Dimmen van LED

Er bereiken ons veel vragen over de mogelijkheid tot het dimmen van LED. Er is echter nogal wat misverstand over het begrip dimmen. Los van de technische aspecten welke ik hier gemakshalve even buiten beschouwing laat zijn er binnen LED een aantal mogelijkheden en moeilijkheden.Met het onderstaande pretenderen wij niet een volledig wetenschappelijk onderbouwde licht verkenning weer te geven maar in lekentaal te verklaren waar men bij LED mee te maken heeft alsmede aan te geven wat voor mogelijkheden er momenteel bestaan.

Laten we beginnen met RGB (Rood-Groen-Blauw) armaturen. Elk RGB armatuur kent de mogelijkheid om alle kleuren (kanalen zo u wilt) 100% aan te sturen. Dit houdt in dat zowel het Rood, als het Groen en ook Blauw volledig branden. Aangezien de RGB schaal loopt van 0 – 255 staan alle drie de kleuren op dat moment op “stand” 255. In theorie maak je hiermee weer Wit licht.

In theorie, aangezien het een vermenging van kleuren blijft, en je voor de kwaliteit van dit “Wit “ licht erg afhankelijk bent van het armatuur. Bij het verlagen van één van de kanalen ontstaat een kleur. Bijvoorbeeld 255 Rood en 255 Groen is geel. 255 Rood en 255 Blauw is paars en 255 Groen 255 Blauw wordt lichtblauw.In theorie zijn zo 255 * 255 * 255 is meer dan 16 miljoen kleuren mogelijk. Natuurlijk zullen vele van deze kleuren erg dicht bij elkaar liggen en zijn ze dus niet allemaal even interessant.Voor de echte liefhebbers: zie http://en.wikipedia.org/wiki/RGB_color_model

Daarnaast is het zo dat door het verlagen van één kanaal er op dit kanaal een lagere licht output zal plaats vinden. Dit wordt ook wel verward met dimmen maar is in feite kleurmenging met een andere kleur tot gevolg. Zie ook http://nl.wikipedia.org/wiki/Dimmen

Anders is het met wit LED licht. Tot voor kort was dit niet mogelijk of leidde tot onverwachte bijverschijnselen. De ontwikkeling schrijden echter voort en sinds enige tijd kunnen we een groot aantal armaturen zonder probleem traploos dimmen. Samen met de leverbaarheid van diverse kleuren wit, waaronder warm-wit, is het hiermede product LED verlichting definitief een vervanger van de bestaande halogeen verlichting.

Hoe te werk te gaan. Er bestaan momenteel in feite twee typen LED halogeen vervangers.

1) De meest voorkomende die niet gedimd kan worden

2) De high power 1, 3 of 5 of meer watt die met een eigen driver gedimd kan worden

Eerst echter even wat basiskennis over de meest voorkomende Halogeenvervangers in LED. De meest voorkomende is momenteel de 3 Watt High Power LED. Deze bestaat, hoewel vaak uiterlijk geheel gelijk, uit een aantal op de markt aanwezige typen. Om het simpel te stellen, de goedkope en de dure, oftewel, u raadt het al, de goede en de minder goede.Het verschil steekt meestal in een aantal zaken: De lichtopbrengst tussen de kwaliteiten kan enorm verschillen terwijl ze uiterlijk identiek zijn. Dit komt vrijwel altijd door de combinatie, LED, Chip en lens. Voor een leek echter nauwelijks zichtbaar totdat je er twee naast elkaar ziet branden.

De levensduur van de lamp. Het totaal afgenomen vermogen en de degeneratie oftewel de vermindering van de lichtopbrengst in de tijd. (overigens elke lamp degenereert) Helaas niet direct zaken die je bij de aankoop snel ziet. Er wordt dan ook nogal wat afgesjoemeld.

Om daar helderheid in te brengen hanteren wij de Premium en de Budget serie.

