-Converted-) Amber eingesetzt,was vor allem bei höheren Temperaturennoch heller ist. Gleichzeitig sind PC-Amber-LEDs deutlich farbstabiler und für Anwen-dungenab0,5Wattraktiv. BeimTagfahrlichtund den Frontscheinwerfern gibt es zuver-lässige Lösungen aktuell als fertig bestück-bare Module und als Komponenten. DerHersteller Everlight bietet Module und LEDsin 2-, 3-, 4- oder 5-Chip-Versionen.Vor allem inEuropa ist es unerlässlich,mit

den Herstellern von LED-Messtechnik zu-sammenzuarbeiten, umdie Parameter Licht-strom, Lichtstärke, Farbe, Spektrum undAbstrahlcharakteristik zu bestimmen. DerLED-Spezialist Everlight testet nahezu jedeBauteile-Qualifizierung inunternehmensei-genen Laboren in Taiwan. Sämtliche Auto-

mobil-Produkte haben zudem Tests auf kor-rosive Gase wie Schwefelwasserstoff (H2S),Schwefeldioxid (SO2), Chlor (CL2) und Stick-stoffdioxid (NO2) bestanden, umberechtigteVorbehalte gegenüber nicht-schwefelresis-tentenLEDshinsichtlich eventueller Ausfall-risiken oder Veränderungen bei Helligkeitund Farbort auszuräumen.

Warum eine Null-Fehler-Rateim Automobilbau zwingend istZur den typischen Branchenanforderun-

gen seitens der Fahrzeughersteller und Zu-lieferer an Optoelektronik-Komponentengehören die AEC-Q101-Qualifizierung,100-prozentige Fehlerfreiheit, langfristigeVerfügbarkeit von Produkten, Erfüllung derNachfrage bezüglich Selektionen, AusbauderKapazitätenundnicht zuletztWeiterent-wicklung vonProduktenundProzessen.Hierunterzieht Everlight seine Produkte einervollständigenSerie vonManagementsystem-zertifizierungen einschließlich TS-16949,OHSAS 18001 und ISO 14001 für Fertigungs-qualität. Alle Produkte sind nach AEC-Q101(AutomotiveQualificationRequirements forDiscrete Product) qualifiziert. Bezüglich derAusfallhäufigkeit entspricht in der Automo-bilindustire eine 0-Fehler-Rate strengen 0FehlernperMillion (ppm).Von einerMillionproduzierter elektronischer Steuergeräte darfmaximal eine bestimmte sehr kleineAnzahldefekt sein.Warumnull Fehler? Nehmenwir eine Lei-

terplatte mit diversen aktiven und passivenKomponenten. Hätte jeder Bauteilelieferanthier eine für ihn auch nur kleine ppm-Feh-lerrate >0, summierten sich diese gesamtbetrachtet schnell. Für die fertig bestückte,komplette Leiterplatte entstünden dadurchaber noch größere Fehlerraten, was einen

Verfeinertes Weiß-Binning: Bereits leichte Ferti-gungstoleranzen können einen unterschiedlichenFarbeindruck bewirken. LED-Hersteller verbessernständig Materialien und Prozesse. Das Bild zeigt dieAufteilung eines Single Bins in vier gleiche Teile.

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erheblichen finanziellen Aufwand für ihreBeseitigung nach sich ziehen würde.Einwichtiges Thema imAutomobilbau ist

auch die Alterung: Für viele Zulieferer vonLED-Baugruppen bedeutet ein Autoleben8000LED-Betriebsstunden. Bei einer so kur-zen Dauer ändert sich die Charakteristik ei-ner LED nur gering, denn ihr Lichtstromnimmt nach und nach ab. Sie fallen in derRegel nicht plötzlich aus. IhreAlterunghängtvondiversenKriterien ab. Dazu gehören dasverwendete Halbleitermaterial, Betriebsbe-dingungenwie Temperatur undStromstärke,Farbtemperaturveränderungen/Drift, me-chanischer Stress auf die LED, schnellereAlterung/Eintrübung des Gehäuses oderVergussmaterials durchGallium-Nitrid. Auchäußere Einflüsse durch salzhaltige, schwe-felhaltige oder chlorhaltige Umgebungenund insbesondere auchFeuchtigkeitseinwir-kungen auf die Bauteile wirken sich aus.

