Fragen rund um 10mm LEDs an 12V

[markox]

Hallo,

ich habe mich erstmal hier angemeldet, weil ich schon immer von LEDs begeistert war, seit kurzem mit verschiedenen LED und verschiedenem Zubehör rumbastel, eigentlich keine Ahnung habe und jetzt langsam mal bei dem ein oder anderem Punkt Hilfe brauche, die ich nicht mehr er googlen kann

Hintergrund:
Ich habe ein alten Lampenschrim aus Glas gefunden, innen weiß und außen Rot, formschön aus den 70er/80er Jahren. Mit nem kleinen Ton Blumentopf mit Loch habe ich gleichzeitig ein Sockel der die Lampe hält und ein Sockel (LED durchs Loch) für die LED.
Nun wollte ich mit einer leucht starken 10mm LED den Schirm von innen ausleuchten.

Problem:
Ich habe eine LED Warm Weiß mit 30.000 MCD. Wenn der Raum dunkel ist sieht man die Lampe schon schön leuchten, aber insgesamt ist sie doch noch sehr dunkel. Außerdem hat der Lampen Schirm oben eine große runde Öffnung (wie eine ovale Vase) und die LED einen Abstrahlwinkel von 25°. Das meiste Licht geht also gerade oben raus. Ich habe mich da zwar erstmal mit Defusor aus Schnapsglas oder Schaumfestigerkappe und Deckeln beholfen, aber perfekt ist das noch nicht.

Fragen:
1. Ich habe jetzt über eBay ein paar Hong Kong LEDs auf gestöbert die ganz viel versprechend aussehen.
Was mich jetzt wundert, die 0,5W LEDs (diese hier) haben Wiederstände für 12V inklusive und die 1W LEDs (diese hier) vom selben Anbieter haben keine dabei. Ist das jetzt Zufall, oder kann man da keine normalen Widerstände für nehmen, z.B. wegen den 300mA und dem 1W Verbrauch,... ?

2. Beim nachdenken über die erste Frage wirft sich mir dann ach gleich noch eine Frage auf. Ich habe gelesen, die Formel um selbst Widerstände aus zu rechnen ist (Volt der Stromquelle - Volt der LED ) / Amper der LED, bei meinen jetzigen LEDs steht typische Spannung 3,2-3,4V und Strom min./max. 20mA/30mA. Es waren 470 Ohm Widerstände dabei. Wenn ich jetzt rückwärts rechne 470 * 0,02 = 9,4; 12 - 9,4 = 2,6, wenn ich selbst den Widerstand errechne 12 - 3,3 = 8,7; 8,7 / 0,02 = 435. Verdunkeln 470 Ohm dann nicht die LED unnötig? Müssten es nicht 430 Ohm Widerstände sein?

3. Zu 1. nach 2. Volt min./typ./max. = 3,0/3,4/3,6; normal 300mA / peak 450mA: 12 - 3,4 = 8,6; 8,6 / 0,3 ~= 29, brauche ich dann einen 29 Ohm Widerstand?

4. Andere Frage (nicht ganz so wichtig wie 1-3 ): Ich habe LEDs 1,8V-2,3V 20-30mA und 150 Ohm Widerstände für 6V, kann ich mit irgendeiner Kombination mehrere Widerstände, mehrere LEDs auf 12V?

Wär schön wenn mir jemand weiter helfen könnte

[Achim H]

Willkommen im Forum.

Zu 1:
Leuchtdioden kauft man nicht bei Ebay und schon gar nicht von Jeledhk. Die Leuchtdioden von diesem Anbieter sind heller als die derzeitig hellsten Leds auf dem Markt: 285.000mcd bei 40 Grad Abstrahlwinkel entspricht ca. 108 Lumen und das aus einer 0,5 Watt Led wären 216 Lumen/Watt. Und mit genau diesen utopischen Werten verkauft der Mensch schon seit Jahren seine Leds. Aber es gibt immer noch ein paar Dumme, die auf diesen Schwindel anspringen (nicht persönlich gemeint).


Zu 2:
Widerständswerte müssen immer aufgerundet werden und dürfen niemals kleiner als ausgerechnet sein. Grund dafür ist, dass ein nach unten abgerundeter Widerstand den Strom durch die Led höher werden lässt.

