LED-Elemente werden bei menschlichen Aktivitäten zunehmend als Innenbeleuchtung, Straßenlaternen, Taschenlampen und Aquarienbeleuchtung eingesetzt. In der Automobilindustrie werden Gruppen von LEDs häufig zur Beleuchtung von Standlichtern, Bremslichtern und Blinkern eingesetzt.
Aussehen von LEDs
Separate Elemente mit unterschiedlichen Farben beleuchten die Instrumententafel und zeigen einen Rückgang des Kühlmittelstands im Kühler an. Es ist unmöglich, alle Einsatzgebiete aufzuzählen: von der Dekoration eines Neujahrsbaums über die Beleuchtung eines Aquariums bis hin zu Geräten für Raketen- und Weltraumtechnik.
Sie ersetzen nach und nach herkömmliche Glühlampen. Zahlreiche Online-Shops verkaufen LED-Streifen und andere Beleuchtungsprodukte online. Sie können auch einen Rechner zur Berechnung der Treiberschaltungen finden, wenn Sie sie reparieren oder selbst herstellen müssen. Für diese rasante Entwicklung gibt es mehrere Gründe.
Hauptvorteile
geringer Energieverbrauch;
hohe Effizienz;
niedrige Spannungen;
fast keine Heizung;
hohes Maß an Elektro- und Brandschutz;
robuster Körper: Das Fehlen zerbrechlicher Glühfäden und Glaskolben macht sie widerstandsfähig gegen mechanische Einflüsse und Vibrationen;
Der trägheitsfreie Betrieb sorgt für einen schnellen Betrieb, es wird keine Zeit für das Erhitzen des Filaments aufgewendet;
Festigkeit, geringe Größe und Haltbarkeit;
ununterbrochene Lebensdauer von mindestens 5 Jahren;
eine große Auswahl an Spektren (Farben) und die Möglichkeit, ein separates Element zu entwerfen, um diffuses oder gerichtetes Licht zu erzeugen.
Es gibt mehrere wesentliche Nachteile:
Hoher Preis.
Die Intensität des Lichtstroms eines einzelnen Elements ist gering.
Je höher die Spannung der benötigten Stromquelle ist, desto schneller wird die Struktur der LED-Elemente zerstört. Das Problem der Überhitzung wird durch den Einbau eines Kühlers gelöst.
Parameter und Funktionen
LEDs haben viel mehr Vorteile als Nachteile, aber aufgrund der hohen Kosten haben die Menschen es nicht eilig, Beleuchtungsgeräte auf LED-Basis zu kaufen. Wer über das nötige Wissen verfügt, kauft einzelne Elemente und baut Lampen für das Aquarium selbst zusammen, stellt Zusammenhänge zu Auto-Armaturenbrettern, Bremslichtern und Abmessungen her. Dazu ist jedoch ein gutes Verständnis der Funktionsprinzipien, Parameter und Designmerkmale von LEDs erforderlich.
Optionen:
Betriebsstrom;
Betriebsspannung;
Lichtstromfarbe;
Streuwinkel:
Art der Schale.
Ein Merkmal der Designs ist der Durchmesser und die Form der Linse, die die Richtung und den Grad der Streuung des Lichtstroms bestimmen. Der Teil des Farbspektrums des Leuchtens wird durch die dem Halbleiterkristall der Diode zugesetzten Verunreinigungen bestimmt. Phosphor, Indium, Gallium und Aluminium sorgen für eine Beleuchtung im roten bis gelben Bereich.
Durch die Zusammensetzung von Stickstoff, Gallium und Indium liegt das Spektrum im Bereich der blauen und grünen Farben. Wenn Sie einem Kristall des blauen (blauen) Spektrums einen Leuchtstoff hinzufügen, erhalten Sie weißes Licht. Die Richtungswinkel und Streuung der Flüsse werden durch die Zusammensetzung des Kristalls, in größerem Maße jedoch durch die Form der LED-Linse bestimmt.
Um die Lebenswelt des Aquariums zu erhalten, ist der Prozess der Photosynthese von Algen notwendig. Voraussetzung dafür ist das richtige Spektrum und eine gewisse Aquarienbeleuchtung, die LEDs gut beherrschen.
Berechnung von Parametern und Schaltungen
Nachdem Sie sich für Farbe, Richtung des Lichtflusses und Spannung der Stromquelle entschieden haben, können Sie LEDs kaufen. Um jedoch den erforderlichen Stromkreis zusammenzubauen, müssen Sie den LED-Widerstand im Stromkreis berechnen, der die erhöhte Versorgungsspannung unterdrückt. Wir kennen den Betriebsstrom und die Betriebsspannung anhand ihrer Nennwerte.