Verder zijn er twee verschillende voeten, de GU10 http://www.ledpro.nl/webshop/index.php?main_page=product_info&cPath=2&products_id=5 welke direct op 220V wordt aangesloten en de MR16 voet welke lamp altijd met 12V via een trafo wordt gevoed. http://www.ledpro.nl/webshop/index.php?main_page=product_info&cPath=2&products_id=203

Je kan dus een serie Halogeen MR16 lampen vervangen door LED GU10 lampen. Een 3W LED lamp is momenteel te vergelijken met een 20W halogeen lamp. Er is nog geen vervanger in LED voor de 50W halogeen lamp. Wel zijn er 7W en 10W complete armaturen welke dit lichtniveau (van een 50W halogeen) gemakkelijk halen.

Soms doen zich hier een aantal andere problemen bij voor. Een min of meer komisch probleem is dat door de zeer geringe afname van bijvoorbeeld 4 LED halogeen vervangers oudere trafo’s soms niet naar tevredenheid werken omdat die een grotere minimumafname aan vermogen vragen. Echter over het algemeen voldoen de LED 3W halogeenvervangers uitstekend. Of het rendabel is hangt wel van het verbruik af.

Zie ook de energiecalculator op onze website.http://www.expose.nl/calculator/index.php Als voorbeeld kan je een showroom nemen. Brandt de LED lamp 12 uur per dag dan wordt het na zo’n zes maanden terugverdientijd zeer interessant. Daarnaast heeft de LED lamp een aanzienlijk langere levensduur en geeft deze veel minder warmte af wat dus ook niet teruggekoeld hoeft te worden. Nog meer energiebesparing dus.

Even terug naar het dimmen. De meest voorkomende , en momenteel ook beste, manier om de LED lampen te dimmen is met de eigen driver, zeg maar trafo. Deze dimbare trafo’s kunnen door middel van de meest eenvoudige dimmers worden bestuurd en zullen zonder enig probleem of geflikker de LED lampen dimmen. Handig daarbij is dat door het geringe afgenomen vermogen en/of door de voedingen parallel te schakelen er wel vaak redelijk veel LED spots met 1 dimmer kunnen worden bestuurd.Ook het probleem van het afgenomen vermogen speelt met deze drivers geen rol aangezien deze zich automatisch op het afgenomen vermogen instellen. De mogelijkheden op dit gebied zullen alleen maar verder toenemen maar gesteld kan al wel worden dat de LED verlichting het niveau en gebruiksgemak van de LED lamp al dicht is genaderd. Helaas is het nog wel zo dat de dimbare drivers / trafo's een stukje duurder zijn dan de niet dimbare. Op termijn zal dit ongetwijfeld verbeteren.

November 2008

Copyright Ledpro / Exposé

About LED

Een led (van het Engelse light emitting diode) is een elektronische component, een diode die licht uitzendt als er een stroom in doorlaatrichting (zie diode) doorheen wordt gestuurd. Nick Holonyak heeft in 1962 de eerste werkende led ontwikkeld.

Kleuren
De kleur van het opgewekte licht is afhankelijk van de aard van de materialen waaruit de led is opgebouwd, meer specifiek de breedte van de verboden zone tussen de valentieband en de geleidingsband. Dit verklaart ook waardoor een led met een lange golflengte een lagere doorlaatspanning heeft dan een met een korte golflengte, bijvoorbeeld rood 1,5 V en blauw 3,6 V. Doordat de spanning over de led ook een beetje stijgt bij een grotere stroom zal de kleur iets naar een kortere golflengte opschuiven, een blauwe led zal bij lage stroom meer groenig schijnen en een rode led wordt (heel even) geel bij zoveel stroom dat hij stuk gaat.

