LEDs dimmen

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Wie kann man LEDs dimmen?

LEDs lassen sich problemlos in der Helligkeit regeln, also Dimmen!
Hiervon ausgenommen sind lediglich nicht dimmbare LED Leuchtmittel.

Teil 1: Theorie

Grundsätzlich kommen zwei ganz einfache Verfahren zur Anwendung: PWM-Regelung und Stromregelung.


 

PWM-Regelung
Die Abkürzung PWM steht für Pulsweitenmodulation. Damit lassen sich beispielsweise 12V oder 24V LED-Streifen sauber dimmen. Die Technik ist in nahezu allen LED-Controllern verbaut, egal ob für einfarbige oder bunte LED-Streifen.

Da sich LEDs sehr schlecht mit einer (siehe auch) Spannungsregelung dimmen lassen, verwendet man bei PWM einfach den Faktor Zeit. Dabei werden die LEDs einfach fortwährend komplett ein- oder ausgeschaltet. Das zeitliche Verhältnis zwischen eingeschalteten und den ausgeschalteten Phasen bestimmt die Leistung.

Wer beispielsweise seinen Elektroherd im Minutentakt ein- und wieder ausschaltet, würde die Leistung der Kochplatte genau um die Hälfte reduzieren! Verkürzt man die Pausen, also die Ausschalt-Phasen, so würde man die Leistung entsprechend proportional steigern. Reduziert man die Pausen auf Null, wäre die Leistung wieder 100%, denn unser Herd wäre ja wieder durchgehend eingeschaltet. Umgekehrt geht es auch, komplett abgeschaltet reduziere ich die Leistung auf Null.
 

Genauso funktioniert eine PWM-Regelung für LEDs - nur schneller. Damit das menschliche Auge die Schaltprozesse nicht wahrnehmen kann, erhöht man die Geschwindigkeit auf mehrere hundert bis tausend Schaltvorgänge pro Sekunde.
PWM Dimmer haben geringe Verluste, erwärmen sich so gut wie nicht und verschwenden keine Energie. Man könnte dies mit dem Schalter am Herd vergleichen, nicht der Schalter wird warm sondern eben nur die Kochplatte.
Nachteil der Methode ist, bei zu niedrigen Frequenzen kann man die Schaltvorgänge evtl. doch wahrnehmen. Bei einem Blickwinkelwechsel kann ein „Blitzen“ erscheinen oder die LEDs flackern. Diesen Effekt nehme ich beispielsweise nachts auf der Autobahn bei einigen LED-Rücklichtern verschiedener Fahrzeuge wahr. Manchen Menschen fällt dieser Effekt aber nicht auf. Die LED-Dimmer in unserem Shop arbeiten aber mit ausreichend hohen Frequenzen und der Effekt bleibt unsichtbar.

Nebenbei bemerkt, die Industrie arbeitet gerade an einem Messwert, nennt sich vermutlich einmal „Flickerindex“, welcher in Zukunft helfen soll flackernde LED-Leuchten schon anhand der technischen Daten zu erkennen.

Strom-Regelung
Eine nicht ganz so verbreitete Möglichkeit LEDs zu Dimmen ist, den Stromfluss, gemessen in Ampere (A), zu regeln. Dabei kontrolliert eine elektronische Schaltung genau die Menge an Strom, welche durch die LED fliesst. Reduziert man den Strom, so reduziert man auch die Leistung, die LED wird dunkler. Der Vorteil an dieser Technologie ist, das dabei der Stromfluss nahezu konstant läuft und nicht unterbrochen wird. Auch im gedimmten Zustand gibt es also fast kein flickern mehr.
Mehr zum Thema unter LEDs mit Konstantstrom im Abschnitt „Dimmen“.