Es muss berücksichtigt werden, dass eine LED ein Halbleiter ist, der Polaritäten aufweist.
Wenn die Polaritäten vertauscht sind, leuchtet es nicht und kann sogar ausfallen. Ein gutes Beispiel für die Berechnung des Löschwiderstands in LED-Anschlusskreisen ist die Beleuchtungsausrüstung von Autos. Ein LED-Element dient zur Statusanzeige eines bestimmten technischen Parameters, optional wird auch ein niedriger Stand des Kühlerkühlmittels berücksichtigt.
LED-Anschlussplan
R = Uak. – Uarbeit./Ich arbeite. R = 12V – 3V/00,2A = 450 Ohm = 0,45 kOhm.
Uac ist die Spannung der Stromquelle, in unserem Fall einer 12-V-Autobatterie; Urab – Betriebsspannung der LED; I-Slave – Betriebsstrom der LED.
Sie können den Widerstandswert des Löschwiderstands in einem Stromkreis mit einer Reihenschaltung einer bestimmten Anzahl von LEDs berechnen. Diese Option kann zur Beleuchtung von Instrumenten an der Frontplatte oder als Bremslichter für ein Auto verwendet werden.
Diagramm der Reihenschaltung von LEDs und Löschwiderstand
Die Widerstandsberechnung ist ähnlich:
R = Uak – Urab*n / Iwork.
R = 12V – 3V * 3/ 0,02A = 150 Ohm = 0,15 kOhm.
n – Anzahl der LEDs 3 Stk.
Es lohnt sich, den Fall mit sechs LEDs in Betracht zu ziehen; Bei Ampeln wird eine größere Zahl verwendet, aber die Methode zur Berechnung des Widerstands und zum Aufbau des Stromkreises ist dieselbe.
R = Uak – Urab*n / Irab R = 12V – 18 V/002A – die Betriebsspannung der Dioden übersteigt die Spannung der Stromquelle, in diesem Fall müssen die Dioden in 2 Gruppen zu je drei Dioden aufgeteilt und in einer Parallelschaltung verbunden werden. Wir führen die Berechnungen für jede Gruppe separat durch.
Die vorherige Berechnung mit drei LEDs in einem Stromkreis mit Reihenschaltung zeigt, dass bei Parallelschaltung in jeder Gruppe der Widerstandswert 0,15 kOhm betragen sollte.
Trotz der leichten Erwärmung funktionieren LED-Lampen nicht ohne Kühlkörper. Um beispielsweise ein Aquarium zu beleuchten, wird oben ein Deckel angebracht, an dem Punktlichtquellen oder LED-Streifen befestigt werden. Um eine Überhitzung zu vermeiden, wird ein Aluminiumprofil verwendet. Für die Herstellung von Heizkörpern werden zunehmend spezielle Kunststoffe verwendet, die Wärme ableiten. Experten raten davon ab, sie selbst herzustellen, obwohl niemand Maßnahmen zur Verbesserung der Wärmeableitung leistungsstarker Lampen verbietet. Als Strahler eignet sich gut die Verwendung von Kupfer, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Auf vielen Websites finden Sie einen Rechner, mit dem Sie einen Schaltkreis auswählen, Diodenparameter eingeben und online einen Widerstand für eine LED oder Gruppe berechnen können.
In Fachgeschäften können Sie Disketten mit Software kaufen und Treiber auf Ihrem Heimcomputer installieren. Das Programm mit Treibern kann einfach kostenlos online heruntergeladen oder bei elektronischer Bezahlung auf der Website erworben werden.
Zu berücksichtigende Funktionen:
Es wird nicht empfohlen, LEDs in einer Parallelschaltung über einen Widerstand anzuschließen. Fällt eine Diode aus, liegt an den anderen zu viel Spannung an, was zum Ausfall aller Dioden führt. Wenn Sie auf eine solche Schaltung stoßen, können Sie sie mit einem Online-Rechner berechnen und neu erstellen, indem Sie den LEDs separate Widerstände hinzufügen.
Parallelschaltplan
Berechnungen können zu Widerstandswerten führen, die nicht mit den Standardwerten übereinstimmen, dann wird ein etwas größerer Widerstand gewählt. Den Rechner können Sie hier bequem online nutzen.
