LED Spots / LED Stripes über 0-10V sauber dimmen – Vorstellung Mean Well KAA-4R4V-10

Eine große Herausforderung beim Aufbau eines Smart Homes, ist es, LEDs sauber anzusteuern und zu dimmen. Was früher bei konventionellen Glühbirnen sehr einfach war, ist bei LEDs umso schwerer. Konventionelle Leuchtmittel können hervorragend über einen Phasenanschnitt- oder einen Phasenabschnittdimmer gesteuert werden. Bei LEDs ist dieses Prinzip eher ungeeignet und bringt immer wieder Probleme wie Flackern oder unsauberes Dimmverhalten mit sich. Konventionelle Halogenbirne verhalten sich sehr einfach – werden bei 230V die Halbwellen abgeschnitten kommt auch nur das Integral der übrigen Fläche beim Verbraucher an. 50% bedeuten dann auch nur 50% Helligkeit (idealisiert ohne andere Einflüsse).

Das ist sehr simple und funktioniert bei einem smarten Dimmer fast genauso wie bei einem alten Drehdimmer, den man von früher kannte. Bei LEDs wird es dann etwas schwieriger – hier reden wir von einem Halbleiter mit vorgeschalteter Elektronik.

Und wie diese Elektronik darauf reagiert, dass eine abgeschnittene Sinus-Halbwelle ankommt ist nicht immer gleich. Daher solltet Ihr Euch genau überlegen, wenn Ihr denn dimmen wollt, wie Ihr dies realisieren könnt. Um ein LED Leuchtmittel dimmen zu können, muss der Strom verändert werden, der in den Halbleiter fließt. Diese Strom-Spannungs-Kennlinie ist aber leider nicht linear.

Daher sollte ein Treiber eingesetzt werden, der diese nichtlinearität in ein Signal umwandelt, das Ihr dann doch linear von Eurer Steuerung (Smart Home) ausgeben könnt. Dazu wird ein LED-Treiber verwendet, der die LED ansteuert. Diese Treiber benötigt dann ein Eingangssignal, damit dieser dann das LED-Leuchtmittel ansteuern kann. Bei den LED-Treibern gibt es verschiedene Standards, die sich durchgesetzt haben. Darunter fällt z.B. DALI (hierzu werde ich in späteren Artikel ausführlich berichten) oder auch 0-10V / 1-10V Steuersignale.

Warum 0-10V für LEDs?

Der Vorteil bei den 0-10 V Signalen ist, dass Euer Smart Home ein lineares Signal ausgibt, dass dann dazu führt, dass das Licht ebenfalls über den Treiber linear gedimmt werden kann. Hier können dann sogar noch exakte Kurven vom dimmverhalten der jeweiligen Leuchtmittel hinterlegt werden, doch auch dieses Thema werden wir später behandeln, da es sonst dem Rahmen sprengen würde.

Wie oben schon angeschnitten gibt es bei LEDs keinen Standard – daher brauchen wir ein Signal, dass wir trotzdem verarbeiten können. 0-10V ist eine sehr günstige Möglichkeit dies vernünftig zu realisieren. Die Kosten dafür sind sehr gering und die Anzahl der verfügbaren Geräte auf dem Markt ist sehr hoch.

Welche Hardware wird benötigt um LED über 0-10V zu dimmen?

Um LEDs über 0-10 V zu dimmen, wird ein Aktor benötigt, der 0-10 V ausgeben kann. In diesem Artikel stelle ich Euch den Mean Well KAA-4R4V-10 vor. Das zweite Gerät ist der eigentliche Treiber, der z.B. als kleines Einbaugerät in einer Abgehangenen Decke platziert werden kann. Dieser Treiber wird an 230 V Dauerstrom angeschlossen und zusätzlich wird das 0-10 V Signal aufgelegt.

Am Ausgang wird dann das entsprechende LED-Leuchtmittel platziert. Wie Ihr seht, ist der Aufbau sehr einfach. Der Treiber kann natürlich auch direkt im Schaltschrank positioniert werden, sodass nur ein Kabel zum Leuchtmittel geführt werden muss.

Mean Well KAA-4R4V-10

Der Mean Well KAA-4R4V-10 ist genau so ein 0-10V / 1-10V Aktor mir 4 unterschiedlichen Kanälen. Zudem verfügt der Aktor über 4 Relais, die dazu genutzt werden können, die 230V Steuerspannung, die zum LED-Treiber läuft, abzuschalten, sobald die LED nicht mehr angesteuert wird. Das reduziert zum einen die Stand-by Verbräuche der Treiber und schont die Elektronik.

Das Gerät ist für KNX konzipiert – Niklas hat aber schon zugesichert, dass er in den nächsten Tagen einen Artikel dazu erstellen wird, der zeigt, wie man dieses KNX-Gerät auch in andere Systeme integrieren kann, um auch hier in den Genuss von 0-10V Aktoren zu kommen.

Nativ ist es aber ein KNX Gerät und wird direkt auf der Hutschiene im Schaltschrank montiert. Der Preis ist dabei unschlagbar – der Aktor ist für weit unter 100€ zu haben.