Gallium-aluminiumarsenide (AlGaAs) - rood infrarood
Galliumarseenfosfide (GaAsP) - rood oranje geel (amber)
Galliumnitride (GaN) - groen
Galliumfosfide (GaP) - groen
Zinkselenide (ZnSe) - blauw
Siliciumcarbide (SiC) - blauw
Indiumgalliumnitride (InGaN) - blauw of ultraviolet
Diamant (C) - ultraviolet

Blauwe led
De ontwikkeling van de blauwe led heeft lang op zich laten wachten. Blauwe (en witte) leds gebaseerd op halfgeleidende galliumnitride zijn uitgevonden door Shuji Nakamura. Pas in de jaren '90 zijn er betaalbare uitvoeringen met een redelijke helderheid op de markt. Inmiddels (2006) doet de blauwe led nauwelijks onder voor de groene. Met het beschikbaar komen van de blauwe led is volledige RGB kleurmenging mogelijk geworden.

Witte led
Witte leds werden oorspronkelijk gemaakt door met behulp van een UV-led een fluorescerende laag ('fosfor') te belichten. Inmiddels zijn er ook varianten die direct wit licht uitstralen. Maar ook driekleurenleds of RGB-leds kunnen wit licht uitzenden.

Infrarode led
Vrijwel alle afstandsbedieningen voor elektronische apparatuur zenden hun commando over met behulp van IR-leds. Deze kunnen een relatief hoog vermogen verwerken. Infraroodleds worden ook veel toegepast als geïntegreerde zender in optokoppelaars (Eng. optocoupler), veiligheidscomponenten waarbij de zendende zijde en de ontvangende zijde optisch vast verbonden zijn maar elektrisch onderling deugdelijk geïsoleerd zijn. IR-leds kunnen ook toegepast worden als hulpverlichting voor analoge en digitale video-camera's met "nachtopname" aangezien de CCD-sensor ook gevoelig is voor de golflengte van een IR-led.
Tip: deze eigenschap kan ook gebruikt worden om te controleren of een afstandsbediening nog werkt, bij kijken door een elektronische zoeker van video- of fotocamera moet het licht te zien zijn.
Tip: een IR-led kan ook IR-licht van een tweede brandende IR-led ontvangen. Men kan het signaal meten met een oscilloscoop.

Energieverbruik
Monochromatische leds hebben meestal een aanzienlijke energie-efficiëntie en slijten niet door gebruik. Er bestaan diverse gangbare formaten, variërend van 1.8 mm tot 20 mm, waarvan 3 en 5 mm de gangbaarste zijn. Ze kunnen door pootjes of aansluitcontacten op een printplaat worden vastgesoldeerd of met behulp van Surface Mounted Device-techniek (SMD) direct op de printplaat gemonteerd.

Optische eigenschappen
Door de halfgeleiderconstructie van een led wordt het uitgezonden licht al enigszins gebundeld. Deze bundeling wordt doelbewust vergroot door het kristal in een reflector te monteren om met een kleinere openingshoek een grotere lichtintensiteit te bereiken. De allerfelste leds (anno 2005: meer dan 20 cd ofwel 20.000 milli candela/mcd) hebben een zeer smalle openingshoek (minder dan 20 graden). Nu zegt 20.000 mcd wel iets over de intensiteit van het licht maar nog niets over de hoeveelheid licht die een led uitstraalt. Daarvoor moet ook de openingshoek meegerekend worden. De felste leds van 25.000 mcd met openingshoek van 20 graden stralen een hoeveelheid licht uit van 25.000*4*pi*20/360 = 17.000 milliLumen = 17 Lumen. Ter vergelijking: een 100W gloeilamp haalt ca. 1200 Lumen. Afhankelijk van de toepassing kan de behuizing mat, gekleurd transparant of helder transparant worden gekozen. Een matte led licht door een grote openingshoek als geheel vrij gelijkmatig op en is daarmee geschikt als indicator.

Hogehelderheidsled
Leds hebben in eerste instantie schaalverlichtingslampjes en controlelampjes vervangen. Door een ontwikkeling die rond het jaar 2000 plaatsvond, kunnen nu ook leds worden geproduceerd met een zeer hoge helderheid, zogenaamde hogehelderheidsleds. Hierdoor zijn deze halfgeleiders nu gestaag in opmars om gloeilampen, b.v. in verkeerslichten en waarschuwingslichten bij overwegen, te vervangen. Door hun veel langere levensduur, grote (mechanische) schokbestendigheid, veel geringere energiebehoefte en daardoor veel minder warmte ontwikkeling zijn zij een goedkoop en milieuvriendelijk alternatief. Nieuwere typen zijn in opmars ter vervanging van halogeenlampen. Ze verbruiken in verhouding minder energie, maar zijn (nog) wel duurder.

