Problem mit Parallelschaltung einen Led-Echtwachskerze und einem beleuchtetem Bilderrahmen

Schaltungen, Widerstände, Spannung, Strom, ...

Moderator: T.Hoffmann

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MiRati
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Sa, 30.11.19, 13:23

Hallo liebe Gemeinde,

ich brauche Eure Erfahrung und Kenntnisse in E-Bastelleien, da meine schon zu lange her sind.

Wir hatten von einigen Jahren eine Echtwachs-Led-Kerze gekauft, in die normalerweise zwei 1,5V AA-Batterien eingesetzt werden.
Natürlich passte mir der Verbrauch an Batterien auf Dauer nicht, da die Lampe im täglichen Einsatz war. Akkus waren hier auch keine Lösung, da diese nach nur wenigen Tagen entladen waren und getauscht werden mussten.
img_10841.jpg
Ich hatte damals ein 5V Steckernetzteil und habe 4 Dioden vor diese Kerze geschaltet, um auf die 3V zu kommen und diese Lösung lief einwandfrei.
img_10871.jpg
Jetzt hat meine Frau einen beleuchteten Bilderrahmen geschenkt bekommen. Stromversorgung sind zwei 2032 Knopfzellen (jeweils 3V).
img_10851.jpg
img_10861.jpg
Es sind 20 dieser LED in Reihe geschaltet. Natürliche keine Typenbezeichnung.
img_10881.jpg
Da habe ich jetzt eine Steckverbindung parallel zum Batteriehalter angelötet und wollte nun diesen Bilderrahmen wiederum parallel an das Steckernetzteil anschließen.

Also über den einen Strang 5V durch 4 Dioden auf 3V reduziert Richtung LED-Kerze.
An den zweiten Strang die 5V an den Bilderrahmen.

Beide für sich angeschlossen leuchten auch einwandfrei. Im Parallelbetrieb allerdings leuchtet die Led-Kerze für einige Sekunden mit und geht dann aus. Der Bilderrahmen leuchtet allerdings weiterhin und genau hier bin ich ausgezählt.

Warum ist das so? Das Steckernetzteil liefert sekundär (lt. Aufschrift) 5V und 1A.
Ich kann mir nicht vorstellen, dass die 1A für beides zusammen nicht ausreichen sollte, aber vielleicht liegt hier genau mein Irrtum.

Habt Ihr eine Erklärung oder Tipp für mich. Vielen Dank schon jetzt und ein schönes WE.

Gruß
Michael
Buddhamilch
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Sa, 30.11.19, 17:36

Mal 'ne blöde Frage: sind die Batterien noch im Batteriefach? --> Die müssen raus.
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Sailor
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Sa, 30.11.19, 17:50

Hast Du schon die Spannung an der Kerze gemessen?
Ich gehe davon aus, dass sie schon vorher grenzwertig niedrig war und jetzt für die Kerze nicht mehr ausreichend ist.

Willkommen im Forum
MiRati
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Sa, 30.11.19, 22:48

Buddhamilch hat geschrieben:
Sa, 30.11.19, 17:36
Mal 'ne blöde Frage: sind die Batterien noch im Batteriefach? --> Die müssen raus.
Nein, natürlich sind keine Batterien in keinem Fach mehr drin. Trotzdem Danke für den Hinweis. Hätte ich ja vergessen haben können.
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Sa, 30.11.19, 23:05

Sailor hat geschrieben:
Sa, 30.11.19, 17:50
Hast Du schon die Spannung an der Kerze gemessen?
Ich gehe davon aus, dass sie schon vorher grenzwertig niedrig war und jetzt für die Kerze nicht mehr ausreichend ist.

