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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Änderung von LED Parametern zur Simulation von LED Parallelschaltung


Autor: Michael Zeller (zellm)
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Hallo,

ich hab mir mit dem Blö*** Titel fast einen Abgebrochen, hab aber keinen 
besseren gefunden.

Folgendes zur Ausgangssituation:
Ich möchte eine Konstantstromquelle für 1 bis 3 LEDs bauen.
Leider habe ich nur eine Eingangsspannung von ca. 5V DC zur Verfügung, 
weshalb ich nicht einfach die LEDs in Reihe schalten kann.
Die anzuschließenden LEDs sind vom Gleichen Typ.

Um die Schaltung zu testen verwende ich LT-Spice (siehe Anhang).

Da man ja eigentlich LEDs (Dioden überhaupt) nicht unbedingt einfach 
Parallel schalten sollte (Streuung der Bauteilparameter) wollte ich 
gerne mal austesten, was dabei passiert...

Dafür habe ich eine Diode mal etwas modifiziert...
.model AOT-2015 D(Is=5.961e-10 Rs=1.07 N=6.222 Cjo=.5n Iave=175mA Vpk=5 mfg=AOT type=LED)

.model AOT-2015MOD D(Is=5.962e-10 Rs=1.07 N=6.222 Cjo=.5n Iave=174mA Vpk=5 mfg=AOT type=LED)

Leider entzieht es sich meinen Kenntnissen, in welchen Parametern und 
wie stark sich einzelne Bauteile einer Serie unterscheiden können...

Über Aufklärung darüber und Infos, was die Einzelnen Parameter 
eigentlich genau bedeuten würde ich mich sehr freuen.

Gruß zellm

Autor: MaWin (Gast)
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> Leider entzieht es sich meinen Kenntnissen, in welchen Parametern und
> wie stark sich einzelne Bauteile einer Serie unterscheiden können...

Siehe Datenblatt. Meist 3V bis 3.6V, also so +/-10% vom Nennwert 3.3V,
wobei es wohl der Rs ist, der sich ändert, die Is auch.

 .model LED D (Is=2.27n Rs=0.25 N=6.79 Cjo=42p)

Autor: Michael Zeller (zellm)
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Um weiter zu kommen versuche ich einmal das Modell zu "zerlegen" ich 
bitte dazu um mithilfe, wenn jemand etwas dazu beitragen kann, da meine 
Angaben eher auf Vermutungen statt auf Wissen basieren...
.model
 hier fängt das Moped an
AOT-2015
 so heißt das Moped
D(
 hier fangen die Parameter an
Is=5.961e-10
 ???
Rs=1.07
 Serien widerstand des Mopeds (Widerstand in Reihe zum Bauteil)
N=6.222
 ???
Cjo=.5n
 ???
Iave=175mA
 ???
Vpk=5
 Spitzensperrspannung
mfg=AOT
 Hersteller
type=LED
 Um was für ein Moped handelt es sich
)
 hier enden die Parameter

Ich bitte um Berichtigung und Ergänzung.

Gruß zellm

Autor: Michael Zeller (zellm)
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Schönen guten Abend,

ich bin noch immer auf der Suche nach Antworten und Hinweisen.

Schon 33 Leute haben sich mein Bild heruntergeladen und erst einer weiß 
etwas dazu (Danke an MaWin!) ?!

Weiterhin würde mich interessieren, was Ihr zur Parallelschaltung von 
LEDs meint und ob wir vielleicht zusammen das noch ziemlich lückenhafte 
Puzzle des LED-Models vervollständigen könnten...

Ich freue mich auf Eure Antworten...

Gruß Michael

Autor: Ralli (Gast)
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VIELLEICHT...

liegt es daran, dass man erst nach einem Blick auf
das Bildschirmfoto erkennt, dass hier WIRKLICH
nur danach gefragt wird, ob eine Simulation eine
unsinnige Konstruktion verbessern könnte?

Wer sollte daran Interesse haben?

Autor: Michael Zeller (zellm)
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Hallo Ralli,

es geht mir nicht darum eine, deiner Meinung nach, unsinnige 
Konstruktion schön zu simulieren...

Ich möchte es ausprobieren / simulieren, um zu sehen und verstehen was 
und wie stark da etwas passiert (unsymmetrische Lastverteilung, usw...) 
um  dann gegebenenfalls die Schaltung zu optimieren.


Falls also doch noch jemand etwas konstruktives dazu beitragen möchte 
darf er/sie das gerne tun.