Rendement
Er is een belangrijk verschil in het rendement voor gekleurde, monochromatische leds aan de ene kant, en witte leds aan de andere kant. Een monochromatische led, vooral een rode, kan bijzonder efficiënt zijn (tot wel 50% van de elektrische energie wordt omgezet in licht). Het loont heel duidelijk om zulke leds te gebruiken om gloeilampen in rode verkeerslichten te vervangen: de gloeilamp heeft een totaal rendement van wit licht van zo'n 5 procent, en zelfs daarvan wordt maar een klein deel gebruikt (het grootste deel wordt tegengehouden door het rode glasfilter). Ook de beperkte openingshoek van een led komt hier van pas. Het rendement van een witte led is veel kleiner dan dat van een rode led: een witte led is opgebouwd uit een blauwe led (rendement daarvan is al lager dan voor een rode) waarvan een gedeelte van het licht wordt opgevangen door een fosfor die het, met een belangrijk energieverlies, omzet in geel licht. Het geel in combinatie met blauw geeft een witte indruk. Witte leds zijn door dit principe niet of nauwelijks efficiënter dan grote gloeilampen (van zo'n 100 watt). Echter, omdat kleine gloeilampen zoals in zaklampen een nog lager rendement kennen, en omdat het licht van de felle leds sterk gebundeld is, zijn er nog wel toepassingen waar vervanging nuttig kan zijn. De meest efficiënte witte verlichting wordt overigens gevormd door fluorescentielampen.

De modernste superfelle witte leds van 5mm doorsnee leveren een lichtstroom van 18 lumen. Deze leds verbruiken ca. 0,35W en leveren daarmee 51 Lumen per Watt. Een moderne spaarlamp van 15W levert met gemak 55-60 Lumen per Watt en is daarmee efficienter dan de modernste led. TL-buizen zijn nog beter met ca. 70 Lumen per Watt en Natriumlampen (straatverlichting) leveren zelfs 120 Lumen per Watt. Een led verslaat dus wel de ouderwetse gloeilamp, die maar 17 Lumen per Watt levert en ook de halogeenspot (ca. 20 Lumen per Watt), maar niet de moderne spaarlampen. De prijs van een moderne led is ongeveer 15 eurocent per Lumen; dat is ca. 15x zoveel als de prijs van een gewone spaarlamp, die minder dan 1 eurocent per Lumen kost (prijspeil 2006). Ook in prijs is een led dus (nog) absoluut niet concurrerend. In levensduur wel; een led gaat gemakkelijk 50.000 uur mee, en zelfs de modernste TL buizen en natrium- of kwiklampen halen nooit meer dan 18.000 uur. Nichia komt in december 2006 met een bericht dat zij een witte led hebben ontwikkeld die 150 lumen per watt levert. Hiermee zou de witte led de meest efficiënte lichtbron zijn.

