Warum flackern LEDs – und wie man Flackern verhindern kann

Was lässt LED-Lampen flackern?

Einfach ausgedrückt: LEDs flackern, wenn ihre Lichtleistung schwankt. Diese Fluktuation entsteht, weil die dimmbaren Leuchtdioden so konstruiert sind, dass sie sich mit sehr hoher Geschwindigkeit ein- und ausschalten. Ist diese Funktion gestört, wird das Flackern für das menschliche Auge wahrnehmbar.

Auch wenn man es nicht immer sieht, flackern alle netzbetriebenen Lichtquellen – ob Glühbirne, Halogen, Leuchtstoffröhre oder LED.

In Deutschland ist Netzstrom ein Wechselstrom (AC), der mit einer Frequenz von 50 Hertz geliefert wird. Das bedeutet, dass der elektrische Strom, der Ihre Lichter – alle Lichter – versorgt, 50 Mal pro Sekunde hin- und hergeschaltet wird.

Früher haben wir das bei unseren alten Glühbirnen nicht bemerkt, weil die Restwärme der Glühbirne den Glühfaden zwischen den Flimmerphasen zum Glühen brachte. Dies war ein Nebeneffekt der Ineffizienz traditioneller Glühbirnen. Diese alten Glühlampen verschwendeten typischerweise etwa 90 Prozent der eingesetzten Energie durch Wärme!

Beginnen wir also diese Diskussion mit der Entlarvung eines verbreiteten Missverständnisses. Da das LED-Flackern durch die Stromversorgung verursacht wird, glauben einige Leute, dass es vollständig vermieden werden kann, solange die Leistungsaufnahme (Strom und Spannung) konstant bleibt.

Dies ist nicht wahr, denn alle netzbetriebenen Lichtquellen flackern ständig.

Warum sind flackernde LEDs ein Problem?

LED-Flackern war früher ein häufiges Problem. Das lag daran, dass LEDs – im Gegensatz zu Glühbirnen, Halogenen und Leuchtstoffröhren – keine Persistenz haben. Wenn die Stromversorgung einer LED abgeschaltet wird, hört die Lichtabgabe sofort auf. Wenn sie also direkt an ein Wechselstromnetz angeschlossen wird, schaltet sich eine LED 50 Mal pro Sekunde ein/aus – genug, um für das menschliche Auge sichtbar zu sein.

Aus diesem Grund glauben manche Leute, dass LEDs stärker flackern als herkömmliche Lichtquellen. In der Vergangenheit stimmte das auch. Aber heute stimmt das nicht mehr.

LED-Flimmern ist für moderne LED-Installationsprojekte kein Problem. Das liegt daran, dass wir die LEDs nicht mehr direkt an das Stromnetz anschließen. Stattdessen versorgen wir unsere LEDs mit einem speziell für diesen Zweck entwickelten LED-Treiber.

Wie ein hochwertiges LED-Netzteil das LED-Flimmern beenden kann

LED-Beleuchtung erfordert eine Gleichstromversorgung (DC) und keine Wechselstromversorgung. Das ist eine gute Nachricht, denn der Schlüssel zur Beseitigung des LED-Flackerns ist die Art der Stromversorgung, mit der die Beleuchtung betrieben wird.

Obwohl die Beleuchtungsindustrie ihre Stromversorgungen (auch bekannt als „Treiber“) im Allgemeinen einfach als „LED-Transformatoren“ kennt, sind sie eigentlich mehr als das. Ein LED-Treiber senkt (transformiert) nicht nur die Spannung. Er wandelt auch Strom von Netz-Wechselstrom in Gleichstrom um. Wenn man sich für ein hochwertiges LED-Netzteil entscheidet, liefert es auch einen konstanten Strom für die LEDs. So entsteht Licht ohne sichtbares Flackern.

