Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Überspannungsschutz zur Lebensdauererhöhung einer LED


von Miau (Gast)


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Hallöle,
Ich suche nach einer Schaltung mit der ich eine LED, die an eine 20 mA 
Konstantstromquelle angeschlossen werden soll, vor Spannungsspitzen 
schützen kann. Da die LED etwas teurer war und zudem sehr empfindlich 
ist wollte ich die Lebensdauer nicht unnötig verkürzen, d.h. Widerstand 
davor und fertig ist hier wohl nicht die richtige Lösung. Vorneweg muss 
ich sagen, dass ich mich was Schaltungen und Elektronik angeht leider 
nicht so gut auskenne, ich habe mal versucht mich da schlau zu machen 
aber noch nichts gefunden, bei dem ich sicher war das es funktioniert. 
Bisher hatte ich überlegt eine TVS Diode parallel zu schalten (für den 
Fall dass die Spannung kurzzeitig zu hoch ist oder Netzschwankungen 
auftreten, soweit ich das verstanden habe kann die Konstantstromquelle 
nur bis 37 V den Strom konstant halten?) und die Spannung nach 
Einschalten des Netzgerätes sehr langsam hochzufahren, wäre das sinnvoll 
oder gibt es andere Schaltungen die besser geeignet wären? Die LED hat 
eine Vorwärtsspannung von ca 6,5 Volt und soll wie gesagt mit 20 mA 
betrieben werden. Sollte das Problem nicht so einfach zu lösen sein wäre 
ich auch über eine solche Antwort froh, aber bitte keine "warum nicht 
einfach ein Widerstand davor, so empfindlich sind die Dinger doch net" 
Antworten. Wenn meine Angaben nicht ausreichen kann ich auch gerne noch 
weitere Daten angeben.

Ich hoffe ihr könnt mir helfen,

Miau

von Harald W. (wilhelms)


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Miau schrieb:

> Da die LED etwas teurer war und zudem sehr empfindlich
> ist wollte ich die Lebensdauer nicht unnötig verkürzen, d.h. Widerstand
> davor und fertig ist hier wohl nicht die richtige Lösung.

Wenn man den Widerstand aufteilt, und eine TVS-Diode in die Mitte
setzt, wäre das nicht die schlechteste Lösung. Direkt parallel zur
LED macht jedenfalls wegen der steilen LED-Kennlinie keinen Sinn.
Bei LEDs muss man auch auf negative Spitzen achten, wie sie z.B.
in KFZ-Bordnetzen vorkommen, da LEDs negativ höchstens 5V vertragen.
Da könnte man z.B. einfach antiparallel eine schnelle Diode zur
LED parallel schalten.
Gruss
Harald

von radiostar (Gast)


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Miau schrieb:
> Wenn meine Angaben nicht ausreichen kann ich auch gerne noch
> weitere Daten angeben.

Sie reichen nicht. Zu wissen, in welcher Schaltung welche Diode zum 
Einsatz kommt, wäre schon wichtig.

von Klaus R. (klara)


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Miau schrieb:
> soweit ich das verstanden habe kann die Konstantstromquelle
> nur bis 37 V den Strom konstant halten?

Zu schützen wäre nur die Konstantstromquelle.
Gruss Klaus.

von Wusel D. (stefanfrings_de)


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LED werden mit einem bestimmten Strom betrieben, die SPannung stellt 
sich dabei von selbst ein. Kurzzeitige Stromspitzen haben keinen 
Nennenswerten Einfluss auf die Lebensdauer der LED.

Nun hast Du ja schon eine KONSTANT-Strom-Quelle, also kann der LED 
nichts passieren, solange diese funktioniert. Du willst wohl eher die 
Konstantstromquelle vor Überspannung beschützen. Das geht ganz einfach 
mit einer Z-Diode und einer Sicherung:
1
             Sicherung
2
+ Eingang o---[===]---------+-----o Konstantstromquelle
3
                            |
4
                +----|>|----+
5
                |   Z-Diode 37V
6
                |
7
      GND o-----+-----------------o GND
Bei mehr als 37V wird die Z-Diode einen Kurzschluss verursachen und so 
die Sicherung zum schmelzen bringen.

von Harald W. (wilhelms)


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Stefan Frings schrieb:

> LED werden mit einem bestimmten Strom betrieben, die SPannung stellt
> sich dabei von selbst ein. Kurzzeitige Stromspitzen haben keinen
> Nennenswerten Einfluss auf die Lebensdauer der LED.

