Licht- und Beleuchtungstechnik | Leuchtmittel | Lichtsteuerung
Aus dem Facharchiv: Leseranfrage
Retrofit-LED-Lampe erhöht abrupt Leistung
09.05.2023
Tritt auch bei bei professionellen LED-Treibern für Retrofit-LED-Lampen u. U. eine Wärmeentwicklung auf, sodass die LED zu blinken beginnt bzw. ausfällt?
Frage:
Neulich habe ich einen interessanten Beitrag zu Treibern in Retrofit-LED-Lampen gelesen [Anm. d. Red.: Der Beitrag liegt der Redaktion vor.]. Dort wurde ausgeführt, dass sich die Arbeitsspannung der emittierenden Chips gegen Ende der Lebensdauer häufig erhöht (im Normalfall ca. 3,2 V pro Diode). Die im Treiber befindliche Konstantstromquelle versucht, den Strom konstant auf z. B. 300 mA zu halten, was ja ihre ureigenste Aufgabe ist. Durch die höhere Arbeitsspannung steigt dann die umgesetzte Leistung stark an (im Artikel nach Messung von regulären 3,5 auf 18 W), wodurch es zu einer starken Wärmeentwicklung kam. Die Lampe wurde sehr heiß und begann nach kurzer Zeit zu blinken. Können Sie eventuell mal in Erfahrung bringen, ob diese Problematik bei professionellen LED-Treibern ausreichend berücksichtigt wird? Bei Reisen ins Ausland sind mir übrigens ab und an blinkende LED-Straßenleuchten aufgefallen. Mittlerweile ist mir klargeworden, wie es zu diesen unfreiwilligen „Lichtshows“ gekommen sein könnte. Antwort:
Auf die Erhöhung der Spannung durch Alterung finde ich im Internet keinen Hinweis. Meines Wissens gibt es diesen Effekt zwar, aber ganz gewiss nicht in der Größenordnung wie in dem in der Anfrage angeführten Artikel, wo die Spannung von ≈ 3,2 V nicht nur auf ≈ 3,5 V, sondern bis in die Gegend von 12 V gestiegen sein muss, um die entsprechende Erhöhung der Leistung zu erklären. Eine Quelle spricht sogar davon, aus dem Spannungs-Strom-Verhältnis auf die Temperatur der Sperrschicht zurück zu rechnen [1]. Auch dort geht das Alter nicht in die Berechnung mit ein, was z. B. in Form des Produkts aus Betriebsstunden mal Betriebsstrom hoch irgendein nicht zu kleiner Exponent der Fall sein müsste, sollte die hier diskutierte altersbedingte Veränderung der Vorwärtsspannung eine Rolle spielen. Eine andere Quelle [3] sagt im Zusammenhang mit „Lichtparameter aktiv regeln“: „Eine Regelerweiterung [Anm. d. Autors: Der Lichtparameter ist hier gemeint] durch zusätzliches Messen der Temperatur im Bereich des LED-Kühlkörpers kann idealerweise die thermische Drift [Anm. d. Autors: Siehe hierzu auch den Fachbeitrag [2] in ep 12/2018] des digitalisierten Kennlinienfeldes herausregeln, eine Berücksichtigung der Alterung der Leuchtmittel ist jedoch quasi ausgeschlossen.“ Dies bestätigt einerseits, dass der Effekt eigentlich berücksichtigt werden müsste – also dass er existiert, aber andererseits hinreichend klein ist, um ihn zu ignorieren. Um blinkende LED-Beleuchtungen zu beobachten, musste ich nicht ins Ausland fahren. Mir ist eine Werbeaufschrift an einem Supermarkt sowie eine nagelneu aufgestellte Abfahrtstafel – natürlich mit LED-Beleuchtung – an einem kleinen Regionalbahnhof in Erinnerung, und in meinem damaligen Labor befindet sich noch ein Messmuster eines LED-Paneels, das mittlerweile auch zeitweise an einer Ecke blinkt und flackert. Dies ist offenbar ein für LED-Leuchtmittel typisches Ausfallmuster. Andererseits halte ich dies für „Kinderkrankheiten“, die irgendwann überstanden sein werden. So schwierig können die Ursachen in der Fertigung nicht zu finden und zu beheben sein, dass ich hier an einen Prinzipfehler von LED glauben möchte. Letztendlich bleibt eine so starke Zunahme der Leistungsaufnahme, wie in dem in der Anfrage genannten Artikel beschrieben, ein Rätsel – insbesondere, wenn keine Zunahme der Helligkeit beobachtet wird. Bei so viel Wärme müssten die LED eigentlich schon vollständig ausgefallen sein. So kann ich mir nur vorstellen, dass es an dem Regler liegt – aber auch der hätte längst den Hitzetod gestorben sein müssen. Man sollte einmal messen, ob der von der Kleinspannungsversorgung her aufgenommene Eingangsstrom auch an den defekten Lampen noch immer steigt, wenn man die Spannung unter 12 V absenkt. Eine interessante Frage wäre auch, ob die Taktung des LED-Stroms auch am Eingangsstrom