Ein minderwertiger, schnörkelloser LED-Treiber liefert jedoch keinen Konstantstrom. Stattdessen wandelt er einfach den Strom von AC in DC um. Diese grundlegendste Art der Stromversorgungsumwandlung erzeugt einen oszillierenden Strom, der allerdings typischerweise die Frequenz der Eingangsspannung verdoppelt. In Deutschland führt dies zu einer Frequenz von 100 potenziellen Flackern pro Sekunde.

100 Flackern pro Sekunde ist offensichtlich viel besser als 50 Flackern pro Sekunde. Aber es klingt immer noch nach einem Problem, nicht wahr? Glücklicherweise ist es in den meisten Situationen nichts, worüber man sich Sorgen machen muss – denn das menschliche Auge ist nicht wahrnehmungsfähig genug, um es zu sehen. Die meisten von uns registrieren nur Licht, das weit unter 100 Flimmern pro Sekunde schwankt – normalerweise 50 oder langsamer. (Computerbildschirme flimmern normalerweise im Bereich von 60 bis 70 Hertz, was wir kaum wahrnehmen).

Auch wenn es also sicherlich eine winzige Minderheit von Menschen gibt, die schnelleres Flimmern sehen können, ist das für die meisten von uns kein Thema. Bei vielen Projektinstallationen ist ein einfacher, schnörkelloser LED-„Transformator“ alles, was man braucht. Es gibt sogar einige Anwendungen, bei denen LED-Flimmern tatsächlich ein erwünschter Effekt sein kann: Man denke zum Beispiel an Nachtclubs oder oszillierende Fahrradlichter.

Konstanter Strom = konstante Helligkeit

Aber wenn eine einfache LED-Stromversorgung für ein Projekt nicht ausreicht, dann wäre eine Konstantstrom-Stromversorgung eine ausgezeichnete Alternative.

Diese höher spezifizierten LED-Treiber können das Flimmern praktisch eliminieren, indem sie die Spannung über die Schaltung variieren, um einen konstanten elektrischen Strom zu erzeugen. Dadurch wird sichergestellt, dass der an die LEDs gelieferte Strom überhaupt nicht schwankt, wodurch die Auswirkungen der AC/DC-Wandlung gemildert werden.

Es gibt einige Situationen, in denen selbst ein Konstantstrom-LED-Treiber das Flimmern nicht vollständig eliminieren kann. Interferenzen aufgrund von Inkompatibilitätsproblemen mit der Steuerschaltung sind eine häufige Ursache; vor der Installation sollte sichergestellt werden, dass die LED-Produkte für die verwendeten Steuerschaltungen und das verwendete Netzteil geeignet sind.

Regelmäßiges Flackern – Achtung Warnung!

Wenn der Grund für das Flackern der LEDs Interferenzen oder Inkompatibilitäten sind, dann ist der Flackereffekt ungleichmäßig. Aber das ist möglicherweise nicht das Problem, vor dem man steht. Wenn die LED-Leuchten ein regelmässiges, rhythmisches Flackern erzeugen (z.B. jede Sekunde), dann ist es sehr wahrscheinlich, dass sie mehr Strom verbrauchen, als der LED-Treiber liefern kann.

Hochwertige LED-Netzteile sind so konzipiert, dass der Flimmereffekt als Warnung dient. Regelmäßiges Flackern weist darauf hin, dass die LED ein größeres, höher spezifiziertes Netzteil (oder mehrere kleinere) benötigen.

Lose Verdrahtung und andere fehlerhafte Verbindungen können ebenfalls Probleme verursachen.

Wenn in der Nähe mehrere elektronische Geräte installiert sind (z. B. auf derselben Schalterplatte), kann die kombinierte Hitze zu einer Überlastung der LED-Dimmer führen. Dies kann intermittierendes Flackern verursachen. Auf der australischen Diginet-Website finden Sie einen großartigen Artikel über die beste Methode, überlastete Dimmer zu drosseln.

