Fairchild
DACD vereinfacht das Smart-LED-Lighting-Design
Smart-Lighting-Systeme sind längst massentauglich geworden. Für die Hersteller heißt es nun, möglichst einfache, flexible Designs zu entwickeln. Wesentlich dabei: die Stromversorgung. Hier setzt Fairchild mit seiner auf der Direct-AC-Drive-Technologie (DACD) basierenden Treiber-IC-Serie FL77944 an.
Von John Wiggenhorn, General Manager Offline Power Business Unit bei Fairchild Semiconductor
Smart LED Lighting boomt: Die Marktforscher von IHS prognostizieren einen Absatz von mehr als 160 Mio. Smart-Lighting-Systemen im laufenden Jahr und eine kumulative Wachstumsrate von mehr als 40 % bis 2018. Die Vorteile der Smart-Lighting-Systeme liegen auf der Hand, doch leider haben viele Entwickler smarter LED-Beleuchtungslösungen noch zu wenig Expertise im Entwurf der passenden Stromversorgungen. Eine weitere Schwierigkeit für unerfahrene Entwickler besteht darin, dass diese Systeme in der Regel für unterschiedliche Leistungsstufen konzipiert werden müssen. Kundenspezifische Lösungen implizieren die Konzeption mehrerer verschiedener Halbleiterschaltungen für eine Produktserie zu deren Steuerung, insbesondere den Einsatz diverser magnetischer Komponenten. Das Ergebnis dieses Extra-Aufwandes ist eine unnötig teure Auslegung der Beleuchtungssysteme.
Häufiges Problem: Flicker
Die meist verwendeten Treiberschaltungen in LED-Beleuchtungen basieren immer noch auf Schaltnetzteil-Technik (Switched Mode Power Supply, SMPS). Leider realisieren SMPS-basierte Treiber nicht immer alle Möglichkeiten der LED-Lighting-Engines, wie es die neuere DACD-Technologie erlaubt. Ihre Vorteile wie etwa niedrigere Kosten, kleinerer Formfaktor, weitaus bessere Performance und längere Systemlebensdauer sind überzeugend und bekannt. Trotzdem setzt sich DACD nur langsam durch, insbesondere in den kommerziellen und industriellen Marktsegmenten. Ein Hauptgrund dafür ist der Flicker-Effekt.
Flicker entsteht, wenn der Sinusverlauf der Netzwechselspannung zur Versorgung der LEDs durch seine periodischen Nullpunkte geht. Das geschieht mit der zweifachen Netzfrequenz, also mit 100/120 Hz. Bei diesen periodischen Nulldurchgängen schalten die LEDs ab – und erzeugen damit einen in den meisten Fällen deutlich wahrnehmbaren Flicker-Effekt. Dieser Flicker ist nicht immer problematisch – außer in anspruchsvollen und hell erleuchteten, kommerziell und industriell genutzten Umgebungen sowie beim Live Video Recording oder sogar beim Gebrauch von Smartphones.
Die grundlegende Lösung zur Unterdrückung visueller Flicker-Effekte ist es, die LEDs auch während der AC-Nulldurchgänge angeregt zu halten. Das scheint zunächst einfach, kann in der Praxis jedoch problematisch sein. Deshalb setzen auch die Anbieter der neuen DACD-Lösungen hier eher die traditionellen Methoden der Energiespeicherung ein, um die LEDs unterbrechungsfrei zu versorgen. Dies beseitigt zwar den störenden Flicker-Effekt, doch es bewirkt andererseits Änderungen der AC-Wellenform auf den Eingangsleitungen der LED-Versorgung. Dies ändert den Leistungsfaktor (Power Factor, PF) und den Gehalt an harmonischen Verzerrungen (Total Harmonic Distortion, THD) der LED-Beleuchtungssysteme.
Darin liegt ein gravierendes Problem für die Entwickler industrieller und kommerzieller Beleuchtungssysteme, wenn sie die akzeptierten Richtwerte der PF- und THD-Performance einhalten müssen. Typische Spezifikationen verlangen hier einen PF von 0,9 oder höher und eine THD von weniger als 20 %. Derzeit gibt es für die subjektiven Störungen durch Flicker allerdings keine offiziellen Standards und Vorschriften. Die meisten Hersteller richten sich zur Berechnung des Flicker-Index an der Empfehlung laut US ENERGY STAR aus – sie schlägt einen Wert von <0,15 als optimale Größe vor. Werte <0,15 gelten als nicht wahrnehmbar. Als Konsequenz aus dieser praktischen Festlegung zielen die Anbieter von LED-Lighting-Systemen in ihren Produkten auf diesen Mindestwert beim Flicker-Index.
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