LEDs dimmen

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Wie kann man LEDs dimmen?

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

Teil 1: Theorie

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

PWM-Regelung
Die Abkürzung PWM im Zusammenhang elektrischer Leistungsregelung steht für Pulsweitenmodulation. Diese Methode wird beispielsweise beim Dimmen von 12 oder 24V Modulen oder Lichtstreifen verwendet. Sie ist auch in RGB-Controllern verbaut.
Da sich LEDs nicht mit einer (siehe auch) Spannungsregelung dimmen lassen, bedient man sich eines technischen Kniffes, mit dem man auch Leistung (ausgedrückt in Watt) regeln kann: dem Faktor Zeit. Dabei schaltet man den Verbraucher einfach fortwährend komplett ein und wieder aus. Das zeitliche Verhältnis zwischen eingeschalteten und den ausgeschalteten Phasen bestimmt die Leistung.

Würde man beispielsweise seinen Elektroherd im Minutentakt ein- und wieder ausschalten, würde man die Leistung der Kochplatte genau um die Hälfe reduzieren. Verkürzt man die Pausen, also die Ausschalt-Phasen, so würde man die Leistung entsprechend proportional steigern. Reduziert man die Pausen auf Null, lässt sie also ganz wegfallen, wäre die Leistung wieder 100%., denn unser Herd wäre ja jetzt nur eines: eingeschaltet. Umgekehrt geht es auch, möchte ich die Leistung auf Null reduzieren, schalte ich einfach ab.
 

Genauso funktioniert eine PWM-Regelung für LEDs - nur schneller. Damit das menschliche Auge die Schaltprozesse nicht wahrnehmen kann, lässt man sie einfach mit hoher Geschwindigkeit ablaufen, es kommen mehrere hundert Schaltvorgänge pro Sekunde zum Einsatz. Jetzt sind wir nicht mehr in der Lage die einzelnen zeitlichen Abläufe zu erkennen, dieser Effekt wird zum Beispiel bei jeder Kinovorführung eingesetzt, wo eine schnelle Abfolge von Einzelbildern in unserem Kopf zu einer Bewegung verschmelzen - wirklich bewegen tut sich in einem Filmbild also eigentlich gar nichts.
PWM Dimmer bringen den Vorteil mit, wenig Verluste zu haben, sie erwärmen sich so gut wie nicht, da sie keine Energie verschwenden, sondern diese lediglich dosieren. Man könnte dies mit dem Schalter am Herd vergleichen, nicht der Schalter wird warm sondern nur unsere Kochplatte.
Nachteil der Methode ist, dass man die Schaltvorgänge u. U. doch wahrnehmen kann und beispielsweise bei Blickwinkelwechsel ein „Blitzen“ erscheinen kann. Diesen Effekt nehme ich beispielsweise nachts auf der Autobahn bei LED-Rücklichtern verschiedener Fahrzeuge wahr. Allerdings reagieren Menschen unterschiedlich auf dieses Phänomen, nicht jedem fällt dieser Effekt überhaupt auf.
 

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 große Vorteil an dieser Technologie ist, das dabei der Stromfluss konstant läuft und nicht unterbrochen wird. Auch im gedimmten Zustand gibt es also kein „Flackern“ der Leuchte.
Mehr zum Thema unter LEDs mit Konstantstrom im Abschnitt „Dimmen“.

Spannungs-Regelung - nichts für LEDs
Nimmt man einer Glühlampe langsam ihre Spannung in Volt (V) weg, so wird diese problemlos allmählich dunkler. 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. Nimmt man einer LED allmählich die Spannung in Volt weg, erreicht man sehr schnell einen Punkt, an dem überhaupt kein Strom mehr fließt, die LED ist also abrupt dunkel.
Wichtig: LEDs haben zwar auch eine sogenannte Vorwärtsspannung, aber dieser Wert bezieht sich auf einen optimalen Arbeitspunkt bei korrektem Stromfluss und darf nicht verwechselt werden mit einer Betriebsspannung, so einen Wert wie bei der Glühlampe gibt es bei der LED nicht.
Der oben erwähnte 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 irgendwie geregelt werden, sonst zerstört man die LED. Die einfachste Stromregelung stellt übrigens 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.
 

Weiße oder einfarbige LED-Stripes oder Module 12 oder 24 Volt (1-Kanal PWM)
Diese Module werden am besten mit einer (siehe oben) PWM-Regelung gedimmt. Dazu muss der Dimmer zwischen dem Festspannungs-Netzteil und den LED-Modulen geschaltet werden.

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. Dabei verbraucht der Dimmer für sich selbst nur minimal Strom, korrekt ausgedrückt Leistung. Diese, sagen wir 1-3 Watt, muss das Netzteil neben der Hauptaufgabe die LEDs zu betreiben aber 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 Modul der Eingang des Dimmers auch nur an eine 12 Volt Versorgungsspannung angeschlossen werden darf und analog dazu ein 24 Volt LED Modul der Dimmer auch nur an eine 24 Volt Eingangsspannung angeschlossen werden darf. 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-Stripes oder Module 12 oder 24 Volt (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-Flexstripes handelt es sich um drei zusammengefasste, 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.
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 LED-Stripes oder Module 12 oder 24 Volt (4-Kanal PWM)
Hier gilt das Gleiche wie für die zuvor beschriebenen RGB -Module, nur mit dem Unterschied, dass ein weiterer, vierter Kanal (W=Weiß) im Controller hinzukommt.

Hochvolt LED-Leuchtmittel, dimmbar (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.

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Text: Volker Schulz
Mehr zum Lernen gibt es unter Fachwissen
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