So dimmen Sie LED-Streifenlichter

Von Martin Wan

Aktualisiert: 7. Mai 2022

Beim Dimmen wird die Lichtleistung einer Lichtquelle variiert. Dies geschieht, um die Atmosphäre zu schaffen oder um Energie zu sparen, wenn die volle Lichtleistung nicht wirklich benötigt wird. Die meisten Dimmsysteme, die vor LEDs oder auch heute noch verwendet wurden, sind für Glühlampen konzipiert. Diese Systeme verwenden normalerweise Vorwärtsphasen- und Rückphasen-Dimmmethoden, bei denen der Dimmer den Wechselstrom-Netzeingang unterbricht oder zerhackt, um die in den Treiber eingespeiste Leistung zu reduzieren. Bei geringerer Eingangsleistung wird weniger Leistung an den Treiber abgegeben und die Helligkeit des Lichts verringert.

Die am häufigsten gehörten Dimm-Schlüsselwörter in der gewerblichen LED-Beleuchtung sind DMX, DALI, 0/1-10 V, Thyristor (TRIAC), WIFI, Bluetooth, RF und Zigbee. Dies sind die Eingangssignale des Dimmnetzteils. Die Auswahl unterschiedlicher Eingangssignale erfolgt vor allem unter Berücksichtigung der Umgebung (Installation, Verkabelung), Funktion, Kosten und Flexibilität einer späteren Erweiterung. Die Qualität des Dimmeffekts wird hauptsächlich durch die Ausgangsdimmmethode des Dimmnetzteils bestimmt, nicht durch die Eingangsdimmmethode.

Die Ausgangsdimmmethoden zum Dimmen der Stromversorgung werden hauptsächlich in zwei Arten unterteilt: Konstantstromreduzierung (CCR) und Pulsweitenmodulation (PWM) (auch als analoges Dimmen bekannt).

Inhaltsverzeichnis  Verstecken 

1 Zunächst eine Klarstellung: Eigentlich sind alle LED-Streifen dimmbar.

2 Was steuert die Helligkeit einer LED?

3 LED-Dimmmethoden

3.1 Pulsweitenmodulation (PWM)

3.1.1 Arbeitszyklus

3.1.2 Häufigkeit

3.2 Konstantstromreduktion (CCR)

3.3 DMX512-Dimmung

3.4 DALI-Dimmung

3,5 0/1–10 V Dimmung

3.6 TRIAC-Dimmung

3.7 RF-Dimmung

3,8 Bluetooth, WIFI, Zigbee-Dimmung

4 Abschließendes Fazit

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Zunächst eine Klarstellung: Eigentlich sind alle LED-Streifen dimmbar.

Wenn Sie gängige LED-Leuchten für den Haushalt kaufen, z. B. Glühbirnen im A-Stil, sehen Sie unter der Produktbeschreibung häufig die Angabe „NICHT DIMMBAR“. Einige LED-Lampen sind nicht dimmbar, da die elektrischen Schaltkreise im Inneren der LED-Lampe nicht dafür ausgelegt sind, das Dimmsignal eines Wanddimmers zu interpretieren, der wiederum für eine herkömmliche Glühlampe gedacht ist/war.

Andererseits sind LED-Streifen nicht für den direkten Anschluss an Hochspannung (z. B. eine 120-V-Wechselstromsteckdose) ausgelegt und benötigen ein Netzteil, um die höhere Wechselspannung in eine niedrigere Gleichspannung von 12 V oder 24 V umzuwandeln.

Handelt es sich also um einen Wanddimmer, muss dieser zunächst mit der Stromversorgung „sprechen“, bevor eine Dimmung am LED-Streifen erfolgen kann. Daher hängt die Frage „dimmbar/nicht dimmbar“ vom Netzteil ab und davon, ob dieses das vom Wanddimmer erzeugte Dimmsignal interpretieren kann.

Andererseits sind praktisch alle LED-Streifen (also der Streifen selbst) dimmbar. Mit dem entsprechenden elektrischen Gleichstromsignal (normalerweise PWM) kann die Helligkeit jedes LED-Streifens frei eingestellt werden.

Bitte beachten Sie, dass es im Allgemeinen zwei Arten von LED-Streifen auf dem Markt gibt: Konstantstrom und Konstantspannung. Ihre Anforderungen an die Stromversorgung zum Dimmen sind unterschiedlich. Bitte beachten Sie die folgende Tabelle:

Was steuert die Helligkeit einer LED?

