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Licht-Flicker bei der LED und was Entwickler beachten sollten

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Anbieter zum Thema

LEDlution / LEDclusive.de
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
MTM Power Messtechnik Mellenbach GmbH
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Bewerten und Messen von Flickerfaktoren

Recherchiert man hinsichtlich Flickerfaktoren, so finden sich eine Vielzahl an Kriterien und Berechnungsmöglichkeiten zur Bewertung von Flicker bzw. Flimmer. So werden maximale Helligkeit, minimale Helligkeit, Mittelwert oder auch Flächen oberhalb oder unterhalb eines Mittelwerts in eine Berechnungsformel eingetragen.

Aus verschiedenen anderen elektrotechnischen Bereichen kennt man die Bewertung von maximaler zu minimaler Amplitude (Auslenkung) im Verhältnis zum Summenwert oder Mittelwert bzw. Maximalwert. So wird in der Funktechnik der Begriff Modulationsgrad verwendet. Dieser beschreibt, wie stark die zu übertragenden Information beispielsweise Sprache auf den Hochfrequenzträger auf moduliert wird.

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Die gleiche Formel kennt man beim Lichtflimmern als Flicker% (Flicker Prozent oder Percent Flicker). Die Formel lautet: Flicker% = (A - B)/(A + B) * 100% [A =Maximalwert, B = Minimalwert].

Diese Berechnungsformel findet sich auch in der IEEE 1789-2015 und gilt als meist bekannteste und wurde bereits auch in vielen Flickermeter implementiert.

Darüber hinaus sind noch folgende Berechnungsformeln bekannt. Flicker% = (A - B)/A*100% oder auch Flicker% = (A - B)/Mittelwert * 100%. Entsprechend ist es ratsam ggf. beim Vergleich oder Bewertung von Angaben nach der zugrunde gelegten Berechnungsformel zu fragen. Neben dem Wert des Flicker% wird in der IEEE1789-2015 noch der Wert Flickerindex benannt und errechnet sich entsprechend: Flickerindex = Area1/(Area1 + Area2).

Unser Auge bzw. unsere Sinnesnerven reagieren noch auf die Signalform und vor allem die Frequenz der Lichtwelligkeit. Langsame Änderungen nehmen wir bewusst war, wie das Blinken beim Auto. Doch je schneller diese Helligkeitsschwankung geschieht, desto weniger können wir mit unseren Augen dies bewusst wahrnehmen. Man spricht von einer Verschmelzungsfrequenz von ungefähr 80 Hz. So ist auch ein Ferseher mit 100 Hz inzwischen auch nicht mehr mit den alten „Flimmerkisten“ und deren 25-Hz-Vollbildwiedergabefrequenz vergleichbar.

Bisher keine Empfehlungen beim Flicker

Leider wurde festgestellt, dass selbst höhere Flimmerfrequenzen von mehreren 100 Hz immer noch den Menschen situationsbedingt hinsichtlich Konzentration und Gesundheit beeinflussen können. Die Baubiologen waren die ersten, welche sich für ihre Arbeit mit Flicker-/Flimmer-Messgeräten ausgestattet hatten. Nun bewaffnet mit einem Flickermeter sind die meisten schon bei der ersten Messungen überrascht über die große Bandbreite an im Einsatz flimmernder und Discolicht ähnelnder Beleuchtungen. Ein Flicker von 100 Prozent ist sicherlich zu vermeiden und 0 Prozent lässt aufatmen. Es gibt bisher nur Empfehlungen und Anregungen, jedoch noch keine verbindlichen Grenzwerte, welche auch ein standardisiertes Messverfahren voraussetzen.

Aktuell gibt für den europäischen Markt noch keine bindende Vorschrift, welche die Hersteller dazu verpflichtet, Angaben zu Lichtwelligkeit zu machen. Auch sind noch keine Grenzwerte festgelegt. Bein den Messverfahren ist ebenfalls alles offen. Von Seiten des IEEE steht dem Entwickler das Dokument IEEE1789-2015 bereit und es ist anzunehmen, dass IEC mit CIE sich daran anlehnen. Darüber hinaus gibt es ASSIST = Alliance for Solid State Illumination System and Technologies, welche 20 Prozent Flicker bei 100 Hz, sowie >30 Prozent Flicker bei >120 Hz als nicht akzeptabel ansieht.

Flickerfreie LED und das Thema Dimmen

Die Helligkeit einer LED hängt vom Betriebsstrom ab. Die Treiberschaltung ist so auszulegen, dass abhängig vom Dimmlevel der Strom heruntergeregelt wird. Allerdings ist davon die Elektronik betroffen, will man zeitgleich auch den Wirkungsgrad der Vorschaltgeräte hoch halten. Hinzu kommt, dass der Farbort einer LED abhängig vom Diodenstrom ist. Damit dieser konstant bleibt und es beim Dimmen zu keinen Änderungen der Farbtemperatur kommt, hat sich die Pulsweitenmodulation (PWM) durchgesetzt. Diese Schaltung ist einfach zu realisieren und ermöglicht zudem einen hohen Wirkungsgrad über einen weiteren Regelbereich.

PWM bedeutet, dass der Strom unterschiedlich kurz bzw. lang aus- und eingeschalten wird. Das Tastverhältnis bestimmt die Helligkeit. Achtung: Das Licht durchläuft Maximalwerte von „ganz aus“ bis „vollständig an“. Mit PWM geregeltes Licht zeigt immer 100 Prozent Flicker. In dem Fall ändert sich das Licht zwischen A = 100 Prozent und B = 0 Prozent. Aktuell die einzige Alternative ist, den LED-Strom linear zu regeln. Auch wenn man mit Farbortverschiebungen rechnen muss.

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Es ist wahrscheinlich, dass die zukünftigen Grenzwerte abhängig von der Flickerfrequenz definiert werden. Nachstehend ein Auszug des IEEE-Dokuments, der zeigt, wohin die Richtung gehen könnte. Die CIE geht hier den Weg über die SVM- (Stroboscopic-Effect-Visibility-Measure) Empfindlichkeitskurve. Immerhin reagieren einige Hersteller von Vorschaltgeräten. So zeigt sich die Jolly-Serie mit geringer Restwelligkeit (Ripple < 3%) und nimmt LEDclusive zukünftig die T-LED-Serie und weitere Komponenten mit in sein Programm auf. Bei der Serie handelt es sich um linear geregelte Konstantstromquellen.

* Thomas Reichelt ist LED-Spezialist und Eigentümer von LEDclusive in Kempten im Allgäu.

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