Willkommen im Forum
Nein, habe die Spannung an der Kerze nicht gemessen. In diesem Zeig hat sich nichts geändert und lief seit langer Zeit alles. Wieso sollte die Spannung dort grenzwertig gewesen sein? Ich dachte in einer Parallelschaltung ist die Spannung in allen Zweigen gleich, nur der Strom teilt sich anhand des Widerstandes auf(Puh, ist alles schon so lange her :D ).
Buddhamilch
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So, 01.12.19, 01:58

Ich glaube nicht, dass der Bilderrahmen mit 6V läuft. Für weiße Leds passen 3V besser.
Die beiden 3V Knopfzellen waren wahrscheinlich parallel geschaltet, wodurch deren Kapazitäten eine doppelt so lange Laufzeit bereitstellen konnten (gegenüber nur 1 Stück 2032). Wird die Lichterkette mit 5V betrieben, kann der Strom durch die Leds drastisch erhöht sein. Da das Netzgerät aber nur max. 5W liefern kann, bricht die Spannung ein, und die reicht dann nicht mehr für die Led in der Kerze.

Kannst Du bitte noch ein Foto vom Batteriefach im geöffneten Zustand machen?
Die Kontakte (wo die Batterien ein-/angelegt waren) sollten sichtbar sein.
Keine Ahnung, ob man dann sehen kann, ob die Batterien in Reihe oder parallel betrieben wurden.
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Sailor
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So, 01.12.19, 10:39

Ich versuche mal eine Erklärung:

Deine Annahme:
5 Volt vom Netzteil minus 4 mal 0,7 Volt von den Dioden ergibt 2,2 Volt an der Kerze

Wirkung wie Batterien fast leer aber Elektronik der Kerze läuft noch.

Realistischer:
5 Volt vom Netzteil minus 4 mal 0,75 Volt von den Dioden ergibt 2 Volt an der Kerze

Wikung wie Batterien leer aber Elektronik der Kerze läuft noch.

Jetzt kommt Deine zusätzliche Belastung:
4,9 Volt vom Netzteil minus 4 mal 0,76 Volt von den Dioden ergibt 1,86 Volt an der Kerze
Wirkung wie Batterie platt, Elektronik der Kerze kann nicht mehr arbeiten.

Der Bilderrahmen hat keine Flackerelektronik und funktioniert noch, wenn auch mit verminderter Leistung.
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So, 01.12.19, 11:13

Buddhamilch hat geschrieben:
So, 01.12.19, 01:58
Ich glaube nicht, dass der Bilderrahmen mit 6V läuft. Für weiße Leds passen 3V besser.
Die beiden 3V Knopfzellen waren wahrscheinlich parallel geschaltet, wodurch deren Kapazitäten eine doppelt so lange Laufzeit bereitstellen konnten (gegenüber nur 1 Stück 2032). Wird die Lichterkette mit 5V betrieben, kann der Strom durch die Leds drastisch erhöht sein. Da das Netzgerät aber nur max. 5W liefern kann, bricht die Spannung ein, und die reicht dann nicht mehr für die Led in der Kerze.

Kannst Du bitte noch ein Foto vom Batteriefach im geöffneten Zustand machen?
Die Kontakte (wo die Batterien ein-/angelegt waren) sollten sichtbar sein.
Keine Ahnung, ob man dann sehen kann, ob die Batterien in Reihe oder parallel betrieben wurden.
Du hast Recht: Es läuft doch nur auf 3V und die Batterien sind in Reihe.
img_10891.jpg
So hatte ich es zunächst auch verbaut und beide Verbraucher parallel hinten den Dioden angeschlossen. Es war schon Spät am Donnerstagabend und als ich die Problematik feststellte, hatte ich am Freitag in der Firma das Batteriefach des Bilderrahmens falsch interpretiert und kam, warum auch immer, auf die Idee, er liefe auf 6V. Nachmittags dann alles umgelötet, wie ich es im Eingangspost beschrieben hatte.

Dort hatte ich ja, abgesehen von meinem kurzen Irrweg der 6V, schon die Vermutung geäußert, ob die 1A für beides zu wenig sei.
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So, 01.12.19, 11:29

Sailor hat geschrieben:
So, 01.12.19, 10:39
Ich versuche mal eine Erklärung:

Deine Annahme:
5 Volt vom Netzteil minus 4 mal 0,7 Volt von den Dioden ergibt 2,2 Volt an der Kerze

Wirkung wie Batterien fast leer aber Elektronik der Kerze läuft noch.

