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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Vorwiderstand bei LEDs


Autor: TS aus NRW (Gast)
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Hallo Ihr,

ich habe eine ganz simple (und etwas peinliche) Frage:

Ich habe im Internet gelesen das, wenn man LEDs in Reihe schaltet
und die Gesamtspannung kleiner ist als die Summe der Teilspannungen
der LEDs, das man keinen Vorwiderstand braucht ?!

Ich habe mal gelernt das man eine LED immer mit Vorwiderstand
zu betreiben hat. Was ist denn nun richtig ?

Als Beispiel : Ich habe 4 LEDs die eine Spannung zwischen 2.9V-3.5V
vertragen. Ich möchte diese an einen Halogentrafo anschliessen
(Gleichspannung).

Brauche ich jetzt keinen Vorwiderstand? Und wenn doch, wie groß
soll er sein ? Denn ich möchte die LEDs ja nicht dunkler haben
als nötig.

Danke für eure Hilfe

Thomas

Autor: Bob (Gast)
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Hallo,

der Vorwiderstand hängt nicht nur von der Spannung ab, sondern auch vom
Strom der fließen soll. Bei den meisten LEDs nimmt man 5-10mA.

Folgendes beispiel:
Dein Trafo hat 12V.
Du nimmst 2 LED in Reihe also ca 6V. (Da du die Dioden in Reihe
schaltest, addieren sich nur die spannungen, nicht die Ströme)
Der widerstand muss also 6V verheizen, bei nem strom von 10mA

R=U/I

Bist du also bei ca 600 Ohm. Dann nimmst du einfach den nächst größeren
verfügbaren...

Autor: TS aus NRW (Gast)
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@Bob

Danke für Deine Antwort, aber ganz zufrieden bin ich damit noch
nicht. Ich möchte es eigentlich verhindern 6V am Widerstand zu
verbraten, der LED Strom liegt bei 20-30mA.

Die Frage ist aber trotzdem, was passiert wenn die
Versorgungsspannung weniger oder gleich groß ist wie die
Teilspannungen der einzelnen LEDs? Vorwiderstand: ja oder nein?

Danke
Thomas

Autor: bob (Gast)
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du musst trotzdem den strom begrenzen, weil die dioden wenn sie
durchgang haben im prinzip n kurzschluss sind. (im prinzip)
wenn du n 10 A netzteil nimmst machst du die dioden kaputt

Autor: bob (Gast)
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Achso, und ich halte verbratene 60mW für nicht allzu kritisch, grins

Autor: muello (Gast)
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da nimmst du einfach 5 oder sechs Dioden und begrenzt mittels Widerstand
(siehe 2.Posting) und der restlichen Spannung den Strom --> z.B.
0,5V/10mA = 50Ohm. (zu verbratende Verlustleistung: 5mW).

mfg müllo

Autor: TS aus NRW (Gast)
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Naja, bei 20mA habe ich schon 120mW. Und wenn ich jetzt z.B.
einen Sternenhimmel baue in dem 500 LEDs verbaut werden, sind
es schon 250 x 120mW = 30 Watt Leistung die unnötig verbraten
werden. Also würde es sich doch anbieten 4 LEDs in Reihe zu
schalten. Aber dann bin ich ja schon auf 12Volt. Wie groß soll der
Widerstand sein, da ja so gut wie keine Spannung an ihm abfallen
soll und trotzdem die LEDs nicht durchbrennen dürfen ?

Autor: Thomas (Gast)
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Wenn die Versorgungsspannung kleiner als die Flußspannungen der LEDs
ist, dann passiert gar nix, denn die Dioden werden nicht leuchten :o)).
Aber ein Widerstand zur Sicherheit ist nie verkehrt. Je geringer die
Differenz allerding wird, um so kritischer wird das ganze. Dann ist
ggf. eine Konstantstromqquelle die bessere Lösung. Beim Anschalten an
den Halogentrafo an einen Verpolungsschutz denken, denn bei der
negativen Halbwelle können sonst die LEDs leicht zerstört werden.
Gruß Thomas

Autor: Olaf Stieleke (Gast)
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Ich denke, die Frage ist unglücklich formuliert.

Nehmen wir also ein Netzteil mit 12V Ausgangsspannung und vier LED mit
3V Durchlaß in Reihe. Um unnützes Diskutieren über Millivolts zu
vermeiden, gehen wir von exakten (und somit theoretischen) Werten aus.

Nun fallen die 12V komplett an den LED ab - an einem eventuellen
Vorwiderstand läge also keine Spannung mehr an. Wie soll ein Widerstand
nun den Strom begrenzen, wenn gar keine Spannung an ihm abfällt ?

Tatsächlich kann man in so einem hypothetischen Fall den Widerstand
weglassen. Man muß die Angaben bei einer LED aus einem anderen
Blickwinkel betrachten - der Strom ist hier die entscheidende Angabe,
nicht die Spannung. Beispiel:

Bei einem 1kOhm-Widerstand gilt: Bei 5V fließen 5mA.
Bei LED muß man das so herum sehen: Bei 20mA fallen an ihr 3V ab.

