Ein weiterer Ansatz zur Gebäudeautomation, ähnlich wie DALI, ist die Nutzung von KNX Lighting. KNX Lighting stammt aus Europa und hat seinen Hauptsitz in Brüssel. Geräte verschiedener Hersteller können nahtlos miteinander interagieren und funktionieren, da alle Produkte von einem neutralen Prüflabor strengen Tests unterzogen werden, um Interoperabilität zu gewährleisten. Tabelle 1 vergleicht KNX und DALI und zeigt die Überlegenheit des KNX-Systems gegenüber DALI.
Tabelle 1: KNX Direct Lighting System (links) vs. KNX-System mit DALI (rechts)
Minimale Dimmstufe:
Das menschliche Auge nimmt Lichtänderungen nicht linear wahr, und die Wahrnehmung variiert individuell. Dies führt zu einer Differenz zwischen den gemessenen und den wahrgenommenen Lichtstärken (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1: Wahrgenommenes Licht vs. Gemessenes Licht. Quelle: IESNA Lighting Handbook, 9. Auflage (mit Änderungen).
Es gibt drei Dimmkurven: linear, DALI und die ETS-Anwendungsdatenbank des MEAN WELL PWM-KN-Treibers. Die lineare Kurve zeigt die Treiberausgabe als Befehl des Tasters. Die DALI-Kurve basiert auf der Formel des DALI-Standards und ermöglicht dem Benutzer ein optimales Dimmverhalten. Der Unterschied zwischen den Dimmstufen ist konstant, und die minimale Dimmstufe beträgt laut DALI-Standard 0,1 % (entspricht 3 % wahrgenommenem Licht). Die logarithmische Kurve zeigt das logarithmische Verhalten der Dimmstufe. Es ist erwähnenswert, dass die minimale Lichtausbeute der logarithmischen Kurve lediglich 0,01 % beträgt (entspricht 1 % wahrgenommenem Licht), was Anwendungsmöglichkeiten eröffnet, bei denen eine geringe Luminanz erforderlich ist. Der Benutzer kann eine der drei Kurven frei wählen, um das beste Ergebnis zu erzielen.
Abbildung 2 zeigt drei wählbare Dimmkurven für den MEAN WELL PWM-KN-Treiber.
Der mit einem 24-V-LED-Streifen durchgeführte Dimmleistungstest ist in Abbildung 3 dargestellt. Er zeigt, dass mit der logarithmischen Kennlinie des MEAN WELL PWM-KN-Treibers eine geringe Lichtintensität erzielt wird, was ein besseres Ergebnis als mit dem DALI-Treiber liefert. Dies eignet sich für Anwendungen, die eine sehr geringe Lichtintensität erfordern (z. B. in Kinos).
Abbildung 3 Ergebnis des Regelungsleistungstests: 0,01 % (links) bzw. 0,1 % (rechts) KNX- und DALI-Treiberausgabe bei gleichem Regelungsbefehl.
Die Regelung von LED-Lampen mit Konstantspannung erfolgt üblicherweise mittels Pulsweitenmodulation (PWM). Dabei wird das Tastverhältnis des Stroms angepasst, was zu Änderungen des mittleren Stroms führt. PWM eignet sich besonders für die präzise Dimmung von Licht, da hohe Dimmverhältnisse bei höherer Frequenz realisiert werden, um Flimmern und Stroboskop-Effekte zu vermeiden und gleichzeitig die Farbtemperatur der LED minimal zu beeinflussen. DALI-LED-Treiber haben eine feste Ausgangsfrequenz von einigen hundert Hertz, abhängig vom Hersteller. Höhere Frequenzen sind zwar wünschenswert, beeinträchtigen jedoch die Zuverlässigkeit des Produkts, da im Treiber höhere Schaltverluste auftreten. Der MEAN WELL KNX PWM-Treiber zeichnet sich durch ein einzigartiges Design aus. Die Ausgangsfrequenz kann vom Benutzer zwischen 200 Hz und 4000 Hz eingestellt werden. Frequenzen unter 80 Hz, bei denen das menschliche Auge sichtbares Flimmern wahrnimmt, werden vermieden. Die PWM-Frequenz von 4000 Hz erfüllt nicht nur den IEEE-1789-2015-Standard (3000 Hz), sondern auch die SVM-Anforderung (stroboskopische Sichtbarkeitsmessung) der neuen Öko-Design-Richtlinie, die ab dem 1. September 2021 auf dem europäischen Markt gilt. Die SVM-Formel liefert das zusammengefasste gewichtete Spektrum aller Frequenzkomponenten bis 2000 Hz. Die 4000-Hz-PWM erfüllt somit diese Anforderungen.
Dabei ist Ci die relative Amplitude der i-ten Fourier-Komponente und Ti die Sichtbarkeitsschwelle für den stroboskopischen Effekt einer Sinuswelle mit der Frequenz der i-ten Fourier-Komponente.
