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Anschluss und Betrieb von LEDs
LEDs sind Halbleiter-Bauelemente und daher unter Beachtung diverser Vorsichtsmassnahmen, wie sie auch für andere elektronische Bauteile gelten, zu betreiben.
Wenn man weiss, auf welche Parameter man achten muss, sind sie einfach anzuschliessen und zu betreiben. Wir geben Ihnen hier die wichtigsten Informationen.
Bitte beachten Sie aber: verbindlich ist stets das Datenblatt des LED-Herstellers! Und: durch Überlastung oder Fehlbedienung können Sie LEDs irreversibel schädigen.
Alle hier ausgebrachten Angaben sind rein informativ; wir übernehmen für mögliche Folgen keinerlei Haftung!
HINWEIS: Module für DIN Tragschienenmontage werden stets ohne Startadressboard geliefert, da hier die Startadresse nur einmalig programmiert werden
muss und danach das Board wieder abgezogen (und anderweitig verwendet) werden kann. Für DIN-Tragschienenmodule muss daher stets ein Startadressboard
extra bestellt werden.
Weitere technische Information erhalten Sie bei den einzelnen Produkten.
Technische Manuals laden Sie von unserer Seite: BEDIENUNGSANLEITUNGEN
Kleinsignal-LEDs
Kleinsignal-LEDs werden bereits häufig auch für Beleuchtungsaufgaben eingesetzt; Beispiele sind Schreibtischlampen, Handarbeits- und Leseleuchten oder
auch Taschenlampen.
Einzel-LED im 5mm-Gehäuse, schematisch
Licht-Engine aus vielen Einzel-LEDs in einer Leuchte
Kleinsignal-LEDs werden mir relativ geringen Strömen betrieben (einige mA); Strombegrenzung erfolgt durch einen Vorwiderstand oder den Innenwiderstand der
Spannungsquelle (z.B. bei Schlüsselanhänger-Leuchten: hier spart man sich sowohl Schalter als auch Vorwiderstand. Zum Einschalten werden die Anschlüsse der LED
einfach auf eine Knopfzelle gedrückt, die begrenzte Stromlieferfähigkeit der Quecksilberzelle sichert das Überleben der LED.
Kleinsignal-LEDs haben geringe Durchlaßspannungen; sie beträgt für bedrahtete LEDs ca. 2V für rote LEDs und ca. 3,5V für grüne und blaue. Weiße LEDs gibt es
ja bekanntlich nicht - sie bestehen intern aus einer blauen LED, die lediglich mit einem weiß abstrahlenden Phosphor-Leuchtstoff beschichtet ist. Dieser wird
durch das kurzwellige, blaue Licht angeregt und leuchtet dann. Das kennen wir bereits von der Leuchtstoffröhre und Energiesparlampe, und es ist daher nicht
verwunderlich, daß die Lichtqualität weißer LEDs auch nicht viel besser ist. Der guten alten Kohlefadenglühlampe, die ein kontinuierliches Spektrum
emittiert, können sie allesamt nicht das Wasser reichen.
LED-Tapes
LED-Bänder sind eine bequeme Möglichkeit, Konturen u.a.m. auszuleuchten. Bei einem LED-Tape sind SMD-LEDs (Surface Mounted Devices) in regelmäßigem Abstand auf einem
flexiblen Leiterplattenmaterial montiert; mehrere LEDs sind elektrisch in Reihe geschaltet und pro Reihe mit einer passenden Strombegrenzung versehen: das ist meist
eine Mischung aus passiven Widerständen und aktiven Komponenten (z.B. FET's).
Dadurch sind LED-Tapes so aufgebaut, dass sie direkt mit einer SPANNUNG betrieben werden können. Als Strandard haben sich im wesentlichen zwei
Spannungen etabliert, und das sind entweder 12V oder 24V Gleichspannung. Der Strombedarf richtet sich nach Art, Type und Dichte der bestückten LEDs,
und wird häufig durch eine Angabe in "Watt pro Meter<" spezifiziert. Also: mal Anzahl der Meter Länge nehmen und durch den Wert der
Versorgungsspannung teilen: dann ergibt sich die benötigte Stromstärke in Ampere.
TOPOLOGIE
Wichtig ist hier ein Hinweis auf die Topologie, d.h., das Anschlusschema der LED-Tapes. Es gibt grundsätzlich zwei verschiedene Möglichkeiten:
- COMMON KATODE: gemeinsamer - Pol
- COMMON ANODE: gemeinsamer + Pol
Die meisten LED-Tapes werden mit CA (COMMON ANODE) gefertigt. Hierzu passen optimal unsere Controller der Serie 3600, also die Typen
3603PWM-H, 3604PWM-EP,
3604PWM-H, und 3613PWM-H. Mehr
Informationen dazu finden Sie durch Anklicken der entsprechenden Produkte.