Investition in eine smarteLED-Fabrik in TaiwanFür einumfassendesPortfolio anLEDs für

den Automobilbau hat Everlight nicht nurstark in Forschung und Entwicklung inves-tiert. Bereits 2015, nach einem JahrzehntErfahrung bei der Entwicklung und Ferti-gung von LEDs für das Automobil, hat dasUnternehmen eine smarte Fabrik gebaut, inder ausschließlichAutomobil-Komponentengefertigt werden.In der Miaoli Tongluo Factory in Taiwan,

die im März 2017 ihren Betrieb aufnahm,wurden mehr als 300 Mio. US-Dollar inves-tiert. Das Unternehmen verfügt über eineumfassendeAuswahl an schwefelresistentenLED-Produkten für nahezu alle Fahrzeugin-nen- und -außenanwendungen. SämtlicheAutomotive-Produkte habenTests auf korro-sive Gase wie u.a. Schwefelwasserstoff,Schwefeldioxid, Chlor und Stickstoffdioxidbestanden.Das ergonomische Konzept der Fabrik be-

rücksichtigt den Menschen und verbindetQualität mit Produktivität. Es unterscheidetzwischenProduktionundLager undverkürztdie Verbindungswege zwischen der Ferti-gungs- und der Verwaltungsebene in beideRichtungen. In der Prozessleittechnikunter-stützt RFIDdasMES- (Manufacturing-Execu-tion-) System.Alle Produktewerden vor demDie-Bondingmit einemLasercode ausgestat-tet, um nachher den In-Process- und Post-Process- Status des Produkts praktischnach-verfolgen zu können.Mit optimierten Ver-kehrswegen für den Warentransport, AOI(automatisierter optischer Inspektion) undMES ist die neueTongluo-Fabrik in der Lage,dank vereinfachter Logistik mit effizienterBelegschaft zu operieren, erzielt eine Pro-duktionskapazität von monatlich bis zu200.000.000 Komponenten bei gleichblei-bend hoher Qualität. // HEH

Everlight Electronics

Außenbeleuchtung: Ob Frontscheinwerfer, Tagfahrlicht oder Rückscheinwerfer – die Nachfrage nach Opto-elektronik steigt stark an.

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11. Anwenderkongress

Steckverbinder

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Europas größter Fachkongress zumThema ist der Pflichttermin für alle, dieSteckverbinder entwickeln oder einset-zen und interessante Kontakte knüpfenmöchten.

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Prüfkammer: Sämtliche Automotive-Produktewerden immer wieder auf die Kriterien verwendeteMaterialien und Produktionsprozesse getestet undverbessert. Das Bild zeigt eine Prüfkammer zurSimulation einer schwefelhaltigen Umgebung.

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AKTUELLE PRODUKTE // BELEUCHTUNGSTECHNIK

SPEKTRUM-SIMULATOR

Der Light Cube erstellt unterschiedliche LichtverhältnisseBei dem Light Cube von Asense-tek (Vertrieb: LEDclusive) han-delt es sich um ein Simulations-System für Licht. Der Light Cubebesteht aus einem Lichtsimula-tor, umverschiedeneLichtsprek-tren einzustellen. Außerdembesteht das System aus einemSmart-Spektrometer zur Licht-messung, demLightingPassportPro und einer Software zur Ana-lyse und Manipulation desLichts. Um das Lichtspektrumverändern zu können, stehen 11Kanäle mit einer Auflösung von10 Bit = 1024 Schritte zur Verfü-