Spannungs-Regelung - nichts für LEDs
Glühlampe lassen sich einfach über die Spannung in Volt (V) problemlos regeln. Eine Glühbirne mit 12V Nennspannung leuchtet also auch mit 8V, eben nur nicht so hell.
Bei LEDs klappt diese Vorgehensweise hingegen gar nicht gut. Da eine Leuchtdiode aus einem Halbleiterkristall besteht, verhält sie sich elektrisch gesehen vollkommen anders, als die Glühbirne. Sinkt die Spannung an einer LED, erreicht man sehr schnell den Punkt, an dem überhaupt kein Strom mehr fließt und die LED erlischt.
Wichtig: Die Spannungsangabe in Volt einer LEDs ist nicht zu verwechseln mit der Betriebspannung einer Glühlampe, gemeint ist hier die Vorwärtsspannung bei optimalen Stromfluss durch die LED.
Der korrekte Stromfluss stellt sich an einer LED nicht von alleine ein, man kann also eine LED nicht einfach an eine Spannungsquelle anschliessen. Der Stromfluss muss geregelt werden, sonst zerstört man die LED. Die einfachste Stromregelung stellt ein Vorwiderstand dar.

Teil 2: Praktischer Einsatz


Wer sich den oben stehenden Theorie-Teil durchgelesen hat, wird besser verstehen können, wie Lösungen zum Dimmen von LEDs aussehen können und was aber auch im Gegensatz dazu nicht funktioniert. Dazu gehört leider auch, dass gerade der klassische Dimmer aus der guten alten Glühlampenzeit oft ungeeignet ist oder zumindest Probleme bereitet. Aber, zum Glück gibt es für fast alle Anwendungsfälle auch Lösungen, was ich hier gerne näher beleuchten möchte.


 

Einfarbige LED-Streifen mit 12 oder 24 Volt dimmen (1-Kanal PWM)
Diese LEDs werden am besten mit einer (siehe oben) PWM-Regelung gedimmt. Man erkennt passende LED-Produkte an den Widerständen vor den LEDs, nahezu alle LED-Streifen sind so aufgebaut. Der Dimmer wird dazu immer zwischen Netzteil und LEDs geschaltet! Dazu haben wir auch Beispiel-Schaltpläne

Wir führen eine große Auswahl an PWM-Dimmern, beispielsweise einfach mit Drehknopf, als Funk-Dimmer, oder für den Anschluss von einer oder mehreren Tasten zur Bedienung. Fast alle diese Dimmer akzeptieren Betriebsspannungen zwischen 12 bis 24 Volt, manche sogar bis 36 Volt. Dabei verbraucht der Dimmer für sich selbst nur minimal Leistung. Etwa 3-5 Watt muss das Netzteil neben seiner Hauptaufgabe die LEDs zu betreiben also auch zur Verfügung stellen.
Der PWM-Dimmer reicht die eingegebene Spannung zum Ausgang an die LED-Module einfach durch, also Eingangsspannung = Ausgangsspannung. Daher muss man unbedingt beachten, dass bei einem 12 Volt LED-Streifen am Eingang des Dimmers auch nur 12 Volt angeschlossen werden darf und analog dazu ein 24 Volt LED-Streifen der Dimmer mit 24 Volt betrieben werden muß. Dem Dimmer ist es sozusagen „egal“ wie er innerhalb seines Spannungs-Arbeitsbereiches (in V) betrieben wird, den LED-Modulen aber nicht. Diese benötigen exakt ihre vorgegebene Spannung. PWM Dimmer regeln ohne Probleme Lichtquellen sauber von 0-100%.

Bild: Bei LED-Modulen mit fester Spannung wird der PWM-Dimmer sekundär zwischen Netzteil und LED-Leuchte geschaltet.

PWM-Dimmer bieten wir in vielen verschiedenen Ausführungen an: im Gehäuse mit Drehknopf, als Wandbedienteil für Schalterdose oder als Gespann von Funkfernbedienung und Empfänger - Funk-Controller genannt.
Wir bieten auch Netzteile mit 1-10V Schnittstelle und integrierten PWM-Dimmern an, hier ist also Netzteil und Dimmer in einem Gehäuse untergebracht, dies ist aber nur für einfarbige LED-Leuchten sinnvoll.

Mittlerweile bieten wir auch Lösungen mit dimmbaren Netzteil an, welches direkt an einen 230 V Dimmer angeschlossen werden kann. Bei diesen Netzteilen kann es aber Nachteile geben, nicht alle lassen Sie sich nicht komplett runter regeln und umfassen nur ein Regelbereich von beispielsweise 50-100 %. Auch ist zu prüfen, ob der gewünschte Dimmer mit dem Netzteil harmoniert.
Für diesen Sonderwunsch „normalen 230V-Dimmer verwenden“ gibt es aber auch eine weitere Lösung: ein Dimmer-Adapter zwischen 230V Dimmer und Netzteil und Leuchtmodul - ebenfalls hier im Shop erhältlich.

