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Dimmbarkeit von LEDs

Dimmbarkeit von LEDs (Bild: © noname3132 / Fotolia)

 

Generell muss bei einem Wechsel auf LED auf die entsprechende Angabe der passenden Dimmfunktion geachtet werden. Der Lichtstrom einer LED hängt vom Vorwärtsstrom ab, der durch das Halbleiterbauelement fließt. Eine Reduzierung des Stroms gegenüber des höchsten Nennstroms führt zu einer Absenkung des Lichtstroms. Auf diese Weise sinken die Sperrschichttemperatur und die Stromdichte im Halbleiter, was die Effizienz der LED gegenüber dem Betrieb mit maximalem Nennstrom erhöht. Die Absenkung des Stroms kann analog durch die Reduzierung der Amplitude oder durch Puls-Weiten-Modulation erfolgen. Kontaktieren Sie jetzt unsere omoa Lichtexperten.

 

Dimmarten

Analoge Dimmung

Durch die Reduktion der Amplitude des Vorwärtsstromes vermindert sich der Lichtstrom der LED. Die Dimmung wird über ein Potentiometer geregelt. Es erfolgt kein „echtes“ Ein- und Ausschalten.  Das gewünschte Licht- bzw. Stromniveau bleibt sobald es erreicht wurde, zeitlich konstant.

 

Der Dimmbereich bei zu geringen ‚analogen‘ dimm Stellungen kann durch verschiedene Einflussfaktoren eingeschränkt sein:

  • Bei niedrigen Strömen und Dimmstellungen ist es möglich, dass sich die Lichtausbeute der verschiedenen LEDs innerhalb eines Moduls deutlich unterscheidet. Das heißt, dass einige LEDs bereits dunkel sind, während andere noch Licht abstrahlen. Dies kann mit einer unteren Dimmgrenze von etwa 5% des maximalen Nennstroms vermieden werden.
  • Bei analog gedimmten weißen LEDs kann sich der Farbort besonders bei kleinen Dimm Stellungen merklich verschieben. Dies kann bei Anwendungen in denen naturgetreue Farbwiedergabe eine große Rolle spielt problematisch sein. Durch eine Beschränkung des analogen Dimm Bereichs auf etwa 30% des maximalen Nennstroms kann dieser Effekt abgemildert werden.
  • Dimmbare elektronische Betriebsgeräte für LED haben einen begrenzt einstellbaren Strombereich, der von weiteren Faktoren (z. B. Betriebsspannung des angeschlossenen LED-Moduls) abhängig sein kann. 0 - 10V oder 1 - 10V: Hier wird die Dimmung über ein Potentiometer geregelt. Es erfolgt kein „echtes“ Ein- und Ausschalten. Die Lampenhelligkeit wird über einen Schalter eingestellt

Puls-Weiten-Modulation

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des Mittelwerts des Vorwärtsstromes ist die Puls-Weiten-Modulation (PWM). Der Stromfluss innerhalb der LED wird hierbei im Rhythmus einer bestimmten PWM-Frequenz zyklisch unterbrochen. Je länger die Lücken zwischen den verbleibenden Stromphasen mit konstant gehaltener Amplitude sind, desto niedriger wird der effektive Strom durch die LED und damit deren wahrgenommene Helligkeit. Die PWM-Frequenz liegt dabei von 100 Hz - 1 kHz. Sie so bemessen, dass kein erkennbares Flimmern entsteht, obwohl eine Lichtmodulation vorliegt.

 

Die Vorteile bei einer Dimmung durch Puls-Weiten-Modulation sind vor allem bei tiefen Helligkeitswerten sichtbar:

  • Bei sehr niedrigen Dimmwerten sind kaum Helligkeitsunterschiede und Farbverschiebungen zwischen den einzelnen LEDs wahrnehmbar.
  • Präzisere Einstellung der Helligkeitswerte sind möglich. Mechanische und akustische Schwingungen können durch die Resonanz der Pulsweiten-Modulationsfrequenz und die Schwingungseigenschaften der Leuchte eingeschränkt werden.

Analogsteuerung und Puls-Weiten-Modulation in Kombination

Durch die Kombination der Dimm-Methoden können die Vorteile beider Systeme genutzt werden. Beispielsweise kann die analoge Stromdimmung im Bereich von 100-30% verwendet werden und danach nahtlos bis zu sehr kleinen Dimm Stellungen in eine PWM-Dimmung übergehen. So treten keine Probleme mit der analogen Dimmung auf, die verbleibende Lichtmodulation des PWM-Dimmens wird auf kleine Werte minimiert und hörbare Schwingungen vermieden.

 

 

ansteuerung von led betriebsgeräten

Wie die Information über das gewünschte Helligkeitsniveau von einer Steuereinheit zu einem LED-Betriebsgerät und schließlich zur LED kommt, kann sehr unterschiedlich sein. Für professionelle Anwendungen bietet die Beleuchtungsindustrie die identischen Ansteuerprotokolle an, beispielsweise für Betriebsgeräte für Leuchtstofflampen. Dies sind unter anderen DALI, 1 – 10 V, Tasterdimmung. Diese benötigen Steuerleitungen zusätzlich zur reinen Netzspannungsversorgung.

 

In Anwendungen, die keinen Anschluss getrennter Steuerleitungen erlauben (bspw. bei LED-Leuchten mit integrierten Betriebsgeräten) ist die Dimmung über Phasendimmer, DLT (digitale Steuersignale auf der Netzleitung) oder Funk- ansteuerung möglich.