maximale Beleuchtungsstärkebetragen bei 6500 K = 1700 lmund 1 m = 850 lx sowie bei 5000K = 2400 lm und 1 m = 1250 lx.Verbunden werden kann derSpektrum-Simulator über USBoder lässt sich optional auch

drahtlos steuern. ZudenAnwen-dungsgebieten gehören dieLichtforschunganUniversitätenoder Hochschulen, Simulatio-nen mit schwarzer Strahler,Pflanzenwachstums-Forschung/Gewächshausbeleuchtung, Hu-man Centric Forschung, Studio-beleuchtung oder Fashion-In-dustrie/Shows, und Ausstellun-gen.Das Spektrometer ist nicht im

Lieferumfang enthalten wirdaber für die Messung benötigt.

LEDclusive

gung. Die spektralen Eingängekönnen entweder aus der direk-tenDateneingabe indie Softwareoder aus dem Lighting PassportPro gesammelt werden.Durch die Steuerung der Soft-

ware „Spectrum Genius LightCube“ simuliert das Systemganzunterschiedliche Lichtquellen:LED, Leuchtstoffröhren, Energie-sparlampen, Halogenlampenoder andere herkömmlicheLeuchten. Der Simulator stelltLicht mit Wellenlängen von 380bis 780 nm zur Verfügung. Dermaximale Lichtstrom und die

SCHNELLER LED-LEUCHTEN ENTWICKELN

Referenzmodelle einer gehäuselosen Leuchtdiode

Referenzmodule auf Basis derWicop-LED von Seoul Semicon-ductor stehen ab sofort Kundendes LED-Spezialisten zur Verfü-gung. Bei der Wicop-LED wirdder Phosphorfilm direkt auf dieChip-Oberfläche angebracht. Die

aus vier Clustern mit 2 x 2 LEDsund einem kombinierten, typi-schen Lichtstrom von 4650 lm,während die Y22- und Y22P-Mo-dule mit jeweils vier einzelnenLEDs 1268 lm erreichen. Alle ha-ben einen Farbwiedergabe-In-dex (CRI) von 70 sowie eine kor-relierte Farbtemperatur (CCT)von 4000K.Alle angekündigtenModulewurdenauf die üblichenKundenbedürfnisse zugeschnit-ten und folgen den Leitlinien inBuch 15 der Zhaga-Spezifikatio-nen, welche die Lage und denRasterabstand der LEDs sowie

die Position und die Größe derAusrichtungslöcher für optischeLinsen definieren. Die PlatinenbietenStandard-Stromanschlüs-se und lassen sich inVerbindungmit handelsüblichen Linsenleicht nutzen. Die Wicop-LEDbietet bis zu 210 lm/Wbei einemStrom von 350 mA. Ihr kompak-tes Ausleuchtgebiet macht dieLED kleiner und heller als kon-ventionelle LEDs, wodurch sichauf SystemebeneKosten einspa-ren lassen.

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früher erforderlichen Gehäusemit Rahmen und Golddrähtensind überflüssig. Die Idee derReferenzmodule ist, dass An-wender oft nur über begrenzteRessourcen verfügen. Interes-sant für Anwender dürfte sein,dass Seoul Semiconducotr auchbei der Herstellung kundenspe-zifischer Module aus den Ent-wicklungslaboren in Münchenunterstützt.Eine erste Produktionsreihe

enthält Referenzmodule, die aufWicop-LEDs Y19, Y22 und Y22Pbasieren.DasY19-Modul besteht

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KOMPONENTEN // LED-TREIBER


Der LED-Treiber trifft aufTriac-Dimmer

Mit einem Triac-Dimmer ließen sich Glühlampen dimmen, weshalbman sie in jedem Haushalt findet. Doch will man auch bei LEDs nicht

auf Kompatibilität und EMV-Performance verzichten.

BIANCA AICHINGER *

* Bianca Aichinger... ist bei Recom Power für dasProdukt-Marketing verantwortlich.

