Ledien himmentäminen

Perinteisten hehkulamppujen himmentäminen on ollut helppoa, sillä hehkulamppu on sähköverkon kannalta pelkkä vastuslanka. Hehkulamppuhimmennin katkoo lampun läpi kulkevaa vaihtovirtaa, jolloin valoteho pienenee. Katkominen voi tapahtua vaihtovirran aallon nousevalla (leading edge) tai laskevalla (trailing edge) reunalla. Tällöin hehkulampun kirkkaus riippuu siitä, kuinka kauan sähkö kulkee piirissä yhden vaiheen aikana.

EU-direktiivin kiellettyä hehkulamput ollaan uuden ongelman edessä: Mistä korvaava lamppu himmenninkäytössä olleelle hehkulampulle? Valitettavasti nykyaikaiset led- ja energiansäästölamput ovat huomattavasti perinteistä hehkulamppua monimutkaisempia laitteita, joten niiden himmentäminen kaikilla vanhoilla himmentimillä ei ole mahdollista.

Mikäli ehdottomasti halutaan käyttää vanhaa himmennintä, varmin valinta on halogeenilamppu. Halogeenilamppuhan on käytännössä paranneltu hehkulamppu, joten se toimii sellaisenaan hehkulampuille tarkoitettujen himmentimien kanssa. Halogeenipolttimoilla ei kuitenkaan saavuteta nykyaikaisempien lampputyyppien etuja, kuten vähäistä energiankulutusta ja minimaalista hukkalämmön tuottoa, joten kannattaa myös harkita vanhojen himmentimien vaihtamista nykyaikaisiin. Myös halogeenilamput tulevat poistumaan markkinoilta lähitulevaisuudessa.


LEDIEN HIMMENTÄMISESTÄ:


Hehkulampuista poiketen led-polttimot toimivat tasajännitteellä. Tällöin virta voi kulkea niiden läpi vain yhteen suuntaan, eikä led-elementtiä voida kytkeä suoraan vaihtovirtaverkkoon. Led vaatii siis aina erillisen ajuriyksikön, joka tasasuuntaa 230V vaihtojännitteen ja tiputtaa sen halutulle tasolle, yleisimmin 12 tai 24 volttiin.

Ledejä on kahta tyyppiä: vakiojännitteellä, tai vakiovirralla ohjattavia. Erityyppiset ledit tarvitsevat toimiakseen erilaisen ohjaimen, ja niiden himmentäminen poikkeaa toisitaan:


VAKIOJÄNNITE (CV, CONSTANT VOLTAGE)

Vakiojännitteellä toimivia led-valoja ovat esimerkiksi led-valonauhat, useimmat led-listat, sekä useat retrofit-polttimot. Nämä valot voi tunnistaa esimerkiksi siitä, että tuotteen ominaisuuksissa kerrotaan käyttöjännitteeksi 12/24 V DC. Vakiojänniteledejä ohjataan siis syöttämällä niihin tasajännite jännitelähteellä, esimerkiksi muuntajalla tai akulla. Valoja ei voida himmentää säätämällä syöttöjännitettä, koska säätöalue on joko hyvin pieni, tai sitten niin tarkka, että valo sammuu äkillisesti. Vakiojänniteledejä voidaan himmentää PWM-himmentimellä. Himmennin säätelee pulssin pituutta, eli katkoo ledille kulkevaa sähköä.

 

VAKIOVIRTA (CC, CONSTANT CURRENT)

Vakiovirralla toimivia led-valoja ovat esimerkiksi led-paneelit, sekä useimmat uppo- ja pinta-asennettavat led-valaisimet. Vakiovirtaledit voit tunnistaa siitä, että niiden ominaisuuksissa on kerrottu ohjausvirta, usein 350 mA tai 700 mA. Näitä ledejä ei ohjata jännitteellä, joten ne tarvitsevat vakiovirtaohjaimen. Valojen himmennys tapahtuu pienentämällä ohjausvirtaa (CCR). Himmentämiseen tarvitaan siis himmennettävä ohjain. Joitakin led-ohjaimia voidaan himmentää myös katkomalla ohjaimen käyttöjännitettä erillisellä himmentimellä.


