Flickerfaktor

Stromversorgungen für flickerfreie LED-Beleuchtungen

Je gleichförmiger der Stromverlauf einer LED-Beleuchtung ist, desto gleichförmiger ist auch die Umwandlung in Licht. Die Stromschwankungen des Netzteils stehen im direkten Zusammenhang mit dem Flickerfaktor.

Flickereffekt anhand einer realen LED-Emissionskurve und Stromschwankungen (Bild: Cree Inc.)

Möchte man auf die Vorteile einer LED-Beleuchtung zurückgreifen, gilt es durch die richtige Auswahl des LED-Netzteils den Flickereffekt zu verhindern. Flickern ist vielen schon bei Videoaufnahmen per Smartphone oder Digitalkamera begegnet. Es sind die Hell/Dunkel-Effekte während jedes einzelnen Bildes. Das Flickern begründet sich auf die natürliche Helligkeitsschwankung jeder künstlichen Lichtquelle. Meistens ist die Ursache eine Überlagerung der Bildfrequenz mit der Frequenz der Netzspannung oder einem Vielfachen davon, also 50 bzw. 100Hz.

High-Speed-Lichttechnik

Verstärkt kommen derzeit bei Sportstätten High-Speed-Kameras zum Einsatz. So waren bei den Olympischen Spielen in Peking 2008 Slow-Motion-Kameras mit 70fps im Einsatz. In London 2012 wurden schon 300fps verwendet. Bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro wurde bereits Slow-Motion-Technik mit bis zu 1.500fps eingesetzt. Für Fußballstadien ist mittlerweile für Kameras eine Bildwiederholrate von 300fps vorgeschrieben. Gleichzeitig gibt es Vorgaben an die Beleuchtungstechnik zur Flickerfreiheit: Elite-Level-A-Stadien müssen einen Flickerfaktor kleiner 5% vorweisen, Level-A- und Level-B-Stadien müssen kleiner 12 Prozent sein und für Level-C-Stadien kleiner 20 Prozent. Am einfachsten sind dabei High-Speed-Aufnahmen im Tageslicht, aber in den meisten Fällen ist man auf künstliche LED-Lichtquellen angewiesen. Anders als die konventionelle Technik muss der Halbeiterbaustein LED aber mit einem konstanten Gleichstrom betrieben werden. Hier kommen oft vorgeschalteten LED-Treiber zum Einsatz, idealerweise mit einer Konstant-Strom-Regelung. Da LEDs zudem äußerst sensibel reagieren, muss das Netzteil einen sehr sauberen Ausgangsstrom liefern. Je gleichförmiger der Stromverlauf für die LED ist, desto gleichförmiger ist auch die Umwandlung in Licht.

Zusammenhang zwischen Eingangsstrom und seiner Schwankungen zum resultierenden Licht und dem entstehenden Flicker (Bild: Emtron Electronic GmbH)

Netzteile für LED-Beleuchtungen

Die Stromschwankungen des Netzteils stehen im direkten Zusammenhang mit dem Flickerfaktor. Konstant-Strom-Netzteile von Mean Well sind beispielsweise in Bezug auf den Wirkungsgrad die ideale Wahl. Die Datenblätter lassen einen direkten Zugriff auf die Schwankungsbreite des Ausgangsstroms zu. Damit ist der zu erwartende Flickereffekt einfach abzuschätzen. Die Datenblattangaben der Hersteller sind eher konservativ, die real gemessenen Werte fallen durchaus besser aus. So zeigen die Datenblätter der Serie XLG-C 4 Prozent für die Strom-Schwankungs-Breite (Current Ripple), die Messdaten anhand des technischen Test-Reports weisen dagegen einen erheblichen besseren Wert von nur 1,59 Prozent auf. Bei den Serien HLG-C und ELG-C werden 5 Prozent angegeben, die typischen Messewerte liegen aber weit darunter. Flicker spielen jedoch nicht nur in der High-Speed-Aufnahmetechnik eine besondere Rolle, sondern auch bei der Raumbeleuchtung. Neue Forschungen haben gezeigt, dass Flickern die Gesundheit negativ beeinflussten kann. In der Raumbeleuchtung werden oft Netzteile mit Konstant-Spannung CV oder der Mischform CC+CV eingesetzt. Diese LED-Netzteile sind nicht zwangsläufig ungeeignet. Allerdings beinhalten die Datenblätter nur eine Angabe für den Ripple&Noise (R&N) der Ausgangsspannung, welcher nur indirekt Auswirkungen auf die Lichtemission der angesteuerten LED hat. Bei der Ermittlung des R&N-Parameters werden beim vorgegebenen Messaufbau Kondensatoren zwischengeschaltet. Diese sind jedoch im späteren Betrieb nicht einzusetzen und verfälschen die Beurteilung der Flickerfreiheit. Deshalb ist beim Einsatz der CV- bzw. CV+CC-Netzteile zusätzlich eine messtechnisch elektrische und optische Überprüfung zur Flickerbetrachtung notwendig.