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OSRAM G9 3,5W dimmbar

OSRAM G9 3,5W

OSRAM vertreibt dimmbare LED-Leuchtmittel mit G9-Sockel, die mit 3,5W und 350lm etwas weniger Leistung bieten als die nicht dimmbare Version. Optisch ist die 350lm-Variante der 470lm-Variante sehr ähnlich.

 

  OSRAM G9 3,5W Entwärmung

Die Entwärmung wurde hier ebenfalls durch einen Metallring verbessert.

 

OSRAM G9 3,5W Platine

OSRAM G9 3,5W Platine

Der Aufbau der Platine ist der 470lm-Variante ähnlich.
Die Anzahl der Leuchtdioden hat sich von 34 auf 32 Leuchtdioden leicht reduziert. Es handelt sich um die gleichen Leuchtdioden und es sind ebenfalls immer zwei Leuchtdioden parallel geschaltet.

Die interne Bezeichnung lautet wahrscheinlich ALPCB3357E.
V2 könnte für die zweite Revision der Platine stehen.

Als Regler wurde hier ein SM2318E von Shenzhen Sunmoon Micro eingesetzt.

 

OSRAM G9 3,5W SM2318E Datenblattausschnitt

Das Datenblatt des Reglers enthält eine Beispielschaltung, die im Großen und Ganzen dem Aufbau im Leuchtmittel entspricht.

Wie in der 470lm-Variante sorgte man mit einem Fuseresistor in der Zuleitung für etwas mehr Sicherheit.
Dahinter wurde zusätzlich ein Varistor bestückt, der Überspannungen aus der Regelung eines Dimmers ableiten kann.

Als Brückengleichrichter ist auch hier ein TL10F-Brückengleichrichter von Shanghai Sinble Electronics eingesetzt.

Der große Glättungskondensator (E1) befindet sich nicht direkt hinter dem Brückengleichrichter. Die Kapazität ist parallel zur Leuchtdiodenkette angeschlossen. In dieser Verschaltung stellt der Kondensator keine stabile Versorgung dar, sondern sorgt eher für ein ungeregeltes Nachleuchten sobald die Spannung am Eingang nicht mehr für eine ordentliche Stromregelung ausreicht.
Die Platzierung des Glättungskondensators E1 und die Diode D1 sorgen dafür, dass der Regler-IC die tatsächlich anliegenden Spannung und damit auch den Grad des Phasenanschnitts überwachen kann. Mit einer Glättung direkt hinter dem Brückengleichrichter wäre dies nicht möglich.
Ein Nebeneffekt ist der bessere Leistungsfaktor, da die Stromaufnahme des Leuchtmittels von der Stromregelung des Regler-ICs bestimmt wird und nicht vom Ladestrom des Glättungskondensators. Das Datenblatt des SM2318E gibt einen Leistungsfaktor von über 0,98 an.

Die Leuchtdiodenkette ist in drei Gruppen eingeteilt, so dass der Regler-IC Teilmengen der Leuchtdioden aktivieren kann. In diesem Leuchtmittel ist die Gruppierung abgesehen von der Parallelschaltung wie im Datenblatt 7 / 5 / 2. Diese Verschaltung erleichtert die Regelung des Lichtstroms bei sehr kleinen Sollwerten.
Der Regler-IC besitzt drei Eingänge, die eine Stromregelung zwischen 5mA und 110mA darstellen können. Die Dioden D2, D3 und D4 sind anscheinend notwendig um die Eingänge des Regler-ICs vor negativen Strömen zu schützen.
In Serie zur Diode D4, die den vollständigen Leuchtdiodenstrang versorgt, befindet sich wie bei der OSRAM G9 3,8W ein 0Ω-Widerstand. Auch hier ist der Nutzen der Brücke fraglich.

Über den Widerstand R3 versorgt sich der Regler-IC. Der 10kΩ-Widerstand besitzt eine sehr große Bauform.
Über das Netzwerk R4, R5 und C2 erkennt der Regler-IC die Spannungsform am Eingang und kann damit die Stromform anpassen und auf eine aktive Dimmerschaltung reagieren.

