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LED's zusammenschalten

Themenstarteram 29. September 2003 um 16:24

Hi Leute...

eigentlich gehört das hier in kein Forum aber das hier passt am besten, da es ach mit Strom zu tun hat.

Ich habe mir die Pentagon Alarmanlage eingebaut und habe jetzt anstatt der original LED blaue LED's in Fahrer und Beifahrertüre gemacht.

Sieht auch toll aus.

Jedoch das Problem: Wenn ich die 2 LED's parallel mit einem Widerstand für 12V, den die Pentagon auch bringt, anschließe, dann blinkt eine hell und die andere nur ganz dunkel...

ich denke die Pentagon bringt eine zu geringe Stromstärke!!!???

wie würdet ihr das schalten, in Reihe schlaten kann man die Dioden ja nicht...

danke schonmal, Gruß René

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25 Antworten
Themenstarteram 1. Oktober 2003 um 20:39

hehe Leute... ich wusste doch, dass wir das hinbekommen ;o) Ich bekomme nächsten Montag die LED's zugeschickt... hab sie schon online bestellt... 5500mcd leider nur 15Grad abstrahlung... das heißt, von der Seite betrachtet sind sie nicht so hell... jemand ne Idee wie man das ändern könnte??? ich hab mir schon überlegt eine ganz kleine reflektierende Kugel darüberzumachen... dann würde das Licht ja auch nach rechts und links abgelenkt werden, und nicht nur nach oben strahlen...

Nuja, dann kannste auch gleich "dunklere" LEDs bestellen, der Trick bei den 5500mcd ist ja, daß (ich hoff, ich verzapf jetzt keinen Quark) die mcd auf die Fläche gerechnet werden, d.h. je kleiner der Abstrahlwinkel ist, desto kleiner ist die beleuchtete Fläche und desto höher die mcd.

Andersrum: wenn Du da jetzt ne Streulinse oder irgendsowas davor pappst kommst Du auf deutlich niedrigere mcd werte, deswegen sollte bei der LED Auswahl meiner Meinung nach an erster Stelle der Abstrahlwinkel stehen...

Grundlagen:

Die Lichtstärke in Candela (cd) und die Strahlstärke, -intensität (radiant intensity) in Watt/Sterad (W/sr) wird bei LED in einem sehr kleinen Raumwinkel (W) gemessen, z. B.: 0,01 sr bzw. 0,0009 sr; der kleiner als der Öffnungswinkel ist. Daraus wird ein Wert für die technischen Daten errechnet und angegeben, der sich auf eine größere Fläche bezieht, auch wenn diese Fläche auf Grund des geringen Öffnungswinkels gar nicht ausgeleuchtet werden kann. Damit ergeben sich für den selben Diodenchip je nach Gehäuseform und damit unterschiedlichem Öffnungswinkel extrem unterschiedliche Werte in den technischen Daten, auch wenn der Diodenchip die gleiche Leistung abgibt.

Durch die Verwendung eines anderen Gehäuses beim Hersteller, einer Optik, eines optischen Systems beim Anwender wird aus einer „Allerwelts“-LED mit 200 mcd ohne weiteres eine „Hochleistungs“-LED von 25000 mcd (25 cd), obwohl der Strom und damit die abgestrahlte Leistung gleich geblieben ist.

Hi,

also um das alles mal etwas geordnet zusammenzufassen ;):

- LEDs dürfen nicht direkt parallel geschaltet werden. Grund: Die Diodenkennlinien sind so steil, daß kleinste Bauteiletoleranzen zu einem sehr unteschiedlichen Strom führen.

Wenn man LEDs parallel anschließen möchte, muß man für jede LED einen eigenen Vorwiderstand vorsehen.

- LEDs können natürlich auch in Serie (Reihe) geschaltet werden. Man kann aber nicht beliebig viele in Reihe schalten (logisch, ne?). Das hat in einigen technischen Anwendungen große Vorteile. (Hier jetzt nicht so.) Man sollte dann nur LEDs gleichen Typs in Reihen schalten (oder man muß vieeel rechnen :)).

