Stromstärke ?

[peter58]

Hallo an die Profi's,
mich beschäftigt die funktion einer LED. Gemeint ist wenn ich zum Beispiel im KFZ Bereich eine oder auch zwei LED's anschließe, muss ich dann von 13,8 V oder von 12 V ausgehen. Ab oder bis welcher Differenz brnnet den eine LEd. Wenn ich also meine Schaltung auf 13,8 V auslege und dann bei abgesteltem Motor nur 12 V habe, brennen dann die LED's auch oder bleiben sie dunkel.

[lithi]

also ich bin z.b. beim tacho oder bei schaltern von 12V ausgegangen. jede led-farbe/art hat ja eine andere spannung und benötig deswegen auch unterschiedliche widerstände. bei der genannten differenz würde die led auch noch leuchten. zwar nicht agnz so hell aber sie würde trotzdem sichtbar leuchten, soweit ich weiß.
wo möchtest du denn die leds evt. verbauen und wo dran möchtest du sie anschliesen?

[Mr_T]

Leg die LEDs auf 14V aus. Zur Sicherheit.
Leuchten tun die LEDs immer, solange ihre Flusspannung erreicht ist. Allerdings leuchtet die LED bei sinkender Spannung schwächer, da der Strom der fließt sinkt. Die Helligkeit von LEDs hängt vom Strom ab. Je mehr desto heller.
Allerdings ist die Veränderung von 14 zu 12V so gering, dass man das nicht wahrnimmt. Ich könnte die genauen Zusammenhänge jetzt nur schildern, wenn ich von gaaaaaanz vorne anfange.

Wer nicht will muss hier nicht weiterlesen. Theoriealaaaarm!
Für alle anderen gibts hier die volle Dröhnung:


Eine LED ist ein stromabhängiges Bauteil. Das heißt: Man kann Spannungen von der Flussspannung bis unendlich viel Volt an die LED hängen, solange der maximal zulässige Betriebsstom der LED nicht überschritten wird. Wird der Strom auf eben diesen Wert begrenzt, so sinkt die Spannung auf die Flusspannung der LED ab. Egal ob man nun 3V oder 3000V im Leerlauf hat. Je größer die Belastung, desto geringer die Spannung über der Last.

Auch heißt das, dass die Spannung über der LED fast immer gleich ihrer Flussspannung ist, egal wie groß der Strom durch die LED ist! Außerdem werden LEDs nicht proportional zu ihrem Strom heller und dunkler. Bei geringerem Strom ist der Wirkungsgrad einer LED höher als bei Überschreitung des Maximalwertes.

Das kann man ganz einfach nachvollziehen, indem man eine LED zuerst mit einem 1000 Ohm Widerstand an 12V klemmt und dann parallel zum Widerstand einen Weiteren mit 1000 Ohm schaltet. Der Strom verdoppelt sich dabei von ~10mA auf ~20mA, die LED wird nur wenig heller.


Einheitendefinition:
Uf: Flussspannung in Volt (V)
Imax: zulässiger Maximalstrom in Ampere (A)
U: Spannung in Volt (V)
I: Strom in Ampere (A)
R: Widerstand in Ohm

Beispiel:
Eine LED mit Uf = 3V (Flussspannung) soll an einer Spannungsquelle von 5000V (was sehr unüblich ist) betrieben werden. Der maximal zulässige Strom Imax beträgt 20mA (0.02A).

Nun Berechnet man den benötigten Vorwiderstand zur Strombegrenzung nach R = U/I.
R = (5000V - 3V) / 0.02A = 4997V / 0.02A = 249850 Ohm.

Wird nun diese Stromquelle (3000V in Reihe mit dem Widerstand) nicht belastet, so stehen die vollen 3000V an.
Bei 10mA stehen U = 3000V - (R * I) = 3000V - 2498.5V = 501.5V an.
Bei 20mA stehen U = 3000V - (R * I) = 3000V - 4997V = 3V an.
Somit ist der Widerstand korrekt bemessen.
Die Spannung ändert sich also mit der Stromentnahme.

Anmerkung: Der Widerstand müsste bei der sehr ungünstigen Versorgung eine hohe Verlustleistung abführen können. Diese berechnet sich wie folgt:
P: Verlustleistung in Watt (W)

Bei 10mA:
P = U * I = 2498.5V * 0.01A = 24.985W

Bei 20mA:
P = U * I = 2997V * 0.02A = 59.94W



So. Ende der trockenen (aber ganz nützlichen) Theorie.


Cheers

[peter58]

Danke Mr_T für deine Ausführung, habe es verstanden und werde nach erhalt meiner bestellten Ware dann die ersten versuche machen.