Anschluss eines LED-Tapes an einen DMX Decoder 3604
Mehrere LED-Ketten können parallel betrieben werden, solange die Stromlieferfähigkeit des steuernden Controllers nicht ausgeschöpft ist.
ANSTEUERUNG
Spannungsgesteuerte LED kann man nur durch Taktung "dimmen" - durch ein kontinuierlich veränderliches EIN/AUS Verhältnis ergibt sich
für das Auge der Eindruck einer kontinuierlichen Helligkeitsregelung. Dabei erfolgen die EIN/AUS Wechsel (wie beim Film) mit einer genügend hohen
Frequenz, die das Auge nicht mehr auflösen kann. Eine elektronische Kamera hingegen kann es, und durch die Schwebungen zwischen der
Intensitätssteuerung der LED und der Kamerafrequenz kann es zu Flickererscheinungen kommen - ähnlich wie die
augenscheinlich rückwärts laufenden Wagenräder in einem Western.
Power-LEDs 350mA
Hochleistungs-LEDs müssen stromgesteuert werden. Dabei haben sich bestimmte Stromwerte als Standard etabliert;
für die sogenannte "1W-LED" ist das ein Strom von typ. 0,35A (350mA). Bei diesem Betriebsstrom
erreicht die LED ihre volle Helligkeit, und erzeugt dabei einen Spannungsfall - die jeweilige Betriebsspannung
der LED. Hier ist das jedoch nicht die vorgegebene Größe; die Spannung ergibt sich und muß durch den
stromliefernden Controller aufgebracht werden können.
Monocolor- und Multicolor (RGB) Power LEDs (sog. "Stars")
TOPOLOGIE
Da Power-LEDs stromgesteuert sind, können Sie sehr einfach in Reihe geschaltet werden (elektrische
Reihenschaltung). Die Spannungsfälle mehrerer LED addieren sich dann, aber durch alle LED fliesst der
gleiche Strom. Bitte achten Sie darauf, daß der steuernde Controller nicht nur den richtigen Strom liefern
kann, sondern auch für die dann erforderliche LED-Kettenspannung ausreichend dimensioniert
ist: sonst funktioniert nämlich gar nichts. Als Grundregel kann gelten, daß Controller mit bis zu 22,5V
Ausgangsspannung bis zu 6 in Reihe geschaltete LED bedienen können. Typische Durchlaßspannungen für 1W
Emitter sind ca. 3V für rot (ca. 18V bei einer 6er Kette), und 3,4V für grün und blau (ca. 20,4V für eine
6er Kette). Damit sind solche Anordungen z.B. mit unserem LED-Treiber
5004A-EP oder 5024A-FG
problemlos bedienbar.
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Power-LED Assembly bestehend aus 2 parallelen Ketten zu je 6 LED (Luxeon).
Um den erhöhten Strom aufnehmen zu können, werden die LEDs parallel betrieben.
Dabei können Einzel-LEDs oder ganze Ketten parallel geschaltet werden.
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BINNING
Da sich als Standardstrom zunehmend ein Wert von 700mA etabliert, stellt sich die Frage, ob man 350mA LEDs
auch an einem 700mA Driver betreiben kann. Man kann, und zwar, indem man z.B. zwei 350mA LED-Ketten parallel
betreibt (siehe Abbildung oben, Power-LED Assembly). Das ist jedoch nicht ohne weiteres
möglich, da sich durch den unterschiedlichen Spannungsfall beider Ketten eine ungleiche Stromverteilung
einstellen würde. Dieser Fall tritt unweigerlich ein, wenn man unsortierte LEDs kauft und montiert.
Indem man jedoch dafür sorgt, dass die Kettenspannung beider Ketten bei gleichem Strom nahezu gleich ist,
lassen sich zwei 350mA-Zweige problemlos auch an einem 700mA Port betreiben.
Das Zauberwort hierfür heisst "BINNING" und beschreibt eine Sortierung der LEDs, die nach
verschiedenen Parametern erfolgen kann:
- Wirkungsgrad: Intensität der LED
- Farbe: Farbort (Frequenz des Lichtes)
- Elektrik: Durchlaßspannung der LED
Um in einer Multi-Chip-Leuchte eine optimale Verteilung von Farbe, Intensität und Homogenität zu erreichen,
müssen LEDs also in Bezug auf alle diese Parameter selektiert werden. Die Kombination unselektierter
Komponenten ergibt unvorhersagbare Ergebnisse. Gebinnte LEDs kann man nur über den Hersteller beziehen,
nicht Binning-fähiges Material geht in den Elektronik-Handel (und ist damit für Bastler).