- LEDs dürfen nie ohne Vorwiderstand betrieben werden.

- So berechnet man den Vorwiderstand für eine LED:

Man braucht folgende Angaben:

Betriebsspannung: Ub

Durchlaßspannung der LED: Uf

maximalen Strom: Imax

Imax ist entweder der maximale Strom, der bei der LED erlaubt ist oder der maximale Strom, den die Stromquelle liefern kann. (Also hier z.B. der Anschluß der Alarmanlage). Der niedrigere Wert zählt.

Dann ist der Vorwiderstand Rv :

Rv = (Ub - Uf) / Imax

Also z.B. Auto Ub = 14 V (mehr als 12V, ist so)

LED-Daten: Uf=3,6V, If = 20 mA = 0,02A (das wär z.B. ne weisse oder blaue).

Rv = (14V - 3,6V) / 0,02A = 520 Ohm

nächsthöherer Normreihenwert: 560 Ohm

Was muß der Wiederstand für eine Belastbarkeit haben (Leistung in Watt)?

Ptot = (Ub - Uf)² / Rv

also: (14V - 3,6V)² / 560 Ohm = 0,193 W

Man kann also einen 1/4-Watt-Widerstand (0,250 W) nehmen.

 

- So berechnet man den Vorwiderstand für mehrere LEDs in Reihe:

Man braucht folgende Angaben:

Betriebsspannung: Ub

Durchlaßspannung der LED: Uf

maximalen Strom: Imax

Anzahl der LEDs: n

Imax ist entweder der maximale Strom, der bei der LED erlaubt ist oder der maximale Strom, den die Stromquelle liefern kann. (Also hier z.B. der Anschluß der Alarmanlage). Der niedrigere Wert zählt.

Zuerst muß man prüfen, ob es überhaupt möglich ist, bei gegebener Betriebsspannung so viele LEDs in Reihe zu betreiben. Das funktioniert nur, wenn:

Ub > n * Uf

gilt. (Mit 1 bis 2 V 'Luft'.)

Dann ist der Vorwiderstand Rv :

Rv = (Ub - n*Uf) / Imax

(wenn's negativ wird, wurde die Bedingung oben nicht eingehalten)

Also z.B. Auto Ub = 14 V (mehr als 12V, ist so)

LED-Daten: Uf=3,6V, If = 20 mA = 0,02A (das wär z.B. ne weisse oder blaue).

Zwei LEDs in Reihe.

Rv = (14V - 2*3,6V) / 0,02A = 340 Ohm

nächsthöherer Normreihenwert: 390 Ohm

Was muß der Wiederstand für eine Belastbarkeit haben (Leistung in Watt)?

Ptot = (Ub - n*Uf)² / Rv

also: (14V - 2*3,6V)² / 390 Ohm = 0,119 W

Die Leistung, die im Widerstand 'verbraten' wird, ist also kleiner geworden. (Und das kann manchmal wichtig sein.)

 

- Die 'Helligkeit' von LEDs hängt von verschiedenen Faktoren ab:

- Bauform, Streuwinkel, Diffusor und auch dem Chip. Es kann also sein, das der Helligkeitseindruck nur heller ist, weil das Licht gebündelt ist. Oder aber, weil die LED wirklich mehr Licht erzeugt.

Grüsse

Martin

(Hoffe ich hab mehr 'entwirrt' als 'verwirrt' ;))

NOCHWAS:

In 5500 mcd- LEDs würd' ich nicht mehr freiwillig reingucken.

Die Datenblätter der Hersteller warnen da auch ausdrücklich davor, daß das unter Umständen zu Netzhautschäden führen kann.

Dann noch mal zu den Nachteilen der Reihenschaltung:

Nachteile:

-bei Bedarf kann keine zusätzliche Led hinzugeschaltet werden, da die Spannung dann an allen Leds absinkt.

-Die Diodenspannung kann nicht exakt eingestellt werden (Beispiel 1: 12V Versorgungsspannung. Bei 3 Dioden erhält jede Diode 4V, bei 4 Dioden erhält jede nur 3V: 3,7 Volt können nicht eingestellt werden.)

