Warum flackern LED-Beleuchtungen? Gründe und Lösungen

Gründe für das Flackern von LED-Beleuchtungen: Schluss mit flackernden Lichtern
Gründe für das Flackern von LED-Beleuchtungen: Schluss mit flackernden Lichtern

Da LED-Beleuchtung mittlerweile als Standardtechnologie gilt, wächst das Bestreben, Glüh- und Leuchtstofflampen zu -ersetzen. Die flackerfreie Ausgangssteuerung kann sich jedoch gerade bei Beleuchtungsanwendungen im Innen- und Außenbereich als schwierig erweisen.

Das Dimmen von LED-Beleuchtungen wirft einige Probleme auf. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit einer der häufigsten Design-Herausforderungen, der Dimmung von LED-Beleuchtungen mit Hilfe von TRIACs. Dazu werden verschiedene Lösungen erörtert, ausgehend von den Problemen, die sich durch TRIACs in LED-Beleuchtungsanwendungen ergeben.

Warum flackern LED-Beleuchtungen?

Versuche, LED-Lampen mit herkömmlichen TRIACs zu dimmen, haben zu einer Reihe von Problemen geführt; häufig trat ein Flackern der Beleuchtung und andere unerwünschte Verhaltensweisen auf. Um den Grund hierfür zu verstehen, sind zunächst einige Erklärungen zur Funktionsweise von TRIAC-Reglern erforderlich.

In einem typischen TRIAC-Regler (Bild 1) wird das Potenziometer R2 verwendet, um den Phasenwinkel des TRIAC einzustellen, der auf jeder führenden Wechselspannungsflanke auslöst, sobald UC2 die Kippspannung des DIAC übersteigt. Fällt der TRIAC-Strom unter seinen Haltestrom IH, schaltet der TRIAC ab und erst im nächsten Halbzyklus wieder ein, wenn C2 aufgeladen ist. Die Spannung über und der Strom durch die Glühwendel ist eine Funktion des Phasenwinkels des Dimmsignals, das von annähernd 0 bis 180° variieren kann.

Entwicklungs-Herausforderungen

Zur Dimmung einer LED-Lampe muss ihre Spannungsversorgung den variablen Phasenwinkelausgang des TRIAC interpretieren, um die Konstantstromansteuerung der LED monoton anzupassen. Dabei kann es zu Problemen wie Flackern, langsamem Einschalten, einer ungleichmäßigen Ausleuchtung oder Blinken während der Helligkeitseinstellung kommen. Außerdem sind Aspekte wie Abweichungen zwischen den einzelnen Einheiten und unerwünschte hörbare Geräusche denkbar.

Wenn der TRIAC zündet, wird die Netzspannung in diesem Moment fast augenblicklich auf den LC-Eingangsfilter der Stromversorgung der LED-Lampe geführt, was ein Klingeln nach sich zieht (Bild 2). Fällt der Strom durch den Dimmer während dieses Klingelns unter den TRIAC-Zündstrom, leitet der TRIAC nicht mehr. Die Triggerschaltung des TRIAC lädt wieder auf und startet den Dimmer erneut. Dieses fehlerhafte wiederholte Starten des TRIAC kann zu Geräuschentwicklung und Flackern der LED-Lampe führen. EMV-Filter am Eingang helfen bei der Minimierung dieses unerwünschten Klingelns.

Am gravierendsten macht sich Klingeln bei einem Phasenwinkel von 90° und bei hohen Netzspannungen bemerkbar. Wenn tiefes Dimmen erforderlich ist (Phasenwinkel von annähernd 180°) und eine niedrige Netzspannung vorliegt, kann es zum vorzeitigen Abschalten kommen.

Für ein zuverlässiges Dimmen auf geringe Helligkeiten muss der TRIAC monoton einschalten und bis zu einem Punkt eingeschaltet bleiben, an dem die AC-Spannung fast auf Null fällt. Der für die Leitung erforderliche Haltestrom liegt jedoch in der Regel in einem Bereich von 8 bis 40 mA. Bei LED-Lampen, die weniger als 10 % der Leistung einer äquivalenten Glühlampe aufnehmen, kann der Strom leicht unter den Haltestrom des TRIAC fallen, wodurch dieser vorzeitig ausschaltet. Daraufhin kann wiederum der Dimmbereich eingeschränkt werden, was ebenfalls ein Flackern verursacht.

Eine Reihe weiterer Probleme führt zu Herausforderungen bei der Gestaltung einer Stromversorgung für LED-Beleuchtungen. Die Spezifikationen von Energy Star [1] für Festkörper-Leuchten erfordern einen Leistungsfaktor von mindestens 0,9 für gewerbliche und industrielle Anwendungen. Strenge Anforderungen an Wirkungsgrad, Ausgangsstrom-Toleranz und EMV müssen erfüllt werden, und die Stromversorgung muss im Falle eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung der LED-Last sicher reagieren.