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Licht-Flicker bei der LED und was Entwickler beachten sollten

| Autor / Redakteur: Thomas Reichelt * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Bei der LED spielt die Qualität des Lichts eine wichtige Rolle. Lichtflimmern tritt dabei immer mehr ins Bewusstsein. Was versteht man darunter, wie lässt es sich messen und eventuell vermeiden? Ein Überblick.

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Qualität von Licht: Bei der Glühlampe hatte man nicht das Problem, dass diese flackert. Anders bei der LED: Der LED-Treiber ist ein entscheidendes Bauteil, das Einfluss auf Licht-Flicker hat.
Qualität von Licht: Bei der Glühlampe hatte man nicht das Problem, dass diese flackert. Anders bei der LED: Der LED-Treiber ist ein entscheidendes Bauteil, das Einfluss auf Licht-Flicker hat.
(Bild: ©fotomek - stock.adobe.com)

Nie wurde Lichtqualität so intensiv diskutiert. Das Thema beschäftigt Leuchtenhersteller, Lichtplaner und auch die Endanwender immer mehr. In den vergangenen Jahren, insbesondere seit Einführung der LED, steigen die Ansprüche an die Produkte zur Lichterzeugung. Anfänglich freute man sich über wesentlich höhere Lichtausbeuten gegenüber der Glühlampe, gefolgt von immer größerer Lebensdauer. Spätestens seit der Light and Building 2016 ist es die Zusammensetzung des Lichtspektrums, welches sich unter anderem in den Lichtparametern wie Farbtemperatur oder Farbwiedergabeindex ausdrückt. Ein Grund für die steigende Nachfrage nach mobilen Lichtspektrometern.

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Darüber hinaus spielt aber auch die Ansteuerung von LEDs eine große Rolle und hat laut Aussagen von Medizinern einen erheblichen Einfluss auf die Gesundheit der Menschen und Tiere, die sich diesem künstlichen Licht aussetzen. Auf diese Einschränkungen hatte bereits im Jahr 2013 der Verband Baubiologie hingewiesen. Lichtflimmern gewinnt immer größere Aufmerksamkeit. Im folgenden Text gehen wir auf folgende Inhalte im Detail ein:

  • Was unter Lichtflimmern zu verstehen ist,
  • die Besonderheiten, die sich für die LED-Beleuchtung ergeben,
  • Berechnung und Messung von Flickerindikatoren,
  • Grenzwerte von Flickerkenngrößen,
  • flickerfrei Dimmen,
  • Bedeutung für Industrie und Konsumenten und
  • Fazit.

Was man unter dem Begriff des Lichtflimmerns versteht

Konventionell wurde Licht mittels Stromfluss durch einen Glühdraht erzeugt. Ändert der Strom seine Stärke, wie es bei Wechselstrom mit einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz der Fall ist, so zeigt sich maximale Helligkeit, oder die lichttechnische Größe Leuchtdichte, immer bei maximaler Amplitude unabhängig von der Polarität. Somit gilt für einen Sinus mit 50 Hz, dass sich die Helligkeit 100 mal je Sekunde ändert. (= Flimmerfrequenz 100 Hz). Aufgrund der schnellen Änderung kühlt der Glühdraht jedoch in den Nulldurchgängen nicht vollständig ab. Es bleibt durch diese Trägheit durchgängig hell, jedoch entsteht eine überlagerte Lichtwelligkeit von ungefähr 15 bis 25 Prozent ganz abhängig von der Beschaffenheit und Temperatur des Glühdrahtes.

Lichtflimmern kennen wir schon immer. Mit Ausnahme beim Betrieb einer Glühlampe beispielsweise im Auto an einer 12-V-Batterie oder Taschenlampe. Dann ist das Licht vollkommen frei von Schwankungen und verhält sich wie das Sonnenlicht. Überlagert kann es jedoch auch durch Spannungsschwankungen zu kurzzeitigem Flackern von Licht führen. Das jedoch ist nicht unser Thema und wird hier nicht weiter betrachtet, da dessen Einflüsse unterschiedlich sein können und vor allem nicht periodisch. Meist wird der Begriff Flicker dem Begriff Flimmern gleichgesetzt. Einige Experten jedoch beziehen sich bei Flicker einzig allein auf die Spannungsänderungen im Stromnetz, wogegen Lichtflimmern eindeutig der optischen Seite der Lichterzeugung zugeordnet werden kann. Man spricht auch häufig von Lichtwelligkeit. Dabei ist Flicker nur der englische Begriff für Flimmern.

Flimmern auch bei der LED-Beleuchtung

Die LED ist ein Halbleiter und reagiert auf Strom- oder Spannungsschwankungen ohne jegliche Verzögerung. So gibt es sogenannte Hochvolt-LEDs, welche durch Reihenschaltung direkt am Netz mit 230 V betrieben werden können. Entsprechend zeigt sich maximales Flimmern. In der Regel werden zum Betrieb von Power-LEDs sogenannte Konstantstrom-Treiber eingesetzt. Das sind Betriebsgeräte, welche einen konstanten und somit kontrollierten Strom durch die LEDs sicherstellen. Diese Betriebsart ist erforderlich, da aufgrund der nichtlinearen Kennlinie einer LED, bei geringsten Spannungs- und Temperaturschwankungen der Betriebsstrom unkontrolliert ansteigen könnte und somit die LED zerstören würde.

Die Intensität von LED-Licht ändert sich sofort mit Stromschwankungen. Für den Betrieb von LEDs werden Konstantstromquellen eingesetzt. Was wollen wir also mehr? Konstanter Strom = Konstantes Licht und somit auch keine Lichtwelligkeit und kein Flimmern. Das Problem liegt im Detail. Zur Konstantstrom-Erzeugung gibt es viele mögliche elektronische Schaltungen, so beispielsweise Regelschaltungen, welche den aktuellen Strom messen und über Stellglieder nachregeln. Analogie: Sie schaffen es als Autofahrer auch nicht auf einer geraden Straße das Lenkrad absolut still zu halten. Spiel in der Lenkung etc. erfordern auch kontinuierliches Nachregeln.

Diese kleinen Korrekturen sorgen wiederum für geringe Schwankungen des angeblichen konstanten Stromes. In den Datenblättern finden Sie diese Angabe häufig unter der Bezeichnung „Ripple“. Gute elektronische Schaltungen in LED-Treibern liegen bei <3 Prozent. Hier haben sich insbesondere die LED-Treiber des Herstellers TCI hervorgetan. Beim Kauf von Leuchten oder Vorschaltgeräten von LED-Leuchten sollte man auf die auf Angaben zu Ripple oder Flickerfaktoren achten. Allerdings fehlen diese Angaben bei LED-Lampen in den meisten Fällen. Damit wären wir beim nächsten Punkt.

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