Wenn in Haushaltsstromkreisen für Taschenlampen und Christbaumgirlanden die Betriebsspannung der LEDs und der Stromquelle übereinstimmen, wird manchmal auf einen Widerstand verzichtet. In diesem Fall leuchten einzelne LEDs unterschiedlich hell, was durch die Streuung ihrer Parameter verursacht wird. In diesen Fällen empfiehlt sich der Einsatz von Konvertern zur Spannungserhöhung.
Nachfolgend finden Sie eine der einfachsten LED-Lampentreiberschaltungen.
Diagramm und Foto des MR-16-Lampentreibers
Die Schaltung wird unter Verwendung des Kondensators C1 und des Widerstands R1 anstelle eines Transformators aufgebaut. Die Diodenbrücke wird mit Spannung versorgt. Für die Strombegrenzung sorgt der Kondensator C1, der Widerstand erzeugt, aber keine Wärme abführt, sondern bei Reihenschaltung zum Stromkreis die Spannung reduziert.
Die gleichgerichtete Spannung wird mit dem Elektrolytkondensator C2 geglättet. Der Widerstand R1 dient dazu, den Kondensator C1 zu entladen, wenn der Strom abgeschaltet wird. R1 und R2 nehmen nicht am Betrieb der Schaltung teil. Der Widerstand R2 soll den Kondensator C2 vor einem Ausfall schützen, wenn es zu einer Unterbrechung im Lampenstromkreis kommt.
Das Foto zeigt eine Ansicht des Fahrers von beiden Seiten. Der rote Zylinder ist das Bild des Kondensators C1, der schwarze ist C2.
Widerstand. Video
Dieses Video beantwortet die Frage, was ein Widerstand ist und wie er funktioniert. Die Einfachheit der Präsentation ermöglicht es auch Anfängern, den Stoff zu erlernen.
Unter Berücksichtigung aller oben genannten Punkte können Sie den Widerstand für die LED selbst richtig berechnen und in einem Fachgeschäft etwas kaufen, das auf dem Bauernhof wirklich nützlich ist.
In Schaltungen mit LEDs werden sie zwangsläufig zur Begrenzung eingesetzt. Sie schützen vor Durchbrennen und vorzeitigem Ausfall von LED-Elementen. Das Hauptproblem besteht in der genauen Auswahl der benötigten Parameter, weshalb der Widerstandsrechner für LEDs bei Fachleuten weit verbreitet ist. Um möglichst genaue Ergebnisse zu erhalten, benötigen Sie Angaben zur Spannung der Stromquelle, zur Durchlassspannung der LED selbst und ihrem berechneten Strom sowie zum Anschlussplan und zur Anzahl der Elemente.
So berechnen Sie den Widerstand von Strombegrenzungswiderständen
Im einfachsten Fall, wenn die notwendigen Ausgangsdaten fehlen, kann der Wert der Durchlassspannung der LEDs anhand der Farbe des Leuchtens mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Typische Daten zu diesem physikalischen Phänomen sind in einer Tabelle zusammengefasst.
Viele LEDs haben einen Nennstrom von 20 mA. Es gibt andere Arten von Elementen, bei denen dieser Parameter einen Wert von 150 mA und mehr erreichen kann. Um den Nennstrom genau zu bestimmen, benötigen Sie daher Daten zu den technischen Eigenschaften der LED. Fehlen die notwendigen Angaben vollständig, wird üblicherweise der Nennstrom des Elements mit 10 mA und die Durchlassspannung mit 1,5-2 Volt angenommen.
Die Anzahl der strombegrenzenden Widerstände hängt direkt vom Anschlussplan der Halbleiterelemente ab. Wenn Sie beispielsweise einen Widerstand verwenden, können Sie vollständig mit einem Widerstand auskommen, da die Stromstärke an allen Punkten gleich ist.
Bei einer Parallelschaltung reicht ein Löschwiderstand nicht mehr aus. Dies liegt daran, dass die Eigenschaften von LEDs nicht exakt gleich sein können. Sie alle haben ihre eigenen Widerstände und den gleichen unterschiedlichen Stromverbrauch. Das heißt, ein Element mit minimalem Widerstand verbraucht mehr Strom und kann vorzeitig ausfallen.
Wenn also mindestens eine parallel geschaltete LED ausfällt, kommt es zu einer erhöhten Spannung, für die die übrigen Elemente nicht ausgelegt sind. Infolgedessen werden sie auch nicht mehr funktionieren. Bei einer Parallelschaltung erhält daher jede LED einen eigenen Widerstand.