Allerdings ist das ganze wirklich hypothetisch: Liefert dein Netzteil
zuviel Spannung (200mV reichen da bereits), altern die LED rapide bzw.
werden zerstört. Liefert es zu wenig, leuchtet die letzte LED in der
Reihe nicht mehr mit voller Kraft.

Autor: Peter Dannegger (Gast)
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Für die Reihenschaltung vieler LEDs lohnt sich ein Konstantstromer
(LM317) statt eines Vorwiderstandes.



Peter

Autor: bob (Gast)
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es sind halt keine lampen, sondern dioden.
eine andere möglichkeit ist, die dioden zu takten. da kannst du mit
viel höheren strömen arbeiten, ohne das die diode gleich schaden nimmt
(fernbedienungen etc arbeiten so)

Autor: Mischa W. (luchs2a)
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moin

led das ehwige mysterium (weshalb eigentlich?)

leuchtkraft ist entsprechend des fliesenden stromes. aber nicht direkt
proportional. der helligkeitsunterschied zwischne 15 und 20 mA ist
ernsthaft gering da die kurve hier vorher schon einen knick gemacht
hat, der unterscheid zwischen zb 7 und 12 hingegegn ist noch
aussagekräftig. wenn es dir also darum geht nicht so viel unnütze
energie zu verballern , dann betrachte mal diesen aspekt mit (-> mal im
datenlatt guggen).
so zu deinenr eigentlichen frage: ja wenn die spannung geringer ist
dann ist ein R nicht notwendig. aber  wenn du dann mehrere solcher
ketten parallel schaltetst kann es sein das durch bauteilstreuungen die
einen heller leuchten als die anderen. zudem brennen sie dir durch
(entweder schneller oder langsamer) wenn du zu viel spannung gibst.
daher ist ein R schon nicht verkehrt.

Mischa

Autor: Philipp Sªsse (philipp)
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Noch von wegen "Widerstand vs. Konstantstromquelle":

Wenn die Schaltschwelle der LEDs zwischen 2,9 V und 3,5 V schwankt, man
mithin in 12 V maximal je 3 LEDs in Reihe unterbringt, fallen über den
LEDs zwischen 8,7 V und 10,5 V ab -- für einen Widerstand blieben dann
noch 1,5 V bis 3,3 V übrig: also mehr als Faktor zwei im Stromfluß.

Deshalb in dem Fall: auf jeden Fall Konstantstromquelle statt
Widerstand.

Autor: Winfried (Gast)
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Schaut auch mal ins Datenblatt, die Strom-Spannungskennlinie ist
wichtig. Theoretisch könnte man bei Anlegen einer bestimmten Spannung
einen passenden Strom fließen lassen, auch ohne Vorwiderstand. Die
Kennlinie ist ja auch nicht sehr steil.

Praktisch bringt das Probleme: Wenn man sich mal anschaut, wie sich die
Kennlinie verschiebt, wenn die Temperatur schwankt, dann zeigt sich da
schon ein Problem. Das zweite Problem ist, dass die Kennlinien der
LED's streuen. Und das dritte Problem ist, dass man oft keine stabile
Spannung verfügbar hat, die genau auf die Leuchtdiode passt. Von daher
braucht es eine Stromregelung, im einfachsten Fall ist das ein
Widerstand.

Wenn man eine Knopfzelle hat (z.B. 2xLR44), ist deren Innenwiderstand
so groß, dass man dann sozusagen den Vorwiderstand in der Batterie
integriert hat. So funktionieren viele Billig-LED-Lampen. Aber auch da
zeigt sich das Problem: Ist die Batterie geringfügig entladen, ist die
Helligkeit gleich stark eingebrochen.

Autor: Profi (Gast)
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Vorsicht, bei einem konventionellen Trafo kommt Wechselspannung raus,
und bei 12V hast Du einen Spitzenspannung von 17V bei Voll-Last, im
Leerlauf wesentlich mehr. Von der Vss musst Du bei der nichtlinearen
Kennlinie mal ausgehen.
Du könntest auch einen RC-Glied als Vorwiderstand verwenden, wenn Du
antiparallel entweder eine Diode oder eine 2. LED-Reihe hängst.
Dann verheizt Du weniger.
Also
         |--LED++--LED++--LED++--|
  12V~---|                       |---R---C---12V~
         |++LED--++LED--++LED--++|

der R dient nur zur Maximalstrom-Begrenzung, falls bei leerem (oder
sogar andersherum aufgeladenem) C angeklemmt wird.
C kann man über die Wechselstrom-Widerstandsformel ausrechnen.

Evtl noch eine Schutzdiode in jede Reihe, damit die Dioden keine
negative Spannung sehen, aber ich tippe mal, es geht auch ohne, da sie
sich ja auf alle Dioden (mehr oder weniger) gleichmäßig verteilt.

@Olav:
"Liefert es zu wenig, leuchtet die letzte LED in der
Reihe nicht mehr mit voller Kraft."
Alle Dioden werden vom selben Strom durchflossen und leuchten deshalb
(bis auf Toleranzen) gleich hell (Serienschaltung).

