LED-Dimmung: Was Sie wissen müssen

Warum LED-Quellen dimmen?

Das Dimmen von LED-Lichtquellen bietet zahlreiche Vorteile, die über die reine Stimmungssteuerung hinausgehen:

• Zusätzliche Energieeinsparungen über die durch den Umstieg auf LED-Technologie erzielten Einsparungen hinaus
• Verbesserte visuelle Arbeitsleistung durch Anpassung der Beleuchtungsstärke an spezifische Anforderungen
• Verbessertes Ambiente und räumliche Flexibilität
• Weniger Lichtquellen spezifizieren, warten und lagern
• Demand response load shedding Fähigkeiten
• Möglicherweise verbesserte Wirksamkeit und Lebensdauer der Lichtquelle

Herausforderungen bei der Helligkeitsregelung

Trotz der Vorteile birgt das Dimmen von LED-Quellen mehrere bedeutende Herausforderungen:

• Große Schwankungsbreite in LED-Quellen- und Dimmercharakteristiken
• Es kann nur wenig angenommen werden basierend auf historischen Praktiken mit Glühlampenbeleuchtung
• Nicht alle Behauptungen sind gleichwertig aufgrund fehlender standardisierter Testverfahren
• Schwierig vorherzusagen Leistung ohne tatsächliche Tests
• Wechselwirkungen auf Schaltkreisebene zwischen LED-Treibern und Dimmern verursachen Kompatibilitätsprobleme

Grundlagen der LED-Dimmung

Das Verständnis dieser grundlegenden Konzepte ist entscheidend für erfolgreiche LED-Dimm-Implementierungen:

LEDs im Vergleich zu Glühlampen

LED Drivers

LEDs benötigen Treiber, um:

• Wechselspannung in geregelten Gleichstrom umzuwandeln
• Fertigungsbedingte Schwankungen der LED-Durchlassspannung (Vf) auszugleichen
• Implementierung von Dimmfunktionen (CCR oder PWM)
• Schutz der LEDs vor Überstrom- und Übertemperaturzuständen

Dimmtechnologien

Der Bericht unterteilt Dimmtechnologien in zwei Hauptansätze:

1. Coincident AC Power and Control Signal

• Phasenangeschnittene AC-Sinuswelle (Vorwärts- oder Rückwärtsphase)
  • 2-Draht (Phase, gedimmte Phase)
  • 3-Draht (Phase, gedimmte Phase, Nullleiter)
• Reduzierte Amplitude AC-Sinuswelle

Separate AC-Stromversorgung und Steuersignal

• Fluorescent 3-Wire
• 0-10V
• DALI (Digital Addressable Lighting Interface)
• DMX512
• PWM (Pulsweitenmodulation)

Dimmverfahren

LEDs können mit zwei Hauptmethoden gedimmt werden, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften aufweisen:

Konstantstromreduzierung (CCR/Analog)

• Methode: Variieren des LED-Stroms bei durchgehend eingeschalteter LED
• Vorteile:
  • Längere LED-Lebensdauer (geringerer Strom und niedrigere Temperatur)
  • Keine Geräuschentwicklung
  • Möglicherweise höhere Wirksamkeit bei niedrigeren Dimmstufen
  • Verursacht kein Flackern
• Nachteile:
  • Möglicherweise störender Farbversatz
  • Schwierigere Regelung bei sehr niedrigen Dimmstufen

Pulse Width Modulation (PWM)

• Methode: Beibehaltung des gleichen LED-Stroms bei variierenden Ein-/Ausschaltzeiten
• Vorteile:
  • Längere LED-Lebensdauer (geringere Einschaltdauer, niedrigere Temperatur)
  • Gute Dimmregelung bei tiefen Dimmstufen
  • Keine Farbverschiebung
• Nachteile:
  • Mögliche Geräuschentwicklung
  • Die PWM-Frequenz ist entscheidend, um unerwünschtes Flackern zu vermeiden
  • Einschränkungen des minimalen Dimmniveaus

Flimmerprobleme

Flackern bezieht sich auf die zeitliche Variation (Modulation) der Lichtabgabe (Lichtstrom). Obwohl bei allen traditionellen kommerziellen elektrischen Lichtquellen mit Wechselstrom vorhanden, kann es bei LED-Quellen problematischer sein.

Wen kümmert das Flimmern?

• Jeder, der empfindlich auf Lichtmodulation reagiert
• Personen, die für menschliche Gesundheit, Wohlbefinden und/oder Leistungsfähigkeit in elektrisch beleuchteten Räumen verantwortlich sind
• Risikogruppen:
  • Photosensible Epileptiker (1 von 4000)
  • Migränepatienten
  • Junge Menschen
  • Autistische Personen

Flicker-Metriken

• Prozentualer Flimmeranteil: (Max-Min)/(Max+Min) × 100%
• Flicker-Index: Fläche über dem Durchschnitt / Gesamtfläche

Die Testergebnisse im Bericht zeigen Flimmerprozentsätze zwischen 7,5 % und 16,3 % sowie Flicker-Indizes von 0,02 bis 0,06 über verschiedene Dimmstufen und Gerätekombinationen hinweg.

Stromqualität

Das Dimmen einer LED-Lichtquelle kann das Verhalten des Treibers verändern und möglicherweise die Stromqualität beeinflussen:

Was ist Stromqualität?

Power Quality bezeichnet Abweichungen und Verzerrungen von Spannungs- und Stromwellenformen, gemessen an:

• Power Factor (PF): Setzt Wirkleistung (P) und Scheinleistung (S) ins Verhältnis: PF = P/S
• Gesamte Oberschwingungsverzerrung (THD):
  • THD-V (Spannung)
  • THD-I (Strom)

Wer kümmert sich um die Netzqualität?