Die Menge des durch eine LED fließenden Stroms bestimmt deren Lichtausbeute. Wenn wir uns die obige Grafik ansehen, werden wir sehen, dass sich bei einer Änderung der Spannung auch der Strom durch die LED ändert, sodass wir an das Dimmen einer LED denken, indem wir die Spannung an ihr erhöhen oder verringern. Allerdings können wir auch erkennen, dass der Bereich, in dem wir die Spannung ändern können, ohne zu viel Strom zu bekommen, winzig klein ist. Auch die Stromstärke ist ebenso wenig vorhersehbar wie die Helligkeit.

Relative Intensität (a.u.) vs. Durchlassstrom (mA) Diagramm einer LED

Wenn wir einige LED-Datenblätter scannen, können wir erkennen, dass die Lichtstärke einer LED vom Durchlassstrom abhängt. Auch ihre Beziehung ist nahezu linear. Beim Dimmen von LEDs nehmen wir also die Vorwärtsspannung als festen Wert und steuern stattdessen den Strom.

Musterbuch für LED-Streifen

LED-Dimmmethoden

Alle LED-Geräte erfordern zum Dimmen einen Treiber, und es gibt zwei Standardmethoden, die Treiber zum Dimmen von LEDs verwenden: Pulsweitenmodulation und Konstantstromreduzierung (auch als analoges Dimmen bekannt).

Pulsweitenmodulation (PWM)

ICHBei der PWM wird die LED mit ihrem Nennstrom und hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet. Die schnelle Umschaltung ist für das menschliche Auge ausreichend hoch. Was den Helligkeitsgrad der LED bestimmt, ist der Arbeitszyklus oder das Verhältnis der Zeit, in der die LED eingeschaltet ist, und der Gesamtzeit eines vollständigen Zyklus.

Vorteile:

Bietet einen sehr präzisen Ausgangspegel

Geeignet für Anwendungen, bei denen bestimmte Eigenschaften der LED wie Farbe, Temperatur oder Effizienz beibehalten werden müssen

Großer Dimmbereich – kann die Lichtleistung auf Werte von weniger als 1 Prozent reduzieren

Verhindert Farbverschiebungen, indem die LED im empfohlenen Betriebspunkt für Durchlassspannung/Durchlassstrom betrieben wird

Nachteile:

Treiber sind komplex und teuer

Da PWM schnelles Schalten verwendet, erzeugen die schnelle Anstiegsflanke und die Abfallflanke jedes Schaltzyklus unerwünschte EMI-Strahlung

Beim Betrieb mit langen Kabeln kann es zu Leistungsproblemen des Treibers kommen, da die Streueigenschaften des Kabels (Kapazität und Induktivität) die schnellen Flanken der PWM beeinträchtigen können

Arbeitszyklus

Der Begriff Arbeitszyklus beschreibt das Verhältnis der Einschaltzeit zum regulären Intervall oder zur regulären Zeitspanne. Ein niedriger Arbeitszyklus entspricht einer geringen Leistung, da die Stromversorgung die meiste Zeit ausgeschaltet ist. Der Arbeitszyklus wird in Prozent ausgedrückt, wobei 100 % voll eingeschaltet ist. Wenn ein digitales Signal die Hälfte der Zeit eingeschaltet und die andere Hälfte der Zeit ausgeschaltet ist, hat das digitale Signal ein Tastverhältnis von 50 % und ähnelt einer „Rechteckwelle“. Wenn ein digitales Signal mehr Zeit im eingeschalteten Zustand als im ausgeschalteten Zustand verbringt, hat es einen Arbeitszyklus von >50 %. Wenn ein digitales Signal mehr Zeit im ausgeschalteten Zustand als im eingeschalteten Zustand verbringt, hat es einen Arbeitszyklus von <50 %. Hier ist ein Bild, das diese drei Szenarien veranschaulicht:

Frequenz

Ein weiterer wesentlicher Aspekt des Pulsweitenmodulationssignals (PWM) ist seine Frequenz. Die PWM-Frequenz legt fest, wie schnell das PWM-Signal eine Periode durchläuft, wobei die Periode die Zeit ist, die das Signal benötigt, um ein- und auszuschalten.

Durch die Abstimmung von Tastverhältnis und Frequenz des PWM-Signals entsteht die Möglichkeit eines dimmbaren LED-Treibers.

Konstantstromreduktion (CCR)

Bei CCR fließt der Strom kontinuierlich durch die LED. Die LED ist also immer AN, nicht wie bei PWM, wo die LED immer ein- und ausgeschaltet wird. Die Helligkeit der LED wird dann durch Ändern des Strompegels variiert.