[Mr_T]

Bittesehr, kein Problem (aua, meine Finger)^^

Cheers

[root]

Wenn du dennoch die "volle" Leistung willst, trotz Stromschwankungen von z.B. 5V würde ich dir zum LM317 empfehlen und mir daraus eine Konstantstromquelle bauen.
Du musst nur darauf achten, dass die anlegte Spannung um mind. 3V höher ist als die Spannung die noch an der LED abfällt.
Also sagen wir es fallen an der LED 3V ab, dann müsstest du mind. eine Spannung von 6V haben, damit die Schaltung ihren Dienst einwandfrei erledigen kann. Wenn jetzt z.B. 14V anliegen, auch kein Problem, denn der Strom bleibt weiterhin bei dem eingestellten Wert.
Kosten für das ganze: LM317 kostet bei Reichelt im TO-220 Gehäuse 22ct und dazu dann noch einen SMD Widerstand (sollte dir SMD zu klein sein, ein "normaler" Widerstand tut's auch ), also ich denke die kosten sind noch recht vertretbar.

Wenn du interesse an der "Schaltung" haben solltest einfach melden, wie gesagt, besteht nur aus zwei Bauteilen. Nicht viel anders als ein Vorwiderstand , zumindest vom Aufwand her

[peter58]

Hi root,
jetzt fängst du aber an mich in schwierigkeiten zu bringen. Dein Vorschlag hört sich ja gut an, aber ich bin bestimmt noch lange nicht so weit mit solchen Sachen zu arbeiten. Wie schon gesagt bin ich ein totaler Anfänger und versuche mich in den Led-Bereich zu lesen. Habe also kein Studium oder änlichen. Trotzdem ist dein Angebot mir behilflich zu sein sehr Nett. Komme gerne auf dich zurück wenn ich mal die ersten  Gehversuche unternehme.

[root]

Hi root,
Dein Vorschlag hört sich ja gut an, aber ich bin bestimmt noch lange nicht so weit mit solchen Sachen zu arbeiten. Wie schon gesagt bin ich ein totaler Anfänger und versuche mich in den Led-Bereich zu lesen. Habe also kein Studium oder änlichen.

Also ich glaube fast nicht, dass es dich überfordern wird. Ich poste hier jetzt einfach mal wie man das ganze realisieren kann, wenn du es verstehen solltest umsobesser für dich, fall's nicht guckste vielleicht nochmal in ein paar Monaten hier rein und kannst es dann nachvollziehen.

Also der LM317 ist eigentlich ein Spannungsregler IC diesen "funktioniert" man jetzt zu einer Konstatstromquelle um.
Der LM317 hat drei Beinchen:
+ Input
Regelanschluss/eingang
+ Output

Zwischen Reglereingang und dem Output liegt eine Spannung von 1,25V ("Refernzspannung") an, nun kann man mit Hilfe eines Widerstandes bestimmen welcher Strom fließen soll.

Zur Berechung:

R = U/I

U = Referenzspannung = 1,25V
I = Der Strom der fließen soll = 0,02A

R = 1,25V/0,02A
 = 62,5Ohm

Du bräuchtest also einen Widerstand mit dem Wert von 62,5 Ohm damit genau 20mA Strom fließen. Da alle Bauteile gewissen Toleranzen unterliegen und du sehr wahrscheinlich keinen Festwiderstand mit dem Wert 62,5 Ohm bekommen wirst, solltest du lieber einen etwas größeren Widerstand wählen. Um zu berechnen wie groß der Strom bei einem bestimmten Widerstand ist forme ich die oben genannte Formel um, so dass sich folgende Formel ergibt:

I = U/R

U = 1,25V
R = der Widerstand den du verwenden möchtest (in Ohm)

Welche Belastbarkeit der Widerstand braucht hängt davon ab, welchen Strom du haben möchtest. Die benötigte Belastbarkeit lässt sich mit dieser Formel berechnen:

P = U * I

U = 1,25V
I = Der eingestellte Strom


So, jetzt mal das ganze als Schaltplan:

455_Schaltbeispiel_1.gif (2.58 KiB) 11341 mal betrachtet

Ich hab hier mal zwei LED's in Reihe geschaltet, die Anzahl an LED's die in Reihe geschaltet werden können hängt davon ab, wie viel Volt an den LED's abfällt und von der Eingansspannung.
Wenn wir hier wie im Beispiel zwei rote LED's in Reihe schalten wollen mit einer Flussspannung von 2,1V dann müsste die Spannungsquelle mind. 2*2,1V + 3V = liefern können, also 7,2V.
An einer Autobatterie, ich geh mal davon aus, dass im üngünstigstem Fall nur 12V anliegen sollten bleibt dir eine Nutzspannung von 9V. Dies sollte für zwei blaue/grüne/weiße (Flussspannung etwa ~3,1V) oder für etwa vier rote LED's (Flussspannung ~2,1V)
Der LM317 kann mit einer maximalen Spannung von 40V also 37V (40V  - 3V) Nutzspannung betrieben werden, allerdings sollte man die nur mit kleinen Strömen machen.
Man müsste mal ausprobieren wie viel der LM317 mitmacht. Also 14V und ein Strom von z.B. 330mA sollten schon drin sein, bei höherer Spannung einfach mal gucken wie (VORSICHT) heiß er wird und evtl. Kühlkörper spendieren oder einen andern Treiber verwenden.
Übrigens, bei der Verwendung als Konstantstromquelle mit 330mA wird ein Widerstand mit der Belastbarkeit von mind. 0,42Watt benötigt!