Während für denBetrieb einerGlüh-lampe eineWechselspannungvon230 V notwendig ist, müssen

Leuchtdioden (LED), als elektronische Bau-teile, in der Regel mit niedriger Gleichspan-nung versorgt werden. Dazu sind spezielleLED-Treiber als Vorschaltgerät notwendig,die auf Zahl und Leistung der verwendetenLEDs abgestimmt sind. Ein LED-Treiber istim Wesentlichen ein AC/DC-Vorschaltgerätund muss allen EMV-Richtlinien entspre-chen, einschließlich der Vorgaben zu Leis-tungsfaktor und Oberschwingungen.Der Powerfaktor beschreibt dasVerhältnis

zwischen Wirkleistung und Scheinleistung

und zeigt so die Phasenverschiebung/Last-verteilung imStromnetz. EineGlühlampe isteine ohmsche Last und der sinusförmigeStromausdemNetzwirddurch sie nicht ver-ändert. Anders verhält sichdas beimEinsatzvonLED-Beleuchtungen.Da es sichbei LEDsumHalbleiter handelt, benötigen sieGleich-spannung.Der LED-Treiber stellt durchGleichrichten

der Netzspannung und anschließendemGlättenmit einemgroßenKondensators die-se zur Verfügung. Der Kondensator wird beijeder Halbwelle immer dann nachgeladen,wenn die Spannung am Kondensator unterdie Spannung des Gleichrichters sinkt. Dasgeschiehtmit einem sehr kurzen, dafür aberumso höheren, pulsförmigen Strom. Dasführt zu einer Phasenverschiebung zwischenStromundSpannungundverursacht die vondenNetzbetreibernunerwünschteBlindleis-tung, weil die aus dem Netz entnommene

Mehrleistung vom einem Stromzähler nichterfasst wird.

Das Grundprinzip derPower-Faktor-KorrekturJedes nicht sinusförmige Signal lässt sich

auf eine Summierung mehrerer sinusförmi-ger Signale zurückführen. Durch eine Fou-rier-Analyse (FFT) lassen sich die verschie-denenSchwingungsanteile, die sogenanntenOberschwingungen, darstellen. Um zu ver-hindern, dass diese Oberschwingungen insNetz reflektiert werden und es belasten,schreibt die EN61000-3-2 = Elektromagneti-sche Verträglichkeit – Grenzwerte für Ober-schwingungsströme vor, dass Beleuchtun-genmit einer Leistungsaufnahme vonmehrals 25 W mit einem Powerfaktor von >0,9ausgestattet sein müssen. Dabei handelt essich keinesfalls um eine LED-spezifischeNorm, diese würde ebenso für Energiespar-lampen gelten. Da aber kaum Energiespar-lampen mit einer Leistung <25 W zu findensind,werdendiese damit aus derVerantwor-tung entlassen.DasGrundprinzip (Bild 1) deraktiven Powerfactor-Korrektur = PFCberuhtauf einemPWM-Controller zwischenGleich-richter undKondensator,welcher denStromüber einPWM-Signalmit niedriger Frequenzein- und ausschaltet. Dadurchwird eine zurNetzspannung relativ synchrone Stroment-nahme erreicht, welche dem natürlichenSinus sehr nahe kommt.Auch wenn die Norm einen Powerfactor

über 0,9 erst bei einer Leistung von über 25W vorschreibt, so ist das auch bei kleinerenLeistungen sinnvoll. Rechnet man mit 12 WproLeuchte unddas bei 10 Leuchten, so sinddas 120 W. Die LED-Treiber des HerstellersRecom sind ab 12W serienmäßigmit aktiverPFC ausgestattet. Der gebräuchlichste Dim-mer in Gebäuden ist der Phasenanschnitt-Dimmer. Vereinfacht benötigt man einenTriac = Triode for Alternating Current, wel-cher durch ein variables RC-Glied gezündetwird. Sobaldder StromdurchdenTriac unter

Licht in der richtigen Dosis: Der LED-Treiber sollte auch mit einem Triac-Dimmer zusammen arbeiten können.

