Konstantstrom + Konstantspannung

Hier werden Fragen zu LED-Grundlagen beantwortet...

Moderator: T.Hoffmann

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ralle
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Di, 16.03.21, 12:50

Hallo,
mich würde mal interessieren, was Konstantstrom + Konstantspannung Netzteile sind und wo die Verwendung finden.
Ich habee jetzt zum ersten Mal solche gesehen.

Gruß
ralle
JackyDean
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Mi, 17.03.21, 10:54

Eine Konstantspannungsquelle liefert dir eine feste Spannung, z.B. 24VDC und es stellt so viel Strom bereit, wie die angeschlossene Leistung verlangt. Hängt z.B. ein LED-Band (sind immer mit Konstantspannung betrieben) mit gesamt 100 Watt Leistungsaufnahme dran, wird ein 24V Netzteil knapp unter 4 Ampere liefern. Kann es diese 4 Ampere nicht liefern, weil es zu klein dimensioniert ist, schaltet es zur Sicherheit ab (also die vernünftigen Netzteile).

Eine Konstantspannungsquelle liefert einen festen definierten Strom, z.B. 350mA. Wird z.B. bei High-Power LEDs, Spots usw. benötigt. Da LEDs auch bei geringen Spannungsunterschieden stark in der Stromstärke und damit der Helligkeit schwanken, werden solche HighPower Lösungen meines Wissens immer mit Konstantstrom betrieben, denn nur dann hat man eine stets exakt gleiche Helligkeit.
ustoni
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Mi, 17.03.21, 13:39

@JackyDean: Erstens hast Du die Frage nicht beantwortet, zweitens erklärst Du mit Deinem 2. Absatz eine Konstantstromquelle.

Um die eigentliche Frage zu beantworten:
Am einfachsten ist dies mit einem konkreten Beispiel erklärt. Nehmen wir das Meanwell ELG-24AB-3Y:

Dieses LED-Netzteil liefert 24V DC mit maximal 3,15A, also eine maximale Leistung von 75,6 W.
Zusätzlich kann es über PWM, 0-10V oder ein 100kOhm-Poti gedimmt werden.
Als Besonderheit lassen sich sowohl Ausgangsspannung als auch maximaler Ausgangsstrom über je einen internen Trimmer einstellen.

Die Betriebsarten kann man aus folgender Grafik aus dem Datenblatt ableiten:
CVCC.jpg
CVCC.jpg (79.48 KiB) 5794 mal betrachtet
Bei einer Stromaufnahme eines Verbrauchers von weniger als 3,15A arbeitet das Netzteil als reine Konstantspannungsquelle.
Du könntest also z.B. einen 24V-LED-Strip mit einer Leistungsaufnahme von 60 W anschließen. Dieser benötigt 2,5A, was 79% des maximalen Ausgangsstroms des Netzteils entspricht. Damit befindet man sich in obiger Grafik im Bereich (A) Constant Voltage Area.

In einem Bereich von 50% bis 100% der Ausgangsspannung, hier also 12V bis 24V, kann dieses Netzteil auch im Konstantstrombetrieb arbeiten. Man könnte also auch ein LED-Modul anschließen, das einen konstanten Strom von 3,15A benötigt, solange die Vorwärtsspannung des Moduls zwischen 12V und 24V liegt. Bei einer Vorwärtspannung von z.B. 18V liegt man bei 75% der maximalen Ausgangsspannung des Netzteils und damit im Bereich (B) Constant Current Area der Grafik. Kommt es nun zu einer Änderung der Vorwärtsspannung durch Erwärmung, regelt das Netzteil die Ausgangsspannung so nach, dass der Strom bei konstant 3,15A bleibt.

Durch Anschluss eines 100k-Potis an die Dimmeingänge kann dieses Modul jetzt zwischen ca. 5% und 100% linear gedimmt werden. Die Dimmung erfolgt bei diesem Netzteil durch Regelung des Stroms. Ist das Poti z.B. auf 50% eingestellt, wird der Ausgangsstrom auf 1,575A eingestellt.

