Stromverteilung bei parallelgeschalteten LED-Modulen

Technologie: Vorschaltgeräte
Typ: Technische Informationen

Bei klassischen Lampen war die Verdrahtung von vornherein festgelegt, entweder wurden die Lampen direkt an die Netzspannung angeschlossen, oder es gab für jede Lampe ein eigenes Klemmenpaar am Vorschaltgerät. Die LED-Technologie bietet nicht nur vielfältigere Einsatzmöglichkeiten, sondern bei der Kombination von Konstantstromtreibern und LED-Modulen auch diverse Möglichkeiten der Verschaltung von Modulen und Vorschaltgerät. Dadurch ergeben sich auch neue Probleme und es muss mehr auf die Schaltungstechnik geachtet werden als früher.

Abbildung 1:
Oben Messaufbau mit Vorschaltgerät und Modulen ohne Diffusor
Mitte reales Foto
Unten Leuchtdichtebild in Falschfarbendarstellung bei einseitiger Stromversorgung
Rechts Skala der Leuchtdichteaufnahme

Abbildung 1 zeigt einen Musteraufbau an dem 12 Stück PrevaLED Slim3 (PL-LIN S-Z3 1100-840-280) parallel an ein OTI DALI 80/220…240/2A1 LT2 L angeschlossen sind. Die Gesamtlänge der verschalteten Module beträgt 3,36 m. In der Falschfarbendarstellung kann man sehr gut erkennen, dass das erste Modul direkt am Vorschaltgerät wesentlich heller ist als das letzte. Das könnte z.B. bei der Verwendung in einem Lichtband, in dem die Leuchten Stoß an Stoß verbaut sind zu störenden Helligkeitssprüngen führen. Die Stromversorgung erfolgt hier von einer Seite und wurde dann durch die einzelnen Module durchgeschleift. Stromversorgung von einer Seite bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Plus- und Minusklemme derselben Seite des Moduls verwendet wird. Dies wird noch einmal durch folgende schematische Darstellung verdeutlicht:


Abbildung 2:
Schematische Darstellung -> „einseitige Stromversorgung“


Abbildung 3:
Ersatzschaltbild bei einseitigem Anschluss der Stromversorgung. Quelle 1

Abbildung 3 zeigt ein Ersatzschaltbild des Aufbaus. Die parasitären Widerstände in dem Ersatzschaltbild repräsentieren die unvermeidlichen parasitären Widerstände der Leitungen, der Leiterbahnen und der Übergangswiderstände an den Klemmen. Diese Widerstände addieren sich über die Anzahl der Module auf, somit liegt bedingt durch den Spannungsabfall an diesen, an jedem Modul eine geringere Spannung an als an dem Vorangegangenen. Dadurch kann sich der Strom, den das Vorschaltgerät liefert nicht gleichmäßig über alle LED-Module verteilen und diese leuchten unterschiedlich hell.

Abbildung 4:
Oben reales Foto
Unten Leuchtdichtebild in Falschfarbendarstellung bei Stromversorgung über Kreuz
Rechts Skala der Leuchtdichteaufnahme

Auf Abbildung 4 ist der gleiche Aufbau mit geänderter Verdrahtung zu sehen. Alle Module haben nahezu die gleiche Helligkeit. Dies wird dadurch erreicht, dass man auf der einen Seite der parallel verschalteten Module den Pluspol und auf der anderen Seite den Minuspol anschließt. Die folgende schematische Darstellung verdeutlicht diese Anschlussweise.


Abbildung 5:
Schematische Darstellung -> „Stromversorgung über Kreuz“



Abbildung 6:
Ersatzschaltbild bei Anschluss der Stromversorgung über Kreuz. Quelle 1

Das Ersatzschaltbild dieser Verdrahtungsvariante ist in Abbildung 6 dargestellt. Wenn man in dem Ersatzschaltbild den Stromfluss durch die einzelnen Module nachverfolgt (orange und hellorange Linie) und dabei die Parasitären Widerstände aufsummiert erhält man für jedes Modul einen Gesamtwiderstand von 3x Rseg. Dadurch verteilt sich der vom Vorschaltgerät gelieferte Strom gleichmäßig über alle LED-Module.

Die Problematik der der ungleichen Stromverteilung bei parallel verschalteten LED-Modulen tritt besonders bei Leuchten mit Sicherheitskleinspannung (SELV, Safety Extra Low Voltage) auf, da hier die Ströme höher und die Spannungen niedriger sind. Bei einer reinen Serienschaltung von LED-Modulen ist der Strom für jedes Modul immer gleich und das beschriebene Problem kann nicht auftreten.

Abschließend sei noch angemerkt, dass ein Helligkeitsunterschied in einer fertigen Leuchte auch auf andere Ursachen zurückzuführen sein kann, wie falscher Einbau der Module, Ungleichmäßigkeiten oder Verschmutzungen bei Reflektoren und Diffusoren. Oder chemische Einflüsse auf die LEDs durch die Verwendung von ungeeigneten Materialien oder durch die Umgebung usw.

Quelle 1: Luminous Flux and Current Uniformity Analysis in Linear LED Modules
Ming Lia, Keng Chena, Arnulf Ruppb, Daniel Chua & Divya Vangaria
a Osram Sylvania, Inc., Danvers, Massachusetts, USA
b OSRAM Licht AG, Garching, Germany
Published online: Nov 21, 2014.