des Leuchtmittels sichtbar wird – und wenn ja, ob hier der Echt-Effektivwert gemessen wurde. Wurde der Wert auf dem verwendeten Leistungsmessgerät abgelesen, dann darf man hiervon ausgehen; ansonsten nicht unbedingt. Ein Oszillogramm hätte den Artikel ggf. bereichert. Spuren zum Fehler – d. h. zu seiner Entstehung – wären das immerhin, aber zu retten gibt es da wohl nichts mehr, eher schleunigst außer Betrieb zu nehmen. Eine Erhöhung der Verlustwärmeleistung um grob den Faktor 5 gegenüber dem Nennbetrieb stellt eine Brandgefahr dar und ist so ganz sicher nicht zulässig – ganz egal in welcher Norm dies steht und ob überhaupt irgendwo. Was wäre denn nun, wäre die Lampe nicht an einer Spannungsquelle mit Strombegrenzung auf 1,5 A betrieben worden, sondern z. B. an einem dicken, großen Bleiakkumulator? Vielleicht wäre die Lampe dann ziemlich rasch komplett durchgebrannt – „fail safe“, also mit Unterbrechung des Stromkreises kurz vor dem Feuerchen; vielleicht aber auch erst mit demselben. Das weiß man nun nicht. In diesem Zusammenhang wundert mich auch die Aussage: „Diese Lampen […] sind eigentlich sehr zuverlässig. Aber einige sind doch ausgefallen.“ Wie viele Lampen wurden denn vom Autor betrachtet? Wie viele davon dürfen ausfallen, um die Type immer noch als „sehr zuverlässig“ bezeichnen zu können? Und ein „geregelter Schaltregler“ ist im Übrigen ein runder Kreis. Autor: S. Fassbinder Literatur: [1] Schlussbericht zu dem IGF-Vorhaben Performance Quality Label für LED-Leuchten (PQL) der Forschungsstellen Fachhochschule Bielefeld, Technische Universität Darmstadt, Hochschule Hannover, Technische Universität Ilmenau, VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut GmbH; Projektname: Grundlagen der Normung für ein Performance-Quality-Label (PQL) für LED-Leuchten; Projektzeitraum 1.7.2011 bis 30.06.2014. [2] Fassbinder, S.: LED-Licht: Von der Innovation zum Stand der Technik – Teil 1: Rückblick, Grundlagen und optische Eigenschaften der LED; Elektropraktiker, Berlin, 72 (2018) 12, S. 1034–1039. [3] Sowada, D.; Ahmed, S.: Mehr Komfort und Design – Weißlichtszenarien aktiv steuern: Weiße LEDs in Innenraum-Anwendungen; Elektronik Journal 02/2016; S. 54–56. Dieser Artikel wurde unserem Facharchiv entnommen.
Neulich habe ich einen interessanten Beitrag zu Treibern in Retrofit-LED-Lampen gelesen [Anm. d. Red.: Der Beitrag liegt der Redaktion vor.]. Dort wurde ausgeführt, dass sich die Arbeitsspannung der emittierenden Chips gegen Ende der Lebensdauer häufig erhöht (im Normalfall ca. 3,2 V pro Diode). Die im Treiber befindliche Konstantstromquelle versucht, den Strom konstant auf z. B. 300 mA zu halten, was ja ihre ureigenste Aufgabe ist. Durch die höhere Arbeitsspannung steigt dann die umgesetzte Leistung stark an (im Artikel nach Messung von regulären 3,5 auf 18 W), wodurch es zu einer starken Wärmeentwicklung kam. Die Lampe wurde sehr heiß und begann nach kurzer Zeit zu blinken. Können Sie eventuell mal in Erfahrung bringen, ob diese Problematik bei professionellen LED-Treibern ausreichend berücksichtigt wird? Bei Reisen ins Ausland sind mir übrigens ab und an blinkende LED-Straßenleuchten aufgefallen. Mittlerweile ist mir klargeworden, wie es zu diesen unfreiwilligen „Lichtshows“ gekommen sein könnte. Antwort:
Auf die Erhöhung der Spannung durch Alterung finde ich im Internet keinen Hinweis. Meines Wissens gibt es diesen Effekt zwar, aber ganz gewiss nicht in der Größenordnung wie in dem in der Anfrage angeführten Artikel, wo die Spannung von ≈ 3,2 V nicht nur auf ≈ 3,5 V, sondern bis in die Gegend von 12 V gestiegen sein muss, um die entsprechende Erhöhung der Leistung zu erklären. Eine Quelle spricht sogar davon, aus dem Spannungs-Strom-Verhältnis auf die Temperatur der Sperrschicht zurück zu rechnen [1]. Auch dort geht das Alter nicht in die Berechnung mit ein, was z. B. in Form des Produkts aus Betriebsstunden mal Betriebsstrom hoch irgendein nicht zu kleiner Exponent der Fall sein müsste, sollte die hier diskutierte altersbedingte Veränderung der Vorwärtsspannung eine Rolle spielen. Eine andere Quelle [3] sagt im Zusammenhang mit „Lichtparameter aktiv regeln“: „Eine Regelerweiterung [Anm. d. Autors: Der Lichtparameter ist hier gemeint] durch zusätzliches Messen der Temperatur im Bereich des LED-Kühlkörpers kann idealerweise die thermische Drift [Anm. d. Autors: Siehe hierzu auch den Fachbeitrag [2] in ep 12/2018] des digitalisierten Kennlinienfeldes herausregeln, eine Berücksichtigung der Alterung der Leuchtmittel ist jedoch quasi ausgeschlossen.