LED dimmen Allgemein

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

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grosdode
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Mo, 19.01.15, 14:18

Hallo zusammen,
ich bin neu hier im Forum und nicht ganz sicher ob ich an der richtigen Stelle frage. Außerdem ist mir bewusst das es schon den ein oder anderen Eintrag hier zu diesem Thema gibt, diese sind aber fast alle recht Anwendungsbezogen.

Kurz zu mir: ich bin Student der Elektrotechnik im Master und höre ein paar Lichttechnik fächer.

Mein Vorhaben:
Ich Plane einen LED Dimmer zu bauen der einen "LED Streifen" 6W/m und etwa 6 m lang zu dimmen. Dieser Dimmer soll möglichst hochwertig sein, der Aufwand zur Entwicklung einer geeigneten Schaltung und der Programmieraufwand sind zweitrangig.
Bei meiner Recherche und dem Vorwissen aus der Uni bin ich auf dem Stand das es prinzipiell 2 Wege gibt LED's zu dimmen. Einmal mittels PWM und einmal über die Reduzierung der Spannung bzw. des Strom.

Folgende Nachteile ergeben sich beim dimmen durch Reduzierung der Spannung bzw. des Strom:
-Höherer Elektronikaufwand
-Farbverschiebung durch Temperaturänderung

Folgende Nachteile ergeben sich beim dimmen durch PWM:
-flackern bei geringen Frequenzen (üblich 100Hz bis 1,2kHz, das menschliche Auge nimmt bei über 1kHz quasi kein Flackern mehr war. Bei schnellen Augenbewegungen verschwindet das Flackern erst über 10kHz)
-Farbverschiebung durch Temperaturänderung (geringer als bei Reduzierung der Spannung bzw. des Strom)
-EMV Probleme bei hohen Frequenzen

Meine bisherigen bedenken:
Verwende ich die Dimmung per Reduzierung der Spannung bzw. des Strom und es verändert sich mit der Temperatur leicht die Farbe, ist dies ein unschöner und nicht gewollter Effekt.
Verwende ich die PWM würde ich mit der Frequenz gerne so hoch wie möglich, hierbei ergibt sich jedoch das EMV Problem da ein Streifen wie oben beschrieben wie eine Antenne wirkt und ich nicht in der Lage bin die EMV Abstrahlung zu messen.

Optimierungsansätze:
In der Literatur wird unter anderem beschrieben das zuerst (~20%) durch Reduzierung der Spannung bzw. des Strom erreicht werden und der Rest per PWM herunter geregelt wird.
Meine eigene Überlegung war den Streifen aufzuteilen und mit mehreren PWM's anzusteuern die jeweils Phasenverschoben sind, um so die Frequenz um den Faktor der Anzahl der verschiedenen PWM's herunter setzen zu können.

Meine eigentliche Frage:
Was ist der Weg mit der besten Lichtqualität bei der geringsten EMV-Belastung? Und wie verhält sich dann das Dimmverfahren zu Helligkeitsempfindung? (PWM ist zum Beispiel nicht linear jedoch kenne ich die genaue Funktion nicht)

vielen Dank schon einmal im Vorraus
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Handkalt
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Mo, 19.01.15, 14:48

Hallo grosdode,

die Überlegungen scheinen mir prinzipiell alle richtig. Wobei meiner eigenen Erfahrung nach die Farbverschiebung nicht so dramatisch ist, als dass sie deutlich wahrnehmbar oder gar störend wäre. Da fällt wohl eher ins Gewicht, dass man bei niedrige Beleuchtungsstärken eine niedrigere Farbtemperatur angenehm findet als bei hohen Beleuchtungsstärken. Das ist aber ein psychologischer Effekt im Betrachter, kein Effekt der LED.

Bezüglich Dimmverfahren: die Idee mit dem phasenverschobenen PWM-Dimmen klingt gut, beim direkten Blick in die Lichtquellen (plus Kopfbewegung) würde ich aber mal spekulieren, dass dies wenig weiterhilft - dann flimmern die verschiedenen Abschnitte vielleicht nur unterschiedlich.

Was ich deshalb noch hinzunehmen würde: bei stärkeren weißen LEDs sind ja Multichip-Packages üblich, beispielsweise drei LEDs in einem gemeinsamen SMD-Gehäuse. Soweit ich weiß, gibt es die auch mit mit vier Anschlusspins, so dass man jede der drei LEDs einzeln ansteuern kann. Kürzlich ist hier im Forum auch mal ein Posting mit einem Bild aufgetaucht, wo offenbar auf einer RGB-Flexleiste (mit vier Leiterbahnen) genau solche vierfach-LEDs aufgelötet waren, so dass man diese eigentlich einzeln ansteuern könnte.