Led-valojen himmennys voidaan jakaa karkeasti kahteen ryhmään: AC-himmennykseen ja DC-himmennykseen. AC-himmennyksessä himmennin sijaitsee 230V sähköverkon ja led-muuntajan välissä, DC-himmennyksessä himmennin on virtalähteen ja ledin välissä.

AC:

Vaihtovirtahimmennys tapahtuu katkomalla ledin teholähteelle menevää vaihtovirtaa. Ledien AC-himmennykseen käytetään yleensä laskevan reunan himmennystä, sillä nousevan reunan himmennyksen erittäin nopea jännitteen nousu aiheuttaa jännitepiikkejä ja häiriöitä sähköverkkoon. Häiriöt ilmenevät esimerkiksi surisevana äänenä. On tosin olemassa myös nousevan reunan himmennykseen soveltuvia led-virtalähteitä.

DC:

Useat led-teholähteet eivät kuitenkaan kestä AC-himmennystä, jolloin himmennin tulee asentaa vasta teholähteen perään DC-puolelle, eli teholähteen ja ledien väliin. Ledeille voidaan antaa tehoa joko vakiovirtalähteellä tai vakiojännitelähteellä. Vakiojännitelähteellä toimivia ledejä himmennetään aina pulssinpituusmodulaatiolla (PWM, Pulse Width Modulation). Vakiovirtalähteellä toimivia ledejä voidaan himmentää joko PWM:lla, tai pienentämällä teholähteen antamaa virtaa (CCR, Constant Current Reduction).

Pulssinpituusmodulaatiossa jännitettä tai virtaa katkotaan korkealla taajuudella, PWM-himmennyksen toimintaperiaate muistuttaakin perinteistä nousevan-/laskevan reunan himmennystä: ledin läpi kulkeva keskimääräinen teho muuttuu sen mukaan, kuinka kauan sähkö on päällä ja pois. PWM-himmennetyn ledin läpi kulkeva virta ja jännite ovat kuitenkin aina vakioita, tämän vuoksi himmennys ei aiheuta muutosta ledin värilämpötilaan.

CCR-himmennyksessä jännite pysyy vakiona, mutta himmennin muuttaa virran määrää ja siten valonlähteelle menevää tehoa. Ledin läpi kulkevaa sähköä ei katkota, joten CCR-himmennetty led ei aiheuta sähköhäiriöitä ympäristöön. Himmennysmenetelmän varjopuolena valon värilämpötila muuttuu ledin läpi kulkevan virran vaihdellessa.

Perinteisillä hehkulamppukannoilla varustetuissa (ns. retro fit) lampuissa ledin ajuriyksikkö on sisäänrakennettuna. Tällöin himmennys on aina tehtävä AC-puolelta. Himmennettävät retrofit-polttimot onkin yleensä tarkoitettu käytettäväksi perinteisten hehkulamppuhimmentimien kanssa. Tällaisessa asennuksessa ongelmaksi saattaa kuitenkin muodostua himmentimen hehkulampuille mitoitettu vähimmäiskuorma (esim. 36W = 1 kpl hehkulamppuja / 6 kpl 6W led-lamppuja). Mikäli vähimmäiskuorma ei täyty, himmennys ei välttämättä toimi lainkaan, tai toimii vain osittain (esimerkiksi alueella 50 – 100 %). Himmennin tai lamppu saattavat myös pitää ikävää surinaa.


HIMMENNINTYYPPEJÄ:



Normaali siniaalto
Normaali vaihtovirran siniaalto



TRIAC-HIMMENNIN

Triac-himmennin eli tyristorihimmennin katkoo valaisimelle tai led-virtalähteelle syötettävän 230V vaihtovirran nousevaa reunaa (leading edge). Tällaiselle himmentimelle sopivat virtalähteet, joiden mainitaan olevan triac-himmentimen kanssa yhteensopivia. Myös osa himmennettävistä, perinteisellä hehkulamppukannalla varustetuista led-polttimoista toimii yhdessä triac-himmentimien kanssa. Lisäksi on tarkistettava, että himmentimen minimi- ja maksimikuormat vastaavat virtalähteen tai polttimoiden tehoa. Triac-himmentimet ovat erittäin yleisiä saneerauskohteissa, sillä ne ovat olleet edullisin vaihtoehto hehkulamppujen himmentämiseen. Siniaallon katkaisu etureunasta aiheuttaa kuitenkin jännitepiikkejä ja häiriöitä sähköverkkoon, joten muut himmennysmenetelmät ovat yleensä tyristoria suositeltavampia.


