LEDs mit Konstantstrom

Grundlagen:
LEDs oder LED-Leuchten mit Feststrom auch Anschlussart „Constant Current“ genannt, müssen mit einem genau definiertem Strom betrieben werden.
Dazu bitte Strom in Ampere (A) nicht verwechseln mit Spannung in Volt (V) - hier gehts um den Strom!
Prinzipiell ist ein Leuchtdiode, wie der Name schon sagt, auch eine Diode. Eine Diode könnte man auch als eine Art „elektronisches Einwegventil“ betrachten, sie lässt Strom nur in eine Richtung passieren. Ein Leuchtdiode verhält sich genauso, nur dass sie sozusagen als „Nebenprodukt“ dabei noch Licht abgibt.
Was eine normale Diode oder auch eine LED nicht kann, ist den Stromfluss zu regulieren. Das bedeutet, legt man an eine LED eine Spannung (in V) an, so fließt wie bei einem Kurzschluss sofort der maximale Strom. Die LED wird dabei zerstört! Daher werden viele LED-Module mit integrierten Vorwiderständen zur Strombegrenzung angeboten, diese dürfen dann an eine feste Spannung angeschlossen werden.
Es gibt aber eine Methode, wie man LEDs direkt betreiben darf und zwar in dem man den Stromfluss durch die Stromquelle reguliert. Dabei ist das Vorschaltgerät (oder auch Netzteil) so aufgebaut, dass es genau regelt, wie viel Strom gemessen in Ampere maximal fließen darf. Der dazugehörige Wert wird meist in mA also „Milli-Ampere“ angeben.

Bei dieser Betriebsart von LEDs darf man also die „nackte“ LED direkt an das Vorschaltgerät anschliessen, es sind allerdings zwei Dinge zu beachten:
1. das Vorschaltgerät muss den passenden Strom (in mA) zur LED liefern
2. die Leistung der LED(s) muss zur Leistung des Vorschaltgerätes passen

Vorteile:
Der Vorteil einer Verkabelung mit Feststrom sind zunächst einmal geringe Verlustleistungen, man spart also Energie, beispielsweise durch den Wegfall von Vorwiderständen an den LEDs, welche ja letztlich nur Wärme produzieren.
Außerdem leuchten die angeschlossenen LEDs absolut flickerfrei, da ja man kontinuierlich Strom durch die LED pumpt, was auch das Dimmen betrifft, im Gegensatz zu einer PWM Regelung.
Also auch runter gedimmt leuchtet dann die LED absolut ruhig und konstant und wird in keiner Weise „gepulst“, im Gegensatz zu PWM Regelungen!
Das wäre dann auch der dritte Vorteil des Betriebs mit festen Strom, solche Aufbauten lassen sich wunderbar stufenlos und sauber von 0-100% dimmen!
Ein weiterer Vorteil wäre, dass alle LEDs in einem Kreis gleich hell leuchten, was bei spannungsgeregelten Installationen nicht unbedingt der Fall sein muss.

Anschluss:
Praktisch gesehen besteht ein einfacher Aufbau aus einer LED und einem Vorschaltgerät. Dabei muss der Stromfluss des Netzteils und der LED identisch sein. Beispiel: eine 350mA Leuchte darf nur an ein Vorschaltgerät mit 350mA Ausgangsstrom angeschlossen werden, usw.

Größere Installationen von mehreren LEDs kann man praktischerweise alle an ein leistungsstärkeres Vorschaltgerät hängen, die LEDs müssen dann in Reihe geschaltet werden. Das Ganze ist dann ähnlich aufgebaut wie die klassische Weihnachtsbaumlichterkette und der Stromfluss (in A) ist im gesamtem Stromkreis gleich hoch! Dabei ist die Polung der LEDs unbedingt zu beachten! Daher habe ich zum besseren Verständnis in der Abbildung die Kathoden (-) und Anoden (+) der LEDs markiert. Verbaut man eine LED versehentlich falsch rum, gibts von vorne bis hinten in der ganzen Kette kein Licht.