Gleichung 1: Formel für die ab dem 1. September 2021 geltende Öko-Design-Anforderung an die stroboskopische Sichtbarkeitsmessung.
Anwendung des KNX-Konstantspannungs-LED-Treibers:
Wir stellen vier Anwendungsbereiche für diese LED-Treiber vor. Zunächst für LED-Streifen (die häufigste Anwendung). Zweitens eignet es sich für herkömmliche 12-V-Wechselstromlampen, jedoch mit LED-Technologie. Es ist außerdem mit handelsüblichen 24-V-Gleichstrom-LED-Lampen kompatibel. Schließlich kann ein zusätzlicher DC/DC-Wandler zur Steuerung der Konstantstrom-LED-Lampe verwendet werden. Wir werden zunächst die Verwendung von LED-Streifen besprechen.
Nach der ETS-Programmierung wird der Controller an seinem endgültigen Standort platziert und der LED-Streifen an den Ausgang des Treibers angeschlossen. Anschließend wird das KNX-Kabel für den Telegrammempfang und danach der Anschluss an das 230-V-Wechselstromnetz angeschlossen. Wenn der Treiber einen Befehl von einem Taster oder einem anderen KNX-Eingabegerät empfängt, wird das Licht zum Ein-, Ausschalten oder Dimmen gesteuert.
Abbildung 4 zeigt einen LED-Streifen.
Die zweite Anwendung ist die Verwendung einer 12-V-Wechselstrom-LED-Lampe für die Spotbeleuchtung. Die Vorteile sind: Ersatz der Niedervolt-Halogenlampe, sodass auch der Endbenutzer sie ohne Sicherheitsbedenken austauschen kann; lange Lebensdauer; und Dimmoptionen. Die herkömmliche Methode zur Steuerung dieser Lampen in einem KNX-System ist die Verwendung eines Phasenanschnittdimmers zusammen mit einem elektronischen Transformator. Ein solches System ist komplex und teuer. Wir möchten Ihnen daher einen neuen Ansatz für die Verwendung dieser LED-Lampen mit der MEAN WELL KN PWM-Serie vorstellen.
Der Anschluss ist denkbar einfach. Noch besser: Mehrere Lampen lassen sich parallel schalten. Beachten Sie, dass Sie die Ein-/Ausschaltfunktion des Controllers nur dann programmieren müssen, wenn Sie nicht dimmbare Lampen verwenden. Nicht dimmbare Lampen sind durch ein Symbol gekennzeichnet, das auf der Verpackung abgebildet oder im Datenblatt der Lampe beschrieben ist. Bei dimmbaren Lampen kann der Controller so programmiert werden, dass er Ein-/Ausschalt- und Dimmfunktionen übernimmt. Der Dimmbereich ist ebenfalls vom Lampentyp abhängig. Mit der ETS-Software kann der Benutzer den Treiber für optimale Leistung anpassen.
Abbildung 5 Traditionelle Methode: 12-V-AC-LED (links); KNX-Direktansteuerung (rechts).
Die dritte Anwendung ist die Verwendung einer 24-V-DC-LED-Leuchte für die Spotbeleuchtung. Die Vorteile ähneln denen der oben beschriebenen 12-V-AC-Methoden, mit dem Unterschied, dass die Spannung 24 V DC beträgt, was zu geringeren Kabelverlusten führt. Mit einem 24-V-DC-LED-Treiber lassen sich Ein-/Ausschalt- und Dimmfunktionen realisieren. Mehrere Leuchten können parallel geschaltet werden.
Abbildung 6: KNX-LED-Treiber mit 24-V-DC-LED-Leuchten.
Die letzte Anwendung ist der Einsatz eines Konstantstrom-LED-Moduls oder einer Konstantstromlampe, wofür ein zusätzlicher DC/DC-Wandler zwischen dem Konstantspannungstreiber und der LED benötigt wird. MEAN WELL bietet hierfür die Serien LDD, LDB und LDH an, je nachdem, ob ein Aufwärts- oder Abwärtsmodus erforderlich ist. Mehrere Lampen können auch parallel geschaltet werden.
Abbildung 7: KNX-Treiber zur Verwendung mit Konstantstrom-LED-Panels + DC/DC-Wandler
Fazit:
Dieser Artikel beschreibt die Vorteile des KNX-Beleuchtungssystems gegenüber DALI und die zusätzlichen Möglichkeiten, die ein KNX-Konstantspannungstreiber bietet. Der LED-Konstantspannungstreiber der MEAN WELL PWM-KN-Serie ist die optimale Lösung, da er nicht nur die Inkompatibilität zwischen DALI-Gateway und Treiber vermeidet, sondern auch zahlreiche weitere Vorteile für das Beleuchtungssystem bietet. Zudem vereinfacht er das System, da der üblicherweise benötigte Transformator entfällt, was zu Kosteneinsparungen führt.
Autor: Wen Wu, MWEU-Produktmanager