“ Dies bestätigt einerseits, dass der Effekt eigentlich berücksichtigt werden müsste – also dass er existiert, aber andererseits hinreichend klein ist, um ihn zu ignorieren. Um blinkende LED-Beleuchtungen zu beobachten, musste ich nicht ins Ausland fahren. Mir ist eine Werbeaufschrift an einem Supermarkt sowie eine nagelneu aufgestellte Abfahrtstafel – natürlich mit LED-Beleuchtung – an einem kleinen Regionalbahnhof in Erinnerung, und in meinem damaligen Labor befindet sich noch ein Messmuster eines LED-Paneels, das mittlerweile auch zeitweise an einer Ecke blinkt und flackert. Dies ist offenbar ein für LED-Leuchtmittel typisches Ausfallmuster. Andererseits halte ich dies für „Kinderkrankheiten“, die irgendwann überstanden sein werden. So schwierig können die Ursachen in der Fertigung nicht zu finden und zu beheben sein, dass ich hier an einen Prinzipfehler von LED glauben möchte. Letztendlich bleibt eine so starke Zunahme der Leistungsaufnahme, wie in dem in der Anfrage genannten Artikel beschrieben, ein Rätsel – insbesondere, wenn keine Zunahme der Helligkeit beobachtet wird. Bei so viel Wärme müssten die LED eigentlich schon vollständig ausgefallen sein. So kann ich mir nur vorstellen, dass es an dem Regler liegt – aber auch der hätte längst den Hitzetod gestorben sein müssen. Man sollte einmal messen, ob der von der Kleinspannungsversorgung her aufgenommene Eingangsstrom auch an den defekten Lampen noch immer steigt, wenn man die Spannung unter 12 V absenkt. Eine interessante Frage wäre auch, ob die Taktung des LED-Stroms auch am Eingangsstrom des Leuchtmittels sichtbar wird – und wenn ja, ob hier der Echt-Effektivwert gemessen wurde. Wurde der Wert auf dem verwendeten Leistungsmessgerät abgelesen, dann darf man hiervon ausgehen; ansonsten nicht unbedingt. Ein Oszillogramm hätte den Artikel ggf. bereichert. Spuren zum Fehler – d. h. zu seiner Entstehung – wären das immerhin, aber zu retten gibt es da wohl nichts mehr, eher schleunigst außer Betrieb zu nehmen. Eine Erhöhung der Verlustwärmeleistung um grob den Faktor 5 gegenüber dem Nennbetrieb stellt eine Brandgefahr dar und ist so ganz sicher nicht zulässig – ganz egal in welcher Norm dies steht und ob überhaupt irgendwo. Was wäre denn nun, wäre die Lampe nicht an einer Spannungsquelle mit Strombegrenzung auf 1,5 A betrieben worden, sondern z. B. an einem dicken, großen Bleiakkumulator? Vielleicht wäre die Lampe dann ziemlich rasch komplett durchgebrannt – „fail safe“, also mit Unterbrechung des Stromkreises kurz vor dem Feuerchen; vielleicht aber auch erst mit demselben. Das weiß man nun nicht. In diesem Zusammenhang wundert mich auch die Aussage: „Diese Lampen […] sind eigentlich sehr zuverlässig. Aber einige sind doch ausgefallen.“ Wie viele Lampen wurden denn vom Autor betrachtet? Wie viele davon dürfen ausfallen, um die Type immer noch als „sehr zuverlässig“ bezeichnen zu können? Und ein „geregelter Schaltregler“ ist im Übrigen ein runder Kreis. Autor: S. Fassbinder Literatur: [1] Schlussbericht zu dem IGF-Vorhaben Performance Quality Label für LED-Leuchten (PQL) der Forschungsstellen Fachhochschule Bielefeld, Technische Universität Darmstadt, Hochschule Hannover, Technische Universität Ilmenau, VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut GmbH; Projektname: Grundlagen der Normung für ein Performance-Quality-Label (PQL) für LED-Leuchten; Projektzeitraum 1.7.2011 bis 30.06.2014. [2] Fassbinder, S.: LED-Licht: Von der Innovation zum Stand der Technik – Teil 1: Rückblick, Grundlagen und optische Eigenschaften der LED; Elektropraktiker, Berlin, 72 (2018) 12, S. 1034–1039. [3] Sowada, D.; Ahmed, S.: Mehr Komfort und Design – Weißlichtszenarien aktiv steuern: Weiße LEDs in Innenraum-Anwendungen; Elektronik Journal 02/2016; S. 54–56. Dieser Artikel wurde unserem Facharchiv entnommen.