So, hier mal ein Beispiel von meiner "Schaltung" betrieben wird damit eine LED Kette mit einem Strom von 20mA bei einer Spannung von 24V.
Das Foto ist die Rückansicht der LM317 gut zu sehen ist auch der Widerstand (SMD).
Die Pinbelgung ist dabei wie folgt (auf dem Bild):
Links: Eingangsspannung (bei mir 24V)
Mitte: Ausgang
Rechts: Reglereingang

Vom Pin des Reglereingangs geht dann das Kabel weg zu den LED's (konstantstrom).

Bevor du die LED's anschließen solltest, schließ einen Widerstand und ein Amperemeter in Reihe und mess mal wie viel Strom fließt, dieser sollte den von dir gewählten Strom haben.


Ich hoffe ich konnte dir damit etwas helfen und hab dich jetzt nicht ganz verwirrt.

[peter58]

also so halb habe ich es schon verstanden, nur ist mir nicht ganz klar wie genau ich diese drei pole anschließe.

Gruß
Peter

[root]

So, hier siehst du die Frontansicht des LM317.

Ich hoffe du kommst soweit klar.
Frontansicht bedeutet hier, dass der Kühlkörper nach hinten zeigt!

Den Minuspol deiner Stromquelle verbindest du direkt mit den LED's, der Pluspol kommt wie auf dem Bild zu sehen ist an den LM317.


*edit* Bild verbessert (war ein Fehler drin) *edit*

[peter58]

ist bis auf einen Punkt jetzt klar. Du sagst zwischen dem mittleren Pin und dem rechten kommt der Widerstand. Das heisst oder ich verstehe es so, kein weiterer Anschluss an den mittleren Pin. Am Eingang (linker pin) der Strom über den mittleren zum rechten Pin läuft, deshalb den Widerstand dazwischen.

Danke

Gruß Peter

[Mr_T]

Ääääääähm, STOP!

Da widerspricht sich was:
Hier ist der Widerstand zwischen Links und Mitte:

Und hier zwischen Rechts und Mitte:

Bild 1 ist die Frontansicht, Bild 2 die Rückseite, darum ist der Widerstand mal da, mal dort.
Somit ist da ein dicker Fehler drinne, würde ich sagen.


Cheers

[root]

Oh ja, stimmt. Gut dass du das gesehen hast, hab ich mich heute in der schnelle vertan, werd es gleich verbessern.
Vielen Dank für den Hinweis!

@Mr_T: Nimm bitte das alte Bild raus, nicht dass es für Verwirrung sorgt, danke.


Sicherheitshalber immermal im Datenblatt nachschauen, der Widerstand muss zwischen Adjust und Vout und den Strom entnimmt man am Adjust Pin.

Bezüglich des mittelern Pins, das ist der Output des IC's, der Strom fließt dann zum Regler und stellt sich somit ein.


Hier das richtige Bild:

[peter58]

Hi root,
jetzt muss ich dir nochmal die gleiche Frage stelln. Kommt nun zwischen Pin Mitte und Links nur der Widerstand. Oder wird am Pin Mitte ein Kabel nach irgendwo angeklemmt. Von deinem Schaltplan für zwei LED sehe ich das Pin links also Ausgang und vom Pin mitte eine verbindung zum Plus der LED geht. wenn ich das flasch sehe dann berichtige mich bitt.

MfG
Peter

[lithi]

also an den linken kommt noch mal ein kabel. an dieses kabel werden dann die leds angeschlossen. so hab ich das jetzt verstanden. müsst sagen wenn es falsch ist.

[root]

Nein, da ist nur der Widerstand. Du musst beim Schaltplan auch drauf achten, dass dort der Adjust in der Mitte liegt und nicht wie in Wirklichkeit ganz links.
Und selbst auf'm Schaltplan ist doch nur der Widerstand zwischen Vout und Adjust und halt die "Verbindung".

Aber du musst wirklich nur den Widerstand zwischen die beiden Pins packen. Der mittlere Pin ist ansonsten nicht verbunden, halt nur über den Widerstand.
Rechts kommt die Eingangsspannung/strom rein und links geht der geregelte Strom raus.
Die Mitte macht quasi nichts. Von der geht kein Kabel oder so aus, sondern halt nur der Widerstand zum ganz linken (Adjust) Pin.

Wenn noch fragen sind dann frag

[Fightclub]

hallo,
passt jetzt leider nicht ganz zum eigentlichen thema, aber während der diskussion hat sich mir eine frage aufgedrängt:
könnte ich diese schaltung mit dem LM317 auch benutzen um das abfallen der spannung/stromstärke bei batterien zu verhindern?

[Mr_T]

Meines Wissens ja, bis zu einer gewissen Mindestspannung (Flussspannung + 1 bis 3 Volt).

Cheers