Realistischer:
5 Volt vom Netzteil minus 4 mal 0,75 Volt von den Dioden ergibt 2 Volt an der Kerze

Wikung wie Batterien leer aber Elektronik der Kerze läuft noch.

Jetzt kommt Deine zusätzliche Belastung:
4,9 Volt vom Netzteil minus 4 mal 0,76 Volt von den Dioden ergibt 1,86 Volt an der Kerze
Wirkung wie Batterie platt, Elektronik der Kerze kann nicht mehr arbeiten.

Der Bilderrahmen hat keine Flackerelektronik und funktioniert noch, wenn auch mit verminderter Leistung.
Ok, es ist noch viel schlimmer :lol:

Ich hatte entweder in diesem oder im roten Forum von der Diodenlösung gelesen. Ich kann mich nicht mehr genau dran erinnern, muss aber irgendwoher die Info haben, dass die Dioden 1N4007 ca. 0,5V verbrauchen, sonst hätte ich ja nicht 4 Stück in Reihe geschaltet.

Wenn sie, wie Du schreibst, allerdings eher 0,75V - 0,76V verbrauchen verstehe ich auch Deinen ersten Hinweis bezüglich grenzwertig. Dann hätte ich natürlich nur drei benutzt. Allerdings ist diese Schaltung - nur mit der Kerze - jahrelang so gelaufen.

Also muss es für mein Verständnis doch an dem 1A bzw 5W liegen, warum beides nicht parallel betrieben werden kann. Hilft also nur ein Steckernetzteil welches mehr Leistung bereitstellt? Wenn ich eh ein neues kaufen muss, dann kann ich ja auch eins auf 3V einstellbares nehmen und die Dioden rausschmeißen.
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Sailor
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So, 01.12.19, 11:44

Die 5 Volt am Bilderrahmen sind ok, dessen Batterien sind in Reihe geschaltet. Er läuft also mit 6 Volt.
Ich betreibe weiße LEDS öfter am USB, jeweils 2 in Reihe. Ohne weitere Elektronik oder Strombegrenzung geht das gut da der Abstand zum steilen Teil der Durchlasskurve ausreichend groß ist. Die LEDS leuchten halt nicht mit der Nennstärke.

Ich gehe davon aus, dass eine Diode zu viel im Strang zur Kerze ist.

Messen der Spannung an der Kerze könnte diese Annahme bestätigen oder widerlegen.
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So, 01.12.19, 11:52

Sailor hat geschrieben:
So, 01.12.19, 11:44
Die 5 Volt am Bilderrahmen sind ok, dessen Batterien sind in Reihe geschaltet. Er läuft also mit 6 Volt.
Ich betreibe weiße LEDS öfter am USB, jeweils 2 in Reihe. Ohne weitere Elektronik oder Strombegrenzung geht das gut da der Abstand zum steilen Teil der Durchlasskurve ausreichend groß ist. Die LEDS leuchten halt nicht mit der Nennstärke.

Ich gehe davon aus, dass eine Diode zu viel im Strang zur Kerze ist.

Messen der Spannung an der Kerze könnte diese Annahme bestätigen oder widerlegen.
Grummelgrummelgrummel - bin ich blöd!!! Natürlich sind es doch 6V die der Bilderrahmen haben möchte. Die Batterein sind ja, wie ich schrieb, genauso in Reihe geschaltet wie die beiden AA in der Kerze.

Es ist halt nicht gut nach langen Tagen, und wenig Erfahrung, über solche Sachen zu senieren. Messung werde ich nachreichen.

Vielen Dank für Deine Geduld, welche Du schon damals mit mir gehabt hast. :D
MiRati
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So, 01.12.19, 12:15

Gemessen:

Spannung NT: 5,19 - 5,22V
Spannung hinter den vier Dioden: 2,27 - 2,31V also kann ich hier wirklich eine Diode rausnehmen.

Dafür ist gerade der Bilderrahmen abgeraucht. Warum auch immer.
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Sailor
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So, 01.12.19, 16:04

Was meinst Du mit abgeraucht?
Ist eine LED geschossen oder ist nur eine Verbindungsstelle offen oder ist dort eine (Dimm-) Elektronik eingebaut?
ustoni
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So, 01.12.19, 17:39

Dafür ist gerade der Bilderrahmen abgeraucht. Warum auch immer.
Ich sehe auf den Fotos nirgendwo einen Widerstand zur Strombegrenzung.
Ich gehe mal davon aus, dass der recht hohe Innenwiderstand der CR2032 als Strombegrenzung genutzt wurde.

