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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LED - Filament in Parallelschaltung betreiben


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Autor: olli32 (Gast)
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Hallo,

ich habe mir ein paar LED-Filament-Glühbirnen 
(https://de.wikipedia.org/wiki/LED-Leuchtfaden) gekauft und dort die 
Filamente ausgebaut.

In einer der Birnen mit 8 Filamenten sind jeweils 4 Filamente in Reihe 
geschaltet und zwei dieser Reihen Parallel.
Als Spannungsversorgung dient eine einfache Schaltung mit einem 
kapazitiven Vorwiderstand + Brücken-Gleichrichter und einem Kondensator 
zum glätten, das wars schon.

Die Spannung die an einem Filament anliegt beträgt ca. 34V.

jetzt meine Frage: Normalerweise schaltet man LEDs ja nicht parallel. 
Außerdem betreibt man sie typischerweise mit Vorwiderstand oder mit 
einer geregelten Stromquelle.

Hier wird das aber ignoriert. Warum?

Kann ich dann auch einfach mehrere der Filamente Parallel betreiben 
direkt an einer 34V Spannungsquelle und ohne Stromregelung oder ist das 
nicht zu empfehlen?

Autor: Falk B. (falk)
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@ olli32 (Gast)

>jetzt meine Frage:

Nö, die kommt hier noch nicht.

>Normalerweise schaltet man LEDs ja nicht parallel.
>Außerdem betreibt man sie typischerweise mit Vorwiderstand oder mit
>einer geregelten Stromquelle.

Stimmt.

>Hier wird das aber ignoriert. Warum?

Weil die LED-Ketten relativ hohe, parasitäre Widerstände haben.

https://dict.leo.org/englisch-deutsch/filament

>Kann ich dann auch einfach mehrere der Filamente Parallel betreiben
>direkt an einer 34V Spannungsquelle und ohne Stromregelung oder ist das
>nicht zu empfehlen?

Man kann, das wurde hier schon mal lang und breit diskutiert und sogar 
gemessen.

Autor: olli32 (Gast)
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Hallo Falk,

vielen Dank für die schnelle Antwort.
Dann vertraue ich mal auf den parasitären Widerstand :)

Hast du zufällig noch den Link zu dem Thread in dem das diskutiert 
wurde?
Hatte in der Suche nichts finden können.

Autor: Teo D. (teoderix)
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Wechselstrom, Kondensator.....
Die waren sicherlich antiparallel geschaltet. Sonnst wird der 
Kondensator voll und Schluss is mit dem Stromfluss.

Autor: Tippgeber (Gast)
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Teo D. schrieb:
> Wechselstrom, Kondensator.....
> Die waren sicherlich antiparallel geschaltet. Sonnst wird der
> Kondensator voll und Schluss is mit dem Stromfluss.

Wer lesen kann...

olli32 schrieb:
> Brücken-Gleichrichter

Autor: Teo D. (teoderix)
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Tippgeber schrieb:
> Wer lesen kann...

Taj... ämmm... jojo, so is dat. =}

Autor: Falk B. (falk)
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Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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olli32 schrieb:
> jetzt meine Frage: Normalerweise schaltet man LEDs ja nicht parallel.
> Außerdem betreibt man sie typischerweise mit Vorwiderstand oder mit
> einer geregelten Stromquelle.
>
> Hier wird das aber ignoriert. Warum?

Um Herstellkosten zu sparen.

> Kann ich dann auch einfach mehrere der Filamente Parallel betreiben
> direkt an einer 34V Spannungsquelle und ohne Stromregelung oder ist das
> nicht zu empfehlen?

Das ist eine ewige Diskussion, in der sich die kaum eine der beteiligten
Fraktionen auch nur einen Millimeter von ihrem jeweiligen Standpunkt
wegbewegt.

Ich persönlich neige ein wenig zum Perfektionismus und überlasse Dinge
ungern dem Zufall. Konkret: Wenn ich eine LED mit einem gewissen Strom
betreiben will, möchte ich sicher sein, dass der tatsächlich fließende
Strom selbst unter ungünstigen Bedingungen um maximal 10% vom Sollstrom
abweicht. Wenn es mit vertretbarem Aufwand nicht anders geht, sind auch
20% noch in Ordnung. Andere sind schon zufrieden, wenn die LED überhaupt
leuchtet und nicht innerhalb von ein paar Stunden kaputt geht.