Autor: Thomas (Gast)
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Nur zur Info: Die Lichtstärke ist in etwa linear mit dem Strom, der
Strom in etwa exponentiell mit der Spannung ansteigend.

Gruß Thomas

Autor: Bob (Gast)
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@TS:
Bei 500 LEDs würde ich aber ne geile steuerung dazubauen, mit lauflicht
etc. evtl jede led getrennt ansteuerbar. einen infrarotempfänger mit
hingezimmert, um mit ner fernbedienung machen zu können. Damit hättest
de auch das problem der led versorgung gelöst (wenn jede einzeln
ansteuerbar ist)

Autor: Mischa W. (luchs2a)
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@ nur zur info:  zwischen "0" und 15mA kann man auf diesen kleinen
diagrammen fast von linear sprechen alles dannach bringt nichts mehr.
selbst eine verdopplung auf 30mA.

Autor: Olaf Stieleke (Gast)
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@Profi: Das ist nur korrekt, wenn auch genug Spannung vorhanden ist.
Nehmen wir meine 12V und vier LED zu je 3V.

Fällt die Spannung des NT auf 11,5 Volt ab, bekommen die ersten drei
LED  noch ihre 3V - die letzte nur noch 2,5V. Und die leuchtet dann
nicht mehr mit voller Kraft - mußte ich selbst erst sehen, bevor ich
das glaubte.

Autor: drei fragezeichen (Gast)
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der stromist doch in einer reihenschaltung überall gleich... wie kann
dann eine heller sein als die andere???

Autor: Philipp Sªsse (philipp)
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Die Leuchtkraft sollte etwa proportional mit der Leistung sein, nicht
mit dem Strom. In "normalen" Schaltungen bestimmt natürlich der Strom
die Leistung und die Spannung ist bei allen LEDs fast gleich.

Bei solch "abenteuerlichen" Schaltungen, bei denen die Nennspannungen
der LEDs zusammen gar nicht mehr die Versorgungsspannung ergeben, kommen
die LEDs in einen Kennlinienbereich, in dem auch leichte
Parameterstreuungen große Wirkung haben können. Anschaulich: die LED,
die bei der kleinsten Spannung ihren "Knick" hat, verliert auch die
meiste Spannung, damit Leistung, damit Helligkeit.

Daß das bei Dir die letzte war: Zufall. Das war halt die, die bei 2,5 V
schon den Strom durchließ, den die anderen erst bei 3 V durchlassen.
Aber da ist sie halt etwas dunkler.

Autor: Profi (Gast)
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Suche doch mal nach PFC (Power Factor Correction), das sind Schaltungen,
die bei nichtlinearer Last (wie Deine LEDs) sinusförmigen Strom aus dem
Netz ziehen. Das hätte für Dich den Vorteil, dass die Leds eine höhere
relative Einschaltdauer haben und deshalb im günstigeren
Helligkeits/Strom-Bereich laufen.

Das Problem ist, dass die LEDs nur kurz aufblitzen, wenn die
sinusförmige Netzspannung über der Diodenspannung liegt.
Das ist je nach Vorwiderstand nur etwa 10% der Zeit.
           A           A
          / \         / \
Spannung /   \       /   \
              \     /     \     /  das sollte ein Sinus sein
               \   /       \   /
                \ /         \ /
                 V           V

LED-       /\          /\
Strom_____/  \________/  \_________  die meiste Zeit 0 mA

Mein Vorschlag:
Spannung des Trafos gleichrichten, aber ohne Glätt-C. Dann einen
Boost-Converter, also L über Fet nach Gnd und über Diode zu den Leds.
Den FET mit PWM so ansteuern, dass eingangsseitig ein zur Spannung
proportionaler Strom fließt. Das E-Werk freut sich, und Du Dich auch,
weil die LEDs auch leuchten, wenn die Spannung eigentlich zu gering ist
(sie wird in der Spule hinauftransformiert).

Autor: etsmart (Gast)
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PFC sind bei simplen "Ich bring meine Dioden zum leuchten" Schaltungen
sicher nicht notwendig. Und wenn man auch noch eine dicke Induktivität
dahintersetzt, hat die PFC nur für die Blindleistungskompensation einen
Sinn.
Das wäre ja so, als ob ich ein neues Schaltnetzteil entwickle, nur um
eine Glühbirne einzuschalten.Völlig übertrieben

Ich nehm jetzt ganz einfach Bezug auf die Frage selbst.
Du brauchst einen Vorwiderstand. Die Durchlassspannung beträgt
ca.0.7V(bissl mehr oder weniger steht im Katalog).
Id = (Uversorgung - Udiode) / R(vorwiderstand)
Je mehr Strom, desto heller das Ganze.Bis zur Grenze, die steht auch
dabei.
P = Udiode * Id = R(vorwiderstand)^2 * Id
Die Leistung der Diode und des Widerstandes darf nicht überschritten
werden.

Ansonsten siehe
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201111.htm

Viel Spass noch

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