Auf dem Bild sehr Ihr unten rechts die KNX Klemme. Hier wird der KNX Bus an das Gerät angeschlossen. Links neben der Klemme befinden sich die Schraubklemmen, für die 4 0-10V Kanäle. Diese Kanäle können unabhängig voneinander konfiguriert und angesteuert werden. Jeder Kanal hat an der Oberseite vom Gerät ein zugehöriges Relais, das wir schon beschrieben, dazu genutzt werden kann, den 0-10V LED Treiber Spannungsfrei zu schalten, wenn dieser nicht genutzt wird.

Alle Relais und Kanäle können über die manuellen Tasten angesteuert werden – so kann auch eine manuelle Inbetriebnahme / Test auf der Baustelle durchgeführt werden, ohne dass das zugehörige Smart Home System schon komplett konfiguriert ist.

Anschlussschema für 0-10V / 1-10V / Relais

Alle Informationen, die ich Euch hier kurz zusammenfasse, finden sich auch im ausführlichen Datenblatt (auf englisch). Die untere Grafik zeigt das Anschlusschema vom 0-10V Aktor in verbindung mit einem LED Treiber.

Hier werden die drei verschiedenen Möglichkeiten dargestellt. Im ersten Bild wird die Versorgungsspannung für den Treiber zusätzlich über ein Relais vom Mean Well Aktor geführt. Dadurch wird der Treiber Spannungsfrei geschaltet, sobald kein Signal (1-10V) anliegt). Je nach Treiber wird 1-10V oder 0-10V verwendet. Viele Treiber schalten sich bei 0V automatisch ab. Beides kann aber realisiert werden.

Soll der LED Treiber nicht abgeschaltet werden, kann Bild 2 verschaltet werden. Dann fungiert der Aktor nur als 0-10V Quelle. Der LED Treiber wird dann extern gespeist und die Relais werden nicht benötigt.

Das dritte Bild zeigt eine weitere Möglichkeit, diese nutz die eigentlich 0-10V Funktion des Gerätes nicht sondern schaltet lediglich die Versorgungsspannung für den LED Treiber. Für diese Funktion sollte dann aber besser der 8-fach Schaltaktor genutzt werden.

Wenn Ihr Euch für die Variante 2 entscheidet, können die Relais zusätzlich für 4 weitere Lichtkreise genutzt werden z.B. Lichter konventionell Ein-/Ausschalten. Das bedeutet, dass Ihr einen Aktor für 4 LEDs (dimmbar) und 4 konventionelle Lichtkreise habt.

Kosten für einen dimmbaren LED Kanal

Ich finde das ist das absolute Highlight bei diesem Gerät. Die kosten für dimmbare LEDs werden bei diesem Aufbau so gering, dass man sich eigentlich fragt, warum nicht das komplette Haus mit dimmbaren LEDs ausgestattet wird ;-)

Der Aktor kostet ca. 90€ und bietet 4 LED dimmer und 4 konventionelle Relais, die für Beleuchtung genutzt werden können. Neben den Aktor werden LED-Treiber benötigt. Hier eine Kostenaufstellung für einen LED-Kreis (gedimmt) – ohne die Leuchtmittel.

Für einen Flur mit 4 LED Spots (je 6W) wird ein Treiber mit 25W benötigt. Dieser LED Treiber (z.B. Mean Well Mean Well LCM-25) kostet 25€. Wenn mehr LEDs angesteuert werden sollen, muss ein leistungsfähigerer Treiber eingesetzt werden. Der Meanwell LCM-40 kann z.B. 42 Watt liefern. Das würde dann z.B. für 6 LED-Spots passen. Dieser Treiber kostet ca. 30€

Ein gedimmter LED Kanal von Mean Well KAA-4R4V kostet also: 90€ (Aktor) / 4 = 22,50€
Der zugehörige Treiber kostet 30€ (42Watt)

In Summe kommen wir (ohne Installation, Kabel usw.) auf schlanke 52,50€! Das ist schon eine echte Ansage. Zudem sind die 4 Relais separat schaltbar – das bedeutet, dass Ihr bei dem 0-10V Aktor gratis 4 Schaltausgänge für konventionelle Lichter „gratis“ dazu erhaltet.

Übersicht KNX Applikationsprogramm

Hier eine kleine Übersicht der möglichen Parameter pro Kanal – ich will an dieser Stelle nicht zu viel Vorweg nehmen, da Niklas auf die einzelnen Parameter in seinen Folgeartikel im Detail eingehen wird. Jeder Kanal kann separat parametriert werden. Hier kann auch ausgewählt werden, ob der Kanal z.B. als Treppenhauslicht fungieren soll. Auch ist es hier möglich den Relaisausgang dem 0-10V Signal zuzuordnen oder diesen separat zu schalten.

Die Einstellmöglichkeiten sind für so ein günstiges Gerät immens und lassen kaum Wünsche offen. Sobald alle Einstellungen getroffen worden, stehen die einzelnen Kanäle als separate Kommunikationsobjekte zur Auswahl.

In den nächsten Artikel werden wir Euch zeigen, wie Ihr diesen Aktor z.B. über NodeRed auch in eine Homematic IP wired Installation bringen könnt um so in den Genuss von 0-10V Dimmern zu kommen ;-)