Bilder:Recom

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den erforderlichenHaltestromsinkt, schaltetder Triac wieder ab. Anschließend wieder-holt sich der Vorgang in der nächsten Halb-welle. Jede Halbwelle des sinusförmigenEingangssignals wird beschnitten. Je späterder Triac zündet, desto weniger Leistungwird abgegeben und die Glühlampe wirddunkler.LED-Treiber, wie der RACT20, limitieren

den Phasenwinkel zwischen 60° und 150°,anstatt die volle 180° Halbwelle zu nutzen.Zwischen dem Nulldurchgang und 60° ge-schieht vorerst nichts, um eine stabile Syn-chronisation zugewährleistenundFehlzün-dungen zu vermeiden. Bis 150° dimmt derLED-Treiber analog zur Erhöhung des Pha-senwinkels.Hier liegt die natürlicheGrenze,da bei 150°-Phasenwinkel nur noch rund 2Prozent der Leistung zur Verfügung stehen,welche geradenochausreicht umdie interneElektronik des LED-Treibers zu versorgen.Danachgeht der LED-Treiber bis zumnächs-tenNulldurchgang in einenStandby-Modus.

Die Schwierigkeiten beimDimmen von LEDsViele LED-Leuchten lassen sich nicht bis

auf null dimmen. Grund ist der Dimmerselbst. Bei vielen Dimmern ist der Phasen-winkel aus Sicherheitsgründen auf 130° li-mitiert und kann auch nicht nachjustiertwerden. Grund: Die Glühlampe sollte selbstim vollgedimmten Zustand noch minimalglühen, um Unfälle beim Auswechseln vor-zubeugen. Die weit effizientere LED erreichtbei 130° Phasenwinkel eine wesentlich hö-here Lichtausbeute mit dem Ergebnis einerunbefriedigenden Dimmung. AndereSchwierigkeiten mit Triac-Dimmer sind derHaltestrom und die Ansprechschwelle. Sol-che Dimmer waren für das Leistungsspekt-rum von Glühlampen mit ≤60 W ausgelegt.

Sobaldder Triac zündet,wird der Stromkreisüber die Glühlampe geschlossen. LEDs be-nötigen nur noch einen Bruchteil der Leis-tung.Das bedeutet auch, dassweniger Stromfließt. Bei etwas mehr Dimmung kann derHaltestromnachdemZünden zugering sein,umdenTriac in leitendemZustand zuhalten.Es kommt zu Ein/Aus-Schaltvorgängen inwilder Folge und die LED flackert.Im mittleren Dimmbereich bei billigen

LED-Treibern kann es zu Triggerproblemenkommen.DasEinschalten eines LED-Treibersbei einem Phasenwinkel von 90° ist der kri-tischste Zeitpunkt. Hier springt die Span-nung in jeder Halbwelle von null auf Maxi-mum. Dabei entstehen hohe Stromspitzen.Im Eingangs-EMV-Filter führt das zu Rück-kopplungen, die das richtige Zünden desTriacs verhindern. Bei LEDs äußert sich die-ses Phänomen durch unkontrolliertes Fla-ckern oder Flimmern.Mit derWahl des passenden LED-Treibers

lassen sich Probleme mit dem LED-TreiberimVorfeld vermeiden. Recomhat eine eigene

KOMPONENTEN // LED-TREIBER

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Recom Power

Bild 1:Blockschaltbildeines LED-Trei-bers mit aktiverPFC, welches dieModulation derStromkurve zeigt.

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Ein Stromkreisschutz sorgt für einehöhere LED-LichtqualitätOb für die Innen- oder Außenbeleuchtung: Die LED bietet viele Vor-teile. Allerdings sind Schutzkomponenten notwendig. Wir zeigen,

worauf beim Thema Stromkreisschutz zu achten ist.

