Der Lichttechnik-Podcast – Folge 4 – Ansteuerungen und Betriebsarten von LEDs

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Sprecher:

Markus Bausewein
Andreas Miesauer
Intro/Outro: Inka

Ansteuerungen und Betriebsarten von LEDs

Wie kann eine LED betrieben werden?

Konstantspannung

NEIN! Warum nicht?

Wird eine LED betrieben sinkt der Innenwiderstand durch die steigende Chiptemperatur. Falls die LED nun mit konstanter Spannung betrieben wird steigt der Strom und damit die Temperatur noch weiter…

LED mit Vorwiderstand betreiben
- Vorteile:
  - Preiswert
  - Kein Entwicklungsaufwand und -zeit benötigt
- Nachteile:
  - Eine Änderung der Versorgungsspannung führt zu einer Änderung des LED-Stromes
  - Je nach Spannung / Widerstand hohe Verlustleistung

Konstantstrom

LEDs werden in Durchlassrichtung mit einem konstanten Flussstrom betrieben. Die Flussspannung sinkt dabei solange bis sich die LED in einem stabilen thermischen Zustand befindet.
- Vorteile:
  - Die LED wird stabil mit einem Strom versorgt und unterliegt bei Spannungsänderung (oberhalb der Flussspannung) keiner Beeinflussung
- Nachteile:
  - Höherer Entwicklungsaufwand
  - Die emittierte Wellenlänge und der Lichtstrom ändern sich mit Erwärmung

Dimmvarianten:

Dimmen mit Konstantstromregelung

Der Lichtstrom wird durch das Absenken der Amplitude des Vorwärtsstromes reduziert. Sobald ein bestimmtes gewünschtes Licht- bzw. Stromniveau eingestellt ist, bleibt dieses zeitlich konstant.
- Vorteile:
  - Schaltungsdesign kann sehr einfach realisiert werden. Ausnahmen gibt es natürlich auch.
  - Kein Flimmern
- Nachteile:
  - Bei sehr kleinen Strömen und Dimmstellungen ist es möglich, dass die Lichtausbeute verschiedener LEDs z. B. innerhalb eines LED-Moduls erkennbar auseinanderläuft. Im Extremfall sind einige LEDs bereits dunkel während andere noch leuchten. Dieser Effekt kann z.B. zu einer unteren Dimmgrenze von 5 % des maximalen Nennstroms führen.
  - Bei analog gedimmtem LEDs verschieben sich die Wellenlängen stärker. Bei den weißen LEDs verschiebt sich der Farbort besonders bei sehr kleinen Strömen merklich in den gelblichen Bereich.
  - Dimmbare elektronische Treiber für LEDs haben einen begrenzten einstellbaren Strombereich.

PWM Dimmung
Ein konstanter Flussstrom wird mit einer bestimmten Frequenz ein- und ausgeschaltet. Das Puls- Pausenverhältnis bestimmt hierbei die relative Helligkeit der LED.
- Vorteile:
  - Wellenlängenverschiebung geringer als bei analoger Dimmung
  - Mittels Multiplex Verfahren ist es möglich viel mehr LEDs anzusteuern; dadurch kann ein Display erzeugt werden.
  - Bei sehr starker Dimmung ist noch eine gleichmäßige Ausleuchtung auch bei mehrern LEDs möglich.
  - Helligkeitseinstellungen sind präziser möglich
- Nachteile:
  - Bei niedrigen Dimmeinstellungen (lange Pause, kurzer Puls) störendes Flimmern wahrnehmbar
  - In der Filmtechnik kann es zu Schwebeeffekten führen durch harmonische Oberwellen von der Basisfrequenz aus. Aus diesem Grund sollte das PWM-Signal der LED nicht der Abtastrate oder Vielfachem der Kamera entsprechen.
Kombinierte Analogsteuerung und Pulsweitenmodulation

Mit der Kombination beider Dimm-Methoden können die Vorteile beider Systeme genutzt werden. So kann z. B. die analoge Stromdimmung im Bereich von 100 Prozent bis 30 Prozent verwendet werden und danach nahtlos übergehen in eine PWM-Dimmung bis zu sehr kleinen Dimmstellungen. Dadurch werden nicht nur die o.g. Probleme des analogen Dimmens vermieden, sondern auch die verbleibende Lichtmodulation des PWM – Dimmens auf kleine Werte minimiert sowie die Anregung wahrnehmbarer Schwingungen vermieden.

Ansteuerungsvarianten dimmbarer Treiber:

Analog:
- Analoge Spannung – z.B. 0…5V oder 0…10V
- Einstellbarer Widerstand (Poti)

Nächste Folge: Displaytechnologien

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Die Intro- und Outromusik wurde mit Groovepad erstellt. Link

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