Licht-Tipp

Flimmern bei LED-Leuchten: Muss das wirklich sein?

07.01.15 | Autor / Redakteur: Paul Scheidt * / Hendrik Härter

Bild 1: Berechnung von Flimmeranteil und Flimmerindex gemäß dem Standard RP-16-10 der Illumination Engineering Society (IES). Das Verfahren berücksichtigt allerdings nur zwei der sechs Faktoren, welche die Flimmerfusionsfrequenz beeinflussen.
Bild 1: Berechnung von Flimmeranteil und Flimmerindex gemäß dem Standard RP-16-10 der Illumination Engineering Society (IES). Das Verfahren berücksichtigt allerdings nur zwei der sechs Faktoren, welche die Flimmerfusionsfrequenz beeinflussen. (Cree)

Fast alle mit Wechselstrom betriebenen Lichtquellen weisen eine periodische Modulation in Form von Flimmern auf.

Ein Test mehrerer Leuchten mit Festkörperlichtquellen zeigt, wie stark verschiedene Typen der Leuchten flimmern und welche Maßnahmen von Leuchtendesignern ergriffen werden können, um das Phänomen zu vermeiden. Die Illuminating Engineering Society (IES) beschreibt im Standard RP-16-10 eine Methode, mit der sich die Auswirkungen flimmernder Lichtquellen quantifizieren lassen. Danach ist der Flimmeranteil ein relatives Maß für die zyklische Amplitudenveränderung der Lichtquelle, während der Flimmerindex die zyklische Veränderung unter Berücksichtigung der Form des Wellenverlaufs misst. In der folgenden Tabelle sind Flimmerindex und Flimmeranteil gängiger Beleuchtungstechniken aufgeführt.

Technik Flimmerindex Flimmeranteil
Spiral-Kompaktleuchtstofflampe 0,02 7,7
Vier-Röhren-Kompaktleuchtstofflampe
mit magnetischem Vorschaltgerät
0,11 37,0
T12-Leuchtstoffröhre mit
magnetischem Vorschaltgerät
0,07 28,4
Vier-Röhren-Kompaktleuchtstofflampe
mit elektronischem
Vorschaltgerät
0,00 1,8
25-W-Halogenlampe mit eingebautem
Vorschaltgerät CMH,PAR38
0,02 6,5
40-W-Halogenlampe R20 0,02 6,7
Halogenmetalldampflampe 0,16 52
Natriumdampflampe 0,30 95

Der Frequenzbereich ohne Flimmern wird Flimmerfusionsfrequenz oder Flimmerverschmelzungsfrequenz bezeichnet. Er hängt von folgenden Faktoren ab: Frequenz der Lichtmodulation, Amplitude der Lichtmodulation, der mittleren Lichtintensität, Wellenlänge, der Position auf der Netzhaut, an der die Stimulation stattfindet sowie dem Grad der Hell-Dunkel-Adaptation.

Flimmern wird bei Frequenzen unter 100 Hz bemerkt und ist ab 500 Hz unsichtbar. Allerdings gibt es keine einheitlichen Grenzwerte. Die Energy-Star-Vorgabe, die am 30. September 2014 in Kraft getreten ist, legt beispielsweise fest, dass der maximale Flimmeranteil und Flimmerindex angegeben werden müssen. Die Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies (ASSIST) wiederum betrachtet bei 100 Hz einen Flimmeranteil von mehr als 20% als nicht mehr akzeptabel, bei 120 Hz von über 30%.

Mit dem Servicepaket für Thermische, Elektrische, Mechanische, Photometrische und Optische Tests (TEMPO) von Cree Services wurden mehrere Hundert Festkörper-Leuchten (SSL) getestet. Im Mittelpunkt stand dabei die Welligkeitsfrequenz. Sie tritt am Ausgang der LED-Treiber auf und ist mit 120 Hz doppelt so hoch wie die Eingangsfrequenz von 60 Hz. Die folgende Tabelle zeigt die Treiber-Ausgangsfrequenz für die von Cree getesteten LED-Beleuchtungssysteme.

Treiberausgangs-
frequenz [Hertz]
Getestete
Anzahl
Prozentualer
Anteil [%]
100 26 25
120 41 40
>120 und <10.000 8 8
Gleichstrom 28 27
Gesamt 103 -

Wie sich das Flimmern minimieren lässt

Der Lichtstrom einer LED korreliert mit der Ausgangs-Wellenform des Treibers. Flimmern tritt auch bei der Pulsweitenmodulation (PWM) auf, die oft zum Dimmen von LEDs eingesetzt wird. Rund zwei Drittel der Produkte erzeugten beim Test Ausgangsstrom-Wellenformen mit 100 oder 120 Hz. Ein Viertel hatte Treiber, die unabhängig von der Eingangsspannung einen weichen, gefilterten Gleichstrom produzierten. Weniger als 8% wiesen Ausgangsfrequenzen zwischen 120 Hz und 10 kHz auf. Und bei rund 70% der mit 100 Hz und 120 Hz betriebenen Produkte war der Flimmeranteil akzeptabel.