Anschluß von 3 Leds an der Autobatterie:

Fall 1: stehender Motor: Die Autobatterie gibt eine Spannung von 12 Volt ab.

Jede der drei Leds wird mit der von uns empfohlenen max. Spannung von 4 Volt belastet

Fall 2: laufender Motor: Die Autobatterie wird von der Lichtmaschine mit bis zu 15 Volt geladen. Die maximale Spannung, die sich die Leds teilen, beträgt also auch 15 Volt. Jede Led wird mit 15 Volt : 3 Leds = 5 Volt belastet. Die Folge: die Zerstörung der Leds innerhalb kürzester Zeit.

(Muß beachtet werden)

Die vielleicht perfekteste Lösung, Leds zu verschalten:

 

Jede Led erhält einen eigenen Vorwiderstand (Reihenschaltung). Alle Leds samt Ihrem Vorwiderstand werden parallel geschaltet.

Man rechnet den Vorwiderstand der Leds für die gewünschte Spannungsquelle aus, baut einen Widerstand dieser Größe vor jede Led, und schaltet die Leds dann parallel.

Vor- und Nachteile der vielleicht perfektesten Schaltung:

Vorteile:

- recht einfach zu realisieren

- beliebige Anzahl von Leds möglich

- exakte Einstellung der Led-Spannung möglich

Nachteile:

- etwas mehr Lötarbeit

- geringfügige Mehrkosten (pro Widerstand ca. 4-9 Cent)

Zitat:

- beliebige Anzahl von Leds möglich

Au contraire, mon ami. ;)

Begrenzt wird die Anzahl der LED's durch die Stromstärke, die die Batterie liefern kann. Zugegeben: Da wir von Stromstärken im Milliampere-Bereich reden, und die Batterie zig Ampere liefern kann, kann man so viele LED's bedenkelos anschließen, daß das einzige Problem sein wird, Plätze zu finden, wo man die alle unterbringen kann. Und damit wäre mein Einwurf, dann auch mehr als sinnfrei.... ;)

Ich wollt halt auch nur nochmal was gesagt haben.

Hi,

ich möchte da ja jetzt keine Grundatzdiskussion lostreten ;) aber so ganz kann ich Dir nicht zustimmen.

(1) Natürlich können weitere LEDs zugeschaltet werden, bis die Dimensionierungsgrenze von ca. Ub - 2 V erreicht ist. Natürlich muß der Vorwiderstand angepasst werden.

(2) Die Diodenspannung spielt keine Rolle. Die Spannung ist 'fest' (bzw. wird genaugenommen durch den Arbeitspunkt eingestellt). Die Angabe zur Diodenspannung findet man im Datenblatt als Uf (Vorwärtsspannung). Entscheidend ist der Strom durch die Diode(n). Dieser muss immer mittels eines Vorwiderstands eingestellt werden, da die Steilheit der Diodenkennlinie (idealerweise) unendlich ist.

(3)

Dazu auch die Fallbetrachtung:

Bei 3 LEDs wirst Du nach der Rechnung oben Rv=160 Ohm rauskriegen, Normreihenwert 180 Ohm.

Fall 1: Motor steht, Ub = 12V

Berechnung des Diodenstroms:

If = (12V - 3*3,6V) / 180 Ohm = 6,7 mA

Fall 2: Motor läuft, Ub = 15V

Berechnung des Diodenstroms:

If = (15V - 3*3,6V) / 180 Ohm = 23 mA

Die Dioden werden also nicht zerstört. (Der etwas über dem Sollwert liegende Strom kommt daher, daß ich der Einfachheit halber mit Ub = 14 V gerechnet habe, um Fallunterscheidungen zu vermeiden).

zu den Vor- und Nachteilen:

a) halte ich beides für ähnlich simpel

b) auch hier ist eine beliebige Anzahl von LEDs möglich. Ich kann ja mehrere Reihen-Pfade parallel schalten ;)

c) Der Strom ist in beiden Schaltungsvarianten exakt einstellbar. Nachteil der Reihenschaltung ist, daß sich Spannungsschwankungen in prozentual höheren Helligkeitsschwankungen äußern (siehe unten).