TODD PHILLIPS *

* Todd Phillips... ist bei Littelfuse für das Global Mar-keting Elektronik verantwortlich.

Woran misst sich Lichtqualität? ZudenwichtigstenGütekriterien zäh-len Langlebigkeit, Robustheit, Si-

cherheit und Energieeffizienz. Vor allem inPrivathaushalten legen die Bewohner Wertdarauf, dass die Beleuchtungmöglichst we-nig Wartungsaufwand verursacht und dieEnergiekosten nicht in die Höhe schießen.Denn unabhängig davon, ob es um Privat-haushalte, Unternehmen oder Städte geht:Die Beleuchtung stellt einen Großteil der

Energiekosten dar [1] – ein Grund, warumsich die LED in zahlreichen Anwendungenzunehmender Beliebtheit erfreut. Laut Sta-tista ist der Umsatz im europäischen LED-Markt von 2011 von einerMrd. auf neunMrd.im Jahr 2016 gestiegen und soll bis 2020 14Mrd. Euro erreichen [2].DochwoherwissendieKunden,wie lange

ihre LED-Leuchten halten? Hersteller gebenhierzu häufig eine L70-Spezifikation an. Daskann ein guter Vergleichswert sein, jedochbedeutet höher nicht immer besser. DenWertrichtig deuten zukönnen ist Voraussetzung,um eine fundierte Entscheidung treffen zukönnen. Der Wert L70 gibt die Anzahl derStunden an, in denen eine Leuchte mindes-tens 70 Prozent ihres Ausgangslichtstromes

liefert. Bestimmt wird der Wert durch Testsoder durch eine Kombination aus Test undBerechnung. Ein reiner Test nimmt zu vielZeit inAnspruch.Da allerdings die Prüf- undBerechnungsmethoden je nach Herstellerunterschiedlich spezifiziert sind,wurdendieLM-80- und TM-21-Tests eingeführt, um dieEinstufungen nach L70 zu standardisieren.

LEDs auf Electrical Overstress(EOS) prüfenDie Testverfahren bieten einen guten Ver-

gleichswert für die natürliche Verschlechte-rung der LEDs. Allerdings liefern sie keinenHinweis darauf, wie die Leuchte auf Electri-cal Overstress = EOS reagiert. Bei EOS han-delt es sichumeineunbemerkteÜberlastung

LED schützen:Ein Electrical Overstresskann beispielsweisedurch ein Gewitter aus-gelöst werden. Wie manseine Leuchten schützenkann, lesen Sie im Text.

LED-BELEUCHTUNG // SCHALTUNGSSCHUTZ

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trend

objects/Fotolia.com oder gar Zerstörung elektronischer Bauteile,

die in Form induktiver LastspitzenbeimEin-und Ausschalten von Motoren auftreten.Auch unregelmäßig, wie beispielsweise beiBlitzeinschlägen, könnenEOSauftreten.DieGröße des EOS variiert je nach Endanwen-dung. Daher ist es wichtig, IEC- und IEEE-Normen zur Störfestigkeit gegen Stoßspan-nungen für verschiedene Anwendungenanzugeben.Innenleuchtenwerden in der Regel getes-

tet nach IEC 61000-4-5, Klasse 3, oder IEEEC62.41.2-2002, Standortkategorie B, und Au-ßenleuchten nach IEC 61000-4-5, Klasse 4,und IEEEC62.41.2-2002, Standortkategorie Choch. Beim Einsatz der IEEE-Normen ist al-lerdings zu beachten, dass sie zwar die Prüf-niveaus, jedoch nicht die Häufigkeit be-schreiben, mit der geprüft werden soll. InEuropa existiert zwar bisher kein einheitli-cher Standard, der diese Lücke füllt, jedochbietet die Norm ANSI C136.2-2015, die inNordamerika und anderen Teilen der Weltweit verbreitet ist, hier eine guteReferenz. InKombination können L70 und die genanntenTestverfahren undNormen ambesten einenHinweis darauf geben, wie lange die Leuch-te halten wird.Ein weiteres Gütekriterium für ein LED-