Eine Besonderheit dieser Netzteile ist, dass es damit möglich ist, auch LED-Streifen, die eigentlich mit konstanter Spannung betrieben werden, über den Strom zu dimmen. Dazu muss die Leistungsaufnahme des Streifens so gewählt werden, dass sie möglichst nah an der maximalen Leistungsabgabe des Netzteils liegen.

Bleiben wir beim 24V-LED-Streifen mit 60W Leistungsaufnahme.
Schließe ich jetzt ein 100k-Poti an, geschieht im Regelbereich 100% bis 79% mit der Helligkeit erst mal gar nichts. Der maximale Ausgangsstrom wird von 3,15 A zwar heruntergeregelt, bis zum Strom von 2,5A des Streifens verbleibt das Netzteil im Konstantspannungsbetrieb.
Bei Einstellungen von weniger als 2,5A wechselt das Netzteil in den Konstantstrombetrieb, die Helligkeit des Streifens nimmt also ab.
Hierbei wird jetzt die Ausgangsspannung so heruntergeregelt, dass der eingestellte Strom fließt. Diese Regelung funktioniert völlig unabhängig von der Kennlinie des angeschlossenen LED-Streifens.

Der Totbereich zwischen 79% und 100% des Potis kann über den internen Stomtrimmer des Netzteil leicht entfernt werden. In Stellung 100% des Potis wird hierzu einfach mit dem Trimmer der maximale Ausgangsstrom auf 2,5A eingestellt. Dadurch lässt sich der Strom und damit die Helligkeit mit dem Poti jetzt zwischen 0 und 100% (linear zwischen 5% und 100%) einstellen.

Meist werden LED-Streifen über PWM gedimmt. Die PWM-Frequenz liegt üblicherweise zwischen 150Hz und 1000Hz.
Dies hat aber einige Nachteile. PWM bedeutet ja, dass der Streifen sehr schnell hintereinander ein- und ausgeschaltet wird, also zwischen 0% und 100% schaltet. Das träge menschliche Auge mittelt dann die Helligkeit abhängig vom Tastverhältnis.
Bei Bewegungen können aber störende Stroboskopeffekte auftreten.
Außerdem werden Fotos und Videos in einer so beleuchteten Umgebung durch dunkle Streifen häufig unbrauchbar.

Bei Dimmung über den Strom treten diese negativen Effekte nicht auf.
Zuletzt geändert von ustoni am Do, 18.03.21, 12:02, insgesamt 1-mal geändert.
ralle
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Do, 18.03.21, 06:15

Hallo,
und danke für die ausführliche Information.
Konstantstrom + Konstantspannung kannte ich nicht.
Ich zeig mal einen Katalogauszug, Beipackzettel, Netztgerät.
Einstellen kann ich bei meinem Netzteil nichts.
Dimmen geht auf jeden Fall gut.
Netzteil.jpeg
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Beipackzettel.jpeg
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JackyDean
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Do, 18.03.21, 11:42

Kleine Ergänzung zu PWM: "Die PWM-Frequenz liegt üblicherweise zwischen 150Hz und 100Hz." Kann ich so nicht bestätigen.

100 - 150Hz sind extrem niedrig. Gibt es ernsthaft noch solche LED-Controller? Bin mir nicht mal sicher, ob so etwas - in der EU- gesetzlich zulässig wäre. Selbst die ältesten bei uns im Regal haben min. 400Hz und alles Neuere 1.500Hz. Da sieht man nichts flackern, auch nicht bei Bewegungen oder im Augenwinkel usw.

Kameraaufnahmen sind ein anderer Fall: Hier sind auch 1.500Hz noch zu wenig, so dass wir hier Controller mit bis zu 30.000Hz einsetzen.

Wenn dein Netzteil für sich aber gut funktioniert und sauber dimmt, passt ja alles :-)
ustoni
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Do, 18.03.21, 12:08

War ein Tipp-/Flüchtigkeitsfehler. Habs korrigiert.
Es sollte heissen: 150Hz - 1000Hz.
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