Man könnte jetzt ja wie von Dir beschrieben mit drei PWM-Dimmern arbeiten, aber halt nicht für Abschnitte, sondern für die drei LEDs in dem gemeinsamen Gehäuse. Oder man fängt sogar mit dem Dimmen so an, dass man zwei der drei LEDs ungedimmt laufen lässt, und nur die dritte bis auf null PWM-dimmt. Anschließend eine LED ganz aus, eine ganz an, die dritte per PWM dimmen. Nur für das unterste Drittel funktioniert das natürlich nicht mehr, das müsste man die Phasenverschiebung mit allen dreien auf jeden Fall machen.

Wo man sich auch noch forschen könnte: weiße LEDs arbeiten ja mit einem Leuchtstoff, der einen Teil des Lichts einer blauen LED konvertiert. Es gibt vielleicht Leuchtstoffe, die einen mehr oder weniger ausgeprägten Nachleuchteffekt haben. Ich glaube bei Leuchtstoffröhren habe ich schon mal gesehen, dass sie nach dem Abschalten noch einige Zeit ganz schwach nachleuchten. Vielleicht könnte man LEDs mit einem passenden Leuchtstoff herstellen, bei dem das PWM-Flimmern mit so einem Nachleuchten verringert wird? Der Effekt müsste dann natürlich schon verdammt stark sein, mit diesem minimal-Nachleuchten bei Leuchtstoffröhren gewinnt man da keinen Blumentopf.

-Handkalt
Zuletzt geändert von Handkalt am Mo, 19.01.15, 15:23, insgesamt 1-mal geändert.
grosdode
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Mo, 19.01.15, 14:58

Vielen Dank für die schnelle und gute Antwort.
Ein direkter Blick in den Streifen wird nicht möglich sein da diese immer als indirekte Beleuchtung genutzt wird, trotzdem hören sich die LED's mit mehreren Anschlüssen (mehreren einzel LED's) recht gut an, mir war bis jetzt nicht bewusst das es diese auch als Streifen zu kaufen gibt. Da jedoch später auch RGB Streifen gedimmt werden sollen ergibt sich diese Möglichkeit leider nicht mehr.

Das mit dem nachleuchten bei LED's ist mir neu klingt jedoch plausibel. Leider fehlen mir die Millionen um selber Farbstoffe zu entwickeln (soweit ich weiß wird bei uns nicht direkt daran geforscht)
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TomTTiger
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Di, 20.01.15, 12:51

Zur Farbverschiebung der LEDs bei Dimmung durch Stromänderung sei noch bemerkt, daß auch Glühbirnen und Halogenlampen den Farbort verschieben, wenn gedimmt wird.
Das hat früher aber anscheinend kein Schw*** gejuckt, und jetzt auf einmal ist sowas ein großes Thema im Zuge der LED-Beleuchtung.

Seit neuestem gibt's wohl auch LED Retrofits die gezielt diese Farbverschiebung ins rot-orange bei Dimmung simulieren.

Grüße
Tom
capslock
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Di, 20.01.15, 16:48

Mir ist noch nicht ganz klar, warum PWM und kontinuierliche Regelung unterschiedliche Farbverschiebungen machen sollten. Die Farbverschiebung kommt meines Erachtens vor allem vom Phosphor, und der sieht nur die mittlere Temperatur, die eine Funktion der mittleren Leistung ist und somit unabhängig von PWM oder cw.

Sollte die instantane Chiptemperatur wider Erwarten doch eine Rolle spielen, so ist die am Anfang eines Pulses sicherlich geringer und am Ende höher als bei cw. Insofern ergibt sich eher eine Verbreiterung des Spektrums als eine systematische Verschiebung gegenüber cw, uns selbst die Verbreiterung dürfte in der breiten Emission des Phosphors untergehen.