Leistungsbereich berechnen:
Nicht nur der korrekte Strom bei LEDs und Vorschaltgerät ist wichtig, auch der Leistungsbereich. Der Leistungsbereich wird in den technischen Daten des Vorschaltgerätes mit angegeben und gibt Auskunft darüber, wie viele LEDs man maximal, aber auch minimal, an diesem Vorschaltgerät betreiben kann. Man darf also weder zu wenig noch zu viele LEDs an einem Strang betreiben, alles andere dazwischen ist ok.
Am Besten lässt sich ein kompletter Aufbau über die Leistung in Watt berechnen.
Die Leistungen der LED-Leuchten werden einfach addiert. Möchte man beispielsweise 5 Stück 350mA-Leuchten mit je 3 Watt verbauen, so verbrauchen diese zusammen (5x3=) 15 Watt.
Um dazu das passende Vorschaltgerät zu finden, muss man zunächst den zulässigen Leistungsbereich des Vorschaltgerätes bestimmen, dieser liegt zwischen der Mindestlast und der maximal zulässigen Leistung.
Beide Werte lassen sich leicht berechnen. Die Formel dazu lautet P=U x I, ausgesprochen: Leistung in Watt = Spannung multipliziert mit Strom.
Maximallast berechnen: Maximale Ausgangs-Spannung multipliziert mit Ausgangs-Strom
Mindestlast berechnen: Minimale Ausgangs-Spannung multipliziert mit Ausgangs-Strom
(Die maximale Leistung wird in der Regel aber auch einfach direkt in den technischen Daten des Vorschaltgerätes angegeben.)
Beispiel:
Technische Daten des Vorschaltgerätes:
350mA Ausgangsstrom
Ausgangsspannung: 24-48V
Leistung: 16,8 Watt
Berechnung:
Die Mindest-Leistung ist 24V x 0,35A = 8,4 Watt.
Die maximale Leistung ist 48V x 0,35A = 16,8 Watt.
An der Berechnung sehen wir schon, dass in den technischen Daten die maximale Leistung (W) freundlicherweise schon angeben wurde. Den Mindestwert mussten wir uns hingegen ausrechnen.
Um beim Beispiel mit den 3W-Leuchten zu bleiben, die 5 Leuchten mit zusammen 15 Watt dürfen (in Reihe) angeschlossen werden. Möchte man hingegen nur 2 Leuchten betreiben, so wären das 2x3 = 6 Watt. Die 6 Watt liegen aber unterhalb der Mindestlast von 8,4 Watt, das Vorschaltgerät ist also überdimensioniert und passt nicht. 2 LEDs würden an diesem Vorschaltgerät Schaden nehmen. In diesem Fall müsste man einfach ein weniger leistungsstarkes Vorschaltgerät raus suchen.

Dimmen:
Installationen mit Feststrom (Constant Current) lassen sich problemlos dimmen!
 
Es gibt dazu u. a. diese Varianten:
1 Konstantstrom-Netzteil mit Steuereingang zum Dimmen
2 Dimmbares Konstantstrom-Netzteil
3 Konstantstrom-Dimmer
 
1 Konstantstrom-Netzteil mit Steuereingang zum Dimmen
Diese Variante funktioniert in meinen Augen am saubersten, da man linear und von 0-100 % dimmen kann und auch größere Installationen sich problemlos zusammen schalten lassen. Das Vorschaltgerät hat einen zusätzlichen Steuereingang, der quasi Befehle entgegennimmt, wie hell der angeschlossene LED-Kreis leuchten soll. Das Vorschaltgerät verändert dann wunschgemäss den Stromfluss durch die angeschlossenen LED-Leuchten und reguliert so die Helligkeit.
Als Steuereingang kommen verschiedene Schnittstellen in Frage, wie beispielsweise 1-10V Schnittstelle, Taster-Eingang, Dali oder DMX. Je nach Variante lassen sich mehrere Lampenkreise mit einem Steuersignal zusammen synchron steuern oder bei den digitalen Formaten sogar adressieren.
 