d) Lötarbeit - naja, halte jetzt nicht für so unterschiedlich (außer Du must optimieren, daß das ne Bestückungsmaschine in minimaler Zeit hinkriegt, aber darum geht's ja hier nicht).

e) Kosten spielen hier sicher auch nicht so die Rolle - wir bauen ja keine 10.000 Stück ;-)

Der eigentliche Nachteil der Reihenschaltung ist der, daß Eingangsspannungsschwankungen größere Helligkeitsschwankungen zur Folge haben, je mehr LEDs in Reihe geschaltet sind (da Uf fest ist und sich das Verhältnis von Verlustleistung am Rv genau prozentual im Verhältnis der Helligkeitsschwankung widerspiegelt). Deshalb würd ich nur 2 weisse LED's in Reihe schalten.

In dieser Applikation würd ich sagen: egal.

Mir ging's nur darum zu betonen, daß die Aussage 'Reihenschaltung geht nicht' so nicht ganz richtig ist.

Zum einen gibt's da durchaus Argumente, die auch schaltungstechnisch dafür sprechen (z.B. Verlustleistung, rechne das mal zum Spaß mit normalen roten LEDs mit 1,2 V Uf). Zum andern fließt bei der Parallelschaltung der n-fache Strom. Das könnte z.B. porblematisch werden, wenn die LEDs über einen Schalt-Tranistor o.ä. gesteuert werden.

Also: Gehen geht's, hier in dieser Anwendung isses mehr oder weniger wurscht ob seriell oder parallel ;)

Gruss

Martin

@Danimal :

ganz genau gesagt:

Bei Parallelschaltung ist die Anzahl von der maximal möglichen Stromstärke abhängig.

Bei Serienschaltung ist sie von der verfügbaren Spannung abhängig.

Zitat:

Original geschrieben von Kawabiker

Hi,

ich möchte da ja jetzt keine Grundatzdiskussion lostreten ;) aber so ganz kann ich Dir nicht zustimmen.

(1) Natürlich können weitere LEDs zugeschaltet werden, bis die Dimensionierungsgrenze von ca. Ub - 2 V erreicht ist. Natürlich muß der Vorwiderstand angepasst werden.

Es ist aber aufwändiger da alles Angepasst werden muß. Spreche jetzt aber nicht von Misschaltung

Zitat:

 

(2) Die Diodenspannung spielt keine Rolle. Die Spannung ist 'fest' (bzw. wird genaugenommen durch den Arbeitspunkt eingestellt). Die Angabe zur Diodenspannung findet man im Datenblatt als Uf (Vorwärtsspannung). Entscheidend ist der Strom durch die Diode(n). Dieser muss immer mittels eines Vorwiderstands eingestellt werden, da die Steilheit der Diodenkennlinie (idealerweise) unendlich ist.

Für die Widerstandsbestimmung sollte die jeweilige Durchlassspannung UF berücksichtigt werden.

Die Spannung Uges entspricht der Betriebsspannung von 3 bis 5 V Gleichspannung. Die Spannung ULed entspricht der gewollten Spannung UF. Der Strom ILed ist der Strom IF. Dieser Wert ist abhängig von der gewünschten Leuchtstärke der LED.

Zitat:

(3)

Dazu auch die Fallbetrachtung:

Bei 3 LEDs wirst Du nach der Rechnung oben Rv=160 Ohm rauskriegen, Normreihenwert 180 Ohm.

Fall 1: Motor steht, Ub = 12V

Berechnung des Diodenstroms:

If = (12V - 3*3,6V) / 180 Ohm = 6,7 mA

Fall 2: Motor läuft, Ub = 15V

Berechnung des Diodenstroms:

If = (15V - 3*3,6V) / 180 Ohm = 23 mA

Die Dioden werden also nicht zerstört. (Der etwas über dem Sollwert liegende Strom kommt daher, daß ich der Einfachheit halber mit Ub = 14 V gerechnet habe, um Fallunterscheidungen zu vermeiden).

