Grundlagen der Dimmung von LEDs

Grundsätzlich ist es nicht so einfach LED´s zu dimmen (wie z.B. bei einer Halogen-Birne).
Eine Halogenbirne ist ein Heißstrahler. Das Dimmen kann einfach über das verringern der Spannung erfolgen.
Eine LED ist ein Kalt-Strahler, ein Halbleiter, dem nach derzeitigem technischen Stand (bis auf Ausnahmen) immer eine Elektronik vorgeschaltet ist.
Die Lichtfarbe einer LED wird durch das Halbleitermaterial bestimmt. Hier gibt es für viele Lichtfarben (auch Infrarot und Ultraviolett) Lösungen. Unter anderem lässt sich die Farbtemperatur der weißen LED durch eine Phasenverschiebung (Beschichtung mit Phosphor) beeinflussen.

Um die Helligkeit einer LED kontrolliert steuern zu können, muss sich die Veränderung des Stroms exakt an der Strom-Spannungs-Kennlinie der Leuchtdiode orientieren – und diese ist nicht linear. Die LED ist eine Diode, und wie alle Dioden reagiert sie bei steigender Versorgungsspannung zunächst einmal nur minimal oder überhaupt nicht. Erst bei Erreichen der Durchlass-Spannung steigen der Strom und damit die Lichtausbeute steil an.

Durchlassspannung (Flussspannung)

Die Helligkeit einer LED ist in zuerst proportional zum Strom. Ab Überschreitung der Schwellspannung (meist auch Durchlassspannung oder Flussspannung genannt) kann die LED leuchten, da ab diesem Wert überhaupt erst eine Spannung an der Diode anliegen kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Dioden haben LED eine hohe Durchlassspannung (abhängig vom Halbleitermaterial).

Unterhalb der Durchlassspannung fließt zu wenig Strom und die Diode leuchtet nicht. Nach Erreichen der Schwellspannung sollte ebenfalls die maximale Spannung bzw. der maximale Strom begrenzt werden, das diese Werte überproportional zunehmen und somit die LED zerstört werden kann.
Meist wird nur ein Wert angegeben. Dieser bezieht sich dann auf die minimale Durchlassspannung.

Die Flussspannung liegt in einem Bereich von etwa 1,2 V bei Infrarot-LEDs bis zu 4 V bei Ultraviolett-LED.
Dabei gibt es einen Zusammenhang zwischen Spannung und der Farbe des Halbleitermaterials. Je energiereicher die ausgestoßenen Photonen werden (also je weiter Richtung blaues Licht die Farbe angelegt wird) desto größer ist der Bandabstand, den die Elektronen im Halbleitermaterial überwinden müssen.

Typische Durchlassspannungen

Infrarot  1,2V
Rot 1,8V
Gelb 2,0V
Grün 2,2V
Grün (Ultrahell) 3,3V
Blau 3,6V
Weiß 3,6V
Ultraviolett 4V

Strom-Spannungskennlinie einer LED

Bis zum Erreichen der Durchlassspannung von hier ca. 2,5 Volt bleibt die LED nahezu dunkel. Steigt die Spannung aber darüber hinaus, so nehmen der Lichtstrom und damit die Helligkeit rasant zu.

Strom-Spannungs-Kennlinie-einer-LED.gif

Es gibt verschiedene Verfahren um eine Dimmung umzusetzen:

0-10V / 1-10V Verfahren

> Weitere Informationen zum 0-10V und 1-10V Verfahren

PWM (Pulsweitenmodulation)

> Weitere Informationen zur Pulsweitenmodulation

Phasenan- und Phasenabschnittsdimmung

> Weitere Informationen zur Phasenanschnittsdimmung und Phasenabschnittsdimmung