Vorteile:

Kann für Anwendungen mit strengen EMI-Anforderungen und Remote-Anwendungen verwendet werden, bei denen lange Kabelwege verwendet werden

CCR-Treiber haben eine höhere Ausgangsspannungsgrenze (60 V) als Treiber, die PWM (24,8 V) verwenden, wenn sie als Treiber der UL-Klasse 2 für trockene und feuchte Standorte klassifiziert sind

Nachteile:

CCR eignet sich nicht für Anwendungen, bei denen eine Dimmung der Lichtstärke unter 10 Prozent gewünscht ist, da LEDs bei sehr niedrigen Strömen keine gute Leistung erbringen und die Lichtausgabe unregelmäßig sein kann

Niedrige Antriebsströme können zu inkonsistenten Farben führen

DMX512-Dimmung

DMX512 ist ein Standard für digitale Kommunikationsnetzwerke, die üblicherweise zur Steuerung von Beleuchtung und Effekten verwendet werden. Es war ursprünglich als standardisierte Methode zur Steuerung von Bühnenbeleuchtungsdimmern gedacht, die vor DMX512 verschiedene inkompatible proprietäre Protokolle verwendet hatten. Es wurde schnell zur primären Methode für die Verbindung von Controllern (z. B. einer Lichtkonsole) mit Dimmern und Spezialeffektgeräten wie Nebelmaschinen und intelligenten Lichtern.

DMX512 wurde auch auf Anwendungen in nicht-theatralischer Innen- und Architekturbeleuchtung ausgeweitet, und zwar in Größenordnungen, die von Weihnachtslichterketten über elektronische Werbetafeln bis hin zu Stadion- oder Arenakonzerten reichen. Mittlerweile lässt sich damit fast alles steuern, was seine Beliebtheit an Veranstaltungsorten aller Art widerspiegelt.

DALI-Dimmung

Das Digitally Addressable Lighting Interface (DALI) hat seinen Ursprung in Europa und wird in diesem Teil der Welt seit vielen Jahren stark implementiert. Mittlerweile wird es auch in den Vereinigten Staaten immer beliebter. Der DALI-Standard ermöglicht die digitale Steuerung einzelner Leuchten über ein Niederspannungs-Kommunikationsprotokoll, das Informationen an Leuchten senden und gleichzeitig Daten von den Leuchten empfangen kann, was es zu einem wertvollen Werkzeug für Gebäudeinformationsüberwachungssysteme und Steuerungsintegration macht. DALI ermöglicht die Adressierung einzelner Leuchten, wobei bis zu 64 Adressen möglicherweise in 16 verschiedenen Steuerzonen organisiert sind. Die DALI-Kommunikation ist polaritätsunabhängig und mit diesem Protokoll sind verschiedene Verbindungskonfigurationen möglich. Ein typisches DALI-Verdrahtungsdiagramm ist unten dargestellt:

0/1-10V Dimmung

Das erste und einfachste elektronische Lichtsteuerungssignalsystem, Niederspannungs-0-10-V-Dimmer, verwenden ein Niederspannungs-0-10-V-Gleichstromsignal, das an jedes LED-Netzteil oder Leuchtstoffvorschaltgerät angeschlossen ist. Bei 0 Volt dimmt das Gerät auf die minimale Lichtstärke, die der Dimmertreiber zulässt, und bei 10 Volt arbeitet das Gerät mit 100 %. Ein typisches 0-10-V-Verdrahtungsdiagramm ist unten dargestellt:

TRIAC-Dimmung

TRIAC steht für Triode for Alternating Current und ist ein Schalter, der zur Steuerung der Leistung verwendet wird. Wenn es in Beleuchtungsanwendungen verwendet wird, wird es üblicherweise als bezeichnet „TRIAC-Dimmung“.

TRIAC-Schaltungen sind weit verbreitet und in Anwendungen zur Wechselstrom-Leistungssteuerung weit verbreitet. Diese Schaltkreise können hohe Spannungen und sehr hohe Stromstärken in den beiden Teilen einer Wechselstromwellenform schalten. Es handelt sich um Halbleiterbauelemente, ähnlich einer Diode.
TRIAC wird oft als Mittel zur Lichtdimmung bei Beleuchtungsanwendungen im Haushalt eingesetzt und kann sogar als Leistungssteuerung in Motoren dienen.