In 4 Schritten die Kosten eines LED-Leuchtensystems senken

LED-Leuchtentipp

In 4 Schritten die Kosten eines LED-Leuchtensystems senken

15.10.14 - Leuchten mit LEDs sind nicht nur effizienter, sondern auch sparsamer. Doch wie lassen sich die Kosten bei einem LED-Leuchtensystem senken? Wir geben Ihnen 4 praktische Tipps. lesen

Um das Flimmern zu minimieren, sollte bei der Entwicklung eines Treibers die elektrische Kapazität am Treiberausgang erhöht werden. Dadurch wird die Welligkeitsstromkomponente herausgefiltert. Das geht jedoch zu Lasten der Systemzuverlässigkeit, vor allem dann, wenn minderwertige Kondensatoren verwendet werden. Bei vielen Anwendungen, etwa Retrofit-Lampen, ist es zudem wegen Platzmangels nicht möglich, die Kapazität aufzustocken.

In der dritten Tabelle ist die Schwankungsbreite des Flimmeranteils bei den von Cree getesteten LED-Beleuchtungssystemen und -Lampen aufgeführt.

Kategorienummer Kategoriebezeichnung Geteste
Anzahl
Minimaler
Flimmeranteil [%]
Maximaler
Flimmeranteil [%]
1 Lampe mit Schraubsockel 12 13,1 58
2 Leuchtstoffröhren-Retrofit 6 18,5 41
3 MR16/GU10 4 1,7 76
4 sonstige Lampen 3 2,8 6
5 Straßenbeleuchtung 10 1,1 97
6 Gewerbebeleuchtung
(High/Low Bay)
16 0,8 57
7 Lineare/Muldenleuchte 16 0,7 47
8 Deckenstrahler 13 1,2 77
9 sonstige Außenbeleuchtung 18 1,6 37
10 sonstige Innenbeleuchtung 4 0,8 37

Greift ein Entwickler zu einem Standard-Treiber, sollte er einen auswählen, der den Welligkeitsstrom am Treiberausgang minimiert. Nötigenfalls muss der Designer Daten zum Welligkeitsgrad beim Treiberhersteller einholen. Ursachen von Flimmern können zudem Kompatibilitätsprobleme mit Dimm- und Steuerschaltkreisen sein. Daher ist es wichtig, die Kompatibilität dieser Komponenten zu überprüfen. Ein unregelmäßiges Flimmern ist außerdem möglicherweise auf lose Kabel- und Steckverbindungen zurückzuführen. Eine weitere potenzielle Fehlerquelle ist die Stromversorgung. Sie kann Stromschwankungen hervorrufen.

* Paul Scheidt ist bei Cree für das Produktmarketing der LED-Komponenten verantwortlich.

Kommentar zu diesem Artikel abgeben
man kann auch bei Wechselstrom-gespeisten LED-Leuchten das Flackern zu 100% eliminieren, aber das...  lesen
posted am 26.04.2016 um 00:47 von roby111

diese problematik scheint mir auf der ebene der grassierenden grenzwertitis angesiedelt zu...  lesen
posted am 25.04.2016 um 15:12 von Unregistriert

Hallo, die Flimmerproblematik im Allgemeinen haben wir seit mindestens 50 Jahren, seit es die...  lesen
posted am 18.09.2015 um 01:55 von Unregistriert


Mitdiskutieren

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 43119821 / LED & Optoelektronik)

Auch interessant

Rekordzahlen bei deutschen Marken und Patenten

Patentanmeldungen

Rekordzahlen bei deutschen Marken und Patenten

Deutsche Patent- und Markenanmeldungen erreichten im vergangenen Jahr erneut Rekordwerte. Im Jahr 2015 wurden 66. lesen

Analog IC Suchtool

Digitale Ausgabe kostenlos lesen

ELEKTRONIKPRAXIS 12/2016

ELEKTRONIKPRAXIS 12/2016

FPGA-basierte Systeme zeitgemäß entwickeln

Weitere Themen:

Embedded-Software-Strategie
String-PV-Anlagen sicher abschalten

zum ePaper

zum Heftarchiv

ELEKTRONIKPRAXIS 11/2016

ELEKTRONIKPRAXIS 11/2016

Gerätesteckverbinder für das THR- und SMT-Löten

Weitere Themen:

Stabilisierung des Traktionsnetzes
Hall-Sensoren im Automobilbau

zum ePaper

zum Heftarchiv