Vorschaltgerät
Was ist ein Vorschaltgerät bei LEDs?
Vorschaltgeräte sind elektrische Bauteile, die dafür sorgen, dass LEDs mit der richtigen Spannung und dem richtigen Strom betrieben werden. Ähnlich dem Motor eines Autos, das Benzin benötigt, um effizient zu laufen, benötigen LEDs das richtige elektrische Umfeld, um ihre volle Helligkeit und Lebensdauer zu erreichen.
Die Funktion von Vorschaltgeräten geht über das einfache Bereitstellen der nötigen Energie hinaus. Sie regulieren den Stromfluss, schützen die LEDs vor Spannungsspitzen und verlängern somit ihre Lebensdauer. Diese Geräte sind entscheidend für die Erhaltung der Leistungsfähigkeit der LEDs und die Minimierung von Ausfällen
Es gibt verschiedene Arten von Vorschaltgeräten, darunter elektronische Vorschaltgeräte und konventionelle magnetische Vorschaltgeräte. Elektronische Vorschaltgeräte sind energieeffizienter und bieten präzisere Steuerungsmöglichkeiten, während konventionelle magnetische Vorschaltgeräte sich gut für bestimmte Anwendungen eignen.
Herausforderungen in der Praxis
Die verschiedenen Ausführungen haben ihre jeweiligen Stärken und Schwächen. Die Lebensdauererwartung von Vorschaltgeräten hängt stark von den verbauten Komponenten, aber auch von externen Einflüssen ab. Ein unsauberes Spannungsnetz, z.B. hervorgerufen durch den Einsatz von Wechselrichtern, großen Verbrauchern, Spannungsschwankungen etc. wird erheblich negativen Einfluss auf die Lebensdauererwartung von Vorschaltgeräten haben, so dass möglicherweise die Elektronik ausfällt, bevor die angegebene LED-Lebensdauer erreicht wird. Es empfiehlt sich immer, die Bedingungen vor Ort zu kennen und die Lebensdauererwartung entsprechend anzupassen. Abhilfe können auch externe Maßnahmen schaffen, wie z.B. Netzfilter oder Trenntransformatoren im Beleuchtungskreis, um etwaige Störfrequenzen und sonstige Störphänomene herauszufiltern.
Technologie
Im Wesentlichen unterscheidet man bei Vorschaltgeräten, bzw. Schaltnetzteilen für LED-Leuchten zwei Technologien. Single stage und dual stage Treiber.
Single-Stage-Design
Single-Stage-Design, also einstufiges Design bedeutet, dass das Gerät quasi eine einzige elektronische Schaltung, ohne Pufferkondensatoren (Zwischenkreis) verwendet, um die Wechselstromversorgung in den benötigten konstanten Strom für die LEDs umzuwandeln. Dieses Design hat den Vorteil, einfacher und kostengünstiger zu sein, da weniger Komponenten erforderlich sind. Die Nachteile liegen bei der möglicherweise schwierigeren Einhaltung der geltenden EMV-Vorschriften hinsichtlich Störfestigkeit und power factor (Leistungsfaktor). Zudem sind solche Geräte in der Regel anfälliger für Störungen aus dem Netz, da hochfrequente Störsignale nicht genug gefiltert werden können und entsprechend direkt am Ausgang sichtbar sind und neben Flackereffekten auch die LEDs oder die Elektronik an sich beschädigen können. Ein weiterer Nachteil besteht am fehlenden Pufferkondensator (Zwischenkreis). Schwankungen am Versorgungsnetz, z.B. im industriellen Umfeld oder beim Einschalten großer Verbraucher werden einen Einbruch, bzw. eine Schwankung der Helligkeit nach sich ziehen.
Dual-Stage-Design
Ein Dual-Stage-Design verwendet zwei separate Stufen, um die Wechselstromversorgung in konstanten Strom für die LEDs umzuwandeln. Die erste Stufe ist normalerweise ein Gleichrichter, der die Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt. Diese Gleichspannung wird dann in einen Zwischenkreis (Pufferspeicher) übertragen aus dem dann die zweite Stufe gespeist wird. Die zweite Stufe ist dann ein Konstantstromtreiber, der die gespeicherte, gepufferte Gleichspannung in den gewünschten konstanten Strom für die LEDs umwandelt. Dieses Design ist etwas aufwändiger und teurer als ein single-stage Design. Allerdings bietet ein dual-stage Design größeren Regelungsspielraum bei der Erzeugung des gewünschten konstanten Ausgangsstromes. Netzstörungen und hochfrequente Ereignisse am Eingang werden besser von der Ausgangsseite getrennt, was den Treiber robuster und langlebiger macht. Schwankungen am Netz, oder kurzzeitige Einbrüche der Spannungsversorgung werden sehr gut ausgeregelt und sind am Ausgang nicht sichtbar. Mit einem dual-stage Treiber lässt sich auch leichter ein flickerfreies Design realisieren.
Weitere Begriffe
Weitere Begriffe in Bezug auf Vorschaltgeräte sind isolated und non-isolated, sowie SELV und non-SELV.