Der Widerstand R2 stellt einen minimalen Strom ein, der im aktiven Zustand nicht unterschritten wird. Dieser minimale Strom ist notwendig, damit die Triacs in einfachen Dimmern auch bei niedrigen Einstellungen sauber zünden können. Ein unschöner Nebeneffekt sind die zusätzlichen Verluste, die der Strom erzeugt und die innerhalb der kleinen G9-Bauform problematisch sein können. Rechnerisch beträgt die Stromuntergrenze 9mA, was immerhin 2W Verlustleistung erzeugt. Das ist auch ein Grund warum der Widerstand am VIN-Pin eine so große Bauform aufweist. An ihm fallen in diesem Fall immerhin 0,8W ab.
Der Widerstand R1 stellt den Stromfluss durch die Leuchtdioden auf rechnerisch 19mA ein. Das ist interessant, da dieses Leuchtmittel etwas weniger Lichtstrom liefert als die OSRAM G9 3,8W, die mit nur 10mA arbeitet. Zwar sind dort zwei zusätzliche Leuchtdioden bestückt, das alleine erklärt aber nicht den großen Unterschied. Es ist davon auszugehen, dass es sich um den Maximalstrom handelt und der Strom durch die Leuchtdioden vor allem auf Grund der PFC-Regelung im Mittel niedriger ist.
Die Reihenschaltung von R2 und R1 sorgt dafür, dass der Mindeststrom nur dann in Verlustleistung umgewandelt wird, wenn der Strom durch die Leuchtdioden zu klein wird.

 

OSRAM G9 3,5W SM2318E Datenblattausschnitt

Der innere Aufbau des SM2318E besteht aus vier Stromquellen. Drei Stromquellen bedienen die Eingänge OUT1, OUT2 und OUT3 und darüber die angeschlossenen Leuchtdiodenstränge. Der Strom durch diese Stromquellen ist definiert durch den Widerstand am Pin REXT2 und der internen Regelung, die mit der Spannungsform am Pin TRAIC arbeitet.
Die vierte Stromquelle kann unabhängig über den Widerstand am Pin REXT1 eingestellt werden und lässt Strom vom Pin VIN abfließen.

Ebenfalls am Pin VIN befindet sich die Regelung der internen Spannungsversorgung, die über den Pin VDD extern gepuffert werden muss, da sich hinter dem Gleichrichter kein Glättungskondensator befindet.

 

OSRAM G9 3,5W SM2318E Die

Auf dem Die lassen sich klar die großen MOSFETs der Stromsenken ausmachen. Es handelt sich allerdings um fünf Elemente, von denen eines anscheinend nicht kontaktiert war. Entweder existiert dieses Die auch in größeren Packages und kann dann vier Leuchtdiodenstränge betreiben oder es handelt sich um den MOSFET, der die interne Versorgungsspannung regelt. Letzteres ist wahrscheinlicher, da an diesem MOSFET die volle Netzspannung anliegen kann und entsprechend ein Transistor mit großen Abständen notwendig ist.

 

OSRAM G9 3,5W SM2318E Die Detail

Auf dem Die befindet sich eine Bezeichnung, die anscheinend MWQAZZBD lautet. Daneben ist ein Symbol abgebildet. Beides lässt sich nicht weiter zuordnen.

 

SM2318E Min-Strom

Eine Spannungsmessung am Widerstand R2 zeigt wie der Regler-IC im Bereich des Nulldurchgangs den für Triac-Dimmer notwendigen Minimalstrom einstellt. Dieser Strom steigt mit der Netzspannung auf Spitzenwerte von bis zu 12mA, was bis zu 1,4W am Widerstand abfallen lässt und dessen Baugröße erklärt.

Es handelt sich nicht wirklich um eine Stromregelung, sondern um eine einfache Zuschaltung des 10kΩ-Widerstands, was sich allerdings im Hinblick auf einen möglichst hohen Leistungsfaktor positiv auswirkt.

Die Einstellung eines Minimalstroms dürfte einen Großteil dazu beitragen, dass im Vergleich zum sehr ähnlichen nicht dimmbaren Leuchmittel von OSRAM trotz einer nicht unerheblichen Reduktion des Lichtstroms von 470lm auf 350lm die Nennleistung nur minimal von 3,8W auf 3,5W fällt.

 

OSRAM G9 3,5W Strom Glättungselko

Die etwas ungewöhnliche Funktion des Glättungskondensators lässt sich mit einem 10Ω-Shunt in einem Pin relativ gut darstellen.