LED-Array aus mehreren Chips; hier 3 parallele Ketten aus je 4 in Reihe betriebenen LEDs
8x8 LEDs: Eine Kette ist ausgefallen, dadurch ist hier die Topologie deutlich erkennbar
TOLERANZEN
Der Stromwert 350mA ist zumeist eine Grenzwertangabe, die nicht überschritten werden sollte.
Es ist aber falsch, anzunehmen, daß eine Überschreitung dieses Wertes einen sofortigen Ausfall
des Bauteils zur Folge haben würde. Auch eine 350mA-LED kann man meist mit bis zu 500mA pulsen.
Durch längerfristige und anhaltende Überlastung können die Bauteile aber schneller degradieren.
THERMIK
Eine große bedeutung kommt auch der Kühlung zu. Power-LEDs müssen gekühlt werden, die entstehende
Wärme (und das ist immer noch der größte Anteil der insgesamt zugeführten Energie) muss abgeführt
werden. Kritisch ist die Chip-Temperatur, und die kann man nicht eben einfach messen (weil man an den Chip selbst
gar nicht herankommt). Faustregel: Betreiben Sie die LED unter ungünstigten Bedingungen: kaum Lüftung,
höchste Umgebungstemperatur (z.B 40 Grad), und meiden Sie dann jede Oberflächentemperatur höher als 70 Grad
(die läßt sich einfach auch mit einem handelsüblichen IR-Thermometer erfassen). Dann sind Sie noch auf der
einigermaßen sicheren Seite.
Power-LEDs 700mA, 1050mA
Der aktuelle Trend geht zu immer höheren Leistungen, und einhergehend damit zwangsläufig zu höheren Betriebsspannungen
und zu höheren Betriebsströmen. Mittlerweile sind LED-Baugruppen im Handel verfügbar, die mit Spannungen von
über einhundert Volt betrieben werden müssen, und auf der anderen Seite gibt es Hochstrom-LEDs, deren Chips mit
Strömen bis zu 12 Ampere zu versorgen sind. Die Bandbeite ist beträchtlich.
Dabei führte der Weg von der 1 Watt LED zunächst zur 2 Watt und zur 3 Watt LED, wodurch die Stromstufen
350mA - 700mA - 1050mA entstanden. Die 5 Watt LED wurde hingegen nicht durch Betrieb mit größerem Strom
geschaffen, sondern durch Kombination von 4 Einzelchips auf einem Wafer. Wieso, werden Sie sagen, sind dann
doch nur 4 Watt? Nun ja, man kann halt abrunden oder aufrunden... Und damit war dann auch schon das erste
Power-LED-Array entstanden.
5 Watt Emitter: deutlich sind die 4 internen Chips zu erkennen
Power-LED-Arrays
Hochleistungs-LED-Arrays werden heutzutage als "LIGHT-ENGINES" verkauft. Mehrere Chips werden als
Grossflächen-LED gebündelt und in Modulform angeboten.
Light Engine basierend auf Einzelchip-Technik
Light Engine basierend auf Grossflaechen-Technik
ZHAGA ? gaga!
Obwohl Module mehrerer Hersteller in Form und Leistung vergleichbar sind, ist der Versuch, dem Anwender das als standardisierte Bauteile
unterjubeln zu wollen, kläglich gescheitert. Das Zhaga-Konsortium hat es zwar geschafft, ein einheitliches Logo zu kreieren, aber die Normung
der LED-Module ist dabei auf der Strecke geblieben. Die Gegenüberstellung vergleichbarer Module verschiedener Hersteller zeigt die Problematik,
ohne dass man sich zunächst weiter mit den elektrischen LED-Daten beschäftigen müßte. Wenn Sie solche Hochleistungs-Module in Beleuchtungsprojekten
verwenden wollen, fragen Sie bitte individuell an - unsere Dimmer sind auf viele Typen anpaßbar; es muss aber in jedem Fall eine typbezogene
Anpassung durchgeführt werden. Das erfordert natürlich auch eine entsprechende Stückzahl, die in Großprojekten aber meist gegeben ist.
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Vergleichbare Module der Hersteller Osram, Philips und Tridonic. Abmessungen und Formfaktor sind annähernd gleich, aber
bereits der Abstand der Befestigungslöcher unterscheidet sich. Damit ist schon die mechanische Austauschbarkeit nicht mehr gegeben.
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Links: 5-polige Anschlussleiste für Power-LED und digitale Übetragung (Modulkennung und Temperaturerfassung),
Mitte: 8-poliger Anschluss für Power-LED und analoge Schnittstelle für Modulkennung, Anpassung und Temperatur,
Rechts: 2-poliger Anschluß für die Power-LED. Keine Kennung, kein Temperatursensor.
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