Gruß Michael

Autor: Spess53 (Gast)
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Hi

>liegt es daran, dass man erst nach einem Blick auf
>das Bildschirmfoto erkennt, dass hier WIRKLICH
>nur danach gefragt wird, ob eine Simulation eine
>unsinnige Konstruktion verbessern könnte?

Diese 'unsinnige Konstruktion' findest du millionenfach in 
LCD-Beleuchtungen.
Möglicherweise benutzt du sie also sogar selbst.

MfG Spess

Autor: Fritz (Gast)
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Das Problem beim Parallelschalten von Dioden ist weniger die 
Parameterstreuung, sondern der negative Temperaturkoeffizient. Den 
solltest du in der Simulation auf jeden Fall mitsimulieren.
Dazu baust du dir parallel zur eigentlichen LED Schaltung am besten das 
thermische Ersatzschaltbild mit auf. Dann kann man mit einer 
zusätzlichen gesteuerten Quelle in Reihe zu jeder LED das 
Temperaturverhalten mitsimulieren.

Autor: holger (Gast)
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>Ich möchte es ausprobieren / simulieren, um zu sehen und verstehen was
>und wie stark da etwas passiert (unsymmetrische Lastverteilung, usw...)
>um  dann gegebenenfalls die Schaltung zu optimieren.

Wenn die Spannung immer 5V ist und sich nicht ändert macht eine
Konstantstromquelle keinen Sinn. Die optimale Schaltung besteht
dann aus einem Vorwiderstand pro LED. Bei drei LEDs kaum ein
Mehraufwand. Da lohnt es doch gar nicht sich über das parallelschalten
von LEDs Gedanken zu machen.

Eine Parallelschaltung dürfte unkritisch sein wenn man nicht
den vollen Diodenstrom ausnutzt. Bei zwei LEDs z.B. nur die Hälfte,
bei drei LEDs ein drittel. Dann kann nichts passieren weil der
Nennstrom nicht überschritten wird, selbst wenn eine LED den
ganzen Strom zieht. Und moderne LEDs sind schon bei einem Zehntel
Strom brutal hell.

Autor: Harald Wilhelms (Gast)
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Michael Zeller schrieb:
> es geht mir nicht darum eine, deiner Meinung nach, unsinnige
> Konstruktion schön zu simulieren...
>
> Ich möchte es ausprobieren / simulieren, um zu sehen und verstehen was
> und wie stark da etwas passiert (unsymmetrische Lastverteilung, usw...)
> um  dann gegebenenfalls die Schaltung zu optimieren.
>
> Falls also doch noch jemand etwas konstruktives dazu beitragen möchte
> darf er/sie das gerne tun.

Nun, das ist eins der vielen Fälle, wo einem eine Simulation
überhaupt nicht weiter hilft. Da reicht schon ein Blick auf
die Strom/spannungskennlinie, um zu sehen, das bereits geringe
Spannungsunterschiede grosse Stromunterschiede hervorrufen.
Wenn die Datenblatttoleranzen voll ausgenurtz werden, heisst
das normalerweise, das die eine LED leuchtet und die andere
nicht. Deshalb macht hier auch eine Stromquelle überhaupt
keinen Sinn. Die Tatsache, das in vielen Industriegeräten LEDs
parallel geschaltet sind heisst nur, das die vorher die LEDs
auf gleiche Durchlassspannung ausgemessen haben. Das ist
anscheinend billiger als der Einbau eines zusätzlichen Wider-
standes. Ausserdem, wenn später die Parameter der parallelen
Dioden auseinanderlaufen ist meist die Garantiezeit schon abgelaufen.
:-)
Gruss
Harald

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Michael Zeller schrieb:
> Um weiter zu kommen versuche ich einmal das Modell zu "zerlegen" ich
> bitte dazu um mithilfe, wenn jemand etwas dazu beitragen kann, da meine
> Angaben eher auf Vermutungen statt auf Wissen basieren...
>
.model AOT-2015 D

Is=5.961e-10
Saturation current
Am besten modifizierst du Is um verschiedene Flussspannungen Uf zu 
simulieren. Siehe folgende Formel.

Rs ist der Serienwiderstand
Der Name sagt schon seine Funktion.

N=6.222
Ideality factor, der bestimmt die Steilheit der Kennlinie Uf(Id) in 
weiten Bereichen. Bei hohen Strömen kommt dann noch Id*Rs merklich dazu.

Uf = Id*Rs + N*Ut*ln(Id/Is)
--------------------------

Ut = k*T/e = ca. 0.026V bei 30°C.


An der Kapazität brauchst du nichts zu ändern.
Cjo=.5n

Der Rest ist nur schmückndes Beiwerk(=Kommentar)
Iave=175mA
Vpk=5
mfg=AOT
type=...

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