Phasenanschnitt

Wie sich LED-Leuchten geschickt dimmen lassen

| Autor / Redakteur: Andrew Smith * / Hendrik Härter

Bild 1: Vereinfachtes Schaltbild eines Phasenanschnittsdimmers mit Löschglied. Es besteht aus LS und Cs.
Bild 1: Vereinfachtes Schaltbild eines Phasenanschnittsdimmers mit Löschglied. Es besteht aus LS und Cs. ( Power Integrations)

Das Dimmen einer LED ist nicht trivial. Im folgenden Beitrag zeigen wir unter anderem, welchen Einfluss das Wirkprinzip des Dimmers auf Dämpfungs- und Ableitglieder im LED-Schaltwandler hat.

Bei einer Glühlampe als idealer ohmscher Widerstand passen handelsübliche Dimmer. Allerdings sollen LED-Leuchtmittel gedimmt werden. Probleme beim Dimmen einer LED entstehen bei einem geringen Laststrom und eine schnelle Änderung des Lichtstroms bei kleiner Leistungsänderung.

Fast alle Dimmer arbeiten entweder nach dem Prinzip Phasenanschnitt oder dem Prinzip Phasenabschnitt. Beim Phasenanschnitt schaltet der Dimmer nach dem Nulldurchgang erst nach einer variablen Zeit ein und steuert so die Energie, die der Last zugeführt wird und damit die Helligkeit der Lampe. Auch Phasenabschnittsdimmer steuern die Energieübertragung über die Einschaltzeit, allerdings schalten sie jeweils beim Nulldurchgang ein und dann im Verlauf der Halbwelle irgendwann einmal ab.

Das Phasenanschnittverfahren lässt sich billiger umsetzen und ist daher weiter verbreitet. Allerdings erzeugt das Phasenabschnittverfahren weniger elektromagnetische Störungen und wird daher bevorzugt auf dem europäischen Markt und in Umgebungen, in denen es auf möglichst geringe Störungen ankommt, eingesetzt. Jedoch weiß der Durchschnittskunde nicht, nach welchem Wirkprinzip sein Dimmer arbeitet.

Soll eine Glühlampe durch eine LED ersetzt werden, sollte die LED-Lampe daher mit beiden Arten von Dimmern zurechtkommen. Das Schaltelement in einem Phasenanschnittsdimmer ist normalerweise ein TRIAC, der prinzipiell anders funktioniert als ein bipolarer Transistor oder ein MOSFET. Wird ein TRIAC eingeschaltet, wofür der Laststrom einen bestimmten Wert überschreiten muss, bleibt er so lange leitend, bis der Haltestrom unterschritten wird. Der TRIAC wird gegen Überspannungen mit einem Löschkondensator Cs und vor Stromstößen beim Einschalten mit einer in Serie geschalteten Drossel Ls geschützt.

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Viele der heute installierten Dimmer arbeiten mit einer rein ohmschen Last, nämlich einer Glühlampe. Im Einschaltmoment ist diese Last sehr niederohmig, was den nötigen Einschaltstrom des TRIACs gewährleistet (IF>>IL). Der Strom fließt dann den Rest der Halbwelle bis zum nächsten Nulldurchgang weiter (IF > IH). Das Leuchten der Glühlampe folgt dem Verlauf der angeschnittenen Wechselstromkurve. Die Dimensionierung von LS und CS ist unkritisch; ihre Bauteilwerte unterscheiden sich bei verschiedenen Dimmern recht erheblich.

Eine LED-Last ist im Einschaltmoment hochohmig, der abgeforderte Strom unterschreitet möglicherweise den Mindeststrom des TRIACs, so dass der nicht sicher einschaltet. Daher werden in LED-Spannungswandler Schaltungen eingebaut, die eine Mindestlast gewährleistet. Das kann ein RC-Glied sein, das beim Einschalten der Spannung einen Stromimpuls verursacht. E

in LED-Wandler ist kein ohmscher Widerstand. Daher kommt die Eingangsschaltung aus Filter und Ladekondensator ins Schwingen, wenn sie mit einer angeschnittenen Spannung ansteuert werden. Die Amplitude der Schwingung wird vom Kondensator CS im Löschglied beeinflusst, hängt somit vom Typ des verwendeten Dimmers ab.

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Mit einer zusätzlichen Dämpfung wird das Schwingen verringert. Das kann ein Serienwiderstand sein. Allerdings kostet er Wirkungsgrad und erzeugt zusätzliche Wärme im Gehäuse. Daher wird der kleinstmögliche Widerstandswert im Eingang des LED-Wandlers verwendet, so dass der Strom gerade über dem Haltestrom bleibt.

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posted am 07.01.2015 um 14:31 von stahlwo

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posted am 19.12.2014 um 10:41 von Unregistriert


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