Alle diese Merkmale werden im Online-Rechner berücksichtigt. Den Berechnungen liegt die Formel zur Ermittlung des Widerstandes zugrunde: R = Uquenching/ILED. Uquenching wiederum = Upower - ULED.
Die LED hat einen sehr geringen Innenwiderstand; wenn sie direkt an die Stromversorgung angeschlossen wird, ist der Strom so hoch, dass sie durchbrennt. Die Kupfer- oder Goldfäden, die den Kristall mit den externen Stiften verbinden, können kleinen Überspannungen standhalten. Wenn sie jedoch zu stark ansteigen, brennen sie durch und es fließt kein Strom mehr zum Kristall. Die Online-Berechnung des LED-Widerstands basiert auf seinem Nennbetriebsstrom.
1. Online-Rechner
2. Grundparameter
3. Eigenschaften günstiger LEDs
Online-Rechner
Erstellen Sie vorab einen Anschlussplan, um Berechnungsfehler zu vermeiden. Der Online-Rechner zeigt Ihnen den genauen Widerstand in Ohm an. In der Regel stellt sich heraus, dass Widerstände mit diesem Wert nicht hergestellt werden und es wird Ihnen der nächstliegende Standardwert angezeigt. Wenn Sie den Widerstand nicht genau auswählen können, verwenden Sie einen größeren Wert. Ein geeigneter Wert kann durch Parallel- oder Reihenschaltung des Widerstands eingestellt werden. Sie müssen den Widerstand einer LED nicht berechnen, wenn Sie einen leistungsstarken Stell- oder Trimmwiderstand verwenden. Der gebräuchlichste Typ ist 3296 mit 0,5 W. Bei Verwendung einer 12V-Stromversorgung können bis zu 3 LEDs in Reihe geschaltet werden.
Widerstände gibt es in verschiedenen Genauigkeitsklassen: 10 %, 5 %, 1 %. Das heißt, ihr Widerstand kann innerhalb dieser Grenzen in positiver oder negativer Richtung variieren.
Vergessen Sie nicht, die Leistung des Strombegrenzungswiderstands zu berücksichtigen. Dies ist seine Fähigkeit, eine bestimmte Wärmemenge abzuleiten. Wenn es klein ist, wird es überhitzen und ausfallen, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird.
Um die Polarität zu bestimmen, können Sie eine kleine Spannung anlegen oder die Diodentestfunktion eines Multimeters nutzen. Anders als im Widerstandsmessmodus, normalerweise mit 2 V bis 3 V versorgt.
Haupteinstellungen
Außerdem sollten Sie bei der Berechnung von LEDs die Streuung der Parameter berücksichtigen; bei billigen sind sie maximal, bei teuren eher gleich. Um diesen Parameter zu überprüfen, müssen Sie sie unter gleichen Bedingungen, also nacheinander, aktivieren. Reduzieren Sie die Helligkeit durch Reduzierung des Stroms oder der Spannung auf leicht leuchtende Punkte. Optisch können Sie abschätzen, dass einige heller leuchten, andere schwach. Je gleichmäßiger sie abbrennen, desto geringer ist die Ausbreitung. Der LED-Widerstandsrechner geht davon aus, dass die Eigenschaften der LED-Chips ideal sind, das heißt, der Unterschied ist Null.
Der Spannungsabfall für gängige Low-Power-Modelle bis 10 W kann zwischen 2 V und 12 V liegen. Mit zunehmender Leistung nimmt die Anzahl der Kristalle in einer COB-Diode zu; jeder hat einen Abfall. Die Kristalle werden in Ketten in Reihe geschaltet und dann zu Parallelschaltungen zusammengefasst. Bei Leistungen von 10W bis 100W erhöht sich die Reduzierung von 12V auf 36V.
Dieser Parameter muss in den technischen Eigenschaften des LED-Chips angegeben werden und hängt vom Verwendungszweck ab:
Farben blau, rot, grün, gelb;
dreifarbiges RGB;
vierfarbiges RGBW;
zweifarbig, warmes und kühles Weiß.
Merkmale günstiger LEDs
Bevor Sie mithilfe eines Online-Rechners einen Widerstand für eine LED auswählen, sollten Sie sich über die Parameter der Dioden informieren. Die Chinesen verkaufen viele LEDs auf Aliexpress und geben sie als Markenprodukte aus. Die beliebtesten Modelle sind SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. All das schlechte Zeug wird normalerweise unter der Marke Epistar hergestellt.