Isolated
Isolated bedeutet, dass die Ausgangsseite von der Eingangsseite galvanisch getrennt ist. Dies geschieht durch Einsatz eines Trenntransformators im Vorschaltgerät.
Non-isolated
Non-isolated bedeutet, dass die Ausgangsseite, also auch die LED-Versorgung weiterhin Netzpotenzial führt. Dies kann mitunter lebensgefährlich sein, wenn z.B. die LEDs im laufenden Betrieb berührt werden. Daher ist bei dieser Ausführung zwingend eine ausreichende Erdung aller berührbaren, leitfähigen Teile (Schutzklasse I) oder die nicht von außen berührbare Ausführung als Schutzklasse II Gerät notwendig.
SELV (Schutzklasse III)
SELV steht für Safety Extra Low Voltage, also für Schutzkleinspannung am Ausgang des Vorschaltgerätes. Dies bedeutet, dass die berührbare Spannung an den LEDs im Bereich der Schutzkleinspannung liegt.
Non-SELV
Non-SELV bedeutet, dass die LEDs mit einer hohen Spannung, die die Grenzwerte von SELV übersteigen gespeist wird. Durch entsprechende Verschaltung der LEDs untereinander kann durch die hohe Spannung ein niedrigerer LED-Strom notwendig werden, was die Effizienz der LEDs erhöht, und die Wärmeentwicklung reduziert. Allerdings liegt dann am Ausgang des Vorschaltgerätes eine unter Umständen lebensgefährliche Spannung an, was entsprechend gekennzeichnet werden muss, bzw. ist eine Schutzart oder ein Gehäusedesign zu wählen, das den Nutzer vor einem elektrischen Schlag schützt.
Arten von Vorschaltgeräten bei LEDs
Elektronische Vorschaltgeräte
Diese moderne Variante bietet eine präzisere Steuerung des Stroms und der Spannung für die LEDs. Sie sind energieeffizienter als ihre magnetischen Gegenstücke und bieten oft erweiterte Funktionen wie Dimmen und Anpassung der Lichtintensität.
Konventionelle magnetische Vorschaltgeräte
Diese ältere Art von Vorschaltgeräten wird seltener eingesetzt, hat aber immer noch ihre Nische. Sie arbeiten mit magnetischen Spulen, um den Stromfluss zu regulieren. Sie sind weniger flexibel in Bezug auf Steuerung und Energieeffizienz als elektronische Vorschaltgeräte.
Dimmbare Vorschaltgeräte
Diese Geräte ermöglichen es, die Helligkeit der LEDs je nach Bedarf anzupassen. Sie sind ideal für Umgebungen, in denen die Lichtintensität variieren soll, wie zum Beispiel in Wohnräumen oder Besprechungsräumen.
Nicht-dimmbare Vorschaltgeräte
Diese Vorschaltgeräte bieten eine konstante Ausgangsleistung ohne die Möglichkeit des Dimmens. Sie sind oft kostengünstiger und eignen sich gut für Situationen, in denen die Lichtintensität konstant bleiben soll.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist ein Vorschaltgerät bei LEDs?
Vorschaltgeräte sind elektrische Komponenten, die dafür sorgen, dass LEDs mit der richtigen Spannung und dem richtigen Strom betrieben werden. Das Schaltnetzteil wandelt dabei die Netzspannung in die benötigte Gleichspannung um und stabilisiert sie.
Kann ich jedes Vorschaltgerät für meine LEDs verwenden?
Nein, es ist wichtig, ein Vorschaltgerät auszuwählen, das zur Leistung und den Anforderungen Ihrer LEDs passt.
Welche Vorteile bieten elektronische Vorschaltgeräte?
Elektronische Vorschaltgeräte sind energieeffizienter, bieten präzisere Steuerung und sind oft langlebiger.
Warum treten bei elektronischen Vorschaltgeräten Einschaltstromimpulse auf?
Einschaltstromimpulse können auftreten, weil Kondensatoren in elektronischen Vorschaltgeräten beim Einschalten plötzlich geladen werden, was zu einem vorübergehend hohen Strom führt.
Wie wirkt sich die Auswahl des falschen Vorschaltgeräts aus?
Ein falsches Vorschaltgerät kann zu geringerer Helligkeit, verkürzter Lebensdauer der LEDs und höherem Energieverbrauch führen.
Benötige ich ein Vorschaltgerät für alle Arten von LEDs?
Nicht alle LEDs erfordern ein Vorschaltgerät, aber die meisten Hochleistungs-LEDs profitieren von ihrer Verwendung.
Ähnliche und verwandte Begriffe
Transformatoren sind elektrische Geräte, die die Spannung von einer Schaltung auf eine andere übertragen.
DALI steht für Digital Addressable Lighting Interface und ist ein Kommunikationsprotokoll, das speziell für die Beleuchtungssteuerung entwickelt wurde.
LED steht für "Light Emitting Diode" oder auf Deutsch "Licht emittierende Diode". Im Gegensatz zu Glühlampen erzeugen LEDs Licht durch den Einsatz von Halbleitern.