 

OSRAM G9 3,5W Strom Glättungselko

Mit dem 15mA-Peak nach oben beginnt der Ladevorgang des Glättungskondensators. Das ist der Zeitpunkt, zu dem die letzte Gruppe Leuchtdioden aktiv wird, an deren Stromsenke auch der Kondensator angeschlossen ist.
Der Ladestrom reduziert sich bis der Regler-IC beginnt Leuchtdiodengruppe abzuschalten. Der Kondensator versorgt von da ab diese Leuchtdiodenketten. Der Strom durch die noch aktiv angesteuerten Leuchtdioden erhöht sich dadurch, da sie den Strom der Stromsenke des Regler-ICs ebenso durchleiten wie den Entladestrom des Kondensators. Im Detail fällt der Strom mit der fallenden Kondensatorspannung. Bei jeder Abschaltung einer Leuchtdiodengruppe erhöht sich der Strom aber wieder, da sich die Gegenspannung reduziert. Bei der letzten Erhöhung des Entladestroms schaltet der Regler-ICs den Strom durch die Leuchtdioden ganz ab, wodurch der Kondensator noch einmal mehr Strom liefern muss.
Der Entladestrom fällt dann bis die erste Leuchtdiodengruppe wieder zugeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator inaktiv, da seine Restpannung schon niedriger ist als die Flussspannung der aktiven Leuchtdioden. Erst wenn die letzte Leuchtdiodengruppe zugeschaltet wird kann der Kondensator über deren Stromsenke wieder geladen werden.

 

OSRAM G9 3,5W Stromaufnahme

Die Gesamtstromaufnahme des Leuchtmittels ist einer Sinusform bedeutend näher als die Stromaufnahme eines Kondensatornetzteils oder eines Brückengleichrichters mit Glättungskondensator. Der Spitzenwert des Stroms beträgt 20mA, der Effektivwert beträgt 16mA und damit trotz der ähnlichen Nennleistung nur die Hälfte des Werts der OSRAM G9 3,8W 470lm.

Vom Nulldurchgang ausgehend besitzt der Strom eine annähernd ideale Sinusform, was durch die Minimalstromregelung bedingt ist.
Beim Zuschalten der ersten Leuchtdiodengruppe ist eine kurze Stromspitze zu erkennen, die sich nicht eindeutig zuordnen lässt. Sie könnte durch den harten Übergang von der Minimalstromregelung in die normale Stromregelung verursacht sein.
Bei der Zuschaltung der zweiten und der dritten Leuchtdiodengruppe erhöht sich der Strom bis auf den konstanten Maximalwert von 20mA.
Von da an fällt der Strom in annähernd der gleichen Form wie er gestiegen ist.

 

OSRAM G9 3,5W Lichtstrommessung

Der Verzicht auf einen klassischen Glättungskondensator und die kostengünstige Optimierung des Leistungsfaktors führt beim Lichstrom im Vergleich zum OSRAM G9 3,8W 470lm zu einer nicht unerheblichen Schwankung.

Die einzelnen Schaltstufen sind deutlich zu erkennen:
Nach dem Nulldurchgang zeichen sich deutlich zwei Stufen ab, die sich durch das Zuschalten der ersten beiden Leuchtdiodengruppen ergeben.
Sobald die dritte Leuchtdiodengruppe zugeschaltet wird sinkt der Lichtstrom erst einmal stark ab, da ein nicht unerheblicher Teil des Stroms, der vorher noch durch die ersten beiden Leuchtdiodengruppen geflossen ist, nun den Glättungskondensator auflädt.
Während sich der Strom in den Glättungskondensator reduziert, erhöht sich der Strom durch die Leuchtdioden und damit auch der Lichtstrom.
Die zwei folgenden Spitzen im Lichtstrom ergeben sich durch das Abschalten der ersten zwei Leuchtdiodengruppen. Dabei fließt durch zwei beziehungsweise eine Leuchtdiodengruppe weiterhin der vom Regler-IC eingestellte Strom während zusätzlich die Gegenspannung für den Glättungskondensator geringer ist und so mehr Strom aus dessen gespeicherter Energie abfließt.
Zuletzt wird auch die letzte Leuchtdiodengruppe abgeschaltet. Der Glättungskondensator muss von nun an die vollständige Leuchtdiodenkette versorgen, wodurch der Strom und damit der Lichtstrom abrupt sinkt bevor er der Entladekurve des Glättungskondensators folgt.

Der Spitzenlichtstrom des Leuchtmittels ist zwar höher als beim OSRAM G9 3,8W 470lm, die Kurvenform sorgt allerdings dafür, dass der Lichstrom im Mittel niedriger ist.

 

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