Am häufigsten betrügen die Chinesen beispielsweise SMD5630 und SMD5730. Die Zahlen in den Markierungen geben nur die Gehäusegröße von 5,6 mm x 3,0 mm an. Bei Markenprodukten werden in einem so großen Gehäuse leistungsstarke 0,5-W-Kristalle verbaut, sodass Käufer von SMD5630-Dioden diese direkt mit einer Leistung von 0,5 W in Verbindung bringen. Das machen sich die schlauen Chinesen zunutze und verbauen im 5630-Gehäuse einen billigen und schwachen Quarz mit einer durchschnittlichen Leistung von 0,1W und geben dabei den Energieverbrauch mit 0,5W an.
Chinesische LED-Maislampen
Ein gutes Beispiel wären Autolampen und LED-Maislampen, die eine große Anzahl schwacher und minderwertiger LED-Chips enthalten. Der durchschnittliche Käufer glaubt, je mehr LEDs, desto besser das Licht und desto höher die Leistung.
Autolampen auf dem schwächsten Eis 0,1W
Um Geld zu sparen, suchen meine LED-Kollegen auf Aliexpress nach anständigen LEDs. Sie suchen einen guten Verkäufer, der bestimmte Parameter verspricht, bestellen und einen Monat auf die Lieferung warten. Nach Tests stellt sich heraus, dass der chinesische Verkäufer betrogen und Schrott verkauft hat. Sie werden Glück haben, wenn Sie beim siebten Mal anständige Dioden und keinen Müll bekommen. Normalerweise geben sie fünf Bestellungen auf, und ohne Ergebnisse zu erzielen, geben sie eine Bestellung in einem inländischen Geschäft auf, das einen Umtausch durchführen kann.
Leuchtdioden zeichnen sich durch eine Reihe von Betriebsparametern aus:
Bemessungsstrom (Betriebsstrom) – I n;
Spannungsabfall bei Nennstrom – U n;
maximale Verlustleistung – P max;
maximal zulässige Sperrspannung – U arr.
Der wichtigste dieser Parameter ist Betriebsstrom.
Wenn der Nennbetriebsstrom durch die LED fließt, stellen sich Nennlichtstrom, Betriebsspannung und Nennverlustleistung automatisch ein. Um den LED-Betriebsmodus einzustellen, reicht es aus, den Nennstrom der LED einzustellen.
Theoretisch müssen LEDs an Konstantstromquellen angeschlossen werden. In der Praxis werden LEDs jedoch an Konstantspannungsquellen angeschlossen: Batterien, Transformatoren mit Gleichrichter oder elektronische Spannungswandler (Treiber).
Um den Betriebsmodus der LED einzustellen, wird die einfachste Lösung verwendet: Ein strombegrenzender Widerstand wird in Reihe mit der LED geschaltet. Sie werden auch Dämpfungs- oder Ballastwiderstände genannt.
Schauen wir uns an, wie man den Widerstandswiderstand für eine LED berechnet.
Berechnung des LED-Widerstands (mit Formeln)
Bei der Berechnung werden zwei Größen berechnet:
Widerstand (Wert) des Widerstands;
von ihm abgegebene Leistung P.
Die Spannungsquellen, die die LEDs versorgen, haben unterschiedliche Ausgangsspannungen. Um einen Widerstand für eine LED auszuwählen, müssen Sie die Quellenspannung (U-Quelle), den Betriebsspannungsabfall an der Diode und ihren Nennstrom kennen. Die Berechnungsformel lautet wie folgt:
R = (U Quelle – U n) / I n
Wenn wir den Nennspannungsabfall an der LED von der Quellenspannung abziehen, erhalten wir den Spannungsabfall am Widerstand. Wenn wir den resultierenden Wert nach dem Ohmschen Gesetz durch den Strom dividieren, erhalten wir den Wert des strombegrenzenden Widerstands. Wir ersetzen die Spannung in Volt und den Strom in Ampere und erhalten den Nennwert in Ohm.
Die vom Dämpfungswiderstand abgeführte elektrische Leistung wird nach folgender Formel berechnet:
P = (I n) 2 ⋅ R
Basierend auf dem erhaltenen Wert wird die Leistung des Ballastwiderstands ausgewählt. Für einen zuverlässigen Betrieb des Gerätes muss dieser höher sein als der berechnete Wert. Schauen wir uns ein Beispiel für eine Berechnung an.
Beispiel für die Berechnung eines Widerstands für eine 12-V-LED
Berechnen wir den Widerstand einer LED, die von einer 12-V-Gleichspannungsquelle gespeist wird.
