LED verlichting

Een ledlamp heeft geen gloeidraden zoals conventionele verlichting, een led-lamp is opgebouwd uit een groep van licht-emitterende diodes (leds). De karakteristieken van de toegepaste leds in de lamp bepalen samen met de stralingshoek de lichtstroom, lichtsterkte en kleurweergave.

Dat ging snel : Het woord led is een afkorting van light-emitting diode, in het Nederlands: ‘licht-emitterende diode’ of ‘lichtuitstralende diode’. Vandaag de dag is het woord in het Nederlands zo ingeburgerd dat het niet meer als een acroniem (letterwoord) gevoeld wordt.

We zeggen kortweg LED.

Een led is dus een elektronische halfgeleidercomponent opgebouwd als een diode die bij stroomdoorgang in de doorlaatrichting licht uitstraalt. Dit kan zichtbaar licht in diverse kleuren zijn, maar ook infraroodstraling of ultraviolette straling. Na de uitvinding ervan in 1962 werden leds aanvankelijk alleen gebruikt als indicatorlampje en voor signaaloverdracht. Als gevolg van technologische verbeteringen is de lichtopbrengst toegenomen en aan het eind van de jaren 1990 konden leds geproduceerd worden die geschikt waren als lichtbron voor het gewone dagelijkse gebruik. Meestal is een led ingebouwd in een kleine doorzichtige behuizing van een paar millimeter groot, die tevens als lens fungeert.

Een vraag die wij vaak krijgen en die bijna niet uit te leggen is:

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 1,7 à 1,9 V en blauw 2,8 à 4,6 V. Dit heeft ook consequenties voor de aansluitspanning en voor het eventueel toevoegen van weerstanden om de stroom door een led-circuit te stabiliseren.

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.

Hoge helderheidsled

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 hoge helderheidsleds. Hierdoor zijn deze halfgeleiders nu gestaag in opmars om gloeilampen, bijvoorbeeld in verkeerslichten, waarschuwingslichten bij overwegen en in straatlantaarns 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, en zijn niet veel 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 kleiner dan dat van een rode led. Dat komt doordat een witte led is opgebouwd uit een blauwe led waarvan een gedeelte van het licht door een fosfor wordt omgezet in geel licht en warmte. Het geel in combinatie met blauw geeft een witte indruk. Aanvankelijk waren witte leds door dit principe niet of nauwelijks efficiënter dan grote gloeilampen. Maar inmiddels is het door technische ontwikkelingen gelukt om ook het rendement van witte leds aanzienlijk te verhogen. In april 2012 werd een record bereikt van 231 lumen per watt.

Levensduur

Branduren
Een led kan veel meer uren licht geven dan een spaarlamp voordat hij kapot gaat. Vaak staat op verpakking van ledverlichting dat deze zeker 30.000-50.000 uur zou moeten meegaan. Van cruciaal belang bij een ledlamp is dat de warmte goed afgevoerd wordt. Gebeurt dat niet, dan gaat de levensduur van de led aanzienlijk achteruit. Ook de kwaliteit van de elektronica is van belang.

Led met geïntegreerde elektronica

Typische elektrische karakteristieken van diverse leds
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 IR-led gedraagt zich bijvoorbeeld als een superieure zenerdiode van ± 1,1 V.

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 (zie grafieken hiernaast).

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. In een dergelijke schakeling zal de led gemiddeld minder energie verbruiken bij gelijke ervaring van intensiteit. In het geval van constante gelijkstroom laat de grootte van de stroombegrenzende weerstand zich volgens de wet van Ohm als volgt berekenen:

• stroomsterkte, Us: voedingsspanning, Ul: werkspanning van de led, R: voorschakelweerstand.
  {\displaystyle {\frac {U_{s}-U_{l}}{I}}=R}{\displaystyle {\frac {U_{s}-U_{l}}{I}}=R}
• Het invullen van de waarden voor een rode led: 20 mA, 1,6 V werkspanning en 5 V voedingsspanning levert op:
  {\displaystyle {\frac {5,0-1,6}{0,02}}=170\Omega }{\displaystyle {\frac {5,0-1,6}{0,02}}=170\Omega } (kies 180 Ω uit de E12-reeks)
  
  Voor de zwakstroomleds, die een standaardstroom van 3 mA vragen, geldt een soortgelijke berekening.

Zonder voorschakelweerstand kan een led aangestuurd worden door gebruik te maken van stroomsturing met een stroombron, zoals een Widlar-stroomspiegel (dus geen spanningsbron). Deze levert een stabiele stroom die door de led zal vloeien. De serieregelaar (transistor of FET) in de stroombron vervangt de voorschakelweerstand en dissipeert (verbruikt een “nutteloos” vermogen) het serievermogen.

In bovenstaand voorbeeld gaat er 64 mW verloren aan ‘warmte’ in de weerstand en slechts 29 mW zal worden uitgestraald door de led. (Verliezen binnen in de led buiten beschouwing gelaten.) Er gaat dus slechts ongeveer 33% van het door de voeding geleverde vermogen naar de led. Bij hogere voedingsspanningen zal deze verhouding schever komen te liggen tot het conventionele gebruik van de led niet meer economisch is. Bij netspanningstoepassingen kan men beter een seriecondensator gebruiken. Een kleine serieweerstand wordt dan toegevoegd om grote inschakel- of stoorpieken te dempen.

Om de led te kunnen dimmen wordt gebruikgemaakt van multiplexing of pulsbreedtemodulatie (PWM-stroomsturing). Deze sturing maakt gebruik van het feit dat een led hoge piekstromen kan verduren als de effectieve stroom maar de normale waarde heeft. Pulsbreedtesturing kan efficiënter zijn als een groter gedeelte van het effectieve vermogen naar de led gaat.

