LED-Studien Blog

Spannungsabfall bei LED-Streifen

Mit LED-Streifen können sehr lange Lichtlinien gebildet werden, so z.B. eine indirekte LED-Beleuchtung auch über 10m oder 20m Länge und mehr.

Hierbei ist es natürlich wichtig, dass über den gesamten Bereich eine gleichbleibende Helligkeit entsteht und nicht etwa die LED-Beleuchtung mit zunehmender Länge nach hinten hin immer dunkler wird. Das Schlüsselwort heißt hier Spannungsabfall und den gibt es prinzipiell erst einmal bei jedem LED-Band. Wie und ob sich der Spannungsabfall auf die Helligkeit der LEDs auswirkt und was man dagegen tun kann, schildert dieser Blog-Beitrag.

 

Was ist ein Spannungsabfall?

Die meisten LED-Bänder werden heute mit 24V Spannung versorgt, seltener noch mit nur 12V. Die LED-Streifen sind entsprechend für die ein oder andere Spannung ausgelegt und auch entsprechend beschriftet. Über die Länge eines LED-Bandes bleibt diese Spannung jedoch nicht konstant bei 24V, sondern sie fällt immer weiter ab. An jeder LED, an jedem kleinen Vorwiderstand und auch nur über die Leiterbahnen im LED-Streifen fällt etwas Spannung ab.

Misst man z.B. am Ende eines 5m LED-Streifens noch einmal die Spannung, so hat man dort keine 24V mehr, sondern nur noch 22V oder noch weniger. Je länger das Band ist, desto deutlicher ist der Spannungsabfall und dies resultiert dann auch in einem sichtbaren Helligkeitsabfall, da eine geringere Spannung i.d.R. in einer geringeren Helligkeit resultiert. Als extremes Beispiel hier ein 15m langes COB-LED-Band mit nur einseitiger Spannungseinspeisung:

Spannungsabfall bei 15m LED-Streifen

Die Spannung sinkt hier nach 15m auf unter 21V und die Helligkeit (genauer der Lichtstrom in Lumen) reduziert sich auf gerade noch 7% im Vergleich zur Anfangshelligkeit. Durch die extrem hohe Stromstärke, die das LED-Band durchläuft (hier sind es 14W/m * 15m / 24V = 9 Ampere) sinkt auch zu Beginn nach 3m die Helligkeit bereits auf fast 50%.

Bei nur 12V Versorgungsspannung ist der Spannungs- und damit der Helligkeitsabfall im Übrigen noch viel extremer. Beim obigen Beispiel würden mit nur 12V Spannung dann sogar 18 Ampere über das Band geschickt und vermutlich würde bereits nach der Hälfte der Strecke keine LED mehr wirklich leuchten.

COB-LED-Bänder sind durch die enge Bestückung mit LEDs besonders anfällig für den Spannungsabfall, weswegen hier generell nur mit max. 5m Länge gearbeitet werden sollte (und natürlich in 24V). Aber auch bei anderen LED-Band-Typen mit weniger enger Bestückung macht sich der Spannungsabfall bei größeren Längen bemerkbar. Als Beispiel ein 10m langes RGBW-LED-Band LK04-6d mit 72 LED/m:

Spannungsabfall bei 10m RGBW-LED-Streifen

Rein visuell ist der Helligkeitsabfall hier nicht mehr so deutlich, aber nach 10m werden auch hier nur noch 2/3 des Lichtstroms erzeugt. Auch wenn das Helligkeitsempfinden logarithmisch ist (1/3 weniger Lichtstrom werden vom Menschen nicht als 1/3 weniger hell wahrgenommen sondern als deutlich weniger), kann dies dennoch störend sein. Z.B., wenn eine rechteckige Deckenabhängung mit umlaufenden LED-Streifen realisiert wird und an einer Seite das Ende des 10m Streifens auf den sichtbar helleren Anfang stößt.

 

Wie lässt sich der Spannungsabfall beheben?