Triac-himmennetty AC-aalto 50% Triac 20%
Triac-himmentimen leikkaama siniaalto: 50% ja 20% himmennys




TRANSISTORIHIMMENNIN

Transistori- eli nollapistehimmennin katkoo valaisimelle tai led-virtalähteelle syötettävän 230V vaihtovirran laskevaa reunaa (trailing edge). Transistorihimmennin on yleensä tyristoria parempi vaihtoehto led-virtalähteen himmentämisen, sillä laskevan reunan katkaisu ei aiheuta samanlaisia äkillisiä jännitepiikkejä, kuin nousevan reunan katkaisu. Myös himmennettävät retrofit-led-polttimot toimivat varmemmin transistori-, kuin tyristorihimmentimen kanssa. Edelleen on tarkistettava, että käytettävä led-virtalähde soveltuu käytettäväksi transistori-himmentimen kanssa, ja että virtalähteen teho asettuu himmentimen minimi- ja maksimikuorman väliin.


Transistorilla himmennetty AC-aalto 50% Transistorilla himmennetty AC-aalto 20%
Transistorihimmentimen leikkaama siniaalto: 50% ja 20% himmennys



PWM-HIMMENNIN

PWM-, eli pulssisuhdehimmennin asennetaan led-virtalähteen tasavirtapuolelle, eli virtalähteen ja ledin väliin. Se soveltuu kaikkien himmennettävien ledien himmentämiseen, kaikenlaisten virtalähteiden kanssa. PWM-himmenin himmentää ledejä pulssinpituusmodulaatiolla, kytkemällä ledeille kulkevaa sähköä päälle ja pois useita kertoja sekunnissa. Ledille kulkevat virta ja jännite ovat kuitenkin vakioita, joten valon värilämpötila pysyy kokoajan samana. Ledin vilkkuminen on niin nopeaa, ettei ihmissilmä erota sitä, mutta himmennysmenetelmää ei kannata käyttää esimerkiksi sellaisissa tiloissa, joissa kuvataan videoita. Himmennintä voidaan säätää esimerkiksi kaukosäätimillä, painonapilla tai 1-10V säätimellä.

PWM-himmentimen katkoma DC-käyrä
PWM-himmennetty DC-käyrä 60%


CCR-HIMMENNIN

CCR-himmentimellä voidaan himmentää tasavirtalähteellä ohjattavia ledejä. Himmennin asennetaan virtalähteen ja ledin väliin, ja se säätää ledeille kulkevan virran määrää. Koska himmennin ei kytke sähköä päälle ja pois, CCR-himmennin ei aiheuta häiriöitä, kuten PWM-himmennin. Ledien värilämpötila kuitenkin muuttuu virran määrän vaihdellessa. Myös CCR-himmennintä voidaan säätää erilaisilla säätimillä.



HIMMENTIMIEN SÄÄTIMIÄ:

Painonappi (push dim) - edullinen ja yhksinkertainen tapa ohjata himmennintä. Suureen osaan normaaleista valokatkaisijoista on saatavilla palautusjousi, jonka avulla katkaisijaa voidaan käyttää painonappi-ohjaukseen. Painamalla nappia pitkään valot kirkastuvat tai himmentyvät ja napsauttamalla kyhyesti ne menevät päälle/pois.

1-10V säädin - analoginen potentiometri, eli kolminapainen säätövastus, jolla säädellään himmentimen ohjauspiirissä kiertävää jännitettä. Kierrettävä säädin, jolla voi säätää valaistusta portaattomasti.

DALI
(Digital Addressable Lighting Interface) – digitaalinen valaistuksenohjausjärjestelmä. DALI perustuu laitekohtaiseen ohjaukseen, jonka lisäksi voidaan luoda jopa 16 ohjattavaa ryhmää ja 16 erilaista valaistustilannetta. DALI-verkossa voi olla 64 kuormaliitäntää tai ohjauslaitetta, jotka on kiinnitetty 300 m:n pituisella 1,5 mm2 verkkokaapelilla. Vaatii valaisimelta tai ohjaimelta DALI-liitäntää.

KNX – digitaalinen kiinteistöautomaatiojärjestelmä