Nehmen wir an, wir verfügen über einen beliebten superhellen SMD 2835 (2,8 mm x 3,5 mm) mit einem Betriebsstrom von 150 mA und einem Spannungsabfall von 3,2 V. SMD 2835 hat eine elektrische Leistung von 0,5 Watt. Ersetzen wir die ursprünglichen Werte in die Formel.
R = (12 - 3,2) / 0,15 ≈ 60
Wir finden, dass ein Löschwiderstand mit einem Widerstandswert von 60 Ohm geeignet ist. Der der Standard-E24-Serie am nächsten kommende Wert beträgt 62 Ohm. Somit können wir für die von uns gewählte LED ein Vorschaltgerät mit einem Widerstand von 62 Ohm verwenden.
Berechnen wir nun die Verlustleistung über den Widerstand.
P = (0,15) 2 ⋅ 62 ≈ 1,4
Bei dem von uns gewählten Widerstand werden knapp eineinhalb Watt elektrische Leistung verloren gehen. Das bedeutet, dass wir für unsere Zwecke einen Widerstand mit einer maximal zulässigen Verlustleistung von 2W verwenden können.
Es bleibt nur noch der Kauf eines Widerstands mit passendem Wert. Wenn Sie alte Platinen haben, von denen Teile entlötet werden können, können Sie anhand der Farbmarkierung einen Widerstand auswählen. Nutzen Sie das untenstehende Formular.
Auf eine Anmerkung!
Im obigen Beispiel verbraucht der Strombegrenzungswiderstand fast dreimal so viel Energie wie die LED. Das bedeutet, dass unter Berücksichtigung der Lichtausbeute der LED der Wirkungsgrad unseres Designs weniger als 25 % beträgt.
Um Energieverluste zu reduzieren, ist es besser, eine Quelle mit niedrigerer Spannung zu verwenden. Zur Stromversorgung können Sie beispielsweise einen AC/AC 12/5 Volt DC/DC-Wandler verwenden. Auch unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades des Konverters fallen die Verluste deutlich geringer aus.
Parallele Verbindung
Sehr oft ist es notwendig, mehrere Dioden an eine Quelle anzuschließen. Theoretisch kann zur Stromversorgung mehrerer parallel geschalteter LEDs ein Strombegrenzungswiderstand verwendet werden. In diesem Fall sehen die Formeln so aus:
R = (U Quelle – U n) / (n ⋅ I n)
P = (n ⋅ I n) 2 ⋅ R
WoN– die Anzahl der parallel geschalteten LEDs.
Warum kann man nicht einen Widerstand für mehrere parallele Dioden verwenden?
Selbst bei „chinesischen“ Produkten installieren Hersteller für jede LED einen separaten Strombegrenzungswiderstand. Fakt ist, dass bei einem gemeinsamen Vorschaltgerät für mehrere LEDs die Ausfallwahrscheinlichkeit von Leuchtdioden um ein Vielfaches steigt.
Wenn einer der Halbleiter kaputt geht, wird sein Strom über die verbleibenden LEDs umverteilt. Die an sie abgegebene Leistung nimmt zu und sie beginnen sich stark zu erhitzen. Durch Überhitzung fällt die nächste Diode aus und der Vorgang nimmt dann lawinenartigen Charakter an.
Beratung. Wenn Sie aus irgendeinem Grund mit einem Dämpfungswiderstand auskommen müssen, erhöhen Sie seinen Wert um 20-25 %. Dadurch wird eine höhere Zuverlässigkeit des Designs gewährleistet.
Kann man auf Widerstände verzichten?
Tatsächlich ist es in manchen Fällen möglich, auf die Verwendung eines strombegrenzenden Widerstands zu verzichten. Die von uns getestete LED kann direkt mit zwei 1,5-V-Batterien betrieben werden. Da seine Betriebsspannung 3,2 V beträgt, ist der durch ihn fließende Strom geringer als der Nennstrom und es ist kein Vorschaltgerät erforderlich. Natürlich wird die LED bei einer solchen Stromversorgung nicht den vollen Lichtstrom erzeugen.
Manchmal werden in Wechselstromkreisen Kondensatoren anstelle von Widerständen als strombegrenzende Elemente verwendet (mehr dazu). Ein Beispiel sind hintergrundbeleuchtete Schalter, bei denen die Kondensatoren „wattfreie“ Widerstände sind.
