Dimmen von LED-Leuchten

Wenn der LED-Treiber auf einen Triac-Dimmer trifft

| Autor / Redakteur: Bianca Aichinger * / Hendrik Härter

Licht in der richtigen Dosis: Der LED-Treiber sollte auch mit einem Triac-Dimmer zusammen arbeiten können.
Licht in der richtigen Dosis: Der LED-Treiber sollte auch mit einem Triac-Dimmer zusammen arbeiten können. (Bild: Recom)

Mit einem Triac-Dimmer ließen sich Glühlampen problemlos dimmen, weshalb man sie in jedem Haushalt fand. Mit dem richtigen LED-Treiber muss man auch bei LEDs nicht auf Kompatibilität und EMV-Performance verzichten.

Während für den Betrieb einer Glühlampe eine Wechselspannung von 230 V notwendig ist, müssen Leuchtdioden (LED), als elektronische Bauteile, in der Regel mit niedriger Gleichspannung versorgt werden. Dazu sind spezielle LED-Treiber als Vorschaltgerät notwendig, die auf Zahl und Leistung der verwendeten LEDs abgestimmt sind. Ein LED-Treiber ist im Wesentlichen ein AC/DC-Vorschaltgerät und muss allen EMV-Richtlinien entsprechen, einschließlich der Vorgaben zu Leistungsfaktor und Oberschwingungen.

Der Powerfaktor beschreibt das Verhältnis zwischen Wirkleistung und Scheinleistung und zeigt so die Phasenverschiebung/Lastverteilung im Stromnetz. Eine Glühlampe ist eine ohmsche Last und der sinusförmige Strom aus dem Netz wird durch sie nicht verändert. Anders verhält sich das beim Einsatz von LED-Beleuchtungen. Da es sich bei LEDs um Halbleiter handelt, benötigen sie Gleichspannung.

Der LED-Treiber stellt durch Gleichrichten der Netzspannung und anschließendem Glätten mit einem großen Kondensators diese zur Verfügung. Der Kondensator wird bei jeder Halbwelle immer dann nachgeladen, wenn die Spannung am Kondensator unter die Spannung des Gleichrichters sinkt.

Das geschieht mit einem sehr kurzen, dafür aber umso höheren, pulsförmigen Strom. Das führt zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung und verursacht die von den Netzbetreibern unerwünschte Blindleistung, weil die aus dem Netz entnommene Mehrleistung vom einem Stromzähler nicht erfasst wird.

Das Grundprinzip der Power-Faktor-Korrektur

Jedes nicht sinusförmige Signal lässt sich auf eine Summierung mehrerer sinusförmiger Signale zurückführen. Durch eine Fourier-Analyse (FFT) lassen sich die verschiedenen Schwingungsanteile, die sogenannten Oberschwingungen, darstellen. Um zu verhindern, dass diese Oberschwingungen ins Netz reflektiert werden und es belasten, schreibt die EN61000-3-2 = Elektromagnetische Verträglichkeit – Grenzwerte für Oberschwingungsströme vor, dass Beleuchtungen mit einer Leistungsaufnahme von mehr als 25 W mit einem Powerfaktor von >0,9 ausgestattet sein müssen.

Dabei handelt es sich keinesfalls um eine LED-spezifische Norm, diese würde ebenso für Energiesparlampen gelten. Da aber kaum Energiesparlampen mit einer Leistung <25 W zu finden sind, werden diese damit aus der Verantwortung entlassen.

Das Grundprinzip (Bild 1) der aktiven Powerfactor-Korrektur = PFC beruht auf einem PWM-Controller zwischen Gleichrichter und Kondensator, welcher den Strom über ein PWM-Signal mit niedriger Frequenz ein- und ausschaltet. Dadurch wird eine zur Netzspannung relativ synchrone Stromentnahme erreicht, welche dem natürlichen Sinus sehr nahe kommt.

Ab 12 W serienmäßig mit aktiver Powerfactor-Korrektur

Auch wenn die Norm einen Powerfactor über 0,9 erst bei einer Leistung von über 25 W vorschreibt, so ist das auch bei kleineren Leistungen sinnvoll. Rechnet man mit 12 W pro Leuchte und das bei 10 Leuchten, so sind das 120 W. Die LED-Treiber des Herstellers Recom sind ab 12 W serienmäßig mit aktiver PFC ausgestattet.

Der gebräuchlichste Dimmer in Gebäuden ist der Phasenanschnitt-Dimmer. Vereinfacht benötigt man einen Triac = Triode for Alternating Current, welcher durch ein variables RC-Glied gezündet wird. Sobald der Strom durch den Triac unter den erforderlichen Haltestrom sinkt, schaltet der Triac wieder ab. Anschließend wiederholt sich der Vorgang in der nächsten Halbwelle. Jede Halbwelle des sinusförmigen Eingangssignals wird beschnitten. Je später der Triac zündet, desto weniger Leistung wird abgegeben und die Glühlampe wird dunkler.

LED-Treiber, wie der RACT20, limitieren den Phasenwinkel zwischen 60° und 150°, anstatt die volle 180° Halbwelle zu nutzen. Zwischen dem Nulldurchgang und 60° geschieht vorerst nichts, um eine stabile Synchronisation zu gewährleisten und Fehlzündungen zu vermeiden.

Bis 150° dimmt der LED-Treiber analog zur Erhöhung des Phasenwinkels. Hier liegt die natürliche Grenze, da bei 150°-Phasenwinkel nur noch rund 2 Prozent der Leistung zur Verfügung stehen, welche gerade noch ausreicht um die interne Elektronik des LED-Treibers zu versorgen. Danach geht der LED-Treiber bis zum nächsten Nulldurchgang in einen Standby-Modus.

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posted am 14.08.2017 um 23:45 von Unregistriert


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