Schutz von Leuchtdioden im Außeneinsatz

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AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Angesichts dessen lassen sich die Vorzüge von LED nur wirklich nutzen, wenn sie angemessen geschützt sind. Bis vor Kurzem gab es jedoch nur wenige Lösungen für den Schutz von LED im Außenbereich. Nicht besonders hilfreich war dabei auch die Tatsache, dass die Ingenieure sich häufig nicht ausreichend Gedanken über den angemessenen Schutz der LED-Ketten gemacht haben.

Auch wenn inzwischen mit sogenannten offenen LED-Schutzkomponenten eine neue Gerätegruppe zur Verfügung steht, wurde deren Nutzen nicht richtig erkannt, ungeachtet dessen, wie wichtig der Schutz der LED innerhalb eines Produktdesigns ist. Dieser Artikel soll einige Tipps und Empfehlungen zur Integration von Techniken wie Überspannungsschutz und offenen LED-Schutzkomponenten in ein LED-Design bieten.

Eine Schwäche der LED ist die notwendige Elektronik

Als Niederspannungsgeräte (Flussspannung typischerweise im Bereich von etwa 2,7 V für rot bis circa 4,1 V für blau) werden Hochleistungs-LED in der Regel in Ketten geschaltet und per konstanten Strom mit Energie versorgt. Eine Kette kann 5 bis 20 LED umfassen. Die einheitliche Stromversorgung sorgt für eine gleichmäßigere Helligkeit der LED und erleichtert deren Steuerung für die gesamte Kette.

Die zum Betreiben der LED notwendige Elektronik ist allerdings nicht sehr stabil und anfällig gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen und beim Ausfall einer LED bleibt, wie bereits erwähnt, meist gleich die gesamte Kette dunkel. Während dies bei einer großen Anzeigetafel mit vielen LED-Ketten kaum von Relevanz ist, kann dieses Risiko im Fall eines Verkehrssignals oder der Randmarkierung einer Landebahn nicht toleriert werden.

Drei wichtige Bereiche der LED-Beleuchtung erfordern besonderen Schutz: der AC-Teil der Schaltung vor dem DC-Gleichrichter, der DC-Teil, der auch LED-Treiber genannt wird, und die LED an sich.

Erster Schritt ist der Schutz der Wechselstromleitung

Eine LED-Beleuchtung ist in der Regel mit einem Schaltnetzteil (SNT) ausgestattet. Ein solches Netzteil benötigt deutlich mehr Schutz als ein linear geregeltes Trafonetzteil. Deshalb muss die Größe der Sicherung für die Wechselstromleitung (AC) genau bedacht werden.

Diese Leitungen sind äußerst empfindlich gegenüber transienten Überspannungen. Insbesondere Blitz-Überspannungen sind problematisch, die von 3 kA bis über 10 kA erreichen können. Leitungssicherungen müssen daher größentechnisch so bemessen werden, dass sie sich auch während eines Gewitters nicht unerwünscht ausschalten. Zu den Hauptkriterien für die Auswahl der Sicherung zählen daher Spannung, Strom und die Stromwärmewerte (sogenannte I²t-Werte).

Der I²t‑Wert definiert die Energiemenge, der die Sicherung unmittelbar standhalten kann, ohne durchzuschmelzen und den Schaltkreis zu unterbrechen. Es versteht sich, dass eine Sicherung mit hohem I²t-Wert erforderlich ist, um Blitzüberspannungen zu widerstehen und die Beleuchtung in Betrieb zu halten. Einen solch hohen Wert erreicht man durch eine Erhöhung der Strombelastungs- oder Zeitverzögerungsrate einer Sicherung.

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