Tijdens de aan-tijd loopt er door de led een hogere stroom dan tijdens normaal bedrijf. De ledspanning zal hierdoor iets hoger zijn. De voorschakelweerstand (of geleidingsweerstand van de serietransistor) is lager en het vermogen hierin, dat kwadratisch toeneemt met de stroom, zal hoger zijn. Middeling tussen aan- en uit-tijd kan een lager verlies opleveren.

De lichtsterkte wordt uitgedrukt in “mcd” (millicandela) en varieert van 1,6 tot meer dan 25.000 mcd

Led compensator

Allereerst is het belangrijk om te weten dat de kwaliteit van dimbaarheid afhankelijk is van de led dimmer, de led lampen én het stroomnet.

1. De led dimmer dient vanaf een zo laag mogelijk wattage te werken en over goede afstelmogelijkheden (minimaal een MIN potmeter) te beschikken.
2. De led lampen dienen een uitstekend dimbare driver te hebben.
3. En het stroomnet dient zo min mogelijk vervuild te worden door andere apparaten op dezelfde groep, lekspanning of slechte kwaliteit/dunne bedrading.

Is jouw licht nog steeds onstabiel,
de dimbaarheid slecht of blijft jouw led lamp nagloeien ondanks dat je aan bovenstaande voldoet? Of valt één van deze maatregelen in jouw situatie niet op te lossen? Gebruik dan deze universele led dimstabilisator. Deze stabiliseert spanningsverschillen en voegt iets (0.5W) vermogen toe aan jouw led lampen, waarmee de meeste problemen worden opgelost. Een uitgebreidere toelichting welke problemen wel/niet kunnen worden opgelost, lees je hieronder.

Wanneer dimstabilisator gebruiken?
Deze universele led dimstabilisator voorkomt knipperen (aan/uit) in laagste en hoogste lichtniveau, vermindert fluctuaties (harder/zachter/harder) in ieder lichtniveau, verbetert de dimbaarheid (verder terug dimmen) en voorkomt nagloeien van de led lamp (ondanks dat deze is uitgeschakeld).

Knipperende led lampen
Er zit een verschil in de manier van hoe led lampen knipperen of flikkeren. Gaan jouw led lampen aan/uit (stroboscopisch effect) in de laagste of in de hoogste lichtstand (in combi met een led dimmer), maar blijven ze in de middenrange wel stabiel? Dan kun je dit oplossen met de dimstabilisator.

Knipperen (aan/uit/aan/uit) jouw led lampen in ieder lichtniveau, ongeacht de dimstand?
Dan is jouw led lamp waarschijnlijk niet dimbaar en heb je deze toch proberen te dimmen. Of jouw led lampen zijn misschien wel dimbaar, maar gebruik je geen (of de verkeerde) led dimmer.

Flikkeren jouw led lampen altijd maar op 1 stand, bijv. op 70% lichtstand?
Dan betreft dit een probleem in (de driver van) de led lamp wat niet met een dimstabilisator opgelost kan worden.

Fluctuaties in het licht
Fluctueert of “danst” (harder/zachter/harder) het licht in ieder lichtniveau/iedere dimstand? Ook dan kun je dit waarschijnlijk oplossen met de led dim-stabilisator.

Check vooraf wel of je de juiste led dimmer hebt gekozen voor jouw led lampen.
Lees “Welke led dimmer heb ik nodig?” voor meer hulp of Bel/Mail ons! Tip: 90% van alle led lampen werkt op de dimtechniek fase afsnijding. Slechts 20% werkt op fase aansnijding. Of ga voor de iets duurdere universele led dimmer. Tevens staat op onze website bij iedere dimmer aangegeven voor welke merken led lampen deze wel/niet geschikt is. Heb je EcoBright led lampen? Deze werken altijd op fase afsnijding.

Is het licht altijd op 1 dezelfde plek onrustig, bijv. altijd op 70% lichtstand?
Dan zal de dimstabilisator dit waarschijnlijk niet kunnen oplossen, omdat dit een probleem in (de driver van) de led lamp betreft.

Dimbaarheid verbeteren
Wanneer er slechts 1 of 2 led lampen met een laag wattage (<5W per stuk) op de led dimmer zijn aangesloten, kun je de dimbaarheid verbeteren door een stabilisator op de lampengroep te sluiten. Hiermee kun je verder terug dimmen en blijft het licht stabiel.

Nagloeiende led lampen
Het nagloeien van een led kan voorkomen wanneer de led lamp met een led dimmer of enkelpolige schakelaar is uitgeschakeld. Een led dimmer of enkelpolige schakelaar sluiten namelijk niet voor 100% de stroomtoevoer af, waardoor er nog een minimale spanning wordt doorgegeven aan de lamp. Net genoeg om de lamp te laten gloeien. Een tweepolige schakelaar (meest voorkomend) sluit de stroomtoevoer wel volledig af en kan de led lamp dus niet laten nagloeien.

Wanneer je geen last hebt van knipperende of nagloeiende led lampen is het niet nodig om deze dimstabilisator aan te schaffen.
Overigens kan het nooit kwaad om een dimstabilisator op een led lamp aan te sluiten, om eventuele problemen met fluctuaties uit voorzorg te voorkomen. Geschikt voor led lampen met laag vermogen (1 tot 5W per lamp). Verbruik stabilisator: 0.5W

Hoe veel dimstabilisators nodig?
Per lampengroep (circuit) heb je één dimstabilisator nodig. Deze plaats je tussen de centraaldoos en de lampengroep.

Let op: Het heeft altijd de voorkeur om led spots parallel aan te sluiten. Dit voor een betere dimbaarheid en zodat alle lampen tegelijk inschakelen.

Mocht je vragen hebben of meer informatie willen?
Laat het ons gerust weten!