Was die Empfindlichkeit des Auges für Flimmern angeht, Röhrenmonitore werden ab ca. 70 Hz als ruhig wahrgenommen, allerdings sind die wegen den Nachleuchten des Phosphors nicht voll durchmoduliert, und sie sind zu groß für schnelle Augenbewegungen. Daß man bei kleiner Lichtquelle und voller Modulation auf 10 kHz kommt, halte ich für ein Gerücht.
Borax
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Di, 20.01.15, 17:58

Daß man bei kleiner Lichtquelle und voller Modulation auf 10 kHz kommt, halte ich für ein Gerücht.
Das halte ich auch für ein Gerücht. Ich würde mir da auch keinen so großen Kopf machen. Einfach eine hinreichend große PWM Frequenz nehmen (IMHO reichen 200-300Hz locker), da braucht man sich um EMV Probleme auch nicht kümmern.
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Achim H
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Di, 20.01.15, 18:01

Mir ist noch nicht ganz klar, warum PWM und kontinuierliche Regelung unterschiedliche Farbverschiebungen machen sollten.

Bei einer kontinuierlichen Regelung wird der Strom in der Höhe verändert.
Bei PWM ist der Strom stets FullPower, wird aber zerhackt. Die unterschiedlichen Helligkeiten werden nur vom Auge interpretiert, je nach dem, wie lange der Impuls im Verhältnis zur Pause ist. Je kürzer der Impuls im Verhältnis zur Pause, desto dunkler wird die Helligkeit wahrgenommen. und umgekehrt.

Bild
capslock
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Di, 20.01.15, 23:22

Ja, das ist unstrittig. Das Auge nimmt die mittlere Leistung wahr.

Mir ist unklar, warum gepulster Betrieb bei gleicher mittlerer Leistung eine geringere Farbverschiebung machen soll als cw. Meine Annahme ist, dass die Farbverschiebung vor allem von der Temperatur des Phosphors kommt, und der ist weit genug vom Chip weg, als dass er die Pulsung noch sehen würde.

Mir fällt sogar gerade noch ein, warum die Farbverschiebung gepulst schlimmer sein könnte. Der Phosphor ist tatsächlich eine Mischung von Phosphoren. Jeder Phosphor sättigt, d.h. bei zunehmender Einstrahlung folgt die Abstrahlung nicht mehr linear. In einem Gemisch könnten verschiedene Sättigungspunkte vorliegen, und gepulst sind die instantanen Einstrahlintensitäten höher, was zu farbselektiver Sättigung führen könnte.
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chris56
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Mi, 21.01.15, 08:01

ich hab gerade in ganzes Haus nur mit LED beleuchtet .. das mit dem "flackern" beim dimmen ist im Wohnbereich absolut unbrauchbar ..

ich hab ca 20 verschieden grosseLED Paneele (Samsung/Optoma) mit Einbaukassetten in Verwendung - alle 100% dimmbar mit diesen 4-kanaligen Konstantstrom Netzteil, wobei jeder Kanal individuell eingestellt werden kann ..

http://www.eldoled.com/led-drivers/powe ... t/ac-106s/

für die Küche - Arbeitsplatte die Bar Schminkspiegel usw wurden Nichia LED-Strips verarbeitet die mit 24VDC betrieben werden (20W pro meter) die mittlerweile dem baugleichen Konstantspannungs Netzteil betrieben werden ..

gesteuert wird mit 8-kanligen DMX Touchfelder & die Dimmer gibt's auch unter verschiedenen anderen Markennamen ..

die gesamte Lichtanlage wurde ca 30% überdimensioniert, es ist also ist ein deutlich helleres Licht als man "gewöhnt" wäre möglich ..

alles 3000°K - CRI 80+ / zusätzlich noch diverse RGB Kanäle
deutlich besser als unser "altes" Haus mit Halogenbeleuchtung
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Handkalt
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Mi, 21.01.15, 08:59

Hallo chris56,

danke für den Hinweis auf die verlinkte KSQ, das Teil ist ja enorm vielseitig. Und sofern man die vier Kanäle parallel tatsächlich ausnutzen kann, relativiert sich auch der Preis.

Dein Hinweis mit Flackerproblemen beim Dimmen, bezieht der sich auf diese KSQ, oder klappt es mit der gut?

In dem Datenblatt usw. steht leider zum Dimmen nichts konkretes à la PWM-Frequenz, sondern nur der Marketingbegriff "Hybrid HydraDrive". "Hybrid" würde vom Begriff her auf das oben beschriebene kombinierte Strom+PWM-Dimmen passen. Aber eine Erklärung habe ich bei EldoLED nicht gefunden. Weiß Du näheres dazu?

