Ratgeber
LEDs haben altgediente Leuchtmittel wie Glühbirnen, Halogenlampen, Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren fast vollständig vom Markt verdrängt. Fast jede Art von künstlichem Licht, das uns im Alltag begegnet, wird mithilfe von LED-Technologie erzeugt. Lichtemittierende Dioden, wofür die Bezeichnung LED steht, bieten gegenüber älteren Leuchtmittelarten entscheidende Vorteile. Sie arbeiten energieeffizienter, haben eine längere Lebensdauer und erzeugen während des Betriebs weniger Wärme, wodurch Sie sie auch in Umgebungen mit hitzeempfindlichen Komponenten einsetzen können. Angesichts ihrer vielen positiven Eigenschaften scheinen LEDs regelrechte Allroundtalente zu sein, eines können sie jedoch nicht: mit 230-V-Wechselspannung bzw. direktem Strom aus der Steckdose arbeiten. Um Leuchtdioden betreiben zu können, sind eine bestimmte Durchlassspannung und ein niedriger Konstantstrom erforderlich. Beide Werte variieren je nach Lichtfarbe und LED-Typ. Ein unmittelbarer Anschluss ans Stromnetz hätte zur Folge, dass die LEDs weniger effizient arbeiten oder sogar durchbrennen. Das Problem können Sie jedoch mithilfe von LED-Treibern umgehen. Sie ermöglichen es, den Leuchtdioden die Spannung bzw. den Strom zuzuführen, den sie benötigen. In unserem Ratgeber erklären wir Ihnen, welche Arten von LED-Treibern es gibt, wie sie funktionieren und worauf bei der Auswahl zu achten ist.
LED-Treiber sind wesentliche Komponenten für den sicheren und effizienten Betrieb von LED-Leuchtmitteln. Sie ermöglichen es, LEDs über das haushaltsübliche Wechselspannungsnetz mit Energie zu versorgen, ohne dass sie Schaden nehmen. Um zu verstehen, warum das notwendig ist, muss man sich mit den Eigenschaften von LEDs vertraut machen. Leuchtdioden sind in der Lage, bei Stromfluss in Durchlassrichtung Licht zu erzeugen. Damit das funktioniert, sind zwei Parameter entscheidend: die Durchlassspannung und der Betriebsstrom.
- Durchlassspannung: Die Durchlassspannung ist die Spannung, die in Durchlassrichtung messbar ist, wenn ein Strom fließt und die LED leuchtet. Sie variiert je nach Lichtfarbe, die die LED erzeugt. Ist die Anschlussspannung niedriger als die erforderliche Durchlassspannung, fließt kein Strom und die LED bleibt aus. Ist sie größer, führt das zu einem starken Anstieg des Stroms. In der Folge entsteht Wärme, wodurch die LED an Effizienz einbüßt und irgendwann durchbrennt.
- Betriebsstrom: Um leuchten zu können, benötigen LEDs einen niedrigen Konstantstrom. Der konkrete Wert hängt vom LED-Typ ab. So arbeiten beispielsweise Standard-LEDs, IR-LEDs und UV-LEDs mit geringeren Stromstärken als Hochleistungs-LEDs. Um Schäden an den Dioden zu verhindern und eine effiziente Arbeitsweise sicherzustellen, darf der Betriebsstrom nicht zu hoch sein. Das kann durch einen LED-Treiber oder einen Vorwiderstand erreicht werden.
Bei LED-Treibern handelt es sich demzufolge um Betriebsgeräte. Sie dienen dazu, den Stromfluss durch die LEDs zu regulieren. Im Normalfall sind LED-Leuchten bereits bauseits mit einem integrierten Treiber ausgestattet, so dass Sie sich über die Anschaffung keine Gedanken machen müssen. Sollte der Treiber jedoch defekt sein und einen Austausch erfordern oder bauen Sie ein eigenes LED-Lichtsystem zusammen, kommen Sie nicht umhin, sich mit den unterschiedlichen Arten auseinanderzusetzen.
LED-Treiber schützen LEDs vor zu hoher Spannung oder zu hohem Strom, indem sie entweder als Konstantstromquellen oder Konstantspannungsquellen fungieren.