RGB LED-Streifen dimmen (3-Kanal PWM)
Für diese mehrfarbigen Leuchtmodule gilt das gleiche wie für die einfarbigen Module zuvor beschrieben. Zum Einsatz kommen wieder PWM-Regelungen.
Zum weiteren Verständnis aber hier zur Erklärung, bei RGB-Modulen oder RGB-LED-Streifen beinhalten drei voneinander getrennt ansteuerbare Lichtkreise, jeweils in den Grundfarben Rot, Grün und Blau. Dem entsprechend finden sich in einem RGB -Controller auch dazu drei PWM-Endstufen. Farbmischungen und Dimmen der gewünschten Farben generiert der Controller, in dem er einfach die drei Grundfarben verschieden stark mischt. Jedes Smartphone-Display funktioniert so.
Bei RGB -Lichtlösungen werde ich oft gefragt, „kann man das auch Dimmen?“. Nun, eigentlich ist die Frage etwas falsch gestellt, denn RGB Module lassen sich auf jeden Fall immer dimmen. Man muss vielmehr fragen, ob der RGB-Controller dies auch kann. Dieses Ansteuerelement für RGB-Module beinhaltet zwar schon drei voneinander unabhängige Dimmer, aber entscheidend ist der Funktionsumfang des Controllers. Ob man also eine RGB-Modul (oder Flexstripe, etc.) dimmen kann, ist also ein Ausstattungsmerkmal des Controllers.
Die meisten Controller beherrschen aber diese Funktionen:
Farben wählen, Helligkeit regeln (dimmen) und automatische Programmabläufe (Farbwechsel).
Zusätzlich lässt sich bei einigen Geräten beim Farbwechsel noch Helligkeit und / oder die Geschwindigkeit regeln.
Es ist also entscheidend sich über den Funktionsumfang des Controllers zu informieren, um das richtige Produkt zu finden.
 

RGBW oder RGB-TW LED-Streifen dimmen (4- oder 5-Kanal PWM)
Hier gilt das Gleiche wie für die zuvor beschriebenen RGB -Module, nur mit dem Unterschied, dass ein weiterer, vierter Kanal (W=Weiß) oder fünfter (Tuneable-White) am Controller hinzukommt.

Hochvolt LED-Leuchtmittel dimmen (230V Dimmer)
Speziell dafür vorgesehene Leuchtmittel dürfen direkt an 230V-Dimmer angeschlossen werden. Leider führt dies immer wieder zu Problemen. Entweder sind Dimmer und Leuchtmittel inkompatibel oder oft werden auch die Mindestlasten nicht erreicht. Auch ist die Dimm-Kurve oft nicht linear und man erreicht oft nur eine Regelung von nur etwa 10-100 %, was bedeutet, dass man in der unteren Helligkeitseinstellung zwischen der Einstellung „ziemlich dunkel“ bis zu „komplett dunkel“ einen kleinen Sprung hinnehmen muss.
In der Regel bekommt man aber so etwas mit einigen Tricks zum laufen! In den meisten Fällen funktioniert ein Phasenabschnittsdimmer ohne Mindestlast. Ohne Mindestlast bedeutet, man muss an den Dimmer Lasten anschliessen dürfen von 0 Watt an aufwärts.
Der zweite hilfreiche Tipp besteht darin, dass LED-Leuchtmittel in der Regel keine ausreichende Last darstellen, sie verbrauchen zwar Strom, aber für den Dimmer fehlt eine kontinuierliche ohmsche Last, damit dieser überhaupt sauber regeln kann. In diesem Fall flackern die Leuchtmittel und lassen sich scheinbar gar nicht regeln. Dieses Problem lässt sich fast immer durch ein Grundlastelement lösen, hier im Shop erhältlich!

Mittlerweile bieten auch alle namhaften Hersteller, wie Merten, Busch Jaeger, Eltako usw., auch spezielle Dimmer mit dem Zusatz „LED“ an, welche für LED-Leuchtmittel optimiert sind.

Text: Volker Schulz
Mehr zum Lernen gibt es unter Fachwissen
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