Mit Deinem Beispiel:
12V - 3,3V = 8,7V
8,7V / 0,02A = 435 Ohm

Würde man hier nur einen 430 Ohm Widerstand verwenden, würde der Strom durch die Led so aussehen:
8,7V / 430 Ohm = 0,0202A = 20,2mA

Und wäre damit schon um 0,2mA mehr als was man eigentlich haben möchte. Im Bereich der typischen Bestromung mag das noch gehen, wenn die Led jedoch maximal bestromt werden soll, dann können 0,2mA manchmal schon etwas zu viel des Guten sein. Deshalb immer den errechneten Widerstandswert aufrunden. Und das wären hier 470 Ohm. Der Strom durch die Led sinkt dadurch etwas, aber man bleibt immer im grünen Bereich.


Zu 3:
12V - 3,4V = 8,6V
8,6V / 0,3A = 28,66 Ohm

Einen Widerstand mit 28,66 Ohm gibt es nicht, einen Widerstand mit 29 Ohm gibt es ebenfalls nicht. Der nächst höhere Widerstand hat 30 Ohm (E24-Reihe) bzw. 33 Ohm (E12-Reihe). Die E12- und E24-Reihen sind eigentlich immer erhältlich.


Zu 4:
Leds kann man in Reihe schalten. In diesem Fall summieren sich nur die Einzelspannungen. Der Strom, der durch die 1. Led fließt, fließt auch durch alle anderen Leds in einer Reihe.

Du hast Leds, die mit 1,8V bis 2,3V funktionieren und typisch mit 20mA (maximal mit 30mA) bestromt werden dürfen.

An 12V kannst Du
12V / 1,8V = 6,66 Leds, abgerundet 6 Leds in Reihe legen.

12V - 6x 1,8V
---------------- =
0,02A

12V - 10,8V
-------------- =
0,02A

1,2V
------- = 60 Ohm
0,02A

Da jedoch nur Widerstände mit 150 Ohm existieren und diese verwendet werden sollen, muss man jetzt etwas mehr rechnen:

Der Spannungsabfall an einem 150 Ohm Widerstand beträgt bei einem Strom von 0,02A genau
150 Ohm x 0,02A = 3V

12V - 3V = 9V
9V / 1,8V = 5 Leds.

12V - 5x 1,8V
---------------- =
0,02A

12V - 9V
---------- =
0,02A

3V
------- = 150 Ohm
0,02A

Bei einer Reihenschaltung wird die Kathode der vorhergehenden Led immer mit der Anode der nachfolgenden Led verbunden.

Plus an die Anode von Led 1
Kathode von Led 1 an die Anode von Led 2
Kathode von Led 2 an die Anode von Led 3
Kathode von Led 3 an die Anode von Led 4
Kathode von Led 4 an die Anode von Led 5
Kathode von Led 5 an Minus

Irgendwo in dieser Kette (wo ist egal) muss der Widerstand eingebaut werden.


mfg Achim

[Sailor]

Achims grundsätzlichen Ausführungen kann ich mich nur anschließen.

Ergänzend noch zu 3:

Der Widerstand verheizt über 2,5 Watt Du müsstest also einen Widerstand der 5 Watt-Klasse wählen, wenns nicht zu sehr heiß werden soll.

und zu 4:

Die Rechnung verdeutlicht grob, was passiert.

Allerdings setzt sie 2 Lineare Widerstände voraus, und die haben wir hier nicht.

Der Widerstand der LED wird vom Arbeitspunkt aus gesehen bei abnehmender Spannung langsam größer, bei zunehmender aber dramatisch kleiner. Das bedeutet, dass schon bei geringer Überspannung ein sehr viel höherer Strom fließt, als es nach der vereinfachten Rechnung zu erwarten wäre.

Die von Achim beschriebene Schaltung mit 3 LED´s in Reihe findest Du z.B. hier.

Wenn Du ein Messgerät (Multimeter) hast, können wir gerne einige Experimente machen.

Zu Deiner Lampe: Du benötigst eine möglichst effiziente, warmweiße High-Power-LED mindestens im 1 Watt Betrieb, die gekühlt werden muss. Auch ein 3 Watt Betrieb ist möglich.

Die Helligkeit im 1 Watt-Betrieb entspricht etwa einer 10 Watt Halogen, im 3 Watt-Betrieb nicht ganz einer 20 Watt Halogen.