Beim Anschluss von LEDs mit geringer Leistung wird am häufigsten ein Löschwiderstand verwendet. Dies ist das einfachste Anschlussschema, mit dem Sie die erforderliche Helligkeit erzielen können, ohne teure Anschlüsse verwenden zu müssen. Trotz seiner Einfachheit ist es für einen optimalen Betrieb jedoch notwendig, den Widerstand für die LED zu berechnen.
LED als nichtlineares Element
Betrachten wir eine Familie von Strom-Spannungs-Kennlinien (Volt-Ampere-Kennlinien) für LEDs verschiedener Farben:
Diese Kennlinie zeigt die Abhängigkeit des durch die Leuchtdiode fließenden Stroms von der an ihr anliegenden Spannung.
Wie in der Abbildung zu sehen ist, sind die Kennlinien nichtlinear. Das heißt, bereits bei einer kleinen Spannungsänderung von wenigen Zehntel Volt kann sich der Strom mehrfach ändern.
Allerdings nutzen sie bei der Arbeit mit LEDs meist den linearsten Abschnitt (den sogenannten Arbeitsbereich) der Strom-Spannungs-Kennlinie, in dem sich der Strom nicht so stark ändert. Am häufigsten geben Hersteller in den LED-Eigenschaften die Position des Arbeitspunkts an, also die Spannungs- und Stromwerte, bei denen die angegebene Helligkeit erreicht wird.
Die Abbildung zeigt typische Arbeitspunktwerte für rote, grüne, weiße und blaue LEDs bei 20 mA. Hier erkennt man, dass LEDs unterschiedlicher Farbe bei gleichem Strom unterschiedliche Spannungsabfälle im Arbeitsbereich aufweisen. Diese Funktion sollte beim Entwurf von Schaltungen berücksichtigt werden.
Die oben dargestellten Kennlinien wurden für in Durchlassrichtung geschaltete Leuchtdioden erhalten. Das heißt, der Minuspol der Stromversorgung ist mit der Kathode und der Pluspol mit der Anode verbunden, wie im Bild rechts gezeigt:
Die komplette Strom-Spannungs-Kennlinie sieht so aus:
Hier sieht man, dass eine Rückwärtsschaltung sinnlos ist, da die LED nicht leuchtet und bei Überschreiten einer bestimmten Rückspannungsschwelle durch Durchschlag ausfällt. Die Emission erfolgt nur beim Einschalten in Vorwärtsrichtung und die Intensität des Leuchtens hängt vom Strom ab, der durch die LED fließt. Wenn dieser Strom durch nichts begrenzt wird, gelangt die LED in den Durchbruchsbereich und brennt durch. Wenn Sie eine funktionierende LED installieren müssen oder nicht, ist ein Artikel mit allen Methoden hilfreich.
So wählen Sie einen Widerstand für eine einzelne LED aus
Um den Strom der Leuchtdiode zu begrenzen, können Sie einen wie folgt beschalteten Widerstand verwenden:
Jetzt bestimmen wir, welcher Widerstand benötigt wird. Um den Widerstand zu berechnen, wird die Formel verwendet:
wobei U Versorgung die Versorgungsspannung ist,
U-Pad – Spannungsabfall an der LED,
I ist der erforderliche LED-Strom.
In diesem Fall ist die Verlustleistung des Widerstands proportional zum Quadrat des Stroms:
Beispielsweise beträgt der typische Spannungsabfall für die rote LED C503B-RAS von Cree 2,1 V bei 20 mA. Bei einer Versorgungsspannung von 12 V beträgt der Widerstandswert des Widerstands
Aus dem Standardbereich der E24-Widerstände wählen wir den nächstgelegenen Nennwert aus – 510 Ohm. Dann beträgt die Verlustleistung des Widerstands
Daher ist ein Löschwiderstand mit einem Nennwert von 510 Ohm und einer Verlustleistung von 0,25 W erforderlich.
Es mag den Anschein haben, dass man bei niedrigen Versorgungsspannungen LEDs ohne Widerstand anschließen kann. Was mit einer so eingeschalteten Leuchtdiode bei einer Spannung von nur 5 V passiert, zeigt dieses Video anschaulich:
Die LED funktioniert zunächst, aber nach ein paar Minuten brennt sie einfach durch. Dies liegt an der nichtlinearen Natur seiner Strom-Spannungs-Kennlinie, wie am Anfang des Artikels erläutert.
Schließen Sie niemals eine LED ohne Löschwiderstand an, auch nicht bei niedriger Versorgungsspannung. Dies führt zum Durchbrennen und im besten Fall zu einem offenen Stromkreis und im schlimmsten Fall zu einem Kurzschluss.