Die Rechnung kommt nicht von mir. Aber wenn du die Dioden im Auto auf 12 Volt einstellst, dann werden sie mit der Zeit defekt gehen. Praxiserfahrungen. Die Rechnungen sind nich von mir sondern ein Auszug von meiner ehemligen Lehre

Zitat:

zu den Vor- und Nachteilen:

a) halte ich beides für ähnlich simpel

Bezweifele ich mal. Vor allem wenn du Dioden mischt usw. Da hast es dann mit der Parallelschaltung einfacher.

Zitat:

b) auch hier ist eine beliebige Anzahl von LEDs möglich. Ich kann ja mehrere Reihen-Pfade parallel schalten ;)

Keine Reihenschaltung mehr. Sonder Misschaltung.

Zitat:

 

c) Der Strom ist in beiden Schaltungsvarianten exakt einstellbar. Nachteil der Reihenschaltung ist, daß sich Spannungsschwankungen in prozentual höheren Helligkeitsschwankungen äußern (siehe unten).

d) Lötarbeit - naja, halte jetzt nicht für so unterschiedlich (außer Du must optimieren, daß das ne Bestückungsmaschine in minimaler Zeit hinkriegt, aber darum geht's ja hier nicht).

Gehe jetzt davon aus mit normalen Lötkolben, da merkst es dann schon wenn du 20 Stück mal anfertigst. Fällt aber nicht so ins Gewicht ist klar.

Zitat:

 

e) Kosten spielen hier sicher auch nicht so die Rolle - wir bauen ja keine 10.000 Stück ;-)

Nachteil ist Nachteil :-))

Gib bestimmt noch mehr die mir nicht eingefallen sind.

Zitat:

 

Der eigentliche Nachteil der Reihenschaltung ist der, daß Eingangsspannungsschwankungen größere Helligkeitsschwankungen zur Folge haben, je mehr LEDs in Reihe geschaltet sind (da Uf fest ist und sich das Verhältnis von Verlustleistung am Rv genau prozentual im Verhältnis der Helligkeitsschwankung widerspiegelt).

Glaub ich kaum, wenn die Versorgungsspannung steig, dann steigt auch die Spannung an die Dioden usw.

Zitat:

 

Mir ging's nur darum zu betonen, daß die Aussage 'Reihenschaltung geht nicht' so nicht ganz richtig ist.

Zum einen gibt's da durchaus Argumente, die auch schaltungstechnisch dafür sprechen (z.B. Verlustleistung, rechne das mal zum Spaß mit normalen roten LEDs mit 1,2 V Uf). Zum andern fließt bei der Parallelschaltung der n-fache Strom. Das könnte z.B. porblematisch werden, wenn die LEDs über einen Schalt-Tranistor o.ä. gesteuert werden.

mA bereicht im Auto, wer redet den über so was wenn die Anlage 50 A braucht. :-) Recht hast aber.

Zitat:

 

Martin

Die Rechnung kommt nicht von mir. Aber wenn du die Dioden im Auto auf 12 Volt einstellst, dann werden sie mit der Zeit defekt gehen. Praxiserfahrungen.

Bei 12 V ja. Deswegen hab ich auch 14 V als Betriebsspannung angenommen. angenommen. Im Extremfall können es sogar 18 V werden. Allerdings wäre es sinnvoll, mit etwas mehr Reserve zu rechnen, da die Ladespannung durchaus noch höher sein kann und einige andere Toleranzen ne Rolle spielen.

Keine Reihenschaltung mehr. Sonder Misschaltung

Na und? Flexibel muss man sein ;)

Glaub ich kaum, wenn die Versorgungsspannung steig, dann steigt auch die Spannung an die Dioden usw.

Nein, genau das ist der springende Punkt bei der Diodenkennlinie. Uf verändert sich nicht. Daher fällt die gesamte Spannungsdifferenz am Widerstand ab, was die deutliche Strom- und damit Helligkeitsänderung bewirkt.

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