Toepassingen
Leds worden tegenwoordig alom toegepast in consumentenelektronica als infraroodzender in afstandsbedieningen en spannings- of signaalindicator, maar ook steeds vaker in lichtkranten en platte beeldschermen. Vooral door de vrij recent ontwikkelde mogelijkheid om leds blauw of (door combinaties van leds) wit licht uit te laten stralen is het potentiële toepassingsgebied aanzienlijk toegenomen. Een serie leds op rij wordt ook gebruikt voor derde remlicht; gemonteerd achter de achterruit van een auto. De laatste tijd zien we ook veel leds verschijnen in tuinverlichting, die via een zonnecel energie opslaat in een batterij, om dit 's avonds bij het invallen van de duisternis, in opdracht van een lichtgevoelige sensor, weer af te geven aan het ledje. Zodoende is geen ondergrondse bekabeling meer nodig. Met een bijzondere constructie kan van de led een halfgeleiderlaser gemaakt worden. Zo'n led geeft sterk gebundeld coherent licht af met een zeer specifieke golflengte, waardoor hij geschikt is om te worden toegepast in cd- en dvd-opname- en afspeelapparatuur. Deze leds hebben wel een beperkte levensduur. Bij gebruik van enkele uren per dag, zal zo'n led ruwweg 8 jaar meegaan. Er gaan ook leds gebruikt worden in nieuwe verkeerslichten. Voordelen daarvan zijn, dat ze lang meegaan en minder energie verbruiken, dus zijn ze milieuvriendelijk. Bovendien gaan ze veel minder snel stuk.

Led met geïntegreerde elektronica
Wat doorgaans een knipperled wordt genoemd, is in feite een led waarin een kleine elektronische schakeling is geïntegreerd die de led afwisselend aan en uit doet gaan. De voedingsspanning voor het geheel is vaak 5 tot 12 V.
Daarnaast zijn er leds die gaan branden als de spanning onder een bepaalde waarde zakt, om aan te geven dat de batterijspanning te laag is. Ook bestaan er tweekleurenleds. Dit zijn normale led-behuizingen waarin echter twee leds zijn geïntegreerd die een verschillende kleur, veelal rood en groen, hebben. Tweekleurenleds kunnen twee of drie pootjes hebben, in het eerste geval dient de polariteit van de spanning omgedraaid te worden om de kleur licht die de led uitstraalt te veranderen. Met drie pootjes kan elke mengkleur van rood en groen gemaakt worden door de stroom door de twee leds apart te regelen (sturen). Verder zijn er leds met meer dan twee kleuren op de markt, waaronder de full-colour RGB-led. Door de rode, groene en (meestal) twee blauwe leds kan het volledige kleurenspectrum bestreken worden. Ze worden onder andere toegepast in grote lichtkranten en beeldschermen.
Daarnaast zijn er ook RGB-leds te vinden die uit zichzelf van kleur veranderen. Dit wordt ook wel faden genoemd.

Elektrische eigenschappen
In elektronisch opzicht zijn leds en andere halfgeleiderdiodes interessante componenten omdat er een nagenoeg constante spanningsval over de aansluitingen optreedt, anders dan bij ohmse weerstanden. Een led mag daarom nooit zonder meer op een spanningsbron worden aangesloten. Er dient altijd een stroombegrenzer aanwezig te zijn, zoals een transistor of een eenvoudige weerstand, omdat een led in feite een diode is. Over de led zal een spanning vallen, afhankelijk van het type led zo'n 1,1 V voor infrarode leds tot wel 3,5 V bij witte en blauwe leds.
De standaardstroom door een led is 20 mA continu, maar de meeste leds kunnen 10-30 mA verwerken. Het is overigens heel goed mogelijk om pulsvormige stromen tot wel 1 A te gebruiken als de gemiddelde stroom maar binnen de veilige grenzen blijft.


Bron:
wikipedia


Een LED-lamp of ledlamp is een SSL (Solid state lighting) lamp opgebouwd uit een groep van LED's. De karakteristieken van de toegepaste leds in de lamp bepalen samen met de stralingshoek de lichtstroom, lichtsterkte en kleurweergave.

Wit licht
Wit licht in LED-lampen werd oorspronkelijk gemaakt door met behulp van een UV-led een fluorescerende laag ('fosfor') te belichten. Inmiddels zijn er ook varianten die direct wit licht uitstralen. Om zacht wit licht te krijgen worden driekleurenleds of RGB-leds toegepast.

Model

LED lampen komen in verschillende modellen voor waaronder de vorm van een gewone gloeilamp met eventueel een grote Edison fitting (E27). Er zijn ook andere modellen met een kleine Edison E14 fitting, GU5.3 steekvoet (Bipin voet) of GU10- (bajonetvoet). Bij LED lampen zijn de lichtstroom (in lumen), de lichtsterkte (in millicandela) en de stralingshoek (in °) gerelateerd.