Berechnung eines Widerstandes beim Anschluss mehrerer LEDs
Bei einer Reihenschaltung kommt ein Widerstand zum Einsatz, der der gesamten LED-Kette den gleichen Strom einstellt. Es ist zu berücksichtigen, dass die Stromquelle eine Spannung liefern muss, die größer ist als der gesamte Spannungsabfall an den Dioden. Das heißt, wenn 4 LEDs mit einem Spannungsabfall von 2,5 V angeschlossen werden, ist eine Quelle mit einer Spannung von mehr als 10 V erforderlich. Der Strom ist für alle gleich. Der Widerstandswert des Widerstands kann in diesem Fall nach folgender Formel berechnet werden:
Wo ist die Versorgungsspannung?
- die Summe der Spannungsabfälle an den LEDs,
- Verbrauchsstrom.
Für 4 grüne Kingbright L-132XGD-LEDs mit einer Spannung von 2,5 V und einem Strom von 10 mA bei einer 12-V-Versorgung ist also ein Widerstand erforderlich
Gleichzeitig muss es Leistung abführen
Bei Parallelschaltung wird jede Leuchtdiode durch einen eigenen Widerstand begrenzt. In diesem Fall können Sie ein Niederspannungsnetzteil verwenden, der Stromverbrauch des gesamten Stromkreises entspricht jedoch der Summe der von jeder LED verbrauchten Ströme. Beispielsweise benötigen 4 gelbe BL-L513UYD-LEDs von Betlux Electronics mit einem Verbrauch von jeweils 20 mA bei Parallelschaltung einen Strom von mindestens 80 mA von der Quelle. Hier werden der Widerstand und die Leistung der Widerstände für jedes „Widerstands-LED“-Paar auf die gleiche Weise berechnet wie beim Anschluss einer einzelnen LED.
Bitte beachten Sie, dass sowohl Reihen- als auch Parallelschaltungen die gleiche Stromversorgung nutzen. Nur im ersten Fall benötigen Sie eine Quelle mit hoher Spannung und im zweiten Fall eine Quelle mit hohem Strom.
Sie können nicht mehrere LEDs parallel an einen Widerstand anschließen, weil Entweder brennen sie alle sehr schwach, oder einer von ihnen öffnet sich etwas früher als die anderen und es fließt ein sehr großer Strom durch ihn, der ihn außer Betrieb setzt.
Programme zur Widerstandsberechnung
Bei einer großen Anzahl angeschlossener LEDs, insbesondere wenn diese sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet sind, kann die manuelle Berechnung des Widerstandswerts jedes Widerstands problematisch sein.
Am einfachsten geht es in diesem Fall mit einem der zahlreichen Programme zur Widerstandsberechnung. Der Online-Rechner auf der Website cxem.net ist diesbezüglich sehr praktisch:
Es enthält eine kleine Datenbank der gängigsten LEDs, sodass Sie die Werte für Spannung und Stromabfall nicht manuell eingeben müssen. Geben Sie einfach die Versorgungsspannung ein und wählen Sie die gewünschte Leuchtdiode aus der Liste aus. Das Programm berechnet den Widerstand und die Leistung von Widerständen und zeichnet außerdem einen Anschlussplan oder Schaltplan.
Mit diesem Rechner wurde beispielsweise der Widerstand für drei XLamp MX3 bei einer Versorgungsspannung von 12 V berechnet:
Das Programm verfügt außerdem über eine sehr nützliche Funktion: Es zeigt Ihnen die Farbcodierung des benötigten Widerstands an.
Ein weiteres einfaches, im Internet weit verbreitetes Programm zur Widerstandsberechnung wurde von Sergei Voitevich vom Portal ledz.org entwickelt.
Hier wählen Sie manuell die Anschlussart der LEDs, Spannung und Strom aus. Das Programm erfordert keine Installation, entpacken Sie es einfach in ein beliebiges Verzeichnis.
Abschluss
Ein Löschwiderstand ist der einfachste Strombegrenzer für eine LED-Schaltung. Der Strom und damit die Intensität des Leuchtens und die Lebensdauer der LED hängen von ihrer Auswahl ab. Es ist jedoch zu beachten, dass bei hohen Strömen eine erhebliche Leistung am Widerstand abgegeben wird. Daher ist es besser, Treiber für die Stromversorgung von Hochleistungs-LEDs zu verwenden.
Chinesische LED-Maislampen
Autolampen auf dem schwächsten Eis 0,1W