Das Netzteil hat einen sehr niedrigen Innenwiderstand. Dadurch hast Du einfach einen viel zu hohen Strom durch die LEDs geschickt.
Die leuchten dann zwar recht hell, dafür aber nicht allzu lange. :D
MiRati
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So, 01.12.19, 23:10

Sailor hat geschrieben:
So, 01.12.19, 16:04
Was meinst Du mit abgeraucht?
Ist eine LED geschossen oder ist nur eine Verbindungsstelle offen oder ist dort eine (Dimm-) Elektronik eingebaut?
Abgeraucht im Sinne von Durchgebrannt. Brutzel, Qualm, Stink. :D
Eine (Dimm-) Elektronik kann ich nicht ausmachen. Ist ja nur das Batteriefach und der Ein-/Ausschalter.

Eine ähnliche Lichterkette hat auch dieser Shop hier.
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So, 01.12.19, 23:27

Ich sehe auf den Fotos nirgendwo einen Widerstand zur Strombegrenzung.
Ich gehe mal davon aus, dass der recht hohe Innenwiderstand der CR2032 als Strombegrenzung genutzt wurde.

Das Netzteil hat einen sehr niedrigen Innenwiderstand. Dadurch hast Du einfach einen viel zu hohen Strom durch die LEDs geschickt.
Die leuchten dann zwar recht hell, dafür aber nicht allzu lange. :D
Stimmt. Da ist auch sonst nichts verbaut. Die LEDs waren wirklich sehr hell, aber die Zeit eine Sonnenbrille zu holen hat ich in der Tat nicht ausgereicht. :lol:

Wäre das mit dem niedrigen Innenwiderstand das Verhalten beim Parallelbetrieb?

Spannung in der Parallelschaltung ist ja in beiden Zweigen gleich.
Der Widerstand kleiner als der kleinste Einzelwiderstand.

Wenn jetzt die Lichterkette eh schon einen sehr kleinen Widerstand hat und durch die Parallelschaltung sich noch verkleinert, dann müsste ja für einen moment fast der Maximalstrom als Kurzschlussstrom geflossen sein, falls ich mich recht erinnere. Vielleicht schreibe ich aber auch Quatsch. Oder aber doch die 1A, ohne Strombegrenzung, als ich die Lichterkette alleine und direkt an die 5V angeschlossen hatte.

Im Parallelbetrieb hat der zweite Zweig vermutlich das Durchbrennen verhindert, aber es war nicht genug Power mehr da, wie Sailor vermutet hat.

Ich habe jetzt hier eine Ersatzlichterkette bestellt, welche wohl den gleichen Aufbau hat.

Hast Du einen Tipp, wie ich eine Strombegrenzung dafür hinbekomme?
ustoni
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Mo, 02.12.19, 09:47

Wäre das mit dem niedrigen Innenwiderstand das Verhalten beim Parallelbetrieb?
Nein, der Innenwiderstand ist unabhängig von der Betriebsart.
Bei der Kerze haben die Batterien bereits einen relativ niedrigen Innenwiderstand. Es muss daher in der Kerze bereits eine Strombegrenzung vorhanden sein. Deshalb ist der Betrieb der Kerze am Netzteil mit Dioden kein Problem.
Hast Du einen Tipp, wie ich eine Strombegrenzung dafür hinbekomme?
Hierzu sind 3 Messungen erforderlich:

Zunächst misst Du die Ausgangsspannung am Netzteil. Dabei schließt Du am Besten als Grundlast die Kerze an. Die gemessene Spannung notierst Du als U1.

Anschließend schließt Du die Lichterkette an das Batteriefach mit den beiden CR2032 an und misst die Spannung an den Anschlüssen des Batteriefachs. Bei Verwendung von frischen CR2032 solltest Du vor der Messung etwa 5 Minuten warten, damit sich die Spannung auf normale Betriebsbedingung stabilisieren kann. Diese Spannung notierst Du als U2.