Wenn LEDs für Filmanwendungen (z. B. in Fernsehstudios, Theatern usw.) verwendet werden, benötigen Sie Ausgänge mit sehr hoher Frequenz und hoher Auflösung. Dies geht über den Bereich eines Standardtreibers hinaus.

LED flackert beim Dimmen

Das Dimmen kann selbst bei einer ansonsten perfekten LED-Beleuchtungsinstallation Probleme verursachen. Das liegt daran, dass herkömmliche Dimmer durch Verlängerung des „Aus“-Teils jedes Ein-/Aus-Flackerzyklus funktionieren, um die gesamte Lichtmenge zu reduzieren, die ausgegeben wird.

Diese Technik wird Pulsweitenmodulation (PWM) genannt. Die PWM arbeitet sehr effektiv – solange die Schaltfrequenz nicht auf ein für das menschliche Auge wahrnehmbares Niveau abfällt.

Einige Hersteller arbeiten an der Lösung dieses Problems, indem sie LED-Dimmer mit einem viel schnelleren Flickerzyklus entwickeln. Ein Zyklus von Tausenden von Hertz ist das Ziel. Dies würde die Lösung simulieren, die von den elektronischen Vorschaltgeräten verwendet wird, die seit vielen Jahren Leuchtstofflampen betreiben. Es gibt jedoch eine Kehrseite: Je höher die Flackerfrequenz, desto näher müssen die LEDs am Transformator sein. Was nicht immer praktisch ist.

Anstatt diese weniger flexiblen (und teureren) Dimmer zu installieren, kann man das sichtbare Flackern, das durch die Pulsweitenmodulation entsteht, sehr leicht vermeiden. Indem die LEDs einfach nicht so niedrig gedimmt werden, verhindert man, dass ihr Flackerzyklus für das Auge sichtbar wird.

Noch vor ein paar Jahren bedeutete das oft, nicht unter etwa 50% der vollen Helligkeit zu dimmen. Aber jetzt ermöglichen es moderne Dimmer eine viel größere Flexibilität zu bieten. Vielleicht stellt sich heraus, dass man ganz ohne sichtbares Flimmern dimmen kann!

Im Allgemeinen wird man feststellen, dass Null- bis 10-V-Dimmer weniger flimmeranfällig sind als z.B. eine TRIAC-Netzsteuerung.

Zusammenfassung – Wie man das Flackern von LEDs stoppt

In den letzten zehn Jahren wurden LEDs von der Beleuchtungsindustrie als energieeffiziente Beleuchtungslösung für die Zukunft eingeführt. Mit all den Vorteilen, die sie bieten, ist das nicht überraschend.

Aber um die Auswirkungen des LED-Flackerns zu vermeiden, benötigt man ein Grundverständnis der dahinter liegenden Probleme, das Sie und Ihr Elektriker benötigen. Behalten Sie diese Punkte also immer im Hinterkopf:

1. LED-Produkte sollten immer mit einem LED-Netzteil betrieben werden, das für die jeweilige Aufgabe ausgelegt ist. Es dürfen keine LED-Streifen verwendet werden, die mit Netzstrom betrieben werden!

2. Es sollte sichergestellt werden, dass alle LED-Produkte mit den Steuerschaltkreisen und der Stromversorgung, die verwendet wird, kompatibel sind.

3. Die Verkabelung sollte auf lose Verkabelung und andere fehlerhafte Anschlüsse überprüft werden. Außerdem sollte sichergestellt werden, dass die LED-Dimmer nicht überlastet sind.

4. Die Verwendung eines Konstantstrom-LED-Treibers sollte in Betracht gezogen werden.

5. Bei der Installation eines Dimmersystems sollten man experimentieren, um herauszufinden, ob es einen Mindestdimmwert gibt, der nicht unterschritten werden sollte.

6. Für Dimmsysteme sollten statt einer TRIAC-Alternative ein Null-zu-10-V- oder ein digitales Volt-Dimmsystem verwendet werden.