Leuchtmittel ist die Lichtfarbe. Bei diesemKriterium sind die LED-Leuchten besondersflexibel. Sie bietenbeispielsweise Lichtdesi-gnern, Architekten und Anwendern ein ho-hes Maß an kreativer Freiheit bei der Aus-wahl des passenden Lichts für jede Umge-bung. So können sie beispielsweise für dieBeleuchtung in einem Park oder einerStrandpromenade,wo es auf einenatürlichegelbe Lichtfarbe ankommt, die den Tag-Nacht-Rhythmus für Pflanzen und Tierenicht stört, andere Lichtfarben einsetzen alsin einer Fabrik- oder Lagerhalle, in der Lichtvorrangig eine Sicherheitsfunktion erfüllt.Hier empfehlen sich eher Blautöne, welche

Eine elektrische Überlastung vermeidenEin häufiger Grund für herstellerunab-hängigen Ausfall einer LED ist Electri-cal Overstress (EOS). Dieser tritt ein,wenn hohe Strom- und Spannungswer-te auf die LED einwirken. Low-Power-LEDs sind anfälliger gegenüber EOS alsHochleistungs-LEDs mit Einzelchip undvielen Kontakten. Schutztechniken sind

beispielsweise Metalloxid-Varistoren(MOV) gegen Überspannungsschutz undThermistoren mit positivem Temperatur-koeffizienten für den Überstromschutz.Ein Schutzkreislauf sollte LEDs vor Spit-zen von mehr als 0,1 ms Dauer und derdoppelten bis dreifachen Stärke des ma-ximalen LED-Nennstroms schützen [3].

die Arbeitsumgebung möglichst effizientausleuchten.Damit LED-Lampendiese Stärkenausspie-

len können, sind Schutzkomponenten imStromkreis unverzichtbar. Denndie sensibleElektronik in denLeuchtdioden ist anfälligerfürGefahrenwieÜberspannungenals ältereLichttechnologien. Besonders wichtig wirdder Stromkreisschutz,wenndie Leuchtenmitweiteren Funktionen verknüpft werden, dieüber die eigentliche Beleuchtung hinausge-hen. Mit Sensoren bestückt, können LED-Leuchten in Smart-Home-Konzepte integriertund zur Datenübertragung in sogenanntenLi-Fi-Netzen genutzt werden.

Sechs-Punkte-Plan zum pas-senden StromkreisschutzEs gibt verschiedene technische Möglich-

keiten, die einen Stromkreisschutz bieten.Bei der Auswahl empfiehlt es sich, nach fol-genden sechs Schritten vorzugehen:�Welche Risiken gibt es in der Umgebung,in der die LED-Leuchten installiert werden(innen oder im Freien oder in der Nähe zumHauptstromnetz)?�Wie oft können die Risiken auftreten undwie lange soll die Lichtinstallation stand-halten?�Welche Anforderungen stellen öffentli-

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che Stellen an die Lichtinstallation?WelcheStandards müssen eingehalten werden?�Wie robust muss die LED gegenüber dengenannten Risiken sein? Wie lang sollendie Leuchten eingesetzt werden?� Auswahl der Komponenten, die diesenSchutz bieten.� Tests der Schutzkomponenten im tat-sächlichen Design, um sicherzugehen, dassdie richtigen Komponenten ausgewähltwurden.Wählen Anwender die Komponenten für

denStromkreisschutz anhandder genanntenKriterien aus, so können die Anwender inpuncto Langlebigkeit, Robustheit, Energie-effizienzundDesignfreiheit bei derAuswahlindividueller Lichtfarben die Vorteile derLEDs auskosten, ohne dafür ein höheres Ri-siko aufgrund vonÜberspannungen in Kaufnehmen zumüssen. // HEH