Es muss also jeder für sich entscheiden, welche Ansprüche er an sich und
seine Entwicklungen stellt.

Ich möchte die Entscheidung vieler Hobbyisten und auch Industriefirmen,
LEDs parallelzuschalten und/oder auf Vorwiderstände zu verzichten, nicht
kategorisch ablehnen, aber dennoch ein paar Punkte zu bedenken geben:

- Der Hersteller deiner LED-Lampe hat zwar die einzelnen Stränge ohne
  eigene Vorwiderstände parallel geschaltet, aber der Gesamtschaltung
  einen sehr großen (kapazitiven) Vorwiderstand verpasst. An diesem
  fallen, ganz grob gerechnet, 230V-4·34V=94V, also über 40% der
  Versorgungsspannung ab, was den Gesamtstrom sehr effektiv begrenzt.
  Bei nur zwei parallelen Strängen und einer Dimensionierung auf den
  halben Maximalstrom werden die LEDs selbst bei maximaler Asymmetrie
  der Stränge nicht kaputt gehen.

- In dem von Falk verlinkten Beitrag von Arno geht es um das thermische
  Weglaufen, das die LEDs innerhalb von Sekunden zerstören würde. Arno
  hat rechnerisch gezeigt, dass dieses Weglaufen durch ausreichende
  passive Kühlung (für seine Beispiel-LED mit 18,1K/W) verhindert werden
  kann. Damit ist er zufrieden, gleiche Ströme in den einzelnen Strängen
  scheinen für ihn nicht so wichtig zu sein.

- Da Arnos LED eine Alugrundplatte hat, sind die 18,1K/W schon mit einem
  einfachen Kühlkörper hinzubekommen. Deine Filamente hingegen werden
  nur über ihre Anschlussdrähte und die umgebende Luft gekühlt. Durch
  die Zerlegung der Lampe hat sich das Gas(-gemisch) im Glaskolben, das
  normalerweise für eine bessere Kühlung sorgt, verflüchtigt.

- Ob man den einzelnen Strängen jeweils einen eigenen Vorwiderstand
  spendieren sollte, hängt von der Übereinstimmung der Parameter und der
  thermischen Kopplung ab. Letztere ist bei Filamentlampen schlechter
  als beim Aufbau auf einer Aluplatte wie bei Arnos LED. Für eine
  bessere Übereinstimmung der Parameter könnte man die Filamente
  selektieren, aber wer macht das schon?

- Der Bahnwiderstand von 10Ω bei Arnos LED erscheint auf den ersten
  Blick angenehm hoch, ist es aber nicht. Man muss ihn nämlich in
  Relation zu Uf sehen, das mit 34,5V ebenfalls sehr hoch ist. Bei
  Nennstrom (300mA) und Nenntemperatur (85°C) ist ein Uf von 34,5V±2V
  angegeben. Bei der Nennspannung von 34,5V kann also der Strom zwischen
  130mA und 490mA (also fast um den Faktor 4) variieren. Dadurch geht
  die LED zwar nicht kaputt (Imax=600mA), und die beiden Extremfälle
  werden wohl nur sehr selten auftreten, ich persönlich empfinde so
  etwas aber als unsauber.


Falk B. schrieb:
>>Kann ich dann auch einfach mehrere der Filamente Parallel betreiben
>>direkt an einer 34V Spannungsquelle und ohne Stromregelung oder ist das
>>nicht zu empfehlen?
>
> Man kann ...

Habe ich richtig gelesen?

Bist du wirklich derselbe Falk, der bis vor kurzem noch bei der bloßen
Erwähnung von "LED ohne Vorwiderstand" oder "Parallelschaltung von LEDs"
mit Blitz und Donner das gesamte Forum so sehr erbeben ließ, dass selbst
ganz hinten im /dev/null-Subforum die Threads noch wild umhergeschmissen
wurden?