Konstantstromquellen
Konstantstromquellen liefern einen konstanten Gleichstrom, indem sie die Spannung im Stromkreis regulieren. Das heißt, die Ausgangsspannung ist variabel und der Ausgangsstrom fest. Hauptsächlich kommen Konstantstromquellen für den Direktantrieb (Direct Drive) von LEDs zum Einsatz. In dem Fall erhält die LED-Schaltung ihren Strom direkt vom Stromausgang des Treibers.
Konstantspannungsquellen
Konstantspannungsquellen arbeiten mit einer festen Ausgangsspannung und einem variablen Ausgangsstrom. Sie sind auf einen bestimmten Spannungswert ausgelegt und mit einem Stromregler- oder Strombegrenzer ausgestattet, der den Strom verändert. Konstantspannungsquellen werden mitunter bei parallel verdrahteten LEDs eingesetzt und beispielsweise für den Betrieb von LED-Streifen verwendet.
Konstantstromquellen sind für den Betrieb von LEDs tendenziell besser geeignet, da sie weniger anfällig sind. Bei Konstantspannungsquellen kann es aufgrund von Temperaturschwankungen, Verschleiß und Alterserscheinungen passieren, dass der Strom unkontrolliert steigt, was die LED wiederum beschädigen kann. Aus diesem Grund dienen LED-Treiber üblicherweise als Konstantstromquellen.
Die Begriffe LED-Treiber, LED-Netzteile und LED-Trafos werden häufig synonym verwendet, bezeichnen jedoch unterschiedliche Arten von Vorschaltgeräten, die sich im Hinblick auf ihre Funktionsweise unterscheiden.
- LED-Treiber: LED-Treiber sind üblicherweise als Konstantstrom-LED-Treiber ausgeführt und fungieren damit als Konstantstromquellen, indem sie die 230-V-Netzspannung in einen konstanten Gleichstrom umwandeln.
- LED-Netzteil: Bei einem LED-Netzteil handelt es sich im Regelfall um eine Konstantspannungsquelle. Es wandelt die 230-V-Wechselspannung aus der Steckdose in eine niedrigere Gleichspannung (bspw. 12V oder 24V) um.
- LED-Trafo: Ein elektronischer Trafo funktioniert ähnlich wie ein Netzteil und zählt ebenfalls zu den Konstantspannungsquellen. Er gibt seine Leistung jedoch erst ab einer bestimmten Spannung ab, während ein Netzteil meist schon ab 1V liefert.
LED-Treiber sind für den Betrieb von LEDs unverzichtbar, da schon kleine Spannungsänderungen eine sehr große Änderung des Stroms zur Folge haben können. Leuchtdioden reagieren empfindlich auf Stromschwankungen und können dadurch leicht beschädigt oder ganz zerstört werden. LED-Treiber verhindern das, indem sie dafür sorgen, den Strom konstant zu halten. Sie bringen aber noch mehr Vorteile mit sich:
- Anschluss mehrerer LEDs: Sofern die Leistung des Treibers richtig gewählt ist, können Sie mehrere LEDs daran anschließen und in Reihe schalten. Das ist beispielsweise bei der Installation von LED-Strips vorteilhaft.
- Geringe Energieverluste: Dank passender Treiber können LEDs nahezu verlustfrei arbeiten, da Stromschwankungen vermieden und somit der Entstehung von Wärme vorgebeugt wird. Außerdem fallen Vorwiderstände weg, was zusätzlich Energie spart.
- Stufenlos dimmbar: LED-Treiber können auf verschiedene Weise gedimmt werden, etwa durch Phasenabschnittsdimmung, Pulsweitenmodulation oder das 1-10V-Verfahren. Aufbauten aus Lampen und Treibern sind dann stufenlos dimmbar.
- Flackerfreies, gleichmäßig helles Licht: Da LED-Treiber kontinuierlich eine konstante Menge an Strom liefern, ist das Licht absolut flackerfrei. Mehrere angeschlossene LEDs leuchten in gleicher Helligkeit.