Littelfuse

Referenzen[1] https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.

php?id=99&t=3 (abgerufen am 26.4.2017)[2] https://de.statista.com/statistik/daten/stu-

die/151079/umfrage/prognostizierter-umsatz-fuer-led-lampen-auf-dem-europaeischen-markt/ (abgerufen am 26.4.2017)

[3] http://www.elektronikpraxis.vogel.de/opto/articles/481302/ (abgerufen am 26.4.2017)

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https://www.eia.gov/tools/faqs/faq

https://de.statista.com/statistik/daten/stu-die/151079/umfrage/prognostizierter-umsatz-fuer-led-lampen-auf-dem-europaeischen-markt/







http://www.elektronikpraxis.vogel.de/opto/

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Impressum

Insgesamt 25 Testpersonen un-terschiedlichen Alters und Ge-schlechts haben für euroLightingan einer Versuchsreihe teilge-nommen. Dafür sollten sie inihremgewohntenArbeitsumfeldbürotypische Aufgaben nachge-hen, wie Lesen und Schreibenam Computer sowie auf Papier.Als einzige Schreibtischbeleuch-tung kam die LED-Leuchte A60zum Einsatz, die dank zusätzli-cher Leuchtdioden mit Wellen-längenvon496bis 500nmsowie620 bis 650 nmwesentliche Ver-besserungen im blauen und ro-ten Spektrum aufweist und da-mit dem Sonnenlicht sehr nahekommt. Die Versuchsdauer be-trug über 60 Minuten, anschlie-ßendwurde ein Fragebogenaus-gefüllt.Die Ergebnisse des Tests zei-

gen, dass der Einsatz der A60eine konzentrationssteigerndeWirkung auf einen Großteil derProbanden hatte. 76 Prozent der

ARBEITSPLATZBELEUCHTUNG

LED kommt dem Sonnenlicht nahe

Testpersonen empfanden dasLicht als „fördernd“beziehungs-weise „sehr fördernd“ hinsicht-lich ihrer Konzentration, nur 24Prozent erkanntenkeinenUnter-schied. Zudem wurde von 80Prozent der Teilnehmer einemo-tivierende Wirkung des Lichtsauf das Arbeitsverhalten be-merkt, lediglich 20 Prozent nah-men hier keine Änderung wahr.

euroLighting

Mit derMaster LEDtubeT5bietetPhilips Lighting eineAlternativefür T5-Leuchtstofflampen. Diekonventionellen Lichtquellenkönnen künftig einfach, ohnegroßenAufwand, in installiertenT5-Leuchten gegendie LEDtubesT5 ausgetauscht werden. Elekt-risch sichere Steckstifte und iso-lierte Treiber bieten beim Lam-pentausch Sicherheit gegen Be-rührungsspannung.DerWunsch

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Ersetzt T5-Leuchtstofflampenvon Gebäudemanagern undElektrotechnikern nach einemproblemlosen Wechsel der Be-leuchtungauf LED-Technikwirderfüllt. Die LED-Leuchtenhabeneine Leistungsaufnahme von 26Wund eine Länge von 1500mm.Die Lichtausbeute gibt der Her-stellermit 150 lm/Wan. Bei einertäglichenLeuchtdauer von zwölfStunden spart nach Angabenvon Philips jede LED-Röhre imVergleichmit einer entsprechen-den konventionellen Lösungrund 20 Euro pro Jahr ein. DieNutzlebensdauer liegt bei 50.000Stunden.Die LED-Röhren gibt es mit

Farbtemperaturen von 3000,4000 und 6500 K sowie Licht-strömenbis zu 3900 lm. EinAus-strahlwinkel von 160° sowie derFarbwiedergabeindex von Ra 83sorgen für gute Lichtqualität.

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