Die Fähigkeit des TRIAC, hohe Spannungen zu schalten, macht ihn ideal für den Einsatz in verschiedenen elektrischen Steuerungsanwendungen. Dies bedeutet, dass es den alltäglichen Lichtsteuerungsanforderungen gerecht wird. TRIAC-Schaltungen werden jedoch nicht nur für die häusliche Beleuchtung verwendet. Sie werden auch zur Steuerung von Lüftern und Kleinmotoren sowie in anderen AC-Schalt- und Steuerungsanwendungen eingesetzt.
Wenn Sie nach einer Mehrzwecksteuerung suchen, sind wir sicher, dass TRIAC ein vorteilhaftes Protokoll für Sie sein wird.

TRIAC ist Hochspannungsdimmung (~230 V). Wenn Sie ein TRIAC-Modul an Ihr Stromnetz (zwischen 100 und 240 V Wechselstrom) anschließen, können Sie den gewünschten Dimmeffekt erzielen.

RF-Dimmung

Beim Radiofrequenz-Dimmen (RF) wird ein Radiofrequenzsignal verwendet, um mit dem LED-Controller zu kommunizieren und die Farbe Ihrer LED-Leuchten zu dimmen.

Bluetooth ist ein drahtloser Technologiestandard für kurze Entfernungen, der für den Datenaustausch zwischen festen und mobilen Geräten über kurze Distanzen unter Verwendung von UHF-Funkwellen in den ISM-Bändern von 2,402 GHz bis 2,48 GHz und für den Aufbau von Personal Area Networks (PANs) verwendet wird. Es wird hauptsächlich als Alternative zu Kabelverbindungen verwendet, um Dateien zwischen tragbaren Geräten in der Nähe auszutauschen und Mobiltelefone und Musikplayer mit drahtlosen Kopfhörern zu verbinden. Im am weitesten verbreiteten Modus ist die Sendeleistung auf 2,5 Milliwatt begrenzt, was eine sehr kurze Reichweite von bis zu 10 Metern (33 Fuß) ermöglicht.

Wi-Fi oder WiFi (/ˈwaɪfaɪ/) ist eine Familie von drahtlosen Netzwerkprotokollen, die auf der IEEE 802.11-Standardfamilie basieren und häufig für die lokale Vernetzung von Geräten und den Internetzugang verwendet werden, sodass in der Nähe befindliche digitale Geräte Daten austauschen können Radiowellen. Hierbei handelt es sich um die weltweit am weitesten verbreiteten Computernetzwerke, die weltweit in Heim- und kleinen Büronetzwerken eingesetzt werden, um Desktop- und Laptop-Computer, Tablet-Computer, Smartphones, Smart-TVs, Drucker und Smart-Lautsprecher miteinander zu verbinden und sie mit einem WLAN-Router zu verbinden im Internet und in drahtlosen Zugangspunkten an öffentlichen Orten wie Cafés, Hotels, Bibliotheken und Flughäfen, um den öffentlichen Internetzugang für mobile Geräte bereitzustellen.

Zigbee ist eine auf IEEE 802.15.4 basierende Spezifikation für eine Reihe von High-Level-Kommunikationsprotokollen, die zum Aufbau persönlicher Netzwerke mit kleinen digitalen Funkgeräten mit geringem Stromverbrauch verwendet werden, beispielsweise für die Heimautomation, die Datenerfassung für medizinische Geräte und andere Geräte mit geringem Stromverbrauch Geringe Bandbreitenanforderungen, konzipiert für kleine Projekte, die eine drahtlose Verbindung benötigen. Daher ist Zigbee ein drahtloses Ad-hoc-Netzwerk mit geringem Stromverbrauch, niedriger Datenrate und unmittelbarer Nähe (d. h. im persönlichen Bereich).

Abschließendes Fazit

Alle LED-Streifen sind dimmbar. Bitte beachten Sie jedoch, dass es zwei Arten von LED-Streifen gibt: LED-Streifen mit konstanter Spannung und LED-Streifen mit konstantem Strom. Konstantstrom-LED-Streifen müssen mit dimmbaren LED-Streifen mit PWM-Ausgangssignal verwendet werden! Für LED-Streifen mit konstanter Spannung können Sie je nach Projektanforderungen zwischen einem PWM- oder CCR-Ausgangssignal-Dimmnetzteil wählen. Und es gibt viele Eingangssignale, wie DMX512, DALI, 0/1-10V, TRIAC, WIFI, Bluetooth, RF und Zigbee.
Sie können das geeignete Eingangssignal unter Berücksichtigung der Umgebung (Installation, Verkabelung), der Funktion, der Kosten und der Flexibilität einer späteren Erweiterung auswählen.

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