SCNR ;-)

Autor: ArnoR (Gast)
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Yalu X. schrieb:
> - In dem von Falk verlinkten Beitrag von Arno geht es um das thermische
>   Weglaufen, das die LEDs innerhalb von Sekunden zerstören würde. Arno
>   hat rechnerisch gezeigt, dass dieses Weglaufen durch ausreichende
>   passive Kühlung (für seine Beispiel-LED mit 18,1K/W) verhindert werden
>   kann. Damit ist er zufrieden, gleiche Ströme in den einzelnen Strängen
>   scheinen für ihn nicht so wichtig zu sein.

Gleiche Ströme in den einzelnen Strängen sind mir sogar sehr wichtig. 
Bei einer COB-LED mit mehreren parallelen Strängen kann ich das 
allerdings nicht beeinflussen. Wenn ich (COB-) LEDs parallel schalte, 
achte ich schon auf gleiche Ströme/Helligkeit. Siehe dazu auch die von 
mir in dem genannten Thread hochgeladenen Bilder.

In dem verlinkten Thread wollte ich eigentlich nur zeigen, dass man LEDs 
prinzipiell an Konstantspannung betreiben oder direkt parallel schalten 
kann, ohne dass die thermisch Hochlaufen und zerstört werden.

Yalu X. schrieb:
> - Der Bahnwiderstand von 10Ω bei Arnos LED erscheint auf den ersten
>   Blick angenehm hoch, ist es aber nicht. Man muss ihn nämlich in
>   Relation zu Uf sehen, das mit 34,5V ebenfalls sehr hoch ist. Bei
>   Nennstrom (300mA) und Nenntemperatur (85°C) ist ein Uf von 34,5V±2V
>   angegeben. Bei der Nennspannung von 34,5V kann also der Strom zwischen
>   130mA und 490mA (also fast um den Faktor 4) variieren. Dadurch geht
>   die LED zwar nicht kaputt (Imax=600mA), und die beiden Extremfälle
>   werden wohl nur sehr selten auftreten, ich persönlich empfinde so
>   etwas aber als unsauber.

Wie schon gesagt, wollte ich nur prinzipiell zeigen, dass so ein Betrieb 
ohne Zerstörung der LED möglich ist, nicht dass ich sowas befürworte 
oder selbst mache. Ich betreibe meine (COB-) LEDs alle mit 
Konstantstrom, allerdings eben auch in direkter Parallelschaltung (genau 
wie auf einer mehrsträngigen COB-LED auch), wie man in dem Bild mit den 
7 5W-COB-LEDs sehen kann.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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ArnoR schrieb:
> Wenn ich (COB-) LEDs parallel schalte, achte ich schon auf gleiche
> Ströme/Helligkeit. Siehe dazu auch die von mir in dem genannten Thread
> hochgeladenen Bilder.

Auf den Bildern kann man die tatsächliche Helligkeit der einzelnen LEDs
leider schlecht erkennen, weil die Aufnahmen in den Zentren der LEDs
überbelichtet sind, so dass sie alle in maximal hellem Weiß (R=G=B=255)
erscheinen. Dass man bei den beiden markierten LEDs der Handlampe 2
dennoch einen Unterschied (zumindest im Durchmesser des weißen Flecks)
erkennen kann, deutet darauf hin, dass sie sehr wohl unterschiedlich
hell leuchten.

Darauf hast du natürlich keinen Einfluss, da die LEDs Bestandteile des
integrierten Moduls sind. Normalerweise ist das auch kein Problem, da
das LED-Modul so hell leuchtet, dass das Auge die Einzel-LEDs sowieso
nicht als solche wahrnimmt.

Wie groß der Unterschied tatsächlich ist, würde man evtl. in einer
Aufnahme mit noch kürzerer Belichtungszeit, kleinerer Blende oder mit
einem vorgeschalteten dunklen Filterglas erkennen.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Teo D. (teoderix)
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Einfach mal die Spannung langsam hoch drehen, da sieht man deutlich die 
Unterschiede. Bei Nennstrom dürften das dann ähnlich sein.