Beim Kauf eines LED-Treibers sollten Sie mehrere Faktoren berücksichtigen. Wir geben Ihnen einen Überblick:
Leistung und Ausgangsspannung
Die Ausgangsspannung des Treibers, Netzteils oder Trafos muss auf die erforderliche Durchlassspannung der LEDs abgestimmt sein. Ist sie zu niedrig, funktionieren die Leuchtmittel nicht richtig. Ist sie zu hoch, kann das zu vorzeitigen Ausfällen führen. Achten Sie auch darauf, dass die Leistung des Treibers der Gesamtleistung der LEDs entspricht und kalkulieren Sie eine Leistungsreserve von 20 bis 30% ein, um Überhitzung zu vermeiden. Benötigen die LEDs beispielsweise 50W, ist es sinnvoll, einen Treiber zu wählen, der mindestens 60W liefert.
Stromstärke (Konstantstrom vs. Konstantspannung)
Prüfen Sie, ob Ihre LEDs einen konstanten Strom oder eine konstante Spannung benötigen. Konstantstrom-Treiber halten den Ausgangsstrom konstant und passen die Spannung an die Anforderungen der LED an. Sie sind häufig für den Betrieb von High-Power-LEDs nötig. Konstantspannungs-Treiber halten die Ausgangsspannung konstant und sind in der Regel für Niederspannungs-LED-Streifen oder LED-Module geeignet, die bei einer festen Spannung wie 12V oder 24V betrieben werden.
Dimmfunktion
Wenn Sie Ihre LEDs dimmen möchten, müssen Sie sicherstellen, dass der Treiber dimmbar ist. Es gibt verschiedene Dimmtechnologien wie die Pulsweitenmodulation oder das TRIAC-Dimmen (Phasenanschnittsteuerung). Vergewissern Sie sich, dass der Treiber mit dem geplanten Dimmer kompatibel ist.
Elektrische Schutzfunktionen und IP-Schutz
LED-Treiber sollten unbedingt elektrische Schutzfunktionen beinhalten. Zur Mindestausstattung gehören ein Überlastschutz, Kurzschlussschutz und Überhitzungsschutz. Ist aufgrund der Umgebungsbedingungen mit einer Überhitzung zu rechnen, muss gegebenenfalls ein zusätzlicher Lüfter oder Kühler installiert werden. Wenn Sie den Treiber im Zusammenhang mit Außenbeleuchtung verwenden, die Feuchtigkeit und Staub ausgesetzt ist, achten Sie auf eine ausreichend hohe IP-Schutzart wie IP65 oder IP67.
Anzahl der LEDs
Ein LED-Treiber muss ausreichend dimensioniert sein, um die gewünschte Menge an LEDs daran anschließen zu können. Manche Treiber sind nur für eine LED vorgesehen, andere können mehrere parallel oder in Reihe geschaltete LEDs betreiben.
Beim Anschließen von Treiber und LEDs sollten Sie darauf achten, ein Kabel mit geeignetem Querschnitt zu verwenden. Zu dünne Kabel können zu Spannungsabfällen und Überhitzung führen, insbesondere bei längeren Strecken. Zur Orientierung: Für geringe Stromstärken (unter 2A) reicht ein Querschnitt von 0,5 mm² in der Regel aus, bei höheren Strömen sollten dickere Kabel (z.B. 1,5 mm² oder mehr) verwendet werden.
Wofür stehen AC und DC?
AC steht für Alternating Current und bezeichnet Wechselstrom. DC ist das Kürzel für Direct Current, was wiederum für Gleichstrom steht. LEDs werden im Regelfall mit Gleichstrom betrieben, damit keine Spannungsschwankungen auftreten, die sich negativ auf ihre Lebensdauer auswirken.
Was passiert, wenn ich zu viele LED-Lampen an einen Treiber anschließe?
In dem Fall kann es zu einer Überlastung des Treibers und in der Folge zu einer Überhitzung kommen. Im besten Fall schützen elektrische Schutzmechanismen vor Schäden. Sind keine vorhanden oder funktionieren sie unzureichend, kann es passieren, dass sowohl Treiber als auch LEDs beschädigt werden.