Stralingshoek
Bij een kleinere stralingshoek wordt de lichtsterkte (helderheid) groter terwijl de lichtstroom (hoeveelheid licht) niet verandert. Bijvoorbeeld: een 1000mcd 30° led straalt net zoveel licht af als een 4000mcd 15° led. De stralingshoek is gehalveerd in zowel de breedte als de hoogte, de lichtsterkte is daarmee viermaal zo sterk. Zie ook MR16.

Lichtstroom
Lichtstroom is een maat voor de hoeveelheid energie die een lichtbron in alle richtingen uitzendt. De eenheid van lichtstroom is de lumen. De lichtstroom van een gloeilamp van 40 Watt is b.v. 450 lm.

Lichtsterkte
De lichtsterkte van een lichtbron is de hoeveelheid licht die de bron afgeeft. Deze wordt voor LED's uitgedrukt in millicandela (mcd). 1000 millicandela is gelijk aan 1 candela. De lichtsterkte is b.v. 590.000 mcd.

Millicandelas naar Lumen
Om bij benadering de hoeveelheid lumen uit te rekenen neemt u het aantal candelas, en deelt dit door het deelgetal dat bij de stralingshoek van de lamp hoort.

Voorbeeld: 590.000 mcd =590 cd, een lamp met
een stralingshoek van 40°, 590/2,64=223,48 Lumen.

Millicandela Stralingshoek Delen door
167,22
10° 41,82
15° 18,50
20° 10,48
25° 6.71
30° 4,67
35° 3,44
40° 2,64
45° 2,09


Lichtstroom

Stroomverbruik vergelijking

Compactefluorescentie-
lampen
Gloeilamp
150 lm 4 W 20 W
200 lm 5 W 25 W
250–400 lm 6/7 W 30/35 W
450 lm 3,4 W 8/9 W 40 W
500 lm 10 W 50 W
550–700 lm 11 W 60 W
800 lm 14 W 65 W
950 lm 17 W 75 W
1200 lm 20 W 100 W
1500 lm 23 W 120 W

Kleurtemperatuur

De kleurtemperatuur kan aangegeven worden in Kelvin of Mired (1 miljoen gedeeld door de kleurtemperatuur in Kelvin).

Kleurtemperatuur Kelvin Mired
Extra warmwit < 2700 K 370 M
Warmwit 2900 - 3000 K 333- 345 M
Neutraal wit 4000 K 250 M
Koelwit > 5000 K 200 M

Voordelen

Aanschaffingskosten + (Stroomverbruik Stroomprijs) = Totale kosten

Gloeilamp: 50 € 0,70 + 60W 50.000h € 0,18 / kWh = € 575,00
LED lamp: 1 € 26,95 + 5W 50.000h € 0,18 / kWh = € 71,95
Besparingspotentieel = € 503,05

Levensduur
Een LED-lamp werkt ongeveer 50.000 branduren.(Een normale gloeilamp werkt gemiddeld 1.000 branduren, een spaarlamp 6.000 branduren). De lichtterugval in de lichtopbrengst over de gehele termijn is minder dan 30%. De lamp wordt niet heet, is tril- en schokbestendig. Bij vier uur gebruik per dag gaat hij 35 jaar mee.

Energieverbruik
De LED-lamp verbruikt -/+ 90% minder energie dan een gewone gloeilamp en ongeveer de helft minder dan een spaarlamp.

Nadelen
LED-lampen zijn duur in aanschaf (maar ze besparen een veelvoud van de aanschafprijs aan elektriciteit, en gaan veel langer mee dan gloeilampen of spaarlampen).

Toekomst
Elke 18 maanden verdubbelt de lichtopbrengst van LED-lampen. De verwachting is dat in 2010 de lichtopbrengst zo groot is dat tl-buizen vervangen kunnen worden.

 

Bron: wikipedia