Autor: ArnoR (Gast)
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Yalu X. schrieb:
> ArnoR schrieb:
>> Wenn ich (COB-) LEDs parallel schalte, achte ich schon auf gleiche
>> Ströme/Helligkeit. Siehe dazu auch die von mir in dem genannten Thread
>> hochgeladenen Bilder.
>
> Auf den Bildern kann man die tatsächliche Helligkeit der einzelnen LEDs
> leider schlecht erkennen, weil die Aufnahmen in den Zentren der LEDs
> überbelichtet sind, so dass sie alle in maximal hellem Weiß (R=G=B=255)
> erscheinen. Dass man bei den beiden markierten LEDs der Handlampe 2
> dennoch einen Unterschied (zumindest im Durchmesser des weißen Flecks)
> erkennen kann, deutet darauf hin, dass sie sehr wohl unterschiedlich
> hell leuchten.

Yalu,
willst du jetzt meine zitierte Aussage ausgerechnet mit der großen 
COB-LED widerlegen? Ich hatte doch im Satz davor geschrieben, dass man 
bei solchen LEDs keinen Einfluss auf die jeweiligen Stränge hat.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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ArnoR schrieb:
> Yalu,
> willst du jetzt meine zitierte Aussage ausgerechnet mit der großen
> COB-LED widerlegen?

Zum einen konnte ich bei der Handlampe 1 wegen der Überbelichtung die
unterschiedlichen Helligkeiten noch schlechter erkennen, zum anderen
fand ich es interessant, dass selbst ein Modul, das vom LED-Hersteller
höchstselbst zusammenmontiert wird und bei dem vermutlich selektierte
LEDs zum Einsatz kommen, trotzdem diese Streuungen zeigt.

Ich wollte auch überhaupt nicht dich oder deinen Aufbau kritisieren,
denn für die Helligkeitsunterschiede der Handlampe 2 kannst du ja
wirklich nichts.

Autor: c-hater (Gast)
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Yalu X. schrieb:

> olli32 schrieb:
>> jetzt meine Frage: Normalerweise schaltet man LEDs ja nicht parallel.
>> Außerdem betreibt man sie typischerweise mit Vorwiderstand oder mit
>> einer geregelten Stromquelle.
>>
>> Hier wird das aber ignoriert. Warum?
>
> Um Herstellkosten zu sparen.

Ja, das ist sicher der primäre Beweggrund.

Allerdings stimmt es im konkreten Fall nicht, dass ohne Vorwiderstand 
gearbeitet wird, der ist natürlich in Form des kapazitiven 
Vorwiderstands da und zwar ziemlich reichlich. Und das hat durchaus 
einen Grund...

Bleibt also die Parallelschaltung der Stränge. Ist hier kein Problem. 
Warum? Weil viele LEDs in einem Strang in Reihe geschaltet sind. Die 
angewandte Statistik hilft, das zu erklären. Man muss sich nur einfach 
mal die Mühe machen, das nachzurechnen. Damit erklärt sich dann auch die 
Wahl des ungewöhnlich hohen Vorwiderstands. Der sorgt dafür, dass auch 
im (sehr, sehr unwahrscheinlichen) worst case des Zufalls noch nix 
Gefährliches passiert...

> Ich persönlich neige ein wenig zum Perfektionismus

Deswegen wirst du mit Elektronik auch niemals reich werden. Die Chinesen 
haben bei den Statistikvorlesungen wohl deutlich besser aufgepaßt als 
du...

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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c-hater schrieb:
> Bleibt also die Parallelschaltung der Stränge. Ist hier kein Problem.
> Warum? Weil viele LEDs in einem Strang in Reihe geschaltet sind. Die
> angewandte Statistik hilft, das zu erklären. Man muss sich nur einfach
> mal die Mühe machen, das nachzurechnen.

Das muss man nicht, denn das hat der Hersteller schon getan¹ und die
Ergebnisse ins Datenblatt geschrieben. Die Streubreite von LED-Strängen
ist dabei tatsächlich kleiner als diejenige vergleichbarer Einzel-LEDs,
aber deutlich größer als das, was du mit deinen Statistikkenntnissen
vermutlich ausrechnen würdest. Der Grund dafür liegt in Dingen, die du
in der Vorlesung nicht gelernt hast.

————————————
¹) Wahrscheinlich hat er nicht einmal gerechnet, sondern einfach eine
   große Zahl von Exemplaren ausgemessen.

: Bearbeitet durch Moderator

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