• Stromerzeuger und -verbraucher:
  • Erhöhte Stromanforderungen
  • Stromtransportverluste (I²R)
  • Auswahl der Leitungsquerschnitte, Leistungsschalter und Transformatoren
  • Mögliche Gerätebeschädigung oder Leistungsverschlechterung
• Hersteller von Beleuchtungsgeräten:
  • Freiwillige Anforderungen in ANSI C82.77-2002
  • Systemdesign-Kompromisse
  • Kosten- und Größenbeschränkungen

Phasenanschnittsdimmung

Phase-cut dimming is the most commonly deployed dimming technology, with a large installed base in the U.S. (NEMA estimates >150 million units).

Phasenanschnitt vs. Sinuswellen-Dimming

• Phasenanschnitt: Unterbricht Teile der AC-Sinuswelle
  • Vorwärtsphase (vordere Flanke)
  • Rückwärtsphase (hintere Flanke)
• Sinuswelle: Verringert die Amplitude der gesamten Sinuswelle

Entwickelt für Glühlampen

Phasenanschnittdimmer wurden ursprünglich für Glühlampen entwickelt, die:

• Sich wie einfache ohmsche Lasten verhalten
• Effektiv nur auf den Effektivwert der Spannung ankommen
• Sind bidirektional (funktionieren mit positiver und negativer Spannung)
• Weisen thermische Trägheit auf (Licht emittiert auch nach Stromunterbrechung weiter)

Kompatibilitätsprobleme

Der Bericht identifiziert zahlreiche Kompatibilitätsprobleme, die bei Phasenanschnittsdimmung von LED-Quellen auftreten können:

• Totweg: Einstellung des Dimmerwerts ohne entsprechende Änderung der Lichtstärke
• Soforteinschaltung: Dimmerwert muss über die bestehende Einstellung angehoben werden, um beim Einschalten Lichtleistung zu erzielen
• Drop-out: Kein Lichtausgang am unteren Ende des Dimmbereichs
• Popcorn: Unterschiedliche Einschaltzeiten für verschiedene Lichtquellen in einem gedimmten Stromkreis
• Flackern: Lichtquelle geht intermittierend an, wenn sie aus sein sollte
• Geisterbilder: Lichtquelle im eingeschalteten Zustand auf niedrigem Niveau, wenn sie ausgeschaltet sein sollte
• Hörbares Rauschen vom Dimmer oder LED-Treiber
• Unbrauchbarkeit oder vorzeitiger Ausfall

Quellen von Kompatibilitätsproblemen

• Die LED-Last kann die vom Dimmer gelieferte Vrms und/oder den Zündwinkel nicht messen
• Die LED-Last zieht nicht genug Strom, um die Schaltelemente des Dimmers geschlossen zu halten
• Die LED-Last erzeugt eine Reihenimpedanz, die die Zeitsteuerelemente des Dimmers stört
• LED-Last im Aus-Zustand leitet Dimmstrom nicht in einer Weise, die erweiterte Funktionen aufrechterhält
• LED-Last zieht Ströme, die Belastungen erzeugen, die über die Nennleistung des Dimmers hinausgehen

Empfehlungen

Der Bericht enthält mehrere Empfehlungen für die erfolgreiche Implementierung von LED-Dimmfunktionen:

Kenne deine Optionen

• Bestimmen Sie, ob das LED-Produkt eine Lampe oder eine Leuchte ist
  • Lampen: Typischerweise Retrofit mit Standardfassung, auf Phasenanschnittsteuerung beschränkt
  • Leuchten: Oft verfügbar sind Treiberoptionen mit verschiedenen Steuerungsmöglichkeiten
• Erwägen Sie Steuerungstechnologien, die Netzstrom und Steuersignal trennen
• Verwenden Sie nach Möglichkeit einen Phasenanschnittdimmer mit Neutralleiter
• Erwägen Sie den Einsatz von Dimmsteuerungen, die speziell für LED-Quellen entwickelt wurden

Nutzen Sie die verfügbaren Informationen

• Recherchieren Sie die konstruktiv spezifizierten Dimmleistungseigenschaften von LED-Quellen
• Suchen Sie nach empfohlenen Richtlinien zur Auswahl von Dimmsteuerungen
• Achten Sie auf spezifische Marken-/Modell-Empfehlungen
• Beachten Sie Dimmbarkeitsanforderungen (max./min. Anzahl LED-Quellen pro Regler)

Stellen Sie die richtigen Fragen

• Was sind die Dimming-Transferfunktionen?
• Implementiert der LED-Treiber CCR oder PWM?
• Was ist die PWM-Dimmfrequenz?
• Variiert die Dimmleistung bei verschiedenen Eingangsspannungen?
• Wurde die LED-Lichtquelle auf Flackern und Stromqualität über den Dimmbereich hinweg bewertet?
• Benötigt der Dimmer einen Neutralleiter oder einen Trimm-Einstellung?

Trade-offs abwägen

• Anwendungsanforderungen versus -wünsche
  • Wie wichtig ist Flackern tatsächlich?
  • Welche Bedeutung hat die Stromqualität?
• Option 1: Ausschließlich LED-Quellen und Phasenanschnittsdimmer mit definierter Kompatibilität verwenden
• Option 2: Installationen mit allen vorgesehenen Komponenten im Voraus testweise aufbauen

Risiko analysieren

• Häufige "Lösungen" für Kompatibilitätsprobleme:
  • LED-Lichtquelle, Treiber oder Dimmersteuerung austauschen
  • Glühlampen oder Blindleistungen hinzufügen
  • Neutralleiter hinzufügen
• Oft gibt es keine guten Lösungen, sobald Produkte installiert sind
• Erstellen Sie einen Plan, BEVOR Produkte bestellt und installiert werden