Der erste Satz stimmt natürlich, der zweite nicht unbedingt. Wenn
man sich im Datenblatt mal die höchstzulässigen Ströme speziell
von LeistungsLEDs ansieht, so sind diese im Verhältnis zum Nennstrom
oft erstaunlich gering (Faktor 2...3). Das schränkt natürlich auch
den Bereich für PWM ziemlich ein.
LEDs sind elektronisch wohl eher als "schnelle" Dioden einzustufen;
deutlich "schneller" als z.B. eine 1N400x.
Gruss
Harald

von Miau (Gast)


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Zunächst einmal danke für die vielen Antworten. Als Konstantstromquelle 
wollte ich diese hier 
http://www.conrad.de/ce/de/product/181815/Konstantstromquelle-fuer-LEDs-Typ-Micro-analoge-Regelung-MKSQ-20mA-Betriebsspannung-7-37-VDC25-VAC 
verwenden (ich entschuldige mich für die mögliche Schleichwerbung, das 
Bauteil gibt es auch woanders günstiger), da wäre ein Verpolungsschutz 
ja bereits vorhanden, d.h. negative Spitzen sollten keine Probleme 
machen? Was den konstanten Strom angeht: Als zulässige Verlustleistung 
werden 500mW bei 20°C angegeben, d.h. eine viel größere Leistung in 
Wärme umwandeln kann die Quelle wohl nicht, insofern wollte ich die TVS 
wie ein Schleusentor bei Hochwasser verwenden (entschuldigt den 
Vergleich, mir ist grad nix besseres eingefallen): Zu bis zu den 37 V, 
und dann offen bis die 37 V wieder erreicht sind. Hinter der Diode muss 
es halt abfließen. Als Schutzdiode wollte ich eine P6KE39A parallel 
verwenden, bei der als response time <1ps angegeben wird. LEDs liegen 
eher im ns Bereich? Ansonsten war ich unsicher wegen dem Anschluss an 
die Erdung bzw dem Erdungswiderstand, die Spannung liegt ja überall an, 
aber den "überschüssigen" Strom will ich ja durch die Diode ableiten, 
d.h. kleiner/kein Widerstand? Unterhalb der Sperrspannung sollte die TVS 
dann ja nicht leiten. Die Schaltung würde dann so aussehen dass ich die 
LED an die Ausgänge der Konstantstromquelle anschließe und die TVS Diode 
parallel dazu in Durchflussrichtung (ohne Widerstand) an eine Erdung 
anschließe?

von avion23 (Gast)


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Was ist das denn für eine LED mit 6,5V und 20mA? Und wieso ist die 
teurer als 4€?

Ganz allgemein hatte ich mit kurzzeitig zu hohem Vorwärtsstrom noch nie 
Probleme. Rückwärts sieht es anders aus. Ich habe dafür eine 
antiparallele Diode plus einen parallelen Kondensator geschaltet. Die 
Antiparallele Diode schützt gegen Rückwärtsspannung. Der Kondensator 
verteilt den Vorwärtsstrom zeitlich etwas.

von Harald W. (wilhelms)


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avion23 schrieb:

> Was ist das denn für eine LED mit 6,5V und 20mA?

Entweder 2 Dioden oder LED & R in Reihe in einem Gehäuse.

> Ganz allgemein hatte ich mit kurzzeitig zu hohem Vorwärtsstrom noch nie
> Probleme.

Das merkt man auch nicht sofort, sondern eher an verkürzter Lebensdauer
der LED.

> einen parallelen Kondensator geschaltet. Der Kondensator
> verteilt den Vorwärtsstrom zeitlich etwas.

Durch die steile Strom/Spannungskennlinie muss ein Kondensator
dann aber schon recht gross sein, um überhaupt eine Wirkung zu
haben. Eine (Reihen-)Drossel wäre da besser geeignet.
Gruss
Harald

von Axel S. (a-za-z0-9)


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avion23 schrieb:

> Was ist das denn für eine LED mit 6,5V und 20mA? Und wieso ist die
> teurer als 4€?

Hah! Die gefühlt 10. Antwort und der erste, der die entscheidende Frage 
stellt. Ich kann mir auch nicht vorstellen, was das für eine teure LED 
sein soll, die bei 20mA 6.5V braucht. Die gleichzeitig empfindlich ist, 
aber an einer x-beliebigen Konstantstromquelle betrieben werden soll.

Ferner ist überhaupt nicht klar, um was für eine Art von 
Spannungsspitzen es gehen soll (Kfz Bordnetz vielleicht?) und wie groß 
die Dämpfung denn nun wirklich sein muß.

Aber wer nicht fragen kann, kriegt halt auch keine Antworten.


XL

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