Betriebsarten
Es gibt zwei Betriebsarten für LEDs: Dauerbetrieb und Impulsbetrieb. Jede Betriebsart hat Vor- und Nachteile, sodass je nach Anwendungsfall entschieden werden muss, was eingesetzt wird.
1. Dauerbetrieb
Eine LED-Schaltung kann auf Dauerbetrieb ausgelegt sein. Die LED ist dann kontinuierlich eingeschaltet. In dieser Betriebsart darf der Strom durch die LED maximal dem Nennstrom entsprechen.
- Vorteile: Einfachere und kostengünstigere Schaltung
- Nachteile: Es kann nur ein geringer Teil des maximal möglichen Lichtstroms der LED verwendet werden. Durch den kontinuierlichen Betrieb entsteht eine höhere Abwärme, was zu einer schnelleren Alterung der LED führt.
Der Dauerbetrieb kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden:
a. Strom- und Spannungsausgabe
Das dauerhafte Einschalten einer Spannung oder eines Stroms (je nach ausgewählter Ansteuerungsart) führt zu einem Dauerlicht. Die Beschreibung, sowie die Vor- und Nachteile der beiden Ansteuerungsarten sind im Kapitel Ansteuerung zu finden.
b. Pulsweitenmodulation (PWM)
Wird der Konstantstrom oder die Konstantspannung mit Vorwiderstand schnell im kHz-Bereich getaktet, spricht man von einem PWM-Betrieb. Die Einstellung der Helligkeit kann dann farbecht über die Anpassung des Tastverhältnisses der Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgen. Durch Ein- und Ausschalten der Versorgung mit einer ausreichend hohen Frequenz und einem vorgegebenen Tastverhältnis (0..100 %) erscheint dem menschlichen Auge das Blinken wie ein Dauerlicht. Durch die Veränderung des Tastverhältnisses wird der über die Zeit gemittelte Strom durch die LED reduziert bzw. erhöht, wodurch die Helligkeit eingestellt wird.
- Vorteile: farbechte Helligkeitseinstellung
- Nachteile: Versorgung muss schnell ansteigende Ströme bereitstellen können, ggf. komplexe Versorgungsquelle erforderlich
2. Impulsbetrieb
In einigen Applikationen kann ein sogenanntes „Überblitzen“ gewünscht sein, da die Lichtleistung im Dauerbetrieb mit dem Nennstrom nicht ausreicht. Dabei wird die LED kurzzeitig für einige µs bis ms mit einer deutlich höheren Leistung als im Nennbetrieb betrieben, indem der Strom kurzzeitig und pulsierend über den Nennstrom angehoben wird. Dadurch werden kurzzeitig höhere Lichtströme erzielt. In der folgenden Pause kann die LED wieder abkühlen.
Ein Überblitzen führt zu einer erhöhten Wärmeentwicklung in den LEDs. Während des Impulses darf die Temperatur des LED-Chips nicht über den Temperaturgrenzwert hinaus ansteigen. Sonst kommt es zur Beschädigung der LED. Nach einem Impuls muss eine ausreichend lange Zeitspanne (Ausschaltzeit) bis zum nächsten Impuls gewartet werden, damit die LED abkühlen kann. Das Verhältnis von Ein- und Ausschaltzeit ist über den Duty-Cycle (Tastgrad) festgelegt. Für den Impulsbetrieb ist häufig ein maximaler Duty-Cycle von 10 % festgelegt. Somit darf die Pulsdauer maximal 10 % der gesamten Periodendauer betragen. Die genauen Werte sind den entsprechenden Datenblättern des Herstellers zu entnehmen.
- Vorteile: Man kann den maximalen Lichtstrom der LED ausnutzen. Beim Einhalten oder Unterschreiten des Duty Cycles entsteht maximal so viel Abwärme, wie im Dauerbetrieb. Wird der maximale Duty Cylce unterschritten, sodass die durchschnittliche Leistung geringer ist als im Dauerbetrieb, kann das zu einer geringeren Alterung und damit zu einer längeren Lebensdauer führen.
- Nachteile: Erfordert eine aufwändigere schaltungs- und regelungstechnische Lösung z. B. in Form eines Blitzcontrollers
Auch hierbei ist die Realisierung über einen Spannungs- oder Stromausgang möglich. Die Ausgangswerte müssen dann so dimensioniert werden, dass der ausgegebene Blitz die gewünschte Helligkeit erreicht. Die maximale Ausgangsleistung muss bei der Dimensionierung der Blitze immer berücksichtigt werden.
Auch mit einer schnellen PWM ist die Ausgabe von Lichtimpulsen möglich. Dabei wird ein ms langer Lichtblitz mit einer kHz-PWM erzeugt.