Dabei meint 1 Watt-Betrieb etwa 1,25 Watt LED-Leistung und 3 Watt-Betrieb etwa 2,5 Watt LED-Leistung. Dazu kommt dann noch die Leistung des Vorwiderstandes/der Vorschaltelektronik.


Das soll zunächst mal genug des Neuen sein, damit´s nicht zu verwirrend wird.

Herzlich Willkommen im Forum!

[markox]

@Achim: Danke, das hat mir schon sehr weiter geholfen. Und dann noch so ausführlich, ordentlich und verständlich erklärt zu so später Stunde!

@Sailor: Danke auch für diese Antwort. Da komme ich allerdings bei ein paar Punkten nicht ganz hinter her, weshalb ich noch mal nachfragen müsste.

- Also bei den 10mm LEDs wird mir das alles zu aufwendig wenn es schon mit Hitze, Kühlung, Spezial Dioden und Spezial Widerständen anfängt. Eigentlich bin ich ja schon zufrieden mit der Funzel die ich jetzt eingebaut habe, da es keine Lampe werden sollte die den Raum mit erleuchtet, sondern eine effektvolle Deko-Lampe für ein abgedunkeltes Fernsehwohnzimmer. Wär halt nur schön gewesen, wenn ich das ohne Großen Aufwand durch einfaches ersetzten durch eine helleren LED noch heller gekriegt hätte. Bis in welchen mA- und Watt-Bereich könnte ich denn da wohl noch gehen ohne Probleme mit Hitze und Standardwiderständen zu kriegen?

- Vorweg, ich habe kein Messgerät

Die Rechnung verdeutlicht grob, was passiert.

Allerdings setzt sie 2 Lineare Widerstände voraus, und die haben wir hier nicht.

Ähm, aber warum denn 2 Widerstände? 5 von den beschriebenen LEDs + ein 150 Ohm Widerstand in Reihe war doch der Vorschlag. Hab ich jetzt richtig Verstande, dass das in der Theorie richtig ist aber die Praxis mir ein Strich durch die Rechnung macht?

[markox]

Ach ja, (gibt es hier kein Editierbutton? hab keinen gefunden) nein eine Frage zu dem Link mit der 12V Schaltung. Worin Liegt denn der Vorteil einer solchen Reihenschaltung gegenüber der Verwendung eines Widerstandes für jede einzelne LED?

Edit: Oh, habs schon gefunden "ändern" ist unter Optionen versteckt

[Achim H]

Der Vorteil einer Reihenschaltung liegt darin, dass nicht unnötig Energie verschwendet wird.

Parallel:
1 Led + 1 Widerstand, der den Strom für die Led auf 20mA einstellt, angeschlossen an eine 12V Spannungsquelle. Und das dann 5mal aufgebaut und parallel verdrahtet (alle Plusleitungen an Plus, alle Minus an Minus):

Verlustleistung Gesamt:
5 x 12V x 0,02A = 1,2 Watt

Verlustleistung Leds:
5 x 1,8V x 0,02A = 0,18 Watt

Verlustleistung Widerstände:
1,2 Watt - 0,18 Watt = 1,02 Watt.


In Reihe:
5 Leds + 1 Widerstand, der Strom für alle Leds auf 20mA einstellt, angeschlossen an eine 12V Spannungsquelle:

Verlustleistung Gesamt:
12V x 0,02A = 0,24 Watt

Verlustleistung Leds:
5x 1,8V x 0,02A = 0,18W

Verlustleistung Widerstand:
0,24 Watt - 0,18 Watt = 0,06 Watt


Einsparung gegenüber parallel angeschlossen:
4 Widerstände

Einsparung an Leistung:
1,2 Watt - 0,24 Watt = 0,96 Watt

Einsparung an verheizter Leistung:
1,02 Watt - 0,06 Watt = 0,96 Watt

Die Leistung der Leds ist in beiden Schaltungen (5 Leds in Reihe oder 5mal je 1 Led und dann alles parallel) gleich hoch, nämlich 0,18 Watt.


Im Batteriebetrieb ist aber die Parallelschaltung ineffizienter, da mehr Leistung verschwendet wird und die Batterien somit schneller leer sind. Im großen Maßstab (zum Beispiel bei einer Hausbeleuchtung) muss somit mehr Strom bezahlt werden als in einer Reihenschaltung.