LED-Steckverbinder helfen Designern bei der Entwicklung kostengünstiger SSL-Lösungen

Designer von Halbleiter-Beleuchtungssystemen (Solid State Lighting, SSL) müssen kostengünstige Lösungen entwickeln, um wettbewerbsfähig zu bleiben, und gleichzeitig muss eine hohe Zuverlässigkeit des Beleuchtungsdesigns gewährleistet sein. Deshalb beziehen sie ihre Anschlusskomponenten von Herstellern robuster und verlässlicher Miniaturteile, die zudem kostensparende Innovationen mit sich bringen. Die in diesen Systemen verwendeten Anschlusskomponenten stellen nicht nur die elektrische Verbindung zu den Treibern und Array-Baugruppen her, sondern bieten auch mechanische Unterstützung.

Für LED-Beleuchtungsdesigner steht eine Vielzahl von Anschlusskomponenten zu Verfügung – von Platinensteckern bis zu separaten Leitungsanschlüssen. Für manche Anwendungen können die herkömmlichen Wire-to-Board- und Board-to-Board-Steckverbinder verwendet werden. Andererseits wurden zahlreiche Verbindungslösungen speziell für die Anforderungen von Beleuchtungsdesignern entwickelt.

Da für die Schnittstellen von LED-Beleuchtungen noch keine echten Standards existieren, entwickeln die Hersteller von LED-Haltern oder LED-Sockeln in der Regel jeweils ihre individuellen Lösungen. In der Beleuchtungsindustrie hat sich unter dem Namen Zhaga ein Konsortium formiert, das Schnittstellen-Spezifikationen entwickelt. Die vereinbarten Standards sollen die Austauschbarkeit und Kompatibilität von LED-Lampen unter den vielen Herstellern gewährleisten. Die Zhaga-Spezifikationen beschreiben die Schnittstellen zwischen LED-Leuchten und den LED Light Engines. Durch diese Bemühungen soll die Gestaltung der Beleuchtungsanwendungen vereinfacht werden. Einige Hersteller von Steckverbindern wie Molex und TE Connectivity sind Mitglieder dieses weltweiten Konsortiums.

Dieser Artikel soll Beleuchtungsdesignern eine Orientierung bei der Auswahl der Steckverbinder für ihre Lampendesigns geben. Sie erfahren, was die wichtigsten Lieferanten anzubieten haben und welche LED-Steckverbinderlösungen für die LED-Industrie angepasst oder speziell für SSL ausgelegt wurden.

Eine Auswahl an Lösungen

Die Schneidklemmanschlüsse (IDC) der Serien AVX 9175 und AVX 9176 (Abbildung 1) sind ursprünglich für raue Industrie- und Automotive-Anwendungen entwickelt worden. Mit ihrer geringen Größe und hohen Zuverlässigkeit sind sie in einer breiten Palette von Anwendungen einsetzbar – unter anderem für die SSL-Beleuchtungstechnik. Mit dem neuen Design der Wire-to-Board-IDCs für die Oberflächenmontage wird das Anschließen von Leitungen vereinfacht und die Kosten gesenkt.


Abbildung 1: Neues Design für die Low-Profile-Steckverbinder 9175 und 9176 von AVX: In SSL-Anwendungen wird das Kontaktieren noch einfacher und kostengünstiger (mit freundlicher Genehmigung von AVX)..

Das einteilige Design des IDC-Serie ermöglicht es Benutzern, die einzelnen Drähte in die Kappe einzulegen, ohne sie vorher abzuisolieren. Die Kappe wird einfach nach unten gedrückt, um einen sicheren und gasdichten Abschluss herzustellen. Die Vorteile gegenüber anderen IDC-Typen liegen nach den Angaben von AVX bei den höheren Stromstärken, Spannungswerten und zulässigen Maximaltemperaturen sowie bei dem flacheren Profil und dem geringeren Platzbedarf. Die Serien bieten auch Ausführungen mit Endabdeckung und Optionen für geringere Aderndurchmesser.

TE Connectivity (TE) bietet ebenfalls IDC SSL-Steckverbinder an. Sie ermöglichen die schnelle Kontaktierung von Leitern auf LED-Platinen ohne Werkzeuge. Die Klemmen sind für Massivleiter und Litzen der Durchmesser AWG 18 bis 24 AWG geeignet. Dank der IDC-Technik ist kein arbeitsintensives Abisolieren und Löten mehr erforderlich. Die IDC-Steckverbinder können für die Beleuchtungssteuerung, für LED-Allgemeinbeleuchtungen und für Verbindungen zwischen LED-Lichtmodulen verwendet werden. Sie sind auch für andere Wire-to-Board-Anwendungen außerhalb der Beleuchtungstechnik einsetzbar.

Der IDC SSL-Steckverbinder ist in mehreren Ausführungen erhältlich, unter anderem für die Oberflächen- und Durchsteckmontage sowie für Abschlüsse und Durchgangsverbindungen (Closed-End/Feed-Through). Die Closed-End-Ausführung bietet ein „Sichtfenster“, mit dem sichergestellt werden kann, dass die Leitung nach dem Anschließen sicher kontaktiert ist. Sie verfügt auch über abgerundete Ecken, um die Schattenbildung zu minimieren. Die IDC-SSL-Anschlussklemmen gibt es mit 1, 2, 3 und 4 Positionen.

Die Wire-to-Board-Steckverbinder der Serie 9296 von AVX (Abbildung 2) sind für industrielle und SSL-Anwendungen ausgelegt. Das Unternehmen bewirbt die Anschlusskomponenten als erste vertikale, Top-Mount-, SMT-Wire-to-Board-Steckverbinder, die speziell für die Konfigurations-, Leistungs- und Kostenanforderungen von Industrie- und SSL-Designern entwickelt wurden.


Abbildung 2: Die Wire-to-Board-Steckverbinder der Serie 9296 von AVX wurden speziell für die Konfigurations-, Leistungs- und Kostenanforderungen von Industrie- und SSL-Designern entwickelt (mit freundlicher Genehmigung von AVX).

Die Klemmsteckbuchsen der Serie 9296 von AVX verfügen über 3 mm flache, mit Federkraft fixierende Zweizungenkontakte, die von einem Schutzisolator umgeben sind. Sie bieten laut Angabe höchste mechanische Festigkeit und Drahthaltekräfte. Das Kontaktieren erfolgt durch einfaches Einstecken der abisolierten Drähte, das Entfernen durch Drehen und Ziehen. Die Steckverbinder sind mit 1 bis 6 Positionen erhältlich und können Massiv- oder Litzenleiter von 18 bis 24 AWG aufnehmen, die direkt durch die Öffnung eingesteckt werden. Sie sind in beschichteten und unbeschichteten Ausführungen erhältlich.

Zu den Produkten der 9296-Familie gehören unter anderem auch die geschlossenen Wire-to-Board-Zweizungenkontakte der Serie 70-9296. Diese isolatorlosen Kontakte sind in den Größen 2, 3 und 4 mm erhältlich. Sie können Massiv- oder Litzenleiter von 18 bis 24 AWG aufnehmen und sind bis zu 20 A strombelastbar. Zu den Hauptmerkmalen gehören die hohe Drahthaltekraft, einfache Drahtführung, einfache Drahtentfernung und geringere Kosten durch den Wegfall der mit Isolatoren verbundenen Arbeits- und Materialkosten.

Ebenfalls für zahlreiche Anwendungen ausgelegt ist die Serie der Wire-to-Board-Steckverbinder CLIK™-Mate von Molex (Abbildung 3). Das System wurde für Anwendungen entwickelt, die Steckverbinder mit höherer Pinzahl für mehr Signalleitungen auf weniger Platz benötigen. Sie sind in den drei Rastergrößen 2,00, 1,50 und 1,25 mm erhältlich. Die 2,00-mm-Version bietet die höchste Strombelastbarkeit von 3,0 A und 250 V.


Abbildung 3: CLIK-Mate-Wire-to-Board-Steckverbinder Molex mit stimmgabelförmiger Klemmenausführung sorgen für geringe Einsteckkraft und sicheren Kontakt. Sie bieten eine höhere Pinzahl für mehr Signalleitungen auf kleinem Raum (mit freundlicher Genehmigung von Molex).

Die CLIK-Mate-Serie verfügt über eine stimmgabelförmige Klemmenausführung mit niedriger Einsteckkraft und sicherem Kontakt. Sie eignen sich unter anderem für SSL-Anwendungen wie handelsübliche Leuchten, LED-Lichtmodule und Büro-Downlights. Weitere Einsatzgebiete sind Automobiltechnik (z.B. Scheinwerfer, Innenspiegel), Spielautomaten, LCD- und TV-Geräte, Medizintechnik (z.B. Blutzuckermessgeräte, Infusionspumpen) und Messtechnik.

Die Board-to-Board-Steckverbinder der Serie 9159 (Abbildung 4) sind speziell für die lineare LED-Anwendungen konzipiert. Mit diesen Steckverbindern können LED-PLatinen zu LED-Strips verbunden werden. Das Design entspricht den SSL-Anforderungen für Leiterplatten in einer Ebene (horizontal-horizontal) und kombiniert eine 5 A Strombelastbarkeit mit einer sehr kleinen Bauform.


Abbildung 4: Dank der Steckverbinder der Serie 9159 von AVX können LEDs in der Mitte der Leiterplatte platziert werden, um die Lichtleistung in SSL-Strips zu optimieren (mit freundlicher Genehmigung von AVX).

Eines der neuesten Produkte der 9159er-Familie von AVX ist das horizontale Kontaktsystem 70-9159 mit einer Strombelastbarkeit von 5 A. Zu den Hauptmerkmalen des koplanaren, steckerlosen Kontaktsystems gehören die aktive Gold-zu-Gold-Kontaktschnittstelle für höchste Kontaktintegrität in rauen Beleuchtungsumgebungen und die Unterstützung für Board-to -Board- und Wire-to-Board-Anwendungen. Nach Angaben des Unternehmens gleicht das Kontaktsystem auch bedeutende Montagetoleranzen in x- und y-Richtung aus.

Das neue System von AVX ermöglicht die Montage der LEDs mittig auf der Leiterplatte, um die Lichtleistung in LED-Lichtleisten zu maximieren. Auch die Abstände zwischen den LEDs können minimal gehalten werden, da diese Anschlusslösung ohne Isolator auskommt. Die Kontakte können an den äußeren Kanten individuell platziert werden und ermöglichen somit eine höhere Flexibilität und Kosteneinsparungen. Die Kontakthöhe beträgt 1,2 mm über der Leiterplatte.

Der offene Platinenstecker AVX 00-9159 ist ebenfalls als kostengünstige Miniaturlösung für Beleuchtungsdesigner ausgelegt. Er erfüllt die Konstruktionsanforderungen an eine hohe Pinanzahl, die eine hohe Bauteildichte und kleinere Baugrößen für lineare LED-Lichtleisten ermöglicht. Der Verbinder ist ohne Kunststoffabschluss ausgelegt, was zu seiner minimalen Länge beiträgt. Die doppelseitige Konfiguration erhöht die Kontaktdichte. Die Kodierung des Steckverbinders sorgt für besseren Halt und optimale Ausrichtung, und die Kontaktschnittstelle aus Zinn trägt zu Kosteneinsparungen bei.

Diese Lösung dient der Verbindung zweier Leiterplatten in linearen LED-Lichtleisten. Das Produkt ist mit 4 , 6 , 8 oder 10 Kontaktpositionen lieferbar. Die Spannungsbelastbarkeit beträgt 300 V_AC. Die Bauteile haben pro Kontakt eine Länge von 1 mm.

Ein weiteres Beispiel für einen Platinenstecker für LED-Beleuchtungsanwendungen der ITB (Inverted Thru-Board) (Serie 1971748) von TE Connectivity. Die ITB-Platinenstecker ermöglichen den direkten Board-to-Board-Spannungsanschluss von den Treiberplatinen zur Unterseite der LED-Array-Platine. Durch die direkte Anbindung ist keine Leitungsführung auf den Baugruppen erforderlich. Darüber hinaus wird der Steckverbinder gleichzeitig mit den anderen Bauteilen auf der Leiterplatte montiert, sodass weitere Prozesse unnötig sind. Der Steckverbinder verfügt über abgerundete Ecken, um die Schattenbildung auf der Lichtaustrittsfläche zu minimieren.

Bei kompakten LED-Baugruppen-Designs wie Retrofit-Lampen und -Leuchtmitteln bietet der Zwei-Positionen-SMT-Anschluss eine senkrechte Anschlussmöglichkeit, wenn er oben auf einer LED-Array-Platine montiert wird, sodass er sich für kompakte Designs eignet. Die Bauhöhe von nur 1,5 mm oberhalb der Leiterplatte soll gewährleisten, dass das LED-Licht so wenig wie möglich behindert wird, und spart gleichzeitig Platz. Der Steckverbinder ist in zwei Ausführungen für Platinen von 1,0 mm oder 1,2 mm Dicke erhältlich.

Die ITB-Platinenstecker sind in erster Linie für LED-Ersatzlampen sowie LED-Innen- und Außenleuchten, z.B. Strahler, Downlights und Lichtschienen konzipiert. Sie können jedoch auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die platzsparende Kontaktierung und kabellose Verbindung zwischen Leiterplatten gefragt ist.

TE Connectivity bietet auch einen Low-Profile-Steckverbinder für platzsparende LED-Anwendungen im Außenbereich an. Der SlimSeal-Steckverbinder stellt eine IP67-versiegelte, Daisy-Chain-Spannungsverbindung zwischen mehreren LED-Modulen in einer einzigen Leuchte und der Stromquelle her. Der Steckverbinder ist mit 1, 2, 3 und 4 Positionen erhältlich und kann Litzen von 18 bis 20 AWG und 22 bis 24 AWG aufnehmen.

Auch Hirose bietet eine Serie von platzsparenden SSL-Steckverbindern an. Die Serie DF umfasst Wire-to-Board-, Board-to-Board- und In-Line-Steckverbinder für SSL-Beleuchtungsanwendungen. Als Hauptmerkmale der Steckverbinder werden Platzersparnis, hohe Kabelzugkraft und eine sichere Kontaktierung genannt. Die Serie DF besteht aus den Steckverbindern DF57, DF59, DF61 und DF62. Sie bieten eine Vielzahl von Anschlusslösungen für Designer von Leuchten, SSL-Arrays und LED-Lampen.

Die Serie DF57 der Wire-to-Board-Steckverbinder hat eine Rastergröße von 1,2 mm und eine Höhe von 1,4 mm mit einer Strombelastbarkeit von 2,5 A. Mit dem flachen Profil eignen sich die Steckverbinder besonders für die Kontaktierung zwischen LED-Treibern und Lampen. Die Steckverbinder verfügen über eine doppelt sperrende Drehverriegelung mit Formschluss- und Kraftschluss-Mechanismen.

Darüber hinaus hat der 3-Wege-Systemanschluss der Serie DF59 eine Rastergröße von 2,0 mm und bietet einen „belastungsfreien Kontakt“ mit einer Flexibilität von 0,5 mm in alle Richtungen. Die drei Header-Optionen passen auf einen gemeinsamen Steckverbinder-Sockel für Wire-to-Board-, Board-to-Board- und Kurzschlusskontakt. Diese Steckverbinder können in linearen SSL-Anwendungen eingesetzt werden.

Die Steckverbinder der Serie DF61 mit einer Strombelastbarkeit von 5 A sind für LED-Lampen und -Röhren ausgelegt. Die Verbinder können trotz ihres flachen Profils vertikal gepaart werden. Sie sind als gerade, rechtwinklige und In-Line-Anschlussoption erhältlich.

Die Buchsenkontakte der DF62-In-Line-Steckverbinder dienen als Führung für die Steckerkontakte und verhindern nach Herstellerangaben jegliches Verbiegen der Kontakte. Diese Steckverbinder werden in Anwendungen mit Platzmangel oder Einschänkungen bei der Verkabelung eingesetzt.

Bei den LED-Fassungen oder -Sockel sind die verschiedenen Baugruppen in der Regel für bestimmte Hersteller konzipiert. Molex bietet eine Familie von Chip-on-Board (COB)-Halterbaugruppen an, die mit LED-Arrays von Citizen, Bridgelux, Cree, Sharp Zenigata und Nichia kompatibel sind. Diese Bauteile werden für die elektrische Verbindung und die mechanische Unterstützung der LED-Arrays verwendet.