-Handkalt
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chris56
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Mi, 21.01.15, 10:07

Du findest die Daten samt der "geplanten" Lebensdauer (50 T Stunden) des Gerätes unter "Driver Spezifikation" rechts unten ..

für das Auge (oder das Smartphone) ist mit diesen Drivern keinerlei Flackern mehr feststellbar - auch das "Hoch & Nieder dimmens" mittels Schiebregler verläuft absolut flackerfrei - der Helligkeitsverlauf von 0-100% ist optimal passend zur Helligkeit ..

interessant ist die Möglichkeit am Gerät jeden Kanal auf die gewünschte Maximal-Leistung einzustellen. Ich betriebe z.B. zwei 120x30cm LED- Paneele nur mit 900 mA (statt 1200) wodurch ich auch weniger Netzteile brauche..
(die "schwächeren" hab ich natürlich seriell verkabelt)

Softstart beim Einschalten / absolut kein grausliges "Surren" feststellbar / seit 3 Monaten keinerlei Problem damit

& damit kannst Du natürlich praktisch auch jede LED-Designer-Leuchte oder einen der Schrott-Aussenfluter (die überall mit defekten Drivern herumliegen) sinnvoll betreiben ..

das baugleiche "Lineardrive" Gerät hab ich erst jetzt nachträglich für die 24 VDC Strips verbaut, ich hab auch hier endlich eine perfekte flackerfreie Regelung

beim nächsten Projekt würde ich gleich zu Beginn an nur mehr Konstant Strom LED Lampen verwenden .. dadurch sparst Du auch den Preis bei den teilweise mitgelieferten billigst-Drivern die meistens Ärger machen ..

(die unter "ThoroLed" vermarkteten Geräte sind übrigens etwas preisgünstiger ..)
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Handkalt
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Mi, 21.01.15, 10:32

chris56 hat geschrieben:samt der "geplanten" Lebensdauer (50 T Stunden)
Oooops, hat da tatsächlich mal jemand versehentlich das Gerücht der "geplanten Obsolenzenz" bestätigt? :lol:

Ansonsten vielen Dank für den Erfahrungsbericht, immer gut zu hören wenn jemand etwas funktionierendes gefunden hat. Auf die "Driver Spec" hatte ich auch schon geklickt, aber gleich wieder zugemacht weil ich den Eindruck hatte, da stehen nur die Zertifizierungen drin. Tatsächlich beinhaltet das Ding aber auch eine Art Lastenheft für die KSQ. Zum Dimmer steht drin, dass er eine 15-Bit-Auflösung haben soll, also 32768 Dimmstufen. Das ist enorm viel, m. E. schon Overkill. Außerdem gibt es noch folgende Anforderungen:
2. Base specification: Flicker index shall less that 5% at all frequencies below 1000 Hz.
3. Preferred specification: Flicker index shall be equal to incandescent, less that 1% at all frequencies below 1000 Hz.
Keine Ahnung, wie man einen "Flicker index" bestimmt, aber um das zu erreichen düfte die PWM-Frequenz mindestens diese 1000 Hz haben.

-Handkalt
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Mi, 21.01.15, 12:47

Jeder Phosphor sättigt, d.h. bei zunehmender Einstrahlung folgt die Abstrahlung nicht mehr linear.
Stimmt. Aber die bei LEDs verwendeten Leuchtstoffe relaxieren extrem schnell (ns). So dass dieser Effekt (also jegliche Form von 'Nachleuchten') hier überhaupt keine Rolle spielt.
Zum Dimmer steht drin, dass er eine 15-Bit-Auflösung haben soll, also 32768 Dimmstufen. Das ist enorm viel, m. E. schon Overkill.
Nicht unbedingt. Klar braucht kein Mensch die prinzipiell vorhandenen 32768 Dimmstufen. Aber selbst bei 'nur' 10 Bit (1024 Dimmstufen) ist keine stufenlose Dimmung im Sinne von Ein/Ausdimmen machbar (bei den unteren Dimmstufen ist beim heller/dunkler dimmen ein Sprung zwischen zwischen zwei Stufen wahrnehmbar). Bei 12 Bit (4096 Dimmstufen) merkt man nichts mehr, wenn es halbwegs schnell geht. Nur bei sehr langsamem Ein/Ausdimmen (was aber bei einem normalen Dimmer IMHO nicht mehr vorkommt - höchstens beim automatischem Ein/Ausdimmen über viele Minuten wie z.B. bei Sonnenaufgangssimulationen) braucht man mind. 14Bit .
Was kostet eigentlich so ein POWERdrive 106/S? Ich habe auf die Schnelle keinen Preis dafür gefunden...
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chris56
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Mi, 21.01.15, 14:31

im VK so unter 200 Euro - jeden Cent Wert .. wie gesagt Anschluss an 230 V also kein Trafo mehr erforderlich
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