LED - Ansteuerung

Einige LED-Strahler können in ihrem Setup die Farbmischung zwischen HSI (Hue, Saturation und Intensity) und RGB-Mischung umschalten. Die HSI-Ansteuerung ist für den Menschen einfacher durchzuführen, da zunächst die gesättigte Farbe ausgewählt wird (Hue - Farbe), dann wird dieser Farbton in den Pastellbereich verschoben (Saturation - Sättigung), um dann evtl. eingedimmt (Intensity) zu werden. Bei der klassischen RGB-Mischmethode muss man wissen, welche der drei Farben man hinzu- bzw. wegnehmen muss, um eine andere Farbe zu erreichen. Diese Fähigkeit macht auch einen guten Lichtstellwerker aus. Soll die Farbsättigung oder die Helligkeit verändert werden, so sind die drei Steuerkreise im Verhältnis zueinander zu stellen. Dies bedarf viel Erfahrung. Aus diesem Grund werden einige LED Steuerungen mit einem Summenkanal für die Gesammthelligkeit ausgestattet.

Externe Ansteuerung - Farbmischung

Das Verhalten verschiedener LED-Strahler ist auch beim Ansteuern des Weißpunktes unterschiedlich. Wird von einigen LED-Strahlerelektroniken bei 100 % RGB am Stellpult auf den optimalen x=y=0,33 Weißpunkt gesteuert, müssen bei anderen Systemen die RGB-Anteile vom Operator prozentweise eingedunkelt werden, um den Weißpunkt zu treffen. Letzteres bietet aber bei Vollansteuerung eine höhere Lichtleistung. Dass dabei nicht unbedingt eine weiße Farbe herauskommt, wird klar, wenn man bedenkt, dass die einzelnen LEDs je nach Farbe einen sehr unterschiedlichen Wirkungsgrad haben und unsere Augen auf verschiedenen Farben unterschiedlich empfindlich sind. Deshalb sind einige LED-Scheinwerfer mit unterschiedlicher LED-Anzahl je Grundfarbe ausgestattet, um allein durch den Aufbau den optimalen Weißpunkt zu erreichen.

Um eine LED zu dimmen, die einen konstanten Strom in Durchlassrichtung benötigt, verwendet man oft die Puls-Weiten-Modulation (PWM). Dies bedeutet, dass Strompakete unterschiedlicher Länge entsprechend der gewünschten Helligkeit die LED durchfließen. Aufgrund der schnellen Modulierbarkeit der LED und der Trägheit unserer Augen arbeitet die PWM bei entsprechend hoher Frequenz flicker-frei, was insbesondere für Aufzeichnungs- und Übertragungsgeräte wichtig ist. Diese Technik möchte man zwar auch für konventionelle Scheinwerfer einsetzen (Schlagwort Sinusdimmer), aber das ist bei der hohen Versorgungsspannung mit sehr hohem Aufwand verbunden. Eine LED mit ihrer kleinen Durchlassspannung ist hierbei wesentlich einfacher zu handhaben. So werden für die Ansteuerung der LED "Vorschaltgeräte" angeboten, die über DMX oder andere Protokolle die LED dimmen können. Vereinzelt findet man noch eine analoge Steuerung, bei der der Stromfluss mittels Transistoren geregelt wird. Bei der analogen Ansteuerung ist es möglich, die LEDs stufenlos vom Glimmen zum Leuchten zu führen. Dies wird aber durch die Stufigkeit des vorgesetzten DMX-Signals eliminiert. Bei beiden Methoden ist bei den heutigen Anwendungen der untere Regelbereich sehr stufig ausgeführt, während im oberen Regelbereich auch beim prozentweisen Erhöhen der Ansteuerung, kaum Unterschiede auszumachen sind. Hier könnten die "Dimmerkurven" erheblich optimiert werden.

Stromsteuerung

Schaltbeispiele

Die einfachste Variante um LEDs mit Strom zu versorgen ist ein Vorwiderstand vor der LED, der dafür sorgt, das die anliegende Versorgungsspannung im Stromfluss begrenzt wird. Nachteil ist das die Spannungsversorgung extrem stabil sein muss. Ein Akku z.B. weist zwischen Voller Ladekapazität und normaler Entladung einen so große Spannungsdifferenz auf, das die Diode überlastet bzw. nicht optimal arbeiten kann.