2 Dimmbares Konstantstrom-Netzteil
Diese speziellen Vorschaltgeräte dürfen direkt an einen handelsüblichen Phasenanschnittsdimmer angeschlossen werden. Leider kann es hierbei aber auch wieder zu Problemen kommen, wie Flackern oder nichtlineare Dimmkurven. Nicht immer passt das dimmbare Netzteil und der verwendete Dimmer zusammen.
Abhilfe bringen evtl. folgende Tipps:
a
Das dimmbare Konstantstrom-Netzteil sollte mit den angeschlossenen LEDs möglichst gut ausgelastet sein, also mit beispielsweise nicht weniger als 80% seiner Nennlast. Bei zunehmend kleinerer Last wird der untere „runtergedimmte“ Bereich ebenfalls zunehmend kleiner.
b
Evtl. kann ein sogenanntes Grundlastelement (gibt es hier im Shop) Probleme mit Flackern beheben, was man allerdings nur durch Ausprobieren heraus finden kann.
Viele Dimmer, auch solche „ohne Mindestlast“, dimmen nicht sauber, wenn man als Last nur ein Netzteil betreibt.
Die meisten Dimmer beziehen ihre eigene Betriebsspannung durch die angehängte, ohmsche Last, früher eigentlich die Glühbirne. Da jetzt diese ohmsche Last fehlt, wenn man nur das Netzteil an den Dimmer hängt, versagt der Dimmer.
Das Grundlastelement wird parallel zum 230V Ausgang des Dimmer geschaltet und bildet eine geringe ohmsche Last am Dimmer, was in der Regel den Dimm-Betrieb stabilisiert.
Testen lässt sich dies versuchsweise auch mit einer einfachen Glühbirne von etwa 5-25 Watt. Läuft mit der Birne das Dimmen sauber, so ist man zumindest auf dem richtigen Weg und das Grundlastelement könnte das Problem lösen, vorausgesetzt es zieht genügend Leistung weg, um die die Test-Glühbirne zu ersetzen. Schlimmstenfalls müsste man mehrere Grundlastelemente parallel schalten.
c
Einige Universal- Dimmer mit automatischer Lasterkennung müssen ggf. manuell auf „Phasenanschnittsdimmer“ konfiguriert werden.
 
3 Konstantstrom-Dimmer
Hierbei handelt sich um einen speziellen Feststrom-Dimmer, welcher in Kombination mit einem Netzteil einen dimmbaren Feststromkreis bildet.
 

Auf keinen Fall falsch machen:
Bei der Installation von stromgeregelten LEDs darf man auf keinen Fall die Leuchten unter Spannung anklemmen. Auch sollte man das Vorschaltgerät nicht ohne die LEDs anschliessen, da dieses auch ohne Stromzufuhr einige Zeit eine hohe Ausgangsspannung halten kann. In beiden Fällen können die LEDs dabei sofort zerstört werden.
Woran liegt das? Nun, zuvor habe ich bereits (hoffentlich verständlich) erklärt, dass das Vorschaltgerät passend zu den LEDs automatisch auf den passenden Strom regelt. Öffne ich unter eingeschalter Spannung den Sekundärkreis mit den LEDs, kann durch die Unterbrechung überhaupt kein Strom mehr fliessen. Da das Vorschaltgerät aber gerne seiner Aufgabe gemäss einen bestimmten Strom fliessen lassen möchte, gibt es sozusagen „Gas“ und regelt die Spannung bis auf Maximum hoch. Der momentane Stromfluss von Null ist dem Netzteil eben zu wenig. Wenn ich den Kreis nun im eingeschaltetem Zustand wieder schliesse, passt diese Spannung in den meisten Fällen nicht zur angeschlossenen Last, sondern ist viel zu hoch, der Ausgang des Vorschaltgerätes steht ja noch auf „Vollgas“. Das wäre dann leider der Moment, wo die LEDs Schaden nehmen können oder im schlimmsten Fall sofort zerstört werden.
Daher: erst alles fertig verkabeln - dann einschalten. Läuft was nicht? Erst mal abschalten, man weiß ja nie... Und dann bitte die Verkabelung noch einmal gewissenhaft überprüfen.
 

Text: Volker Schulz
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