Abschließend öffnest Du eine der beiden Leitungen am Batteriefach und schaltest das Messgerät in der Betriebsart Strommessung, 200 mA, zwischen Kette und Batteriefach. Wenn der angezeigte Wert kleiner als 20 ist schaltest Du den Messbereich auf 20 mA. Den gemessenen Strom notierst Du als I.

Jetzt kannst Du den erforderlichen Widerstand berechnen:

R = (U1-U2) / I

Beispiel:

U1 = 5,1 V
U2 = 3,9 V
I = 27 mA = 0,027 A

(5,1 V - 3,9 V) / 0,027 A = 1,2 V / 0,027 A = 44,4 Ohm

Der nächstgelegene Normwert über dem errechneten Wert ist 47 Ohm.
Der korrekte Strombegrenzungswiderstand wäre dann also ein 47 Ohm Widerstand mit 0,25 Watt Belastbarkeit oder höher. (Üblich wären 0,25 W oder 0,6 W)
MiRati
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Mo, 02.12.19, 11:52

Danke für den Rechenweg und den Erklärungen.

Die ersten Messungen hatte ich ja schon gemacht, da Sailor ja richtig vermutete, dass ich eine Diode zuviel verbaut habe.

Quote:
Gemessen:

Spannung NT: 5,19 - 5,22V
Spannung hinter den vier Dioden: 2,27 - 2,31V also kann ich hier wirklich eine Diode rausnehmen.
Quote:

Die U2 Messung kann ich erst machen, sobald die Lieferung erfolgt ist. Ich melde mich dann wieder.

Gruß Michael
MiRati
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Fr, 06.12.19, 17:11

MiRati hat geschrieben:
Mo, 02.12.19, 11:52
Danke für den Rechenweg und den Erklärungen.

Die ersten Messungen hatte ich ja schon gemacht, da Sailor ja richtig vermutete, dass ich eine Diode zuviel verbaut habe.

Quote:
Gemessen:

Spannung NT: 5,19 - 5,22V
Spannung hinter den vier Dioden: 2,27 - 2,31V also kann ich hier wirklich eine Diode rausnehmen.
Quote:

Die U2 Messung kann ich erst machen, sobald die Lieferung erfolgt ist. Ich melde mich dann wieder.

Gruß Michael
So, Lieferung ist längst eingetroffen und heute habe ich die Messungen gemacht:

U2 nach 5 min: 2,59V

I direkt nach einschalten ca. 0,080A, geht schnell Richtung 0,025A
I nach 5 min 0,0148A und nimmt weiter rapide ab.

Demnach wäre es 5,2 V - 2,59V = 2,61V / 0,027A = 96,6666666667Ohm also 100 Ohm

Wenn keiner Widerspricht, würde ich es am WE so ausprobieren.

LG Michael
ustoni
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Fr, 06.12.19, 18:50

Die 0,027 A waren in meinem Post nur ein Beispiel. Du solltest schon den gemessenen Wert verwenden.
Da sich der Wert schnell verändert, solltest Du einfach einen mittleren Wert verwenden, z.B. 20 mA:

2,61V / 0,02A = 130,5 Ohm

Ein Normwert in der Nähe wären 120 Ohm. Das ergibt einen Strom von:

2,61V / 120 Ohm = 21,75 mA

Damit sollten die LEDs dauerhaft betrieben werden können.

Edit:
Die 100 Ohm sollten aber trotzdem auch sicher funktionieren.
MiRati
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So, 08.12.19, 18:13

Hallo zusammen,

so, endlich die neue Lichterkette verklebt und den 120 Ohm Widerstand dazwischengelötet.
Nun läuft alles so wie es soll.
3831BDFF-E38A-41D0-B672-0EA4062EE188.jpeg
3831BDFF-E38A-41D0-B672-0EA4062EE188.jpeg (258.72 KiB) 158 mal betrachtet
Vielen Dank für die, wie immer, tolle Hilfe und ich wünsche noch einen schönen, zweiten Advent.

Gruß
Michael
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