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Power Integrations stellt IC zur simplen und wirksamen Problemlösung vor

Flimmerfreies Dimmen von LEDs

16. März 2011, 13:43 Uhr | Willem Ongena

Mit dem integrierten Baustein LNK406EG lässt sich mit sehr wenigen externen Komponenten ein effizienter 14-W-LED-Treiber aufbauen, der auch an Standard-TRIAC-Wechselspannungsdimmern neuester Bauart mit hohem Dimmbereich arbeitet und einen Leistungsfaktor von mehr als 0,9 erreicht.

Zwar liegen LED-Lampen als Glühlampenersatz voll im Trend, jedoch haben sie einen Haken: LED-Lampen sind schwierig zu dimmen, weil Konstantstromtreiber den phasenangeschnittenen Wechselstrom nicht als solchen interpretieren können. Ein Baustein von Power Integrations löst das Problem.

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Glühlampen lassen sich einfach dimmen: Man braucht dafür nur einen TRIAC-Dimmer neuester Bauart. Diese sind preiswert. Deshalb werden diese Dimmer überall eingesetzt. LED-Lösungen können deshalb als Glühlampenersatz nur dann am Markt erfolgreich sein, wenn sie problemlos mit herkömmlichen Dimmern zusammenspielen und keine Änderungen an der Elektroinstallation erfordern.

Dass Glühlampen sich sehr einfach dimmen lassen, verdanken sie zudem (und ironischerweise) ihrem geringen Wirkungsgrad, einer Folge der geringen Wandlungseffizienz eines Glühfadens, der zur Weißglut getrieben wird. Die Wärmeträgheit des Glühfadens in einer Glühlampe »maskiert« gewissermaßen Instabilitäten oder Schwingungen, die vom Dimmer hervorgerufen werden. Und während eine Glühlampe im Betrieb mit ihrer Nennleistung schon sehr ineffizient ist, sinkt die Effizienz beim Dimmen noch weiter: Bei einer Senkung des Lichtstroms um beispielsweise 90 Prozent sinkt die Stromaufnahme bei weitem nicht um 90 Prozent: Sie wird nicht einmal halbiert! Bei LEDs liegt das ganz anders: Deren Wirkungsgrad steigt üblicherweise sogar wenn ihr Betriebsstrom sinkt!

Gerade bei LEDs ist Dimmen also auch aus energiewirtschaftlicher Sicht ein erstrebenswertes Ziel. Jedoch: Bei Versuchen, LED-Lampen zu dimmen, treten erfahrungsgenmäß diverse Probleme auf, die oft zu Flimmern und anderen unerwünschten Erscheinungen führten. Um zu verstehen, warum das so ist, muss man wissen, wie TRIAC-Dimmer funktionieren, wie sich LED-Lampen verhalten und wie die beiden Komponenten miteinander wechselwirken.

Der TRIAC in der abgebildeten TRIAC-Dimmerschaltung schaltet durch, sobald die Spannung VC₂ die Durchbruchspannung des DIACs erreicht. Mit dem Potentiometer R₂ wird eingestellt, bei welchem Phasenwinkel der Netzspannung dies geschieht. Wenn der TRIAC-Strom unter den Haltestrom abfällt, schaltet der TRIAC ab und muss warten, bis die Spannung über C₂ im nächsten Halbzyklus wieder die Durchbruchspannung des DIACs erreicht. Die Spannung über dem Glühfaden und damit der Strom durch den Glühfaden ist eine Funktion des Phasenwinkels des Dimm-Signals; dieser kann zwischen fast Null und 180° variieren.

Eine LED-Lampe, die als Glühlampenersatz vorgesehen ist, enthält in der Regel ein LED-Array, das eine gleichmäßig leuchtende Fläche bildet. Die LEDs sind in Serie geschaltet. Die Helligkeit einer LED ist eine Funktion des Betriebsstroms; der Spannungsabfall über der LED beträgt etwa 3,4 V und kann von 2,8 V bis 4,2 V variieren. Die LED-Kette sollte durch eine Konstantstromquelle gespeist werden, und die Stromstärke sollte genau geregelt werden, damit benachbarte Lampen die gleiche Helligkeit aufweisen.