Anhand des Ersatzschaltbildes (links) erkennt man das in Sperrichtung die Ideale Diode sperrt. Wird die Diode in vorwärtsrichtung betrieben, so erkennt man das man erst so viel Spannung aufbauen muss um die interne Spannungsquelle zu überbieten (Der durchlassspannung - benötigt um die Sperrschicht zu überwinden)

Dann kann der Strom bei Erhöhung der Spannung beinahe linear ansteigen entsprechend dem inneren Widerstand R.

Mit optimalen WIrkungsgrad arbeitet eine Diode mit konstanten Strom. Gedimmt wird Sie indem der Konstante Strom aus und eingeschaltet wird. Wir sprechen dann von der Puls Breiten Modulation, abkekürzt aus dem englischen PWM Puls Wide Modulation.

Elleganter ist die aufwendigere Schaltung mit geregelten Strom. Eine Überlastung der Diode ist ausgeschlossen. Es besteht sogar die Möglichkeit weitere Dioden in Reihe zu schalten, wenn die Versorgungsspannung es erlaubt.

Quelle: Luxeon, Trademark von Lumileds Lighting LLC.
 

Quelle: Luxeon, Trademark von Lumileds Lighting LLC.
 

Quelle: Luxeon, Trademark von Lumileds Lighting LLC.
 

Interne Ansteuerung - Treiber

Movinglight-Lichtstellpulte der gehobenen Klasse sind in der Regel mit einem CMY Farbmischsystem, oft auch Colorpicker genannt, ausgestattet. Die allgemeine Programmstrucktur der Konsolen hat sich auf drei Steuerkreise für drei Grundfarben konzentriert. Mit dem aufkommen der ersten LED-Moving Heads musste nur eine Inverse Strucktur implementiert werden. Die war jedoch bereits bekannt durch die Leuchstoffwannen die ebenfalls mit Ihrer additiven Farbmischung vom Lichtstellpult kontrolliert werden mussten. Es ist relativ einfach von einer Cyan, Magenta, Gelb Farbmischung eine Rot grün und Blau Farbmischung zu überführen. So werden für jede Farbe ein Steuerkanal verwendet. Weitergehende Entwicklungen haben auch die HSI Steuermöglichkeit zugelassen. Dabei wird die Farbe H für Hue (Buntton) S für die Sättigung und I für die Intensität geregelt. Jedoch sind diese Systeme meist auf drei Steuerkreise beschränkt. Jetzt kommen aber LED-Movingheads auf den Markt, die neben RGB auch noch Weiss aufweisen. Noch komplizierter für die Programmierer wird es wenn sich zu RGB + W auch noch weitere Farben wie Amber oder evtl. noch ein Cyan oder ein weiteres Grün und oder ein Orange hinzugefügt werden. In der Regel sind die Lichtstellpulte so flexibel, das man sich ein Fixture (Scheinwerfer) nach eignem Gusto anlegen kann. Ganz zur Not behandelt man diese Steuerkreise für die verschiedenen Farben wie Dimmerkreise die man aber als LTP deklariert. Auch der Virtuelle Dimmerkanal darf bei dieser Betrachtung nicht fehlen. Abgesehen davon das die Auflösung einer Farbe nicht nur 8 Bit sondern auch mal 16 Bit betragen kann, was natürlich auch von einem Lichtstellpult dann berechnet werden muss, aber nicht selbstverständlich ist, da viele Pult die 16 Bit Ausflösung nur für Pan und Tilt vorsehen, ist die Forderung nach vielen Farben für einen LED-Strahler eine Herausforderung an die Programstruktur von Lichtstellkonsolen insbesondere wenn Sie mit Colorpicker und Fan-Funktionen arbeiten sollen. Die Fan Funktion ist zu verstehen das mehrere Scheinwerfer angewählt werden und eine Startfarbe und eine Endfarbe definiert wird und alle Scheinwerfer dazwischen nun stufenweise den Farbverlauf nachbilden.

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