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Warum flackern LED-Beleuchtungen?

Gründe und Lösungen

4. Juli 2016, 13:55 Uhr | Andrea Gillhuber

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Das Design ist entscheidend

Power Integrations (PI) hat einen Baustein entwickelt, mit dem die Herausforderungen von LED-Ansteuerung und TRIAC-Kompatibilität bewältigt werden können. Bild 3 enthält die schematische Darstellung des TRIAC-dimmbaren 14-W-LED-Treibers von PI.

Auf Basis des Bausteines LNK406EG (U1) der LinkSwitch-PH-Familie von PI implementiert der Controller sowohl eine aktive Leistungsfaktorkorrektur als auch einen Konstantstromausgang in einer Stufe. Das Bauteil bietet die Option, den Dimm-Modus ein- oder auszuschalten. Für TRIAC-Phasendimmer-Anwendungen werden ein Programmierwiderstand (R₄) am Referenz-Pin und 4 MΩ (R₂ + R₃) am Spannungsmonitor-Pin genutzt, um eine lineare Beziehung zwischen Eingangsspannung und Ausgangsstrom herzustellen und den Dimmbereich zu maximieren.

Dauerstrombetrieb bietet zwei wesentliche Vorteile: geringere Leitungsverluste und eine niedrigere EMV-Signatur, die die Nutzung eines kleineren EMV-Filters am Eingang gestatten. Der integrierte Jitter in der Schaltfrequenz des Hochspannungsleistungs-MOSFET reduziert die Filteranforderungen bei der LinkSwitch-PH-Familie weiter. Ein kleineres EMV-Filter am Eingang hat eine niedrigere reaktive Impedanz der Treiberschaltung zur Folge, wodurch ein deutlich reduziertes Eingangsrauschen erreicht wird. Bei dimmbaren Anwendungen sorgen zusätzliche aktive Dämpfungs- und Ableitschaltungen für einen flackerfreien Betrieb über einen großen Dimmbereich.

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Neben der Frequenz ist der Modulationsgrad ein weiterer Faktor, der das wahrgenommene Flackern beeinflusst. Der Modulationsgrad ist als (L_max – L_min)/(L_max + L_min) definiert, wobei L die Leuchtdichte ist. Je geringer der Modulationsgrad, desto geringer der Effekt, wie eine Studie von Wilkins et al. [2] belegt.

LED-Beleuchtungen selbst flackern nicht, wenn sie mit stabilem Gleichstrom betrieben werden. Allerdings kann ein Flackern durch die Eigenschaften der LED-Treiber oder Stromversorgung entstehen. Der Ausgang eines Schaltnetzteils (SMPS) enthält niederfrequente harmonische Ströme und hochfrequentes Rauschen/Welligkeit. Eine große Welligkeit und ein inkonsistenter Sägezahnstrom führen zu flackerndem Licht.

Für die einzige aktive Leistungsfaktorkorrektur-Topologie, die allgemein in SMPS verwendet wird, muss die Reaktion der Leistungsrückkopplungsschleife langsam sein, um eine geringe harmonische Verzerrung zu erhalten. Doch dies führt auch zu flackerndem Licht. Daher wird ein Schaltkreis mit negativer Rückkopplung erforderlich, um diese Signale zu eliminieren.

Eine geeignete Gegenkopplungsschaltung kann über eine Operationsverstärker-Rückkopplung per Optokoppler auf den Schaltkreis zur Leistungsfaktorkorrektur realisiert werden, um den MOSFET zeitgerecht zu steuern (Bild 4). Bei steigender Last reagiert der MOSFET dann sofort, um eine konsistente Ausgangsspannung während des gesamten Arbeitszyklus zu erreichen.

Kee Yean Ng, Worldwide Product Marketing Manager bei Avago Technologies, merkt an: „Unserer Meinung nach ist Flackern bei einer gut konstruierten Leuchte heute kein Thema mehr.“