Man kann den Spannungsabfall nicht gänzlich vermeiden, aber durch mehrfaches Einspeisen der Spannung lässt er sich gut kontrollieren. So können längere LED-Bänder z.B. am Anfang und am Ende eine Spannungseinspeisung erhalten. Anstatt 10m nur einseitig mit 24V zu versorgen und dann über 10m abfallen zu lassen, werden so an beiden Ende 24V angelegt und der Spannungsabfall wirkt nur bis zur Mitte des LED-Bandes bei ca. 5m. Auch die Stromstärke auf dem LED-Band halbiert sich so. Obiges Beispiel mit 10m RGBW-LED-Band hier mit beidseitiger Spannungseinspeisung:

10m RGBW LED-Streifen mit beidseitiger Spannungsversorgung

Anstatt einem Abfall um 1/3, reduziert sich hier der Helligkeitsabfall auf gerade noch 16% etwa in der Mitte des LED-Bandes. Diese kleine Abweichung nimmt keiner mehr wahr.

Den selben Effekt erreichen Sie übrigens auch, wenn Sie anstatt an beiden Enden, die Spannungsversorgung genau in der Mitte des 10m LED-Bandes zuführen. Nach beiden Seiten hat man dann nur noch einen Abfall über 5m LED-Band und dementsprechend einen sehr geringen Helligkeitsabfall.

 

Spannungsabfall über die Versorgungskabel

Ein Spannungsabfall entsteht natürlich nicht nur am LED-Band, sondern auch bei den Zuführungskabeln, die zwischen Netzteil oder Controller und LED-Band gelegt werden. Man sieht das am Beispiel oben, da hinten bei 10m nicht etwa 100% der Helligkeit erreicht werden, sondern „nur“ 93%. Ein Abfall, den kein Mensch sieht, aber messbar ist er natürlich und er entsteht durch das längere Kabel vom LED-Controller zu der Einspeisestelle bei 10m.

Hier haben wir ein Online-Tool, mit dem Sie den Spannungsabfall über gängige Kabeltypen berechnen können. Versuchen Sie, diesen durch entsprechende Wahl der Kabel, nicht über 5% steigen zu lassen. Im Bedarfsfall dann einfach dickere Kabel wählen.

 

Gibt es LED-Streifen ohne Helligkeitsabfall?

Der Spannungsabfall ist immer vorhanden, aber es gibt eine Möglichkeit, den daraus resultierenden Helligkeitsabfall weitestgehend zu verhindern.

Hierfür werden auf einem LED-Band winzig kleine Konstantstromquellen (kurz KSQ) verbaut, die in einem weiten Spannungsbereich arbeiten und den nachgeschalteten LEDs einen stets gleichen Betriebsstrom zuführen. Diese KSQ gleichen den Spannungsabfall vereinfacht gesagt, immer wieder aus und die LEDs leuchten in konstanter Helligkeit auch über große Installationslängen. Folgendes Beispiel zeigt unser LED-Band LK04-26b mit eingebauten KSQ:

Konstantstromquellen sorgen für gleichmäßige Helligkeit

Die KSQ sorgen hier sogar für einen leichten, aber nicht wahrnehmbaren Lichtstrom-Anstieg etwa in der Mitte des LED-Streifens und können insgesamt 10m LED-Band Länge mit gleichbleibender Helligkeit realisieren. Typischerweise arbeiten KSQ bis zu einer Spannung von ca. 19V optimal, danach wird auch hier die Helligkeit absinken. Man kann also auch mit KSQ nicht ewig lange Installationen mit nur einer Einspeisung realisieren und ob 10m oder z.B. auch nur weniger Länge realisierbar ist, hängt vom individuellen Typ des LED-Bandes ab und besonders auch davon, wie viel Leistung und damit Stromstärke über das Band fließt.

In jedem Fall helfen KSQ aber bei längeren Installationen und bei weniger leistungsstarken, hochwertigen LED-Steifen sind dann z.B. auch 10m mit nur einseitiger Spannungseinspeisung gut machbar.

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