Dimmen von LEDs

Möglichkeiten, Vor- und Nachteile

Während für das Dimmen von Glühlampen oder Halogenglühlampen eine sogenannte Phasenanschnitt- bzw. Phasenabschnittsteuerung zum Einsatz kommt, ist das bei zeitgemäßen dimmfähigen LED-Lösungen anders. Die mit Gleichspannung betriebenen LEDs können nicht ohne weiteres mit einem für Wechselspannung bestimmten Glühlampendimmer mit An- oder Abschnittsteuerung gedimmt werden.

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Stromversorgungen für LEDs können zwar auch mit der Anschnittsteuerung des AC/DC-Konverters arbeiten, setzen aber die Anschnittspannung in eine Gleichspannung an der LED um. Werden also LED-Retrofitlampen an Glühlampendimmer angeschlossen, werden nicht die LEDs gedimmt, sondern der in der Retrofitlampe eingebaute interne AC/DC-Konverter. Das kann zu Folge haben, dass das Licht flimmert oder flackert und sowohl der Konverter als auch der Dimmer beschädigt werden. Um Schäden zu vermeiden, müssen Dimmer, Konverter und LED jeweils zueinander passen und aufeinander abgestimmt sein. Hierfür sind die Hinweise der Hersteller genau zu beachten, insbesondere die sogenannten Freigabelisten, in denen zulässige Kombinationen von Dimmern und LED-Lampen verzeichnet sind.

Dimmen mit AM oder PWM

Grundsätzlich ist die Größe des Lichtstroms einer LED von der Höhe des Betriebsstroms abhängig. Zum Absenken des Lichtstroms, das heißt zum Herunterdimmen, muss der Betriebsstrom reduziert werden. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:

  • Analoges Dimmen durch Absenken der Stromamplitude – Amplitudenmodulation (AM)
  • Digitales Dimmen durch Pulsweitenmodulation (PWM) des Stroms

Dimmen durch Amplitudenmodulation (AM)
Beim analogen Dimmen durch Amplitudenmodulation, welches man auch als Stromdimmung bezeichnet, wird der Betriebsstrom der LED soweit abgesenkt, bis die gewünschte Helligkeit erreicht wird. Das funktioniert in weiten Bereichen gut, kann aber bei kleinen Dimmstellungen folgende Probleme verursachen:

  • Bei kleinen Dimmstellungen kann sich die Farbe weißer LEDs verändern, ein Effekt, der  Farbortverschiebung genannt wird. Da dies bei Anwendungen, wo es auf die Farbe ankommt, problematisch sein kann, muss der Dimmbereich bei diesem Verfahren auf 30% beschränkt bleiben.
  • Bei LED-Modulen, die aus gleichartigen Elementen bestehen, kann die Lichtausbeute bei kleinen Dimmstellungen von weniger als 5% sehr unterschiedlich ausfallen – während einzelne LEDs noch hell leuchten, können andere bereits ganz dunkel sein.

Dimmen über Pulsweitenmodulation (PWM)
Bei der Pulsweitenmodulation (PWM) bleibt die Amplitude des Betriebsstroms der LED konstant. Um eine geringere Helligkeit zu erzielen, wird der Strom bei diesem Verfahren mit einer bestimmten Frequenz einfach zyklisch ein- und ausgeschaltet. Das funktioniert mit schnellem Ein- und Ausschalten, weil LEDs trägheitslos schaltbar sind. Das heißt, je größer die Stromlücken (Strom aus) zwischen den Stromphasen (Strom ein) sind, desto kleiner ist der Effektivwert des Stroms an der LED und desto geringer ist die Helligkeit.

Dieses Verfahren hat folgende Vorteile:

  • Die Helligkeitswerte können präziser eingestellt werden.
  • Bei kleinen Dimmstellungen gibt es weder Farbverschiebungen noch Helligkeitsunterschiede zwischen einzelnen LEDs, wie sie bei der AM zu beobachten sind.
  • Bei einer PWM-Frequenz, die zwischen 100 Hz und 1.000 Hz liegt, kann das Auge kein Flimmern wahrnehmen. Allerdings sind bei sich drehenden Teilen oder bei Filmaufnahmen Probleme mit dem stroboskopischen Effekt möglich.

Ein Nachteil ist, dass Resonanzeffekte mit der PWM-Frequenz entstehen können, sodass manchmal hörbare mechanische Schwingungen auftreten, die die Umgebung als störendes Brummen beeinflussen.

Dimmen durch Kombination von AM und PWM
Um die möglichen Nachteile bei kleinen Dimmwerten und durch Resonanzeffekte zu verringern oder ganz zu vermeiden, liegt es nahe, beide Dimmverfahren miteinander zu kombinieren. Üblicherweise wird bei der Kombination beider Dimmungsarten das analoge Dimmen mit Amplitudenmodulation AM im Bereich von 100% bis 30% angewandt. Bei Dimmwerten unter 30% wird dann, ohne dass der Nutzer es merkt, nahtlos auf das PWM-Verfahren gewechselt.

Dimmen von OLEDs
Organische Leuchtdioden (OLEDs) können, ähnlich wie die LEDs, ihre Helligkeit durch Veränderung des Betriebsstroms verändern. Daher werden, wie bei den LEDs, ebenfalls die beiden Dimmverfahren Amplitudenmodulation (AM) und Pulsweitenmodulation (PWM) bzw. deren Kombination angewandt.

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