Benötige ich einen LED-Treiber (Konstantstromquelle)?

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Ansteuerung von LEDs mit Konstantstromquellen.

LEDs gelten als sehr effizient in der Lichterzeugung und werben mit einer hohen Lebensdauer, jedoch gibt es einen Schwachpunkt: Sie reagieren empfindlichst auf Spannungsschwankungen und können dadurch leicht zerstört werden. Dieses Phänomen möchte ich aufgreifen und erläutern.

Folgendes Bild zeigt die Kennlinie einer Hochleistungsdiode.

Die Kennlinie zeigt uns, dass der Strom bei einer Leuchtdiode ab einem bestimmten Spannungswert extrem stark ansteigt. Eine Änderung um wenige mV reicht aus, um den Strom in die Höhe schießen zu lassen.

In der Grafik ist ein Arbeitspunkt bei 350mA gewählt worden. Dabei resultiert bei dieser Diode eine Spannung von ca. 3,4V und eine Leistung (P=U*I) von 1,19W. Würde man einen weiteren Arbeitspunkt eintragen, bei welchem die Spannung 3,6 V beträgt, also nur knapp 6% mehr, resultiert daraus ein Strom von 450mA, was einem Zuwachs von 50% entspricht und bei 3,9V verdoppelt sich der Strom sogar auf 700mA.
Doch was bedeutet das für die Leistung, die dieses Bauteil zusätzlich aufnehmen muss, wenn sich die Spannung um ein geringes Maß ändert? Für 3,6V und 450mA ergeben sich 36% mehr Leistung, also 1,62W und bei 3,9V (15% mehr Spannung) stolze 2,73 W Leistung, was einer Zunahme um 230% entspricht!
Die überhöhte, erzeugte Verlustwärme kann nicht abgeführt werden mit weitreichenden Konsequenzen: Reduzierung der Effizienz, erhebliche Reduzierung der Lebensdauer bis hin zur Zerstörung durch Übertemperatur.

Deshalb verwendet man Konstantstromquellen, die so genannten LED-Treiber. Diese garantieren über einen großen Spannungsbereich einen konstanten Ausgangsstrom, sodass die LED ständig mit dem idealen Stromwert versorgt wird. Somit haben Konstantstromquellen einen klaren Vorteil im Vergleich zu einem Vorwiderstand. Durch einen Vorwiderstand kann man den Strom für eine LED ebenfalls begrenzen, hat aber keine Absicherung bei Schwankungen der Betriebsspannung und die am Vorwiderstand abfallende Spannung führt zu unnötigen Leistungsverlusten.

Ein weiter Vorteil ergibt sich, wenn mehrere LEDs verwendet werden sollen. Aus den Datenblättern der Hersteller von LED-Konvertern (Konstantstromquellen) ist ersichtlich wie viele LEDs maximal gleichzeitig betrieben werden dürfen, d.h. die Anzahl der zu betreibenden LEDs kann also bis zu diesem Wert ohne Bedenken variiert werden. Es benötigt nur einen Treiber für eine Vielzahl in Reihe betriebener LEDs.