Molex bietet auch fertig konfektionierte Pico-EZmate™-Kabelbäume (Abbildung 5) für Vero Bridgelux LED-Arrays an. Die Kabelbäume mit Pico-EZmate-Verbindungstechnik haben laut Herstellerangaben – in Kombination mit den Headern ausgewählter LED-Arrays – das flachste Profil für SSL-Anwendungen.


Abbildung 5: Konzipiert für kompakte Designs: Die Molex Pico-EZmate Wire-to-Board-Steckverbinder bieten ein flaches Profil mit einer Steckhöhe von 1,55 mm für Ausführungen mit zwei bis fünf Schaltungen und 1,65 mm für die Ausführung mit sechs Schaltungen (mit freundlicher Genehmigung von Molex).

Durch das Kabelbaumsystem werden die Montagearbeiten mit den Arrays minimiert. Die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der LEDs wird bedeutend reduziert. Die Kabelbäume werden in drei Drahtstärken und drei Längen für verschiedene von Kabelbaum-Optionen angeboten.

TE Connectivity bietet eine Reihe von LED-Sockeln an, die zu einer Vielzahl von LED-Arrays einschließlich der von Philips Lumileds (Teil 2154821) , Citizen und Samsung passen. Diese Bauteile bieten ein höheres Maß an Integration mit einer lötfreien Verbindung zum Array und zu den COB-LEDs. Wie andere LED-Halter dienen sie als mechanischer Träger und als elektrische Verbindung zwischen LED Light Engine und Leuchtmittel. Mit dieser Lösung wird die LED direkt mithilfe einiger Schrauben auf der Leiterplatte bzw. auf dem Kühlkörper befestigt.

Die Halter der „Z“-Serie von TE Connectivity erlauben es den Kunden, Zhaga-kompatible Produkte zu bauen. LED-Halter der „Z“-Serie ermöglichen eine lötfreie Verbindung zu den LED-Arrays. Sie sind mit oder ohne Optik erhältlich. Wie der Hersteller mitteilt, kann die Ausführung mit Optikhalterung in Kombination mit Carclo- oder LEDIL-Optiken verwendet werden. Sie bieten somit eine hohe Flexibilität bei der Strahlformung von Spot- und Downlight-Anwendungen.

Die kreisförmigen LED-Halter der Typ -Z50-Familie können mit Philips Lumileds LUXEON® COB LED-Arrays (20 x 24), Citizen Electronics CLL030/032- und Samsung LC026B/LC040B-LEDs verwendet werden. Sie verfügen auch über LED-Einrasthalterungen, die eine richtige Positionierung bei der Befestigung gewährleisten.

Ähnlich wie bei anderen Produkten bietet der Typ Z50 eine integrierte elektrische Durchsteckverbindung, die Handlöten überflüssig macht und damit Kosten spart. Darüber hinaus erleichtert der Einrastmechanismus die Handhabung bei der Montage.

Die Z50-Halter sind 3 mm hoch und haben einen Durchmesser von 45 mm. Damit eignen sie sich optimal für omnidirektionale und kundenspezifische optische Anwendungen. Sie können in einer Vielzahl von Leuchten verwendet werden, inklusive Spotlights, Deckenleuchten, Bühnenbeleuchtung, Wandflutern und Architekturbeleuchtung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verbreitung von LED-Beleuchtungen sowohl im Gewerbe- als auch im Wohnbereich immer mehr zunimmt. Die Hersteller von Steckverbindern beschleunigen ihre Entwicklungsanstrengungen, um mehr Lösungen anzubieten, die den Kosten- und Leistungsanforderungen der Lichtdesigner gerecht werden. Auch in Zukunft werden sich die Hersteller – neben der Entwicklung zuverlässiger Stromversorgungs-Schnittstellen – voraussichtlich auf die Miniaturisierung der Bauteile für räumlich begrenzte Anwendungen konzentrieren. Sie werden zudem die Kostenkontrolle im Auge behalten und ihre Produkte mit Features ausstatten, die zu weiteren Kosteneinsparungen beitragen und bestimmte Prozesse überflüssig machen oder vereinfachen.

Weitere Informationen zu den in diesem Artikel beschrieben Produkten finden Sie über die bereitgestellten Links zu den Produktinformationsseiten auf der DigiKey-Website.