 

Bei allen Systemen wird ein Steuersignal vom Betriebsgerät in eine analoge Stromsteuerung oder in eine Puls-Weiten-Modulation umgesetzt. Moderne LED-Betriebsgeräte mit DALI-Schnittstelle bieten vielfältige Möglichkeiten der kundenspezifischen Programmierung und stellen wichtige Betriebsinformationen (beispielsweise die aktuelle Leistungsaufnahme) zur Verfügung.

 

 

Ansteuerung von led Leuchten mit integriertem elektronischen Betriebsgerät

Die Ansteuerbarkeit von LED-Leuchten mit zweipoliger Lampenfassung (meist E27, E14 oder GU10) ist auf Steuersysteme limitiert, die eine Signalübertragung über die Netzleitung oder über Funk erlauben. Da diese Lampen in den meisten Fällen als Ersatz für Glühlampen eingesetzt werden, sollten diese an bereits installierten Phasendimmern oder durch den einfachen Austausch gegen geeignete Dimmer verwendet werden können.

 

LED-Leuchten, dimmbar mit Phasendimmern

LED-Leuchten mit integriertem elektronischen Betriebsgerät (LED-Retrofits) sind auch in dimmbaren Versionen erhältlich. Welche Dimmer für die einzelnen Leuchten geeignet sind, kann den Herstellerdatenblättern entnommen werden. Im Allgemeinen kann nicht darauf geschlossen werden, dass ein sogenannter ‚LED-Dimmer‘ mit jeder ‚dimmbaren‘ LED-Leuchte kombinierbar ist. Die Gründe hierfür liegen in der nicht normierten Schnittstelle zwischen Dimmer und LED-Leuchte.

 

Glühlampen weisen eine sehr einfache und leicht handhabbare elektrische Eingangscharakteristik auf. Bei LED Leuchten hingegen erzeugt die integrierte Elektronik aus der am Lampensockel anliegenden Netzwechselspannung mit Hilfe eines kleinen Schaltnetzteils einen Gleichstrom. Zur Einhaltung der relevanten EMV-Vorschriften sind außerdem zusätzliche Funkentstörkomponenten enthalten. Bei der Auslegung der Dimmer für LED-Leuchten müssen somit neue Bedingungen berücksichtigt werden. Phasendimmer für LED-Leuchten müssen mit relativ kleinen Lastströmen zurechtkommen und dürfen sich vom komplexen elektrischen Aufbau der verschiedensten LED-Leuchten-Typen nicht beeinflussen lassen.

 

Das Schaltungsdesign dimmbarer LED-Leuchten ist darauf ausgelegt, für den vorgeschalteten Dimmer, möglichst ähnlich wie eine Glühlampe zu wirken und die Ausgangsspannung eines Phasendimmers in einen entsprechend reduzierten LED-Strom zu übersetzen. Diese ‚Dimmer-Schnittstelle‘ zwischen Phasendimmer und LED-Leuchte ist bisher nicht standardisiert. Aus diesem Grund sind Hersteller von Leuchten und Dimmern angehalten, kompatible Produkte in den Herstellerinformationen mit anzuführen. Derzeit wird in den internationalen Normengremien über eine Standardisierung der Schnittstelle von Phasendimmern zu LED-Leuchten beraten.

 

LED-Leuchten, dimmbar über netzüberlagerte Signale

Grundsätzlich kann die Netzspannung mit zusätzliche Signalen überlagert werden. Diese Signale dienen der Informationsübermittlung vom Dimmer zur Leuchte. Die Form der sinusförmigen Netzspannung weitestgehend erhalten.

 

Ein Beispiel hierfür ist die ‚Digital Load Transformation(DLT)‘, die mittlerweile als international gültige IEC-Spezifikation vorliegt. Das Prinzip von DLT besteht darin, digitale Dimm Informationen von einem Steuergerät zu einer Lampe zu übertragen. Ein Steuergerät (Control Unit) koppelt die zu übertragende Information, z. B. einen Helligkeitswert, auf die Lastleitung. In der Lampe wird diese auf die Versorgungsspannung aufgekoppelte Information wieder dekodiert und die Helligkeit entsprechend geregelt. Diese digitale Informationsübertragung von einem DLT-Steuergerät zu einer DLT-verstehenden LED-Leuchte ist genormt und eindeutig festgelegt. Dies macht es möglich, alle funktionieren Kombinationen aus Lampen und Steuergeräten herstellerunabhängig miteinander zu koppeln. In vorhandenen Installationen muss lediglich der Lichtschalter oder Phasendimmer gegen ein DLT-Steuergerät ersetzt werden. Das DLT-Protokoll erlaubt bei Verwendung entsprechend ausgestatteter Steuergeräte und Lampen Gruppenzuordnungen, Farbtemperaturein- Stellung und weitere Zuordnungen.

 

 

Fazit

Bei der Installation nachhaltiger Beleuchtungslösungen sind die Leuchtmittel mit der höchsten Effizienz zu bevorzugen. Neben energetischen Gründen muss die optimale Erfüllung der Sehaufgabe im Fokus stehen.

 

In der Anwendung konventioneller Leuchtmittel (Hochvolt-Halogenglühlampen, Niedervolt-Halogenglühlampen, Leuchtstofflampen, Hochdruckentladungslampen) hat jede Technologie ihr Kerneinsatzgebiet. LED-Lichtquellen hingegen können durch hohe Effizienz, ausgezeichnete Dimm Charakteristiken und eine große Produktvielfalt in nahezu allen Einsatzfeldern eingesetzt